地膜殘留對新疆滴灌玉米生產力和土壤質量的影響分析

關鈺 王艷霞 劉明輝

摘 要 隨著膜下滴灌技術在新疆綠洲農田的廣泛應用，殘留在土壤中的地膜引起了越來越多的關注。為了揭示不同大小地膜殘片對滴灌玉米生產力和土壤質量的影響，2015—2016年在滴灌條件下開展了大田試驗，種前將1 680 kg·hm-2的殘膜混入土壤。試驗共設置3個殘片面積水平：面積小于5 cm2（F1），10～20 cm2（F2）和20～60 cm2（F3）。另設不加殘膜的處理作為對照（CK）。結果表明，加殘膜處理的玉米產量、地上生物量、N肥偏生產力和P肥偏生產力分別為6 738～6 952 kg·hm-2、15 162～16 618 kg·hm-2、49～55 kg·kg-1和164～184 kg·kg-1;0～20 cm土壤含水量、容重、有機質含量以及>0.25 mm水穩性團聚體百分比分別為9.3%～10.4%、1.34～1.36 g·cm-3、12.58～13.61 g·kg-1、58.8%～60.6%，各指標與對照之間均無顯著性差異。除了F3處理，F1和F2處理的玉米產量、地上生物量、土壤大團聚體和有機質含量與對照持平或略高，最大增幅分別為5.9%、4.3%、6.7%和3.0%。因此，面積小于20 cm2的地膜殘片短時間內對滴灌農田玉米生產力和土壤質量不會構成顯著負面影響。

關鍵詞 地膜殘留;玉米產量;土壤容重;水穩性團聚體;土壤有機質

中圖分類號：S513;X71 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.32.091

新疆地處我國西北干旱區，水資源短缺，蒸發量大，晝夜溫差大，地膜能提高地溫，保持土壤水分，提高單產，在綠洲農業高產穩產中發揮著不可替代的作用，同時也對提高農民收入并且保證糧食安全具有重要意義[1]。我國使用的農用地膜主要是線性低密度聚乙烯（LLDPE），性質穩定，不易降解，厚度在0.008 mm左右，易老化破碎，大部分地區回收率不足80%[2]。隨著地膜覆蓋栽培年限的延長，土壤中的殘膜量也逐步增加，新疆目前已成為我國最大的地膜殘留區，總殘留量超過5.0×105 t[3]。大量研究表明，地膜殘留會對農業環境造成一定的危害，比如土壤質量惡化、作物產量下降、環境污染等[4-6]。然而，也有一些研究卻得出了不同的結論。齊小娟等[7]的調查和模擬試驗結果均顯示地膜殘留對作物生長無明顯影響。Meulen 等[8]發現有地膜殘留的棄耕地植被生長更加茂盛，土壤有機質、大團聚體和土壤水分入滲性能都顯著高于無地膜殘留的地塊。蔣麗萍等[9]指出當地膜殘留量低于360 kg·hm-2時，西紅柿株高、莖粗、葉數、植株干重受到的影響都不大。劉建國等[10]發現殘膜碎片對棉花產量未造成影響。

覆膜栽培模式巨大的增產效應使其在現階段和今后一個時期內仍不可替代[11]。盡管殘膜回收機具和可降解地膜的研究取得了一定的進展，但由于技術不成熟及經濟投入較大，難以進行大范圍推廣應用，地膜殘留問題短時間內仍然難以完全解決，每年至少還有20%的地膜殘留在土壤中。這些地膜殘留在土壤中對農作物的生長和土壤質量是否有危害，其危害性又有多大，對此眾說紛紜。因此需要重新思考：地膜殘留對土壤質量和土地生產力的影響到底是消極的還是積極的;影響程度如何;應該如何正確對待地膜殘留問題。仔細分析現有文獻就會發現，大部分將地膜殘留作為土壤污染物并發現其危害土壤性質和作物生產的文獻都沒有考慮殘膜碎片大小的問題，有的還專門選擇碎片較大的殘膜進行控制試驗研究。而實際殘留在田間的地膜80%以上都是面積小于25 cm2的碎片[12]。本試驗基于對過去地膜殘留正反兩方面效應文獻進行分析，提出了面積較小的殘留地膜不構成污染危害的科學假說，進一步在新疆綠洲滴灌農田上開展模擬試驗，研究不同大小地膜殘片對玉米產量和土壤質量的影響，旨在合理評價地膜殘留污染問題，為保障干旱半干旱地區糧食安全和生態安全提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

大田試驗于2015—2016年在石河子大學農學院試驗站進行，試驗站所在區域位于新疆石河子市（86°03?E，45°19?N），海拔為444 m，具有豐富的熱量資源，年平均日照時長為2 526～2 874 h，年平均溫度為6.6 ℃，≥0 ℃的積溫為3 900～4 100 ℃，無霜期為160 d，年平均降雨量為150 mm。供試土壤為灌耕灰漠土（Calcaric Fluvisals，US Taxonomy），質地為壤土，含砂礫40%，粉粒37%，黏粒23%，pH7.81，有機質16.6 g·kg-1，有效氮75.2 mg·kg-1，速效磷16.7 mg·kg-1，速效鉀139.8 mg·kg-1。該地區主要種植作物為棉花、小麥、玉米以及番茄，一年一熟。玉米一般在4月中下旬播種，早期低溫以及有效積溫缺乏是影響玉米生產的主要因素。

1.2 試驗設計

殘膜面積大小設3個梯度，分別為<5 cm2，10～20 cm2，20～60 cm2，依次記為F1、F2、F3，殘膜使用量選取現有文獻中最高的量——1 680 kg·hm-2[13]，另設一個不加殘膜的對照，記為CK。收集田間使用過的厚度為0.000 8 mm的廢舊地膜，洗凈晾干后剪碎，然后均勻翻入農田0～20 cm土層（其原來殘留的殘膜已經人工揀出，可認為其中殘膜密度為0）。由于大量地膜殘留是有環境風險的，本試驗各小區面積定為10 m2，每個梯度重復3次，試驗地共120 m2，各小區以田埂分隔并設保護行。采用覆膜滴灌種植玉米，膜寬145 mm，一膜兩管四行，每個小區2膜，株距10 cm，每667 m2的密度為7 500株。供試玉米品種為當地普遍種植的SC-704（Zea mays，SC-704 cv.）。該試驗在同一個試驗點連續進行2年，2015年4月30日破膜播種，9月18日收獲;2016年4月25日破膜播種，9月15日收獲。生育期灌水量為5 250 m3·hm-2，共灌水9次。施入氮肥為尿素（N≥46%），磷肥為磷酸二銨（N≥12%，P2O5≥48%），整個生育期施用純N量為300 kg·hm-2，P2O5量為135 kg·hm-2，所有肥料均在播種前均勻撒入土壤，其余管理為大田常規管理。

大于0.25 mm水穩性團聚體含量常被作為判斷土壤結構好壞的依據[24]。本研究中大于0.25 mm水穩性團聚體百分比除了F3處理略有下降，F1和F2都略高于對照，說明土壤結構未遭到破壞。而尉海東等[22]報道隨殘膜量的增加，0～20 cm土壤團聚體呈下降趨勢，但該試驗沒有介紹地膜殘片大小，也沒有進行方差分析。

Meulen等[8]的研究結果發現有地膜殘留的棄耕地植被生長更加茂盛，土壤有機質和大團聚體都顯著高于無地膜殘留的地塊，最大增幅可達40%。解紅娥等[23]發現地膜殘留對土壤大量元素、微量元素和有機質含量均無顯著影響。本研究得出了類似結果，地膜殘留對0～20 cm土壤有機質無顯著影響，F1和F2處理持平或略高于對照，F3處理略低于對照。面積較小的地膜殘片可以把水分和養分聚集在作物根系周圍，一定程度上能夠促進玉米生長，使土壤有機質含量略有上升。劉海[17]、張丹等[25]、董合干等[3]的研究發現，隨著殘膜強度增加土壤有機質顯著降低，原因可能是試驗選取的地膜殘片面積較大，分別為50～300 cm2、25～100 cm2和25～200 cm2，會影響玉米根系的生長，降低了根系生物量，導致向土壤輸入的有機質下降。

3 結語

農田中面積小于60 cm2的殘膜碎片在短時間內對滴灌玉米生長和土壤質量均無顯著影響。其中，面積小于20 cm2的殘膜處理各指標基本與無殘膜對照持平，甚至略高于對照，而大于20 cm2的殘膜處理略低于對照。因此，在生產實際中應該重點回收面積較大的地膜殘片，對于實在難以回收的小面積殘膜碎片給農業生產帶來的影響應該正確看待、合理評估。

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