河套灌區(qū)葵花農(nóng)田生物地膜覆蓋下土壤水-熱-氮-鹽分布特征

張景俊，李仙岳，彭遵原，郭宇，丁宗江，冷旭

地膜覆蓋阻斷了土壤大氣界面水汽垂向移動(dòng)，從而有效抑制了土壤水分的無(wú)效蒸發(fā)，是節(jié)水、保墑、控鹽、增溫的重要措施（Ammala et al.，2011；樊廷錄等，2016）。近年來(lái)以淀粉、纖維素、殼聚糖等天然材料為主要原料的完全生物可降解地膜（于浩強(qiáng)等，2012），在起到節(jié)水、保溫的同時(shí)而不產(chǎn)生殘膜污染，在干旱區(qū)得到了快速發(fā)展。

目前對(duì)生物可降解地膜覆蓋的研究主要集中在保水、保溫效應(yīng)以及對(duì)作物生長(zhǎng)、產(chǎn)量的影響效應(yīng)等方面（張杰等，2012；申麗霞等，2015；Wang et al.，2015），研究結(jié)果顯示，生物可降解地膜在誘導(dǎo)期內(nèi)，保水、保溫效果與普通地膜無(wú)明顯差異。大量試驗(yàn)研究表明，生物降解地膜的降解率顯著高于普通塑料地膜，可降解地膜的降解殘留物已經(jīng)非常少，對(duì)環(huán)境影響很小（Moreno et al.，2017；張曉海等，2013）。生物地膜覆蓋在提高水熱效應(yīng)和產(chǎn)量方面，除了在玉米（Zea mays，劉蕊等，2017）、葵花（Helianthus annuus，李仙岳等，2015）、棉花（Gossypium spp.，戰(zhàn)勇等，2010）等大田作物上開(kāi)展大量研究，還在油菜（Brassica napus L.，Gu et al.，2017）、西紅柿（Lycopersicon esculentum Mill.，Moreno et al.，2008；Moreno et al.，2016）、草莓（Fragaria×ananassa Duch，Costa et al.，2014）等保護(hù)地等作物上進(jìn)行了研究。研究表明，可降解地膜能明顯提高玉米播種后 2個(gè)月 0～10 cm土層溫度，并提高了玉米播種至大喇叭口期0～40 cm土壤含水率（申麗霞等，2012）。在作物生長(zhǎng)中后期，由于生物可降解地膜的破損導(dǎo)致其土壤含水率與地溫低于普通塑料地膜，但是都顯著高于未覆膜處理（戰(zhàn)勇等，2010）。同時(shí)大量的研究也顯示生物可降解地膜覆蓋處理與未覆蓋處理相比能顯著提高作物產(chǎn)量，增產(chǎn)效應(yīng)與普通塑料地膜無(wú)顯著差異（康虎等，2013；薛源清等，2017；谷曉博等，2015；李強(qiáng)等，2016）。

隨著研究的深入，也開(kāi)展了生物可降解地膜覆蓋下對(duì)土壤質(zhì)量（Li et al.，2014）和土壤氮素累積和遷移的影響（Jayakumar et al.，2016）。與未覆蓋相比，生物可降解地膜有利于提高土壤中硝態(tài)氮含量，并提高氮素利用效率，促進(jìn)作物對(duì)氮的吸收，并且與普通塑料地膜相比，生物可降解地膜在作物生長(zhǎng)后期可能降低土壤硝態(tài)氮的淋洗下移峰值，減小其對(duì)環(huán)境的污染（周昌明等，2016）。盡管許多學(xué)者對(duì)生物可降解地膜在農(nóng)田中的降解進(jìn)行了研究，但是大都是針對(duì)生物可降解地膜的降解率進(jìn)行觀測(cè)（劉群等，2011；袁海濤等，2014），然而目前對(duì)覆膜期生物可降解地膜的降解率和破損面積比率進(jìn)行系統(tǒng)的研究較少。另外，對(duì)于北方鹽漬化地區(qū)，覆膜是控鹽的重要措施，而生物可降解地膜是否具有普通塑料地膜的控鹽效果，以及生物可降解地膜覆蓋條件下農(nóng)田鹽分變化規(guī)律，特別對(duì)于干旱鹽漬化地區(qū)生物可降解地膜覆蓋下地膜的降解過(guò)程以及對(duì)水熱氮鹽分布的影響鮮見(jiàn)報(bào)道。本文針對(duì)河套鹽漬化地區(qū)開(kāi)展生物可降解地膜覆蓋下的降解過(guò)程研究，并探索生物可降解地膜對(duì)農(nóng)田土壤含水率、溫度、鹽分和硝態(tài)氮的影響效應(yīng)，評(píng)價(jià)其在干旱鹽漬化地區(qū)的保水、保溫、保肥及控鹽效果，為生物可降解地膜在鹽漬化地區(qū)的大規(guī)模推廣提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概括及供試材料

2015年在內(nèi)蒙古河套灌區(qū)烏拉特前旗西小召鎮(zhèn)鄧存店村塔布社進(jìn)行田間試驗(yàn)（40°53'2''E，108°32'52''N，海拔高度1025 m），該地區(qū)干旱少雨，年均降水量 200～250 mm，年均蒸發(fā)量達(dá)到1900～2300 mm，土壤鹽漬化嚴(yán)重。試驗(yàn)田播前表層（0～20 cm）土壤平均電導(dǎo)率（EC）為 2.91 mS·cm-1，土壤剖面（0～100 cm）平均干容重為1.44 g·cm-3，硝態(tài)氮（NO3--N）為 45.10 mg·kg-1，銨態(tài)氮（NH4+-N）為13.60 mg·kg-1，土壤質(zhì)地為粉砂壤土（表1）；供試生物可降解地膜（山東意可曼科技有限公司生產(chǎn)）（完全降解，最終降解產(chǎn)物CO2和H2O）和普通塑料地膜（青州市佳和塑料廠生產(chǎn)）厚度均為0.008 mm，膜寬均為80 cm；供試作物為當(dāng)?shù)卮竺娣e種植的抗旱、抗鹽堿型葵花（Helianthus annuus）（美葵5009）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置普通塑料地膜（Plastic film mulching，PM）、生物可降解地膜（Biodegradable film mulching，BM）和無(wú)膜（No mulching，NM）3個(gè)處理，各處理3次重復(fù)，共9個(gè)完全隨機(jī)排列的試驗(yàn)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)面積為40 m2（8 m×5 m）。為提高土壤溫度，在播種前（5月2日）進(jìn)行土壤耕翻，施底肥，人工鋪膜，并于5月14日進(jìn)行大水灌溉壓鹽，于5月21日采用人工點(diǎn)苗方式進(jìn)行播種，株距 40 cm，行距 60 cm，種植密度約 37500 plant·hm-2，5月底出齊苗。灌水方式均為畦灌，在葵花生長(zhǎng)中期（8月4日）進(jìn)行補(bǔ)水灌溉，灌水量為85 mm。底肥施磷酸二銨225 kg·hm-2，鉀肥75 kg·hm-2，并于7月20日施尿素30 kg·hm-2進(jìn)行追肥。

1.3 觀測(cè)項(xiàng)目及方法

1.3.1 土壤水-熱-鹽-氮

土壤含水率：采用烘干法，分別在葵花膜上（覆膜區(qū)）和膜間（裸地）0～10、10～20、20～40、40～60、60～100 cm土層取樣，每隔10 d取1次樣品。

土壤溫度：采用武漢中科技能惠科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的地溫傳感器（NHSF48U型，長(zhǎng)度為 7 cm，分辨率為0.1 ℃）進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，每小時(shí)記錄1次。每個(gè)小區(qū)在葵花膜下0～20、20～40 cm土層分別垂直埋插1只溫度傳感器。

土壤鹽分和硝態(tài)氮含量：分別在葵花覆膜前、收獲后以及覆膜后每隔 30 d左右用土鉆在每個(gè)小區(qū)膜下采集 0～5、5～10、10～15、15～20、20～30、30～40、40～60、60～80、80～100 cm 土層樣品，將土樣帶回實(shí)驗(yàn)室，自然風(fēng)干、磨碎、過(guò)篩（1 mm），分別稱(chēng)取2份5 g土，一份制備1?5土水比浸提液，用便攜式快速測(cè)定儀（WalklAB）測(cè)定EC。另一份用50 mL氯化鉀溶液（2 mol·L-1）浸提、振蕩1 h后過(guò)濾，用紫外分光光度計(jì)（TU-1901，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司）測(cè)定硝態(tài)氮含量（選用220 nm和270 nm這兩個(gè)波長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)定）（谷曉博等，2016）。

表1 試驗(yàn)田土壤主要理化性質(zhì)Table 1 Soil physical and chemical properties in experimental area

1.3.2 地膜降解特征

地膜降解率：分別覆蓋3.6 m長(zhǎng)普通塑料地膜、生物可降解地膜于地表，并在每個(gè)小區(qū)固定多個(gè)40 cm長(zhǎng)覆膜段（兩株之間），在不同生育期隨機(jī)選取 3個(gè)覆膜段，帶回實(shí)驗(yàn)室采用超聲波清洗儀（JP-010T，潔盟清洗設(shè)備有限公司生產(chǎn)）洗滌30 min后自然風(fēng)干，用萬(wàn)分之一天平（CP224C，奧豪斯儀器有限公司生產(chǎn)）稱(chēng)重，并計(jì)算地膜質(zhì)量損失率，計(jì)算公式為：（降解前地膜質(zhì)量-降解后地膜質(zhì)量）/降解前地膜質(zhì)量×100%。

地膜破損面積比率：覆膜后在普通塑料地膜和生物可降解地膜處理的每個(gè)小區(qū)中隨機(jī)選取3處固定研究區(qū)域（覆膜株間），用鐵絲圈定范圍，面積為30 cm×30 cm，每個(gè)生育期將相機(jī)固定在研究區(qū)域正上方，在拍攝邊界放置帶刻度的直尺作為參照物，每次拍攝 3張照片，篩選最清晰的一張導(dǎo)入AutoCAD 2008（Autodest，Inc.）中，以參考直尺為標(biāo)準(zhǔn)將圖片進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，逐個(gè)統(tǒng)計(jì)研究區(qū)域破損面積。計(jì)算公式為：研究區(qū)破損面積總和/研究區(qū)總面積×100%。

再利用多段線命令勾描破損處以形成閉環(huán)區(qū)域，輔以面積統(tǒng)計(jì)命令逐個(gè)統(tǒng)計(jì)研究區(qū)域破損面積，用以計(jì)算地膜破損率，計(jì)算公式為：研究區(qū)破損面積總和/研究區(qū)總面積×100%。

1.4 數(shù)據(jù)處理

圖1 不同生育期地膜降解率和破損面積比率變化特征Fig. 1 The variation characteristics of film degradation rate and breakage area ratio during different growth periodsPM—Plastic film mulching; BM—Biodegradable film mulching

利用 Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和制圖；采用SPSS 17.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，采用最小顯著差異（Least-significant difference，LSD）法進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 地膜降解和破損隨覆蓋時(shí)間的變化特征

地膜降解率和破損面積比率分別反映地膜在覆膜期的降解特性及覆蓋特性。生物可降解地膜（BM）由于制作材料和工藝與普通塑料地膜（PM）不同，從降解開(kāi)始到收獲期間（從6月10日—9月19日），PM 的日均降解率和破損面積比率僅為0.01%和 0.04%，而B(niǎo)M 的日均降解率和破損面積比率分別為0.23%和0.28%，均呈顯著差異。

由圖1可知，從地膜覆蓋開(kāi)始到6月中上旬，BM與PM都具有較好的覆膜效果，幾乎沒(méi)有發(fā)生降解和破損，可見(jiàn)BM在該地區(qū)的誘導(dǎo)期為40～50 d。而6月中上旬—6月底屬于BM的降解初期，降解速度較慢，僅出現(xiàn)局部破損及0.2～0.5 cm的微小裂隙，此時(shí) BM 和 PM 的降解率分別為 2.63%和0.05%，破損面積比率分別為0.75%和0.03%（6月25日）（P＞0.05）；從7月份開(kāi)始，BM進(jìn)入了快速降解期，其降解率和破損面積比率分別是PM的51倍和13倍（7月25日），其差異性隨時(shí)間推移越來(lái)越大；到了8月份，BM進(jìn)入了破裂期，其機(jī)械性能大大降低，地膜開(kāi)始變脆，孔洞數(shù)目增多、直徑增大，部分小洞裂口開(kāi)大，降解速度明顯加快，此時(shí) BM 的降解率和破損面積比率分別是 PM 的58.9倍和8.6倍；在作物收獲期（9月下旬），BM已經(jīng)進(jìn)入了崩解期，裸露于地表的地膜大多破碎成塊狀，破碎的小塊地膜既薄又脆，已無(wú)韌性，此時(shí)地膜降解率達(dá)到 23.15%，破損面積比率高達(dá)28.88%，分別是PM的32.15倍和7.58倍。

2.2 可降解地膜覆蓋對(duì)土壤水熱對(duì)的影響特征

總體上從覆膜到葵花生育中期（5—7月）地溫呈逐漸上升趨勢(shì)，而8—9月地溫呈逐漸下降趨勢(shì)，土壤上層（0～20 cm土層）溫度受太陽(yáng)輻射影響大，生育期波動(dòng)劇烈（表2），BM和PM處理覆蓋下該土層平均地溫比20～40 cm土層地溫高1.81 ℃和2.18 ℃，且BM和PM處理0～20 cm土層在整個(gè)生育期的平均地溫分別比NM處理高1.79 ℃（7.74%）和2.52 ℃（10.90%）。從農(nóng)田覆膜后到播種期（5月下旬），BM 處于降解誘導(dǎo)期（圖 1），BM 和PM覆蓋效果相近，0～20 cm和20～40 cm土層平均地溫?zé)o明顯差異（表2），但顯著高于NM處理。6月由于BM到了降解初期，局部破損導(dǎo)致保溫效果出現(xiàn)微小下降，BM和PM處理0～20 cm土層地溫?zé)o明顯差異，但顯著高于NM處理，平均地溫分別為24.12、24.38和22.15 ℃（6月）；20～40 cm土層平均地溫分別為21.78、21.69和20.67 ℃。從7月下旬—9月，BM 從快速降解期發(fā)展到破裂期和崩解期，導(dǎo)致地膜破損度逐漸加大，保溫效果逐漸下降。BM處理0～20 cm土層平均地溫（7月下旬—9月平均）與 PM 處理相比降低了 1.23 ℃（5.55%），與NM相比仍提高了1.45 ℃（6.92%），3種處理之間存在顯著差異，而20～40 cm土層分別為0.69（3.40%）和1.01 ℃（5.15%），BM和PM與NM處理相比差異小于0～20 cm土層。

由于覆膜后隔斷了水汽界面，土壤蒸發(fā)減小或消失，導(dǎo)致覆膜處理土壤含水率比未覆膜處理高（表3）。就葵花全生育期而言，特別在0～40 cm土層，膜上（覆膜區(qū)）含水率顯著高于膜間（裸地）含水率，其中PM和BM膜上含水率比膜間含水率分別高7.53%和6.02%，而NM處理膜上與膜間則無(wú)顯著差異。在40～100 cm土層，膜上含水率與膜間含水率無(wú)顯著差異，PM、BM和NM處理膜上和膜間平均土壤含水率分別僅相差 0.90%、0.87%、0.39%（P＞0.05）

覆蓋不同類(lèi)型地膜 0～20 cm土層土壤含水率差異顯著（表3），由于5—7月BM破損面積比率很低，故土壤含水率與 PM 僅相差 0.93%（P＞0.05），7—9月BM從快速降解期進(jìn)入到崩解期，表面破損度從 10%提高到 30%，土壤含水率比 PM 處理低 7.35%，呈顯著差異。整個(gè)生育期PM、BM處理平均土壤含水率均顯著高于NM處理（P＜0.05）。在不同地膜處理20～40 cm土層差異性減弱，除9月份外，其他月份PM土壤含水率僅比BM高0.97%，無(wú)顯著差異，但PM和BM處理平均含水率分別比 NM 處理高 8.46%、6.91%（P＜0.05）。覆蓋地膜對(duì)40～60 cm土層含水率影響較小，盡管PM和BM處理含水率均高于NM處理，但無(wú)顯著差異。而60～100 cm受地膜的影響極小，不同處理均無(wú)顯著差異，由于該地區(qū)地下水較淺，該層土壤含水率受地下水的影響較大，故該層土壤含水率高于其他層。

表2 不同處理生育期土壤溫度特征Table 2 Soil temperature characteristics for different treatment during crop growth period

表3 不同處理生育期土壤含水率特征Table 3 The characteristics of soil water content for different treatment during crop growth period

2.3 可降解地膜覆蓋對(duì)土壤鹽分的動(dòng)態(tài)變化的影響

由于上層土壤（0～40 cm）受蒸發(fā)、灌溉、降雨等外部因素的影響劇烈，不同處理下該層土壤含水率波動(dòng)大，且差異明顯（表 3），從而導(dǎo)致全生育期0～40 cm土層不同處理土壤EC值存在顯著差異，PM和BM處理土壤EC值分別比NM處理降低了21.66%和12.44%。不同處理下層土壤（40～100 cm）平均土壤含水率較高且差異性較小，使不同處理土壤EC值相對(duì)較小且無(wú)顯著差異。

由圖2可知，覆膜前不同處理土壤鹽分含量相近，蒸發(fā)導(dǎo)致鹽分表聚現(xiàn)象嚴(yán)重。覆膜減少了土壤表面蒸發(fā)，同時(shí)由于5月14日的播前水，使集聚在表層的鹽分含量急劇下降，所以覆膜30 d后，不同處理0～40 cm土層EC值與覆膜前相比都明顯下降，而NM處理在這30 d內(nèi)土壤蒸發(fā)量顯著高于覆膜處理，特別是0～20 cm土層，NM處理土壤EC值分別比PM、BM處理高19.26%和19.35%。覆膜60 d后，由于該時(shí)期溫度升高，土壤蒸發(fā)強(qiáng)度加大，導(dǎo)致NM處理0～20 cm土壤EC值與覆膜處理差異進(jìn)一步加大（分別比 PM、BM 處理高 34.33%和25.22%）。而7月后，由于BM逐步降解，PM處理與BM處理表層土壤鹽分差異逐漸變大，覆膜90 d（8月6日），BM處理0～20 cm土層EC值比PM處理高 0.15 ms·cm-1，但未達(dá)到顯著差異，而與覆膜30 d相比，3個(gè)處理土壤EC值沒(méi)有增大的原因主要是葵花生長(zhǎng)中期補(bǔ)水灌溉，使表層鹽分淋洗下移到30 cm處。8月后，BM破損面積比率明顯高于PM，與土壤水分和溫度表現(xiàn)出相同規(guī)律，在0～20 cm土層，覆膜120 d，PM處理土壤EC值比BM和NM處理低15.93%和26.58%，存在顯著差異；在0～40 cm土層，盡管PM處理土壤EC值比BM處理低 0.22 ms·cm-1，但兩者未出現(xiàn)顯著差異。覆膜150 d后，此時(shí)作物已收獲，田中無(wú)作物覆蓋，鹽分含量繼續(xù)增加，可降解地膜處于崩解期，大多碎裂成塊，與裸地?zé)o異，PM處理0～40 cm土壤EC值相比 NM 和 BM 處理分別降低了 27.34%和11.66%，差異顯著。由此可見(jiàn)，BM處理在作物生育期內(nèi)0～40 cm土層EC值與PM處理無(wú)顯著差異，但都明顯低于NM處理，覆膜能較好地控制土壤上層（0～40 cm）鹽分。

圖2 不同處理土壤剖面土壤電導(dǎo)率EC隨生育期的變化Fig. 2 Changes of soil electrical conductivity for different treatment in soil profile with growth period

2.4 可降解地膜覆蓋對(duì)土壤硝態(tài)氮含量的動(dòng)態(tài)變化

硝態(tài)氮是作物最易吸收的氮形態(tài)，同時(shí)也易于隨水遷移，所以掌握生育期內(nèi)硝態(tài)氮的分布對(duì)于施肥模式的改進(jìn)具有重要意義。由于作物的吸收利用以及揮發(fā)、淋溶、轉(zhuǎn)化等因素，總體上不同處理硝態(tài)氮在土壤剖面隨生育期的推進(jìn)呈下降趨勢(shì)。由圖3可知，在0～40 cm土層，覆膜期PM、BM、NM處理平均硝態(tài)氮含量為 37.51、33.93、27.36 mg·kg-1，差異顯著；40～100 cm土層，不同處理平均硝態(tài)氮含量分別為 28.95、28.40、27.91 mg·kg-1，存在差異但不顯著。覆膜30 d后，由于該時(shí)期土壤中無(wú)作物吸收，0～40 cm除NM處理硝態(tài)氮略低于覆膜前外，PM、BM處理與覆膜前差異極小。覆膜60 d，葵花處于幼苗期，0～40 cm土層PM、BM處理硝態(tài)氮含量與NM相比，差異繼續(xù)增大。由于7月20日進(jìn)行了追肥，與覆膜60 d相比，覆膜90 d后，總體上硝態(tài)氮含量有所增加且在 30 cm土層處出現(xiàn)峰值，此時(shí) BM 已出現(xiàn)破損，從而導(dǎo)致 PM、BM、NM處理0～40 cm土層硝態(tài)氮含量存在差異。葵花生長(zhǎng)中期（8月4日）的補(bǔ)灌導(dǎo)致土壤中硝態(tài)氮大量淋溶，故覆膜120 d后，不同處理硝態(tài)氮含量明顯低于覆膜90 d，另外該時(shí)期可降解地膜破損面積比率達(dá)到20%，PM、BM處理0～40 cm土層硝態(tài)氮含量差異增大，但都顯著高于NM處理，PM、BM、NM處理0～40 cm土層硝態(tài)氮含量分別為26.66、24.99、18.56 mg·kg-1（P＜0.05）。覆膜 150 d 后，由于BM的破損面積比率已經(jīng)非常高，此時(shí)PM、BM、NM處理在0～40 cm土層硝態(tài)氮含量分別為20.63、14.48、11.84 mg·kg-1，BM與NM處理硝態(tài)氮含量相近，都顯著高于NM處理。由此可知，在整個(gè)生育期覆膜主要提升了土壤上層（0～40 cm）硝態(tài)氮的含量，在作物生育前、中期BM覆蓋處理土壤中硝態(tài)氮含量與PM覆膜相近，生長(zhǎng)后期土壤0～40 cm土層硝態(tài)氮含量略低于PM處理，但都顯著高于NM處理。

圖3 不同地膜覆蓋下生育期內(nèi)不同土層硝態(tài)氮含量變化規(guī)律Fig. 3 Changes of nitrate-N content for different treatment in different soil layers during growth periods

2.5 可降解地膜覆蓋對(duì)葵花產(chǎn)量的影響

收獲后對(duì)不同處理葉質(zhì)量、莖質(zhì)量、花盤(pán)質(zhì)量以及葵花千粒質(zhì)量、每株籽粒質(zhì)量進(jìn)行分析，結(jié)果顯示 BM 處理干葉質(zhì)量、干莖質(zhì)量、干花盤(pán)質(zhì)量略低于 PM 處理，但差異不顯著，但都顯著高于NM處理（圖4），BM處理下這3個(gè)指標(biāo)比NM處理分別提高了33.17%，13.17%，31.90%。千粒質(zhì)量、每株籽粒質(zhì)量與干物質(zhì)質(zhì)量有類(lèi)似的規(guī)律，大小順序?yàn)镻M＞BM＞NM，其中PM和BM處理差異不顯著，但都顯著大于NM處理，BM處理分別比NM處理提高了15.65%和20.85%。總體上，BM處理與PM處理覆蓋下葵花產(chǎn)量差異不大，覆膜在播種到苗期起到了保溫效果，在葵花生育期起到保水效果，從而在不明顯影響產(chǎn)量的同時(shí)保護(hù)了生態(tài)環(huán)境。

3 討論

在北方干旱寒冷地區(qū)，覆膜能夠在作物出苗期起到提高地溫的作用（李興等，2010），同時(shí)在作物生長(zhǎng)旺期，有效控制土壤蒸發(fā)，抑制土壤鹽分，充分利用土壤養(yǎng)分等作用，是干旱鹽漬化地區(qū)生產(chǎn)力躍升和穩(wěn)定提高的主要驅(qū)動(dòng)力之一（侯慧芝等，2014；鐘良平等，2004）。降解膜（BM）解決了普通地膜（PM）不可降解造成的環(huán)境污染，同時(shí)又起到與傳統(tǒng)地膜相似的節(jié)水保溫等作用，研究認(rèn)為 BM 可替代 PM 應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)（申麗霞等，2011）。在目前的研究中，由于BM隨著生育期推進(jìn)會(huì)降解，地膜的破損程度顯著高于 PM，在作物生長(zhǎng)中后期，與PM相比，BM土壤蒸發(fā)增加、含水率降低、土壤溫度也降低（申麗霞等，2012；李仙岳等，2015；戰(zhàn)勇等，2010）。影響覆蓋和降解的因素主要是降解誘導(dǎo)期、降解率和地膜破損面積比率，其中降解誘導(dǎo)期會(huì)影響生育期的降解率和生長(zhǎng)前期的覆蓋率，一般在北方寒冷地區(qū)，播種出苗期應(yīng)該盡量采用地膜覆蓋以保持土壤溫度（徐榮樂(lè)等，2010）。本研究區(qū)葵花播種時(shí)間在5月中下旬，而該地區(qū)6月中旬后天氣逐漸轉(zhuǎn)暖，故誘導(dǎo)期應(yīng)該在1個(gè)月左右即可。從圖1可知，本研究的BM降解誘導(dǎo)期為40～50 d，完全滿足該地區(qū)在播種出苗期的地溫，申麗霞等（2012）的研究顯示0.008 mm BM的降解誘導(dǎo)期大約為40 d，與本研究的結(jié)果相似。本試驗(yàn)中，在葵花收獲期降解率達(dá)到23.15%，袁海濤等（2017）的研究顯示，在收獲期BM的降解率高達(dá)57.57%，劉群等（2011）研究結(jié)果顯示降解率僅為4.55%，這與BM的生產(chǎn)工藝、性能、使用地等很多因素相關(guān)。地膜的破損面積比率直接涉及到地膜的覆蓋效果，目前大多是采用定性描述，申麗霞等（2012）和李海萍等（2017）研究都顯示在覆蓋80～90 d后地膜將降解到4～5級(jí)，這跟地膜的厚度等有很大關(guān)系，4級(jí)表示地膜出現(xiàn)均勻網(wǎng)狀裂紋，無(wú)大塊地膜存在，而本研究在收獲期，BM 的破損面積比率為28.88%，基本與4級(jí)一致。

圖4 不同類(lèi)型地膜覆蓋處理葵花地上干物質(zhì)質(zhì)量及產(chǎn)量比較Fig. 4 Comparison of dry matter quality and yield of sunflower among treatments with different types of film

農(nóng)田水分消耗表現(xiàn)為作物蒸騰與土壤蒸發(fā)，而有效遏制土壤蒸發(fā)耗水的過(guò)程是實(shí)現(xiàn)農(nóng)田節(jié)水的關(guān)鍵（杜雄等，2017）。地膜覆蓋阻斷了土壤水分與大氣之間的交換，減少了土壤無(wú)效蒸發(fā)，提高了耕層土壤含水率和土壤溫度。由于BM在降解誘導(dǎo)期基本無(wú)破損，覆蓋效果與PM無(wú)差異，故BM覆蓋下的土壤含水率、土壤溫度、土壤鹽分和氮素指標(biāo)與PM無(wú)顯著差異，而過(guò)了降解誘導(dǎo)期，BM開(kāi)始逐漸降解，覆蓋區(qū)開(kāi)始破損，裸露部分增多后，差異逐漸加大。本試驗(yàn)中，在作物生長(zhǎng)中后期（7月下旬—9月平均），BM處理0～20 cm土層溫度比PM處理低1.23 ℃，土壤含水率比PM處理低7.35%，研究結(jié)果與申麗霞等（2011）和李仙岳等（2015）相近；而張杰等（2012）研究則顯示在生育期內(nèi)，BM與PM覆蓋下土壤含水率基本無(wú)差異，這主要是與地膜的破損程度相關(guān)。地膜破損開(kāi)裂的程度直接影響土壤表面光熱和水汽交換過(guò)程，隨著地膜破損程度增大，在葵花生長(zhǎng)中后期BM處理的保溫、保水效果略低于PM處理。而土壤中水溶性鹽隨水移動(dòng)，不覆膜農(nóng)田中水分蒸發(fā)易于產(chǎn)生鹽分表聚，覆膜后阻斷了土壤-大氣水汽交換，有效阻控了鹽分積累，降低了作物受鹽分脅迫的危害，故全生育期0～40 cm土層PM處理和BM處理土壤EC分別比NM處理降低了21.66%和12.44%（P＜0.05），40～100 cm土層EC值相對(duì)較小，且不同處理之間無(wú)顯著差異。覆膜能提高土壤含水率和地溫，促進(jìn)氮的礦化和硝化作用，另外覆膜也減少了淋溶，土壤上層氮素增加。本研究顯示，在0～40 cm土層，PM、BM 和 NM 處理平均硝態(tài)氮含量為 37.51、33.93、27.36 mg·kg-1，盡管BM處理與PM有差異，但土壤上層的硝態(tài)氮含量都顯著高于NM處理，這與谷曉博（2016）和周昌明（2016）等的研究結(jié)論一致。所有的研究都顯示BM覆蓋均可顯著提高作物產(chǎn)量，大多研究結(jié)果顯示BM覆膜產(chǎn)量略低于PM覆蓋，也有很多結(jié)果顯示BM覆蓋與PM覆蓋對(duì)產(chǎn)量的影響無(wú)差異，這是由于在很多高溫區(qū)域，在作物生長(zhǎng)后期，覆膜增溫導(dǎo)致土壤溫度過(guò)高，反而影響作物產(chǎn)量。

本次試驗(yàn)研究未涉及地膜破損處水分蒸發(fā)，而覆蓋降解膜與普通地膜最本質(zhì)的差別就是降解膜破損處水分蒸發(fā)帶來(lái)的影響，僅從土壤水-熱-鹽-氮等方面進(jìn)行研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。另外，不同類(lèi)型的降解膜以及不同地區(qū)使用降解膜均有差異，為了推廣降解膜，需從不同方面、不同角度更深入地探索其影響效應(yīng)。

4 結(jié)論

BM在未進(jìn)入降解誘導(dǎo)期前，其降解和破損程度與PM相近，而進(jìn)入快速降解期后（7月底），其降解率和破損面積比率分別是PM的51倍和13倍，且崩解期（9月下旬）降解率達(dá)到23.15%，破損面積比率高達(dá)28.88%。由于地膜破損開(kāi)裂的程度直接影響土壤表面光熱和水汽交換過(guò)程，故在葵花生育前期BM處理與PM在保溫、保水方面效果相差不大，同時(shí)土壤0～40 cm土壤電導(dǎo)率EC和硝態(tài)氮含量也相近。在作物生長(zhǎng)中后期，BM處理的保溫、保水效果略低于PM處理，且0～40 cm土層EC值略高于 PM 處理，硝態(tài)氮含量略低于 PM 處理（P＞0.05），但都顯著優(yōu)于NM處理。BM處理千粒質(zhì)量、每株籽粒質(zhì)量分別比NM處理提高了15.65%和20.85%。從保溫、保水、控鹽、增產(chǎn)和環(huán)保等方面考慮，生物可降解地膜有利于農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展，適合在該地區(qū)推廣。

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