可降解地膜農田適用性評價

張相松 王獻杰 房曉燕 居學海

摘要?[目的]評價可降解地膜的農田適用性，為防治地膜污染尋求有效途徑。[方法]選擇山東主要覆膜作物春花生作為供試作物，通過設置覆膜栽培試驗、暴曬試驗和填埋試驗，系統評價不同類型可降解地膜的農田適用性。[結果]參試的4種全生物降解地膜和2種氧化生物雙降解地膜均能滿足農機作業要求;以聚乙烯為主要原料的普通地膜和氧化生物雙降解地膜的增溫、保墑、抑草、增產效果優于全生物降解地膜，降解性能劣于全生物降解地膜。[結論]可降解地膜基本具備了聚乙烯地膜的功能和較好的降解性能，是防治地膜污染的一個有效途徑。

關鍵詞?可降解地膜;春花生;農田適用性

中圖分類號?S316文獻標識碼?A

文章編號?0517-6611（2019）22-0079-04

Abstract?[Objective]The research aimed to evaluate the applicability of degradable mulching film in farmland and and seek effective ways to prevent and control mulch pollution.[Method]Spring peanuts， which were mainly cultivated with mulching plastic films in Shandong， were selected as test crops.The applicability of different types of degradable mulching films was systematically evaluated by setting up mulching cultivation test， exposure test and landfill test.[Results]Four fullbiodegradable films and the two oxidized biodegradable films could meet the requirements of agricultural machinery operation; considering effects of increasing temperature， preserving soil moisture， enhancing weedsuppression ability and promoting productivity ，common films， which were produced from the main raw material polyethylene， and oxidized biodegradable films are better than fullbiodegradable films， while their degradation performance was inferior.[Conclusion]The degradable mulching film basically has the function of polyethylene film and good degradation performance， and is an effective way to prevent and control the film pollution.

Key words?Degradable mulch;Spring peanut;Farmland applicability

地膜覆蓋技術已成為我國農業應用最為廣泛的農藝技術之一，但同時地膜殘留污染也成為影響農業可持續發展的一個重大問題[1]。據中國產業調研網發布的《2016年中國可降解地膜市場調查研究與發展趨勢預測報告》顯示，從近期來看，治理地膜白色污染需要回收和降解雙管齊下;從長遠來看，低成本、功能與作物需求同步的降解地膜是發展方向[2]。該研究選擇山東主要覆膜作物春花生作為供試作物，通過設置覆膜栽培試驗、暴曬試驗和填埋試驗，系統研究不同類型可降解地膜的增溫、保墑、機械、降解等性能及對春花生生長發育的影響，客觀評價其農田適用性及推廣的可行性，為減少“白色污染”尋求有效途徑。

1?材料與方法

1.1?試驗設計

試驗地點位于山東省臨沂市沂南縣。該區域屬暖溫帶半濕潤季風區氣候，年降水量多在800 mm左右，年平均氣溫12.8 ～14.0 ℃，年平均日照時數2 475.5 h。土壤類型為砂壤土，土壤肥力較好。

試驗設置覆膜栽培試驗、暴曬試驗和填埋試驗。具體試驗處理內容見表1。每種類型地膜為一個處理（小區面積72 m2），同時設普通地膜（CK1）和裸地（CK2）2個對照，每個處理重復3次，隨機排列。起壟種植，壟寬0.8 m，單行穴播，株距25 cm，每穴5粒，供試花生品種為海花一號;暴曬試驗，膜下不種植作物，確保地膜完全暴露在陽光下;填埋試驗，地膜埋藏深度為10 cm，分填埋90、180、365 d 3個觀察期。

所有處理2017年4月30日播種并機械覆膜，覆膜后定期觀察記錄地膜降解情況，同時記錄花生生長發育進程，9月10日收獲測產，9月15日調查地膜殘留情況。

1.2?測定方法

1.2.1?地膜降解進度觀測。采用目測法，從覆膜開始，定期觀察記錄地膜顏色、形態以及表面完整情況的變化情況，并拍照。

降解階段劃分：誘導期指壟面地膜出現多處（每1 m長地膜出現3處及以上）≤2 cm自然孔縫的時間;開裂期指壟面地膜出現>2 cm、<20 cm自然孔縫的時間;大裂期指壟面地膜出現≥20 cm自然孔縫的時間;碎裂期指壟（畦）面地膜出現碎裂，最大地膜殘片面積≤16 cm2的時間;無膜期指壟面地膜基本見不到地膜殘片的時間。

填埋試驗地膜降解程度用以下符號表示：“×”表示未出現降解現象;“+”表示開始有降解現象;“++”表示降解現象明顯;“+++”表示降解加速。

1.2.2?土壤溫度。采用日本產HIOKI溫度自動記錄儀測定，探頭埋設深度為10 cm，每1 h記錄一次。

1.2.3?土壤濕度。實驗室內采用100 mL量杯分別用參試地膜進行覆蓋，放置于室溫條件下，定期觀察水分蒸發的程度;另外，多次取膜下0～10 cm混合土樣，分別稱量鮮土和風干土質量，計算土壤風干基含水量。

1.2.4?產量計算。每個小區隨機選取4 m2測定其產量。

1.2.5?殘膜調查。花生收獲后，每個小區隨機選取0.80 m×1.25 m樣方，收集土壤10 cm耕層殘膜，洗凈、晾干、稱重。

2?結果與分析

2.1?參試地膜的增溫性能

由各處理在花生生育期內（5月11日—8月18日）

的積溫（表2）可知，各參試地膜的增溫效果E>CK1>F>B>C>A>D>CK2。各覆膜處理間增溫效果差異不顯著，E、CK1、F、B、C與裸地對照（CK2）間差異顯著，E、CK1、F與CK2間差異達到極顯著水平。可見，以聚乙烯為主要原料的普通地膜（CK1）和氧化生物雙降解地膜（E、F）增溫效果優于全生物降解地膜（A、B、C、D）。

將每個處理的10日積溫求和與裸地對比，得出各參試地膜在不同時期的增溫幅度，以反映各參試地膜的增溫性能。由圖1可知，前期因氣溫、地溫均較低，各參試地膜增溫幅度為16.5%～22.1%，隨著氣溫的升高，各參試地膜平均增溫幅度逐漸降低;以聚乙烯為主要原料的地膜增溫效果優于全生物可降解地膜，增溫幅度平均高約3.2%;進入7月份之后，隨著降解氣溫升高、地膜破損、花生封行等因素，各覆膜處理土壤溫度與裸地基本持平。

2.2?參試地膜的保墑性能

由圖2可知，參試的不同地膜實驗室內水分蒸發量大小順序為F≈CK1≈E

對不同地膜各時期膜下0～10 cm土壤風干基含水量監測結果（圖3）表明，全生物降解地膜膜下土壤含水率低于普通地膜。在地膜誘導期內田間觀察（5月10日）發現，全生物降解地膜（A、B、C、D）膜下凝聚的水珠較少，膜下土壤干土層較厚;以聚乙烯為主要原料的普通地膜（CK1）和氧化生物雙降解地膜（E、F）膜下凝聚大量水珠，膜下土壤潮濕。

以上數據和現象均表明，全生物降解地膜保墑性能劣于以聚乙烯為主要原料的普通地膜和氧化生物雙降解地膜，尤其是在特別干旱的環境下。

2.3?參試地膜對花生生長的影響

各覆膜處理均在播種后第8天出苗率超過50%，比裸地提前3 d;除D外，其他覆膜處理在播種后第38天開花率超過50%，比裸地提前4 d;花生產量方面，與裸地比，CK1、E、F增產幅度超過20%，A、B、C、D增產幅度為2.1%～13.4%;CK1與CK2間產量差異達顯著水平，各覆膜處理間產量差異不顯著（表3）。

2.4?參試地膜的降解特性及殘留情況

由表4可知，各參試降解地膜的誘導期在35～65 d，長短順序為CK1>C>A>D=F>E>B。截至花生收獲，栽培區只有處理D進入碎裂期，其他可降解地膜均處在大裂期;暴曬區地膜降解速度快于栽培區，且均進入了碎裂期;各處理均未達到無膜期。殘膜調查發現（表5），地膜壟上部分降解速度明顯快于埋土部分，各參試地膜降解速度D>B>C>A>F>E>CK1。

填埋試驗結果表明（表5），填埋90 d時，只有D開始有降解現象;填埋180 d時，C和D降解現象明顯，進入開裂期;填埋365 d時，A和CK1無降解現象，B開始出現少量<2 cm孔縫，C和D降解成網狀、韌性極差;E和F局部韌性變差、出現細小孔洞。

3?討論與結論

3.1?參試地膜的機械性能評價

參試的4種全生物降解地膜和2種氧化生物雙降解地膜，在覆膜機具正常行走狀態下沒出現斷裂和黏連等情況，均能滿足農機作業要求。但是，全生物降解地膜易在花生引苗出土、風等外力作用下出現直線撕裂的情況。

3.2?參試地膜的增溫性能評價

參試地膜均具備增溫功能，以聚乙烯為主要原料的普通地膜和氧化生物雙降解地膜增溫效果優于全生物降解地膜，增溫幅度平均高約3.2%;部分參試地膜土壤溫度與裸地處理間差異達到極顯著水平，但各覆膜處理間增溫效果差異不顯著;覆膜前期各參試地膜增溫幅度為16.5%～22.1%，因氣溫升高、地膜降解、花生封行，各參試地膜的增溫效果逐漸降低。

袁海濤等[3]研究表明，氧化生物雙降解地膜在降解破裂前與普通地膜升溫效果無差異，具有相同的增溫效果;戴敬等[4]研究表明，雙降解地膜和光降解地膜在地膜降解前的增溫效果優于普通地膜，這可能與地膜厚度不同有關;楊濤等[5]、孫云云等[6]、何美娟[7]、劉祥[8]研究表明，生物降解地膜前期增溫效果略劣于普通地膜，但沒有明顯差異，基本能滿足供試作物前期和中期生長發育所需的活動積溫。

3.3?參試地膜的保墑性能評價

參試地膜均具備保墑功能，以聚乙烯為主要原料的普通地膜和氧化生物雙降解地膜保墑效果優于全生物降解地膜。該研究結果顯示，普通地膜和氧化生物雙降解地膜的水分蒸發量僅為對照的2.43%，全生物降解地膜卻達到對照的18.01%，是前者的7.4倍。李妍超[9]研究也表明，在室內模擬地膜保水和降解情況下，全生物降解地膜的保水性較差，水分損失率為41.8%～69.8%，氧化生物雙降解地膜的保水性與聚乙烯地膜接近1.4%～4.9%。這與原料性質有關，厚度0.01 mm的PBAT（聚己二酸-對苯二甲酸-丁二醇脂）薄膜透水率為1 000 g/（m2·24 h）左右，而PE僅為100 g/（m2·24 h）左右，保水性差[10]。

結合田間監測，全生物降解地膜膜下土壤含水率低于普通地膜。楊濤等[5]研究表明，與普通地膜相比，生物降解地膜使土壤含水量降低7.62%，但差異不顯著;張宇等[11]、孫云云等[6]、楊玉姣等[12]也得到類似的結論。

3.4?參試地膜對花生生長影響的評價

參試地膜均有增產效果，普通地膜和氧化生物雙降解地膜增產效果大于全生物降解地膜，各覆膜處理間產量差異不顯著;與裸地相比，各參試地膜可將花生出苗期、幼苗期、花期等主要生育期提前3～4 d。馮荔等[13]在寧夏地區的研究表明隨著參試生物降解地膜降解加快，其增溫、保墑效果已降到不能充分滿足玉米生長發育需求，特別是有效積溫基本接近露地，從而影響到玉米產量構成因素，導致玉米產量降低或成熟延遲;王春麗等[14]試驗結果表明，可降解地膜與普通地膜相比玉米減產3.0%～16.4%;孫云云等[6]在吉林地區的研究表明，覆蓋降解地膜的玉米比裸地早成熟5 d，比普通地膜晚成熟2 d;林萌萌等[15]研究表明，花生產量除一種參試地膜比普通地膜略增產1.79%外，其他均減產1.37%～8.50%;段義忠等[16]在馬鈴薯生產上應用生物可降解地膜比普通地膜更能提高產量，因為隨著地膜的降解，降低了土壤溫度，促進了雨水下滲，有利于馬鈴薯這種喜涼作物更好的生長。

3.5?參試地膜的降解性能評價

全生物降解地膜降解性能優于氧化生物雙降解地膜（特別是埋土部分），但是各參試降解地膜的誘導期為35～65 d，均達不到山東地區花生地膜有效覆蓋約70 d的要求。暴曬區地膜降解速度快于栽培區，地膜壟上部分降解速度明顯快于埋土部分;填埋試驗表明，各參試地膜降解速度差距很大。當季收獲后，全生物降解地膜殘留率在30%以下，氧化生物雙降解地膜殘留率約50%。張宇等[11]研究表明，光照在地膜降解中起到重要作用，填埋試驗在沒有植物根系和光、熱等外界擾動條件下，降解不明顯;李妍超[9]研究表明，花生栽培試驗中供試的全生物降解地膜降解速度較快，氧化生物雙降解地膜降解速率慢;填埋120 d時，全生物降解地膜降解率在56.9%～94.2%，氧化生物雙降解地膜降解率僅有3.4%，與聚乙烯地膜無明顯差異。

可降解地膜的降解性能主要取決于聚合物的結構，又受光照（紫外線）、氣溫和降水等氣象環境條件及土壤生物活性（微生物、酶、細菌等）的影響[17-18]。一般認為，紫外線越強，地表溫度越高、水分越大、降解速率越快;填埋部分的降解主要受土壤微生物、含水量和溫度的影響[19]。全生物降解地膜降解的最終產物為CO2和H2O，不會對環境產生二次污染;但是易在農事操作、風等外力作用下出現直線撕裂，過早地失去增溫、保墑、抑草的功能。氧化生物雙降解地膜有利于減少大片殘膜對作物生長、土壤水分運移和機械耕作的負面影響，但存在降解不均勻的問題，且其主要成分為聚乙烯，降解后塑料碎片和顆粒難以被土壤同化，污染土壤問題仍未得到根本解決[20-21]。

可降解地膜基本具備了聚乙烯地膜的功能和較好的降解性能，是防治地膜污染的一個有效途徑。但下一步需解決好以下問題：一是全生物降解地膜的研發和應用需結合區域氣候特點和作物生長規律，提高增溫、保墑、抑草性能和降解的可控性，降低成本;二是研究配套的農藝措施，提高可降解地膜的農田適用性;三是評價可降解地膜降解產物對土壤環境、作物生長發育的影響。

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