全生物降解膜在蕓豆生產中的特性分析

印荔，徐瑞衡，劉彥文，許俊喜，王楠，張莉，周蕾

（1.揚州市江都區園藝站，江蘇，225200；2.揚州市江都區農業技術推廣中心；3.江蘇省現代農業產業園區）

地膜是農業生產中的重要農資之一，覆蓋后可起到保溫、保濕、保墑、除草及提高土壤肥力等作用，為農業提質增產、農民節本增收作出了重要貢獻[1]。但隨著地膜的大量使用，尤其是部分不合格地膜和其他用途的超薄塑料膜用于農業生產，加上不注重及時回收處理，長期積累后導致農田土壤結構破壞，影響了農業農村生態環境[2]。近幾年來，新材料地膜逐漸推廣應用，主要包括強化耐候地膜和可生物降解地膜（完全可生物降解膜和部分可生物降解膜），其中強化耐候膜因耐候性強，使用結束后可有效減少甚至杜絕田間殘留，且價格較可生物降解膜低，所以應用較多。但考慮綠色生態發展要求，可生物降解膜具有環保、無污染等特點，優勢更為明顯，應用前景更為廣泛[3]。本試驗應用上海弘睿提供的全生物降解膜，對5種降解地膜的保溫、保墑、降濕、對作物生長發育及土壤殘留的影響進行研究分析，以便為地膜減量替代措施提供科學的技術參數、成本核算和技術指導方案。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗在揚州市江都區吳橋現代農業園區開展，以蕓豆為試驗作物，品種為霸王龍K6，種植戶自行育苗。

試驗地膜選用上海弘睿提供的5種規格全生物降解膜試驗產品，普通膜為市場采購合格PE 地膜（表1）。

1.2 試驗設計

2019年8月27日覆膜，9月1日定植，12月24日采收結束，12月31日地膜撿拾回收；溫度測定時間為2019 年8 月29 日至12 月18 日，對比了解蕓豆生長期內地膜保溫效果，及降解膜降解情況與溫度的關聯性殘留監測時間為2020 年3 月20日。

試驗地膜產品與對照地膜顏色一致，均為黑色。共設置6 個處理，以降解膜3 為對照（CK），每個處理設置3 次重復，隨機區組排列。小區面積20 m2，各小區采取統一農藝管理措施。試驗調查內容包括地膜降解、膜下溫度、表土溫度、成本核算等。溫度測量使用Elitech RC-4 自動溫度記錄儀，測溫儀探頭埋在地下10 cm 和膜下位置，每小時記錄1 次數據。試驗測量數據應用WPS Office 軟件進行處理分析。

2 結果與分析

2.1 不同覆膜處理對土壤溫度的影響

根據蕓豆整個生長周期，對每隔10 d 1：00、5：00、9：00 和13：00 的土壤溫度數據進行分析，結果顯示（圖1、2），地表土壤溫度每日變化幅度較大，而-10 cm 土壤溫度變化幅度較小；每日從1：00～13：00，土壤溫度先降低后上升，在13：00 達到最高值。其中普通膜的土表膜下溫度日變化溫差最大，為18.7℃，降解膜1 為12.5℃，降解膜2 為25.9℃，降解膜3（CK）為14.6℃，降解膜4 為32.3℃，降解膜5 為32.2℃；普通膜地下10 cm 土壤溫度日變化溫差最大，為4.1℃，降解膜1 為14.4℃，降解膜2 為4.9℃，降解膜3（CK）為8.7℃，降解膜4為5.8℃，降解膜5 為5℃。

圖1 -10cm 土壤溫度變化

處理作物生長全程測溫數據顯示（圖3），覆蓋降解膜1、2 的地表與-10 cm 土壤最高溫和均溫均高于降解膜3（CK），其中降解膜1、2 最高溫分別達54.4、56.3℃。通過分析厚度一致、寬幅不同的生物降解膜的保溫性（圖4），降解膜3（CK）、降解膜4地面下10 cm 和膜下地表的最低溫、均溫皆高于降解膜5，降解膜5 最低溫分別為1.9、0.8℃；降解膜地表膜下的最高溫度均較高，其中降解膜4 最高溫達57.4℃。

圖2 地表土壤溫度變化

圖3 -10cm 土壤不同厚度、寬幅降解膜最高溫、最低溫和均溫統計

圖4 地表土壤不同厚度、寬幅降解膜最高溫、最低溫和均溫統計

2.2 地膜裂解結果

地膜降解結果（表2，圖5、6）顯示，覆膜后21 d，降解膜1 最先發生開裂，誘導期較其他處理早7～10 d，開裂期較其他處理早25～37 d，大裂期較其他處理早5～48 d，12 月27 日達到碎裂期；其他處理降解膜在覆膜60 d 后均進入大裂期，但未進入碎裂期。

圖5 10 月23 日各處理地膜觀測區域狀態

表2 地膜降解統計 月/日

作物拉秧后，畦面仍殘留大量地膜未降解，其中降解膜1 和降解膜2 裂解最為嚴重，碎片較小；降解膜3（CK）、降解膜4、降解膜5 的殘膜量多，碎片較大。

2.3 人工成本核算

對所有處理的用工進行核算，主要為蓋膜、定植、除草、打藥、撿拾等環節。如表3 所示，蓋膜用工為0.75 人/d，定植用工為0.75 人/d，打藥用工為0.5 人/d，除草和撿拾殘膜用工方面不同處理的用工成本存在差異，覆膜前封閉處理，降解膜1 和降解膜2 用工較多，降解膜1 裂解最為嚴重，除草和撿拾殘膜用工最多，普通膜用工最少；整體人工成本核算，普通膜用工最少，為2.8 人/d，其次是厚度為0.008 mm 的降解膜3（CK）、降解膜4、降解膜5，用工為3.25 人/d。

表3 人工成本核算 人/d

2.4 地膜殘留監測

蕓豆拉秧后至殘留監測種植1 茬茼蒿，耕耙均為縱向進行，不相互混淆，茼蒿種植為撒播，未起壟，采收后即開展原位監測。在每種材料的3 塊試驗區域，統一橫向位置各選取3 個監測點（每塊試驗區域的中間位置），每個監測點為1 m2，深度20 cm（翻耕深度）的土方，篩選出的殘留地膜利用超聲波清洗后晾干稱重。

經晾干恒重后（表4），普通膜與降解膜1 每個樣方平均殘留均為0.095 g，每667 m2平均殘留63.34 g；降解膜2 的平均樣方殘留0.076 g，估算667 m2平均殘留為50.67 g；降解膜3（CK）和降解膜4、5 覆蓋區的樣方地膜平均殘留分別為0.057、0.075、0.126 g，估算667 m2平均殘留分別為38.00、50.00、84.00 g。

表4 地膜殘留監測結果 g

圖6 12 月27 日各處理地膜觀測區域狀態

3 小結

蕓豆，學名菜豆，別名四季豆、刀豆等，是豆科菜豆屬中的栽培種，是我國重要蔬菜之一。菜豆在中國南、北方均廣為種植，除露地栽培外，可利用各種形式的保護設施進行四季生產、周年供應。研究表明，食莢菜豆每100 g 嫩莢含蛋白質2.0～3.2 g，還含有豐富的礦物質、維生素等其他成分。干籽粒每100 g 可含蛋白質20～25 g，不但營養豐富，而且味道鮮美。菜豆除鮮食和作干籽糧用外，還可加工制罐、速凍和脫水，其種子可以入藥。本研究以5種生物可降解生物地膜為試驗材料，比較篩選適合江蘇省蕓豆生產需要的可降解地膜，以期為降解地膜在蕓豆規模化生產的推廣應用提供理論支持。

本研究中，5種生物降解膜前期都表現出較好的保溫效果，能保障秋延后雙層寬體大棚內蕓豆的正常生產：①不同厚度、不同寬幅生物降解膜的地表和地下10 cm 土壤平均溫度均在20℃以上，膜下最高溫度在40.8℃以上，地下最高溫度在32.5℃以上。②5種生物降解膜的地表土壤溫度顯著高于普通膜，降解膜1、2、4的最高溫度均超過50℃，其中降解膜4 高達57.4℃，生物降解膜是否添加特殊的吸熱物質以加速降解，或者是生物降解膜在降解過程中釋放熱量以提高地表土壤溫度。③生物降解膜后期裂解較嚴重，地下10 cm 的保溫效果不及普通膜，普通膜地下10 cm 最低溫度為9.7℃，均高于各種降解膜，其中降解膜5 僅為1.9℃。

5種降解膜均表現出自然裂解效果：①降解膜1 裂解最早，其次是降解膜2、5，地膜薄，裂解速度快，前期裂解速度對于蕓豆生長前期的草害控制效果影響較大，后期裂解速度對作物保溫、保濕效果影響較大，濕度增加易發生病害。②降解膜5 寬度為2 m，中間有走道便于農事操作，長期踩踏，可能會加快地膜裂解速度，此外，地膜粘于濕潤土壤表面，裂解后不易撿拾，監測顯示平均每1 m2殘留0.126 g，高于其他規格的降解膜處理。③本試驗從覆膜到監測歷經7個月，降解膜各種處理在田7 個月后仍監測到地膜殘留，監測清洗中發現降解膜的殘膜韌性明顯下降，但生物降解膜在土壤中降解的時間以及最佳的降解環境還需加深研究，若能解決全生物降解膜降解時間的控制難題，將能充分發揮其生態效益優勢，也能加快其推廣應用。

本研究結果表明，試驗中所用生物降解膜配套雙層大棚覆蓋栽培，可保證秋延后蕓豆正常生產；生物降解膜前期具有較好的保溫效果，但不同規格生物降解膜后期因裂解情況不同，保溫、控濕效果不同程度下降；部分規格降解地膜自然裂解時間早、裂解速度快，但在田完全降解時間較長，難以滿足保墑、控草、節本等要求。