生物降解膜對甘薯干物質分配及產量構成的效應分析

王文靜，劉亞軍，胡啟國，儲鳳麗

（商丘市農林科學院，河南商丘 476000）

0 引言

【研究意義】華北平原是我國糧食主產區，其區域降水分布不均，春季降水少，蒸發旺盛，容易發生春旱[1-3]。甘薯是我國重要糧食作物[4-6]。近年來隨著甘薯新型產業的快速發展，甘薯需求量逐年加大，甘薯早收獲早上市選擇種植春薯，甘薯生長前期需要較多水分和適宜溫度進行返青和生長[7-8]，而春薯栽培期大多集中4月中下旬，此時期華北平原也較易發生倒春寒等天氣，利用地膜覆蓋提高土壤含水量和地溫對甘薯生長發育具有重要的研究意義。【前人研究進展】地膜覆蓋可改善耕層土壤水熱狀況，有效減輕春旱和早期低溫對作物生長發育的危害，顯著提高作物產量[9-11]，但隨著地膜覆蓋的使用，地膜殘留量逐年增加[12]。【本研究切入點】普通聚乙烯地膜的高分子聚合性，使其難以在土壤中自然降解[13]，生物降解膜在自然環境下通過地下微生物和水肥氣熱等影響分解為二氧化碳和水，不僅能夠具有普通聚乙烯地膜增溫保墑的作用，也能夠降低農業地膜殘留量，緩解了農業生態環境的壓力[14-18]。生物降解膜在蔬菜和玉米種植方面已經取得一定的研究進展[19-21]，但在甘薯栽培領域還未見其可行性研究報道，需開展甘薯生物可降解地膜覆膜種植試驗研究。【擬解決的關鍵問題】研究不同地膜覆蓋對甘薯生長發育、干物質分配與產量形成的影響以及進行甘薯產量形成因素與其它主要農藝性狀之間的相關性分析，研究生物降解膜在甘薯種植領域的可行性，為生物降解膜在甘薯領域的應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗于2020年5～10月在商丘市農林科學院試驗示范基地進行。N39°93′，E116°38′，海拔大約53 m。商丘市屬于典型暖溫帶季風氣候，夏季炎熱多雨，秋季涼爽干燥，無霜期大約210 d，年降水689.5～889.6 mm，年日照時長大約2 200 h，年平均積溫（≥10℃）4 250～5 210℃。供試土壤為黃潮土，質地為黏土質，基礎土壤養分含量：速效磷47.65 mg/kg，速效氮87.56 mg/kg，速效鉀123.83 mg/kg，有機質1.72%，pH8.0。供試甘薯品種為商薯17，由國家甘薯體系商丘綜合試驗站選育；供試地膜：生物降解膜寬度為1 100 mm，厚度為0.01 mm，由國家甘薯體系提供，普通膜寬度、厚度與生物降解膜一致，購買于市場。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計

試驗采用單因素隨機區組設計。覆膜方式分設3個水平，MOPLA完全生物降解地膜（以下簡稱：降解膜）、普通聚乙烯地膜（以下簡稱：普通膜）、不覆膜，3個處理、4次重復，共計12小區。甘薯行距80 cm，株距26 cm，試驗周圍設置3 m保護行，小區面積為62.4 m2。甘薯種植時間為5月1號，收獲時間10月15日，甘薯水平栽培，所用秧苗節數均為6節，3節地下放平、1節斜入土、2節留地上，秧苗粗細水平相當。試驗地前茬種植甘薯，冬季閑置恢復。施肥量為紅薯專用肥750 kg/hm2，K2SO4150 kg/hm2，P2O5150 kg/hm2，農藥噴灑多菌靈45 kg/hm2，毒鋅顆粒75 kg/hm2，甘薯種植前進行滴灌帶和地膜的鋪蓋，地膜全壟覆蓋，統一澆水量。

1.2.2 指標測定

薯苗栽培30、60、90、120和150 d時進行地上部與地下部干物重的測定，測定時分別隨機選取中間行5株進行烘干測定；收獲期每個小區選取3個4×2.6（m2）大小樣方測產、商品薯率測定（為100～500 g，外觀良好，無破損，無病蟲害），每個小區隨機選取3個薯塊測定干物率，折算淀粉率和薯干產量；收獲期調查結薯習性，T/R值：地上部植株蔓莖鮮重與地下薯塊鮮重比值；薯塊平均尺寸為甘薯尺寸最長值。

1.3 數據處理

利用office 2010進行數據統計，利用SPSS 17.0進行差異顯著性檢驗和相關性分析。

2 結果與分析

2.1 地膜覆蓋對甘薯地上部與地下部干物重的影響

研究表明，不同地膜覆蓋對甘薯干物質分配有不同的影響。薯苗栽培15 d時，各處理蔓莖干物重差異均不明顯；從栽培30 d時，生物降解膜與普通膜處理的蔓莖干物重開始明顯高于不覆膜處理，生物降解膜處理高于普通膜處理，直到栽培100 d左右時，普通膜處理開始高于生物降解膜處理，栽培150 d時，蔓莖干物質重量為普通膜＞生物降解膜＞不覆膜。覆膜處理顯著高于不覆膜處理（P＜0.05）。圖1

圖1 地膜覆蓋下地上部植株蔓莖干物重變化Fig.1 Effect of plastic film mulching on the dry matter weight of stems

薯苗栽培30 d時，地下薯塊干物重差異不明顯，栽培30～60 d時，地下干物重開始增長，但增長速率較緩，栽培60 d后，地下薯塊開始快速增長，直到生育期結束，覆膜處理薯塊干物重顯著（P＜0.05）高于不覆膜處理，而生物降解膜處理明顯高于普通膜處理。覆膜對甘薯生長發育有明顯的促進作用，而生物降解膜隨著栽培時間的延長大片裂解，腐爛化成生物肥料可供地下薯塊吸收利用，而普通膜處理生育后期由于對甘薯根部的密封，透氣性明顯弱于生物降解膜處理，對甘薯生理生長以及干物質的分配有較大的影響。圖2

圖2 地膜覆蓋下地下部薯塊干物重變化Fig.2 Effect of plastic film mulching on the dry weight of underground tubers

2.2 地膜覆蓋對甘薯結薯習性的影響

研究表明，降解膜處理單株薯重、單株結薯數均最高，普通膜處理其次，不覆膜處理最低，其中降解膜處理單株結薯數較普通膜、不覆膜處理顯著（P＜0.05）增加15.75%、36.62%；不覆膜處理單塊薯重、平均尺寸最高，降解膜處理其次，普通膜處理最低，其中降解膜與普通膜處理的單塊薯重、平均尺寸差異不顯著，而普通膜處理單塊薯重較不覆膜處理顯著減低12.50%，降解膜、普通膜處理平均尺寸較不覆膜處理顯著降低10.91%、20.50%；降解膜處理T/R值最低，普通膜處理其次，不覆膜處理最高，其中降解膜處理T/R值較普通膜、不覆膜處理分別顯著降低23.20%、30.43%。表1

表1 地膜覆蓋下甘薯結薯習性Table 1 Effects of plastic film mulching on tuber setting habit of sweet potato

2.3 地膜覆蓋對甘薯產量構成因素的影響

研究表明，地膜覆蓋對甘薯鮮薯產量、商品薯率，干物率等有較大的影響。降解膜處理的干物率、淀粉率、商品薯率、鮮薯產量和薯干產量均高于其它兩個處理，不覆膜處理的干物率、商品薯率、鮮薯產量和薯干產量均最低，普通膜處理商品薯率最低，其中降解膜處理干物率、淀粉率、鮮薯產量和薯干產量較不覆膜處理顯著（P＜0.05）增加7.40%、9.90%、15.70%和24.45%，商品薯率較普通膜增加11.76%，但結果差異不顯著；普通膜處理的干物率、淀粉率、鮮薯產量較不覆膜處理顯著增加3.13%、4.18%、8.19%。地膜覆蓋對甘薯產量、薯干產量、干物率、淀粉率、商品薯率均有一定的影響，其中生物降解膜表現較優。表2

表2 地膜覆蓋下甘薯產量形成因素變化Table 2 Effects of plastic film mulching on yield formation factors of sweet potato

2.4 地膜覆蓋條件下鮮薯產量與其它主要農藝性狀的相關性

研究表明，鮮薯產量與薯塊干物率、薯塊干物重、單株結薯數呈顯著（P＜0.05）正相關關系，與T/R值、蔓莖干物率呈負相關關系，但均為顯著相關性；薯塊干物率與薯塊干物重、單株結薯數呈顯著正相關關系，與T/R值、蔓莖干物率呈負相關關系，其中與T/R值呈顯著負相關關系。表3

表3 鮮薯產量與其它主要農藝性狀相關性Table 3 Correlation Analysis of yield formation factors,agronomic traits and soil water and heat environment

3 討論

土壤水分與溫度是作物生長的重要環境因子[22]，華北平原春旱和早期低溫對甘薯返青與生長造成了較大的影響。有研究表明，地膜覆蓋可明顯降低作物根系表面土壤水分蒸發，改善土壤水熱環境，對干旱和春季早期低溫有較好的緩解作用，促進作物生長發育[23-24]。試驗研究結果表明，覆膜處理蔓莖干物重均顯著（P＜0.05）高于不覆膜處理，而生物降解膜處理蔓莖干物重略低于普通膜處理，但無顯著性差異；薯塊干物重表現為：生物降解膜處理＞普通膜處理＞不覆膜處理。分析認為，栽后種植45 d左右時，生物降解膜由于材質較脆，有部分薄膜開始大片破裂，其溫度及濕度的保持弱于普通膜處理，進而使得普通膜植株生長明顯強于生物降解膜處理及不覆膜處理，但生物降解膜腐爛后化成生物肥料可供地下薯塊吸收利用，而普通膜處理生育后期由于對甘薯根部的密封，透氣性明顯弱于生物降解膜處理，對甘薯生理生長以及干物質的分配有較大的影響，從而使得生物降解膜薯塊干物重明顯高于普通膜處理。

甘薯農藝性狀與產量形成因素受地膜覆蓋影響較大，研究結果可知，覆膜處理的單株結薯數與單株薯塊重、鮮薯產量、干物率均顯著高于不覆膜處理，而T/R值顯著低于不覆膜處理，商品薯率高于不覆膜處理。分析可知地膜覆蓋有利于提高甘薯單株結薯數與單株薯塊重，而T/R值的降低可說明地膜覆蓋有利于提高表面土壤溫度和含水率，降低作物根系土壤水分蒸發，提高水分利用效率，使有限的水分用于蒸騰性生產，減弱甘薯地上部蔓莖的瘋長與干物質的浪費，促使光合作用產物向薯塊轉移，從而促進鮮薯產量與干物率的提高，對甘薯商品薯率也有一定的影響。生物降解膜處理的單株薯塊重、單株結薯數、鮮薯產量、干物率、商品薯率、薯干產量均高于普通膜處理，T/R值低于普通膜處理，說明生物降解膜在保溫方面不顯著低于普通膜處理的情況下，相比于不覆膜處理能夠提高地膜保墑效果，改善甘薯的農藝性狀，提高甘薯的產量形成因素。在分析鮮薯產量與其它農藝性狀之間的相關性發現，鮮薯產量與薯塊干物率、薯塊干物重、單株結薯數呈顯著（P＜0.05）正相關關系，與T/R值、蔓莖干物率呈負相關關系，鮮薯產量與其它甘薯農藝性狀有著較為緊密的聯系。說明地膜覆蓋有利于提高甘薯表面土壤溫度和含水率，降低土壤水分蒸發，使有限的水分主要用于蒸騰性生產[25-26]，減弱甘薯地上部植株瘋長，促使光合作用產生的干物質向地下部營養器官轉移，促進薯塊干物質的積累，提高單株結薯數，進一步提高鮮薯產量、薯塊干物重及干物率。綜上所述，生物降解膜的表現優于普通膜與不覆膜處理。但生物降解膜在甘薯種植過程中破碎較早，沒有起到最大作用，如何延遲降解膜破裂的時間以及生物降解膜破碎后對土壤肥力、微生物群落的變化均沒有詳細的機理，需要進一步探究。

4 結論

覆膜處理蔓莖干物重均顯著（P＜0.05）高于不覆膜處理，而生物降解膜處理蔓莖干物重略低于普通膜處理，但無顯著性差異；地下薯塊干物重表現為生物降解膜處理＞普通膜處理＞不覆膜處理；生物降解膜處理的單株薯塊重、單株結薯數、鮮薯產量、干物率、商品薯率、薯干產量均高于普通膜處理和不覆膜處理，T/R值最低；鮮薯產量與薯塊干物率、薯塊干物重、單株結薯數呈顯著（P＜0.05）正相關關系；生物降解膜處理表現較優。