地膜殘膜量對綠洲灌區玉米田土壤理化性狀的影響

唐文雪 馬忠明 魏燾 連彩云

摘要：為探究殘留地膜對土壤理化性狀的影響，以玉米品種沈單16為指示品種，在半膜覆蓋平作栽培條件下，于2015年4月至2020年10月在河西綠洲灌區模擬設置5個地膜殘留量水平（0、110、220、440、660 kg/hm2），測定不同殘膜水平下土壤容重、土壤緊實度、土壤水分、土壤養分含量等指標。結果表明，隨地膜殘留量增加，0～30 cm土層土壤容重呈逐漸增加趨勢，且玉米拔節前0～10 cm土層土壤溫度提高0.14、0.25、0.28、0.43 ℃。殘膜的存在能夠減少土壤表層水分蒸發，提高播前土壤含水量，但在玉米苗期由于殘膜阻礙水分的下滲，導致30～40 cm土層土壤含水量分別比地膜殘留量為0 kg/hm2降低0.11%、1.89%、6.07%、5.93%。當地膜殘留量為660 kg/hm2時，土壤有機質、全氮、礦質氮、Olsen-P養分含量顯均著低于地膜殘留量為0 g/hm2，降幅分別為15.57%、10.53%、18.89%、36.32%。長期殘膜作用使土壤容重增加、通透性降低，并會降低土壤有機質、全氮、礦質氮及Olsen-P含量，引起土壤質量退化。

關鍵詞：地膜殘留量;玉米田;土壤容重;土壤緊實度;土壤水分;土壤養分;西綠洲灌區

中圖分類號：S513;Q142? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1001-1463（2022）06-0082-06

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2022.06.020

Effects of Film Residual Levels on Soil Physical and Chemical Properties of Maize Fields in Hexi Oasis Irrigated Area

TANG Wenxue 1， MA Zhongming 2， WEI Tao 1， LIAN Caiyun 1

（1. Institute of Soil， Fertilizer and Water Saving， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou Gansu 730070， China; 2. Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou Gansu 730070， China）

Abstract： To investigate the effects of residual plastic film on soil physical and chemical properties， Shendan 16 was chosen as indicator variety with semi-film mulching and flatten cultivation applied， 5 residual levels（0， 110， 220， 440 and 660 kg/ha） were mimicked， soil bulk densities， soil compaction degrees， soil moisture and soil nutrient contents were determined for different residual levels. Results showed that compared with that of the control， with the increase of residual level， soil bulk densities at the depth of 0 to 30 cm were increased， soil temperatures before jointingat the depth of 0 to 10 cm were increased by 0.14， 0.25， 0.28 and 0.43 ℃，respectively. Film residues were able to reduce the evaporation from soil surface which would increase the soil water content before sowing， but water infiltration was obstructed by film residues during the seedling stage which led to reduction of soil water content at the depth of 30 to 40 cm， with the increase of residues， the reduction levels， compared with the soil water of level 0 kg/ha at the depth of 30 to 40 cm， were 0.11%， 1.89%， 6.07% and 5.93%， respectively. At the residual level of 660 kg/ha， contents of soil organic， soil total nitrogen， soil mineral nitrogen and soil Olsen-P were significantly lower compared with that of the level 0 kg/ha， with reduction levels of 15.57%， 10.53%， 18.89% and 36.32%， respectively. Long-term utilization of film mulching could lead to increased soil bulk density， reduced soil perviousness， reduced contents of soil organic， soil total nitrogen， soil mineral nitrogen and soil Olsen-P， which would lead to soil degradation.

Key words： Film residue; Maize; Soil bulk density; Soil compaction degree; Soil moisture content; Soil nutrient; Hexi oasis irrigated area

地膜已經成為我國農業生產的重要物質資料之一，農業生產中地膜覆蓋栽培規模大、涉及的作物種類多。地膜覆蓋技術的應用對保障我國糧食安全做出了重大貢獻，尤其在高寒冷涼、干旱及半干旱地區玉米、油菜等作物生產中發揮了顯著的增產作用[1 - 3 ] 。河西綠洲灌區是甘肅省商品糧基地，玉米是河西綠洲灌區的主要糧食作物，由于受水資源缺乏和積溫不足的影響，生產中主要采用覆膜栽培技術， 呈現覆蓋面積大、覆蓋年限長、使用強度大的特點。玉米生產中地膜投入量占主要農作物地膜投入總量的56.06%，其中玉米平作栽培方式下的地膜殘留量最大，年殘留量高達21.3 kg/hm2，使農田土壤中地膜殘留量呈逐年增加趨勢[4 - 6 ]。一般情況下，殘膜可在土壤中存留200～400 a[7 ]。大量地膜殘留在土壤中，對土壤環境、對作物的生長發育和產量均產生負面影響[8 - 10 ]。為探明殘留地膜對土壤、作物生長發育的影響機理，前人將殘膜對土壤物理性狀、水熱效應、土壤環境等影響進行了大量研究[11 - 12 ]，但針對河西灌區的研究還鮮見報道。為此，我們在河西綠洲灌區設置地膜殘留量模擬試驗，研究不同地膜殘留量對玉米田土壤理化性狀的影響，旨在為地膜的科學使用和殘膜防治提供理論指導。

1?  材料與方法

1.1? ?試驗區概況

試驗于2015年4月至2020年10月在甘肅省農業科學院張掖節水農業試驗站進行。試驗站地處甘肅省西北部，河西走廊中段，黑河中上游，海拔1 570 m。區域干旱少雨，年降水量不足130 mm， 屬于典型的大陸性草原荒漠氣候。年均氣溫7 ℃，無霜期153 d。土壤屬輕壤土，200 cm土層土壤平均容重1.38 g/cm3，含有機質7.9 g/kg、速效磷24.7 mg/kg、速效鉀82.0 mg/kg。

1.2? ?供試材料

指示玉米品種為沈單16。地膜選用寬70 cm、厚0.010 mm的普通白色地膜。供試氮肥為尿素（含N 46.4%），磷肥為重過磷酸鈣（含P2O5 44%）。

1.3? ?試驗方法

采用隨機區組設計，小區面積 31.2 m2，重復3次。據試驗及多點調查，玉米半膜覆蓋平作栽培覆膜量平均為40 kg/（hm2·a），殘膜不回收條件下地膜殘留系數高達54.4%[6 ]，殘片面積大于25 cm2占12.4%、4～25 cm2占29.4%、小于4 cm2占58.2%[4 ]。根據地膜投入量及殘留系數確定0、5、10、20、30 a地膜殘留水平，模擬設置5個殘留量處理，分別為0 kg/hm2（CK）、110 kg/hm2（處理A）、220 kg/hm2（處理B）、440 kg/hm2（處理C）、660 kg/hm2（處理D）。將不同面積的地膜碎片按比例混合后與土壤揉搓，然后均勻撒于小區內并翻耕，翻耕深度為30 cm。

各試驗處理均施N 300 kg/hm2、P2O5 225 kg/hm2。全部磷肥及氮肥的40%作基肥。在玉米大喇叭口及吐絲期各施氮肥的30%作追肥。生育期灌水量4 500 m3/hm2。分別于拔節期、大喇叭口期、吐絲期和灌漿中期灌水4次，每次灌水量占灌溉定額的比例為20%、30%、30%、20%。采用水表量水灌溉。

采用寬窄行（80 cm+40 cm）平作栽培方式，窄行覆膜。帶幅120 cm，行距40 cm。密度8.34萬株/hm2。播種前7 d在窄行覆蓋寬70 cm的薄膜。每年4月中下旬播種，10月上旬收獲。

1.4? ?測定項目和方法

2020年4 — 10月測定土壤含水量、容重、土壤溫度及土壤養分含量等。

1.4.1? ? 土壤含水量? ? 采用烘干法測定。播種前1天和苗期灌頭水后第5天采樣。測定深度100 cm，每20 cm為1層。每小區在寬行和窄行各測定1個點。

1.4.2? ? 土壤容重? ? 采用環刀法測定。玉米收獲后每個小區在窄行和寬行各選擇3個點，采用環刀每10 cm為1層采集原狀土壤樣品，測定深度30 cm。

1.4.3? ? 土壤緊實度? ? 采用Field Scout TM SC900土壤緊實度儀測定。玉米苗期灌頭水后的第8天，按照2.5 cm間距依次測定40 cm深度土壤緊實度。每小區隨機測定15個點。

1.4.4? ? 土壤溫度? ? 采用WQG-16曲管地溫計測定。玉米播種后在小區內播種行將曲管地溫計按5、10 cm深度分2層埋設，兩層的平均值為0～10 cm土層土壤溫度。從玉米播種至大喇叭口期連續60 d，每天測定8：00時、14：00時和18：00時的土壤溫度。

1.4.5? ? 土壤養分含量? ? 采用常規的土壤農化分析方法測定[13 ]。10月份作物收獲后，各小區選定5個點采集0～20 cm耕層土樣。將多點樣品混合并分成2份，1份保存冰箱用以測定硝態氮（NO3--N）、銨態氮（NH4+-N）。另1份風干測定土壤有機質、全氮、Olsen-P含量。

1.5? ?數據處理與分析

用SPSS及Excel軟件對試驗數據進行整理和相關分析。

2 結果與分析

2.1? ?不同地膜殘留量對土壤容重及緊實度的影響

圖1、圖2可反映出地膜殘留量與土壤容重、土壤緊實度的關系。土壤容重是一個緩慢變化的過程，從圖1看出，在0～30 cm土層中，處理A、處理B、處理C、處理D的土壤容重分別比CK增加0.45%， 1.04%、2.19%、2.65%。雖然增幅較小，處理間差異不顯著，但隨地膜殘留量增加，土壤容重增加的趨勢明顯，這與趙素榮等[8 ]、嚴昌榮? ? 等[14 ]、尉海東等[15 ]的研究一致。從圖2看，在0～40 cm土層，隨地膜殘留量增加，土壤緊實度總體表現為處理D > 處理C > 處理B > 處理A > CK。土壤容重、土壤緊實度是土壤物理狀態的直觀反映，而殘留地膜可提高土壤容重，增加土壤緊實度，使土壤通透性等物理性狀惡化，影響作物生長發育環境。

2.2? ?不同地膜殘留量對土壤溫度影響

圖3為播種（4月下旬）至玉米大喇叭口期（6月下旬）不同殘膜水平下0～10 cm土層溫度動態變化。可以看出，在玉米播種至拔節期，隨著地膜殘留量的增加，各處理土壤溫度呈增加趨勢。處理A、處理B、處理C、處理D土壤平均溫度較對照分別提高0.14、0.25、0.28、0.43 ℃。玉米拔節期后，不同處理間溫度差異變小。杜利等[16 ]研究認為殘膜阻礙土壤水分下滲并降低了土壤的通透性和導熱性。還有研究認為殘膜會降低土壤比熱容，加快土壤熱傳遞，使土壤降溫加快[9 - 11 ]。

2.3? ?不同地膜殘留量對土壤水分的影響

圖4為玉米播前0～100 cm土層土壤含水量。可以看出，隨地膜殘留量的增加，各土層土壤含水量呈增加趨勢。與CK相比，處理A、處理B、處理C、處理D土壤平均含水量分別提高7.95%、13.56%、18.94%、19.88%。圖5為玉米苗期灌溉頭水第5天土壤含水量。可以看出，隨地膜殘留量的增加，各土層土壤含水量與播前土壤含水量變化相反。在0～100 cm土層，各殘膜處理土壤含水量分別為23.26%、22.36%、21.89%、21.15%，分別比CK降低4.24%、7.93%、9.85%、12.88%。且在20～40 cm土層，處理A、處理B、處理C、處理D的土壤含水量分別為23.18%、22.77%、21.80%、21.83%，分別比CK降低0.11%、1.89%、6.07%、5.93%。

2.4? ?不同地膜殘留量對土壤養分的影響

2.4.1? ? 對土壤有機質及全氮含量的影響? ? 從圖6、圖7看出，地膜殘留量顯著地影響了土壤有機質含量和全氮含量。土壤有機質含量和地膜殘留量呈線性負相關關系，隨地膜殘留量增加，土壤有機質含量顯著降低。地膜殘留量為220 kg/hm2時，土壤有機質含量為19.61 g/kg，比CK顯著降低7.55%;地膜殘留量為660 kg/hm2時，土壤有機質含量最低，僅為17.91 g/kg，比CK顯著降低15.57%。土壤全氮也表現隨地膜殘留量增加而顯著降低趨勢，地膜殘留量為660 kg/hm2時，土壤全氮含量為0.85 g/kg，比CK顯著降低10.53%。

2.4.2? ? 對土壤礦質氮及Olsen-P含量的影響? ? 如圖8、圖9所示，不同處理間土壤礦質氮、速效磷含量存在顯著差異。礦質氮含量、Olsen-P含量均隨著地膜殘留量的增加呈先增加后降低趨勢。處理A礦質氮含量最高，比CK提高1.48%，差異不顯著，隨地膜殘留量增加，隨后土壤礦質氮含量開始降低;處理B、處理C礦質氮含量分別為6.95、6.92 mg/kg，與CK差異不顯著;處理D含量為6.01 mg/kg，顯著低于CK。處理A Olsen-P含量最高，比CK提高6.62%，差異顯著，隨地膜殘留量增加隨后降低;處理B、處理C、處理D的Olsen-P含量分別降低為9.31%、31.43%、36.32%，顯著低于CK。

3? ?小結與結論

以沈單16為指示品種，在玉米半膜覆蓋平作栽培條件下，于2015年4月至2020年10月在河西綠洲灌區進行了地膜殘留量模擬試驗。結果表明，①殘膜可增加土壤容重和土壤緊實度。在0～30 cm土層中，地膜殘留量為110、220、440、660 kg/hm2時土壤容重比地膜殘留量為0 kg/hm2分別增加0.45%、1.04%、2.19%、2.65%。在0～40 cm土層，土壤緊實度總體表現為地膜殘留量為660 kg/hm2的處理>地膜殘留量為440 kg/hm2的處理>地膜殘留量為220 kg/hm2的處理>地膜殘留量為110 kg/hm2的處理>地膜殘留量為0 kg/hm2。殘留地膜可使土壤通透性等物理性狀惡化，影響作物生長環境。②殘膜能影響土壤溫度和土壤水分。地膜殘留量為110、220、440、660 kg/hm2水平時0～10 cm土層土壤平均溫度較地膜殘留量為0 kg/hm2分別提高0.14、0.25、0.28、0.43 ℃。關于殘膜對土壤熱傳導的研究結論不一致，可能與土壤容重、水分含量等變化有關，需進一步研究。殘膜的存在能夠減少土壤表層水分蒸發，提高土壤含水量，但在作物苗期由于殘膜阻礙水分的下滲，導致30～40 cm土層土壤含水量顯著低于0～20 cm土層，影響作物根系發育。③殘膜對土壤有機質、全氮、礦質氮、Olsen-P等養分含量均有顯著影響。隨地膜殘留量增加，土壤有機質、全氮含量顯著降低。當地膜殘留量為660 kg/hm2時，土壤有機質、全氮含量僅分別為17.91、0.85 g/kg，顯著低于地膜殘留量為0 kg/hm2。礦質氮、Olsen-P含量隨著地膜殘留量的增加呈先增加后降低趨勢。當地膜殘留量為660 kg/hm2時，土壤礦質氮、Olsen-P含量顯著低于地膜殘留量為0 kg/hm2，降幅高達18.89%、36.32%。

玉米拔節期后，不同地膜殘留量處理間溫度差異變小。杜利等[16 ]研究認為殘膜阻礙土壤水分下滲并降低了土壤的通透性和導熱性，還有研究認為殘膜會降低土壤比熱容，加快土壤熱傳遞，使土壤降溫加快[9 - 11 ]。播前及灌水后不同殘膜水平下土壤含水量的測定結果說明，播前土壤中殘膜的存在會阻礙土壤水分的上移，減少土壤水分蒸發，提高土壤含水量，有利于土壤保墑，這與解紅娥等[9 ]、李榮等[17 ]的研究一致。作物苗期灌水后，由于殘膜阻礙水分的下滲，導致土壤30～40 cm土層土壤含水量顯著低于0～20 cm土層。董合干等[18 ]研究認為，水分下滲量減少會影響作物根系的下扎，影響根系對土壤水分和養分的吸收，進而影響作物的生長發育及產量形成。土壤有機質含量及其動態主要取決于土壤中有機質輸入與降解之間的平衡[19 ]。由于殘膜影響作物根系的生長發育，能降低土壤有機質的輸入量[20 ]。此外，地膜殘留量增加導致土壤溫度上升、含水量提高，隨著土壤溫度和濕度的升高，土壤有機質的礦化率和分解速率都隨之升高[21 - 22 ]，因此土壤地膜殘留量和土壤有機質含量呈負相關關系。總氮含量也隨地膜殘留量的增加而降低，其變化規律與有機質相似，因為土壤中氮素主要來自有機質，而有機質含量降低必然會影響土壤全氮含量[23 ]。殘膜會嚴重污染土壤環境和微生物生存環境，會降低土壤微生物量和活力，抑制好氧微生物生理活動，降低土壤微生物活性[24 ]，高量殘膜條件下，有機質含量低的土壤中硝化細菌數量少，硝化作用弱[25 ]，并且土壤微生物活性降低影響了土壤磷酸酶活性，進而影響了土壤有機磷水解過程[26 ]，最終導致土壤礦質氮及Olsen-P含量顯著降低。

殘膜長期殘留在土壤，可使土壤容重增加、通透性降低、影響土壤水分的上移和下滲、并降低土壤養分，引起土壤質量退化，其長期累積造成土壤及環境污染面廣的“白色污染”直接威脅著農業的持續發展[27 - 28 ]。因此，應進一步加強研究地膜殘留量對土壤理化性狀的影響，為河西綠洲灌區殘膜防治提供技術支撐。

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收稿日期：2022 - 02 - 28;修訂日期：2022 - 03 - 30

基金項目：國家重點研發計劃項目（2018YFD0800806）;中國農業農村部公益性行業（農業）科研專項（201503125-02）;甘肅省科技計劃項目（21YF5NA145）;甘肅省農業科學院科技創新專項（2019GAAS12）。

作者簡介：唐文雪（1967 — ），女，甘肅臨夏人，研究員，主要從事農業面源污染防控與節水農業研究工作。Email：961921915@qq.com。

通信作者：馬忠明（1963 — ），男，甘肅民勤人，研究員，博士，主要從事農業節水高產栽培理論與技術的研究工作。Email：mazhming@163.com。