全生物可降解膜在紅芽芋生產中的應用研究及示范

莊文雅 ,林志寅 ,黃歆賢 ,朱奇彪

(1.瑞安市順泰毛芋專業合作社,浙江 瑞安 325208;2.浙江農藝師學院,浙江 杭州 310021;3.溫州市農業技術推廣中心,浙江 溫州 325200;4.浙江省農業科學院 農村發展研究所,浙江 杭州 310021)

地膜覆蓋技術具有良好的保溫、保濕、改善土壤理化性質的作用[1],并被實驗證明能夠有效提高玉米[2]、馬鈴薯[3]、水稻[4]等作物的產量,目前已廣泛應用于農業生產的各個領域。由于普通地膜使用的是聚乙烯材料,自然條件下極難降解[5],不僅極大地提高了人工回收成本,并且土壤地膜殘留對土壤結構造成破壞,阻礙了農作物對土壤中水分和養分的吸收,影響農業可持續發展。全生物可降解膜是普通聚乙烯地膜的優良替代品,能在作物生育期內充分降解成二氧化碳和水[4],在起到普通地膜保溫保濕作用的同時,還能減少人工成本。盡管性能優良,但是一些客觀因素阻礙了全生物可降解膜的進一步普及應用:一是成本高讓很多農戶望而卻步;二是適應性,可降解膜的降解周期能否滿足作物生長的需求仍需不斷研究。

紅芽芋是芋類品種之一,種植歷史悠久,品質鮮美細膩且營養全面,深受消費者喜愛。但是紅芽芋是塊莖類作物,使用普通PE 地膜回收較為困難[6]。為了減少紅芽芋生產中的耕地污染,實現綠色、可持續發展,本研究以不同類型的全生物可降解膜作為研究材料,通過對比分析其降解狀況、保溫作用及成本與經濟效益,探究其在紅芽芋實際生產中大規模應用的可能性。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗地膜包括9 種全生物可降解膜以及普通聚乙烯地膜。在實驗過程中,以不同的地膜材料作單因素處理,普通地膜實驗編號為CK,全生物可降解膜編號為T1～ T8,分別為南通龍達黑色地膜0.008 mm;南通龍達黑色地膜0.01 mm;南通龍達白色地膜 0.008 mm;南通龍達白色地膜0.01 mm;家樂密黑色地膜0.008 mm;家樂密黑色地膜0.01 mm;家樂密白色地膜0.008 mm;家樂密白色地膜0.01 mm。

1.2 處理設計

本實驗共設9 個處理,以普通聚乙烯地膜作為對照,每個處理為1 個試驗小區,3 次重復,采用隨機區組設計,每個小區約25 m2。各處理田間管理水平一致。

1.3 測定項目

1.3.1 作物生長情況

對紅芽芋的生育期進行調查,記載各處理作物到達相應生育期的日期,以小區50%以上植株進入該生長期為標準,以及距離覆膜后的天數。

1.3.2 地膜降解分期標準

通過定期的肉眼觀察,記錄地膜表面顏色、損壞程度、手撕拉力等變化情況,可將地膜的降解過程大致分為5 個時期。誘導期:從覆蓋地膜日起,到地膜出現3 處2 cm 左右裂縫或孔洞的階段,在此階段內,地膜表面完整性和地膜拉力基本無變化。開裂期:地膜表面出現大于2 cm 的孔洞或裂縫。大裂期:地膜表面顏色暗淡,出現裂縫寬度大于20 cm。碎裂期:地膜變薄,韌性變差,最大地膜殘片面積小于16 cm2。無膜期:地表只能看到少量或見不到殘膜存在的階段。

1.3.3 地膜降解觀測標準

從地膜鋪設之日起,每30 d 觀測一次。在每個小區隨機選取3 個0.5 m×0.5 m 的區域作為地膜降解觀測區域,以框定的方式標記,并在觀察日去觀察和測量每個區域內孔洞的數目及直徑,記錄地膜降解的程度和時間。在紅芽芋采收結束后,取覆蓋地膜樣品測量殘留面積及質量損失。

地膜質量損失率測定方法:分別取各處理地膜面0.5 m×0.5 m,洗凈、晾干后用萬分之一天平稱重,計算地膜質量損失率,地膜質量損失率=(地膜原質量-地膜現質量)/地膜原質量×100%。

1.3.4 土壤溫度監測

使用RC-4 溫度記錄儀對土壤溫度進行檢測,測定層次為耕層10 cm,測定時間間隔為10 d,每個實驗小區設置3 次重復。于收獲期計算產量。

2 結果與分析

2.1 不同地膜覆蓋對作物生長情況及土壤溫度的影響

本研究統計了不同覆膜情況下作物的生長狀況,結果顯示,相較于普通地膜,不同厚度及顏色的全生物可降解膜對紅芽芋生長情況并無顯著的影響。覆膜播種后,經歷了1 個月左右的時間開始出苗,在110 d 左右開始形成塊莖,至最后收獲共經歷了200 d 的時間,在這一過程中,各處理的紅芽芋生長狀況良好,生長周期符合預期 (表1)。

表1 不同地膜處理紅芽芋的生長狀況

從圖1 可以看出,在紅芽芋生育前期(0～100 d),T3、T4、T7 和T8 相較于CK 有相似的保溫作用,而T1、T2、T5 和T6 增溫效果稍差,相比于其他處理日平均增溫降低2.45 ℃。在紅芽芋的生長后期 (100 d 至生育期結束),由于可降解膜碎片化嚴重,其日平均增溫效果相比于普通地膜降低了2.23 ℃。整體而言,不同全生物可降解膜對紅芽芋生育期具有與普通地膜相似的保溫作用,能夠滿足紅芽芋生育前期尤其是出苗期對溫度的要求,較好地保證了成活率。

圖1 不同類型地膜覆蓋對紅芽芋生長期內土壤溫度的影響

2.2 地膜降解狀況

從表2 可以看出,不同類型的全生物可降解膜具有較為相似的降解特征。全生物可降解膜在紅芽芋播種40 d 左右就已達到開裂期,在70 d 左右達到大裂期,3 個月左右開始碎裂,到了5 個月前后,即紅芽芋的收獲期之前,地膜達到無膜期,至此田地表面已見不到殘膜,或者只殘存少量碎片。觀察發現,在紅芽芋生育前期,可降解膜能夠維持較好的形態特征,在90～150 d,其降解速度明顯增加,至收獲期平均各處理地膜殘留量為0.19 m2·m-2,平均質量損失率為84.3%。在紅芽芋生長過程中,各個降解膜的降解時期較為相似,并未出現較大波動,但在大規模種植中,仍不能排除受到大氣和土壤環境影響造成的偏差。

表2 不同處理地膜的降解周期及時間

2.3 不同地膜對紅芽芋經濟性狀及產量影響

由表3 可以看出,在白色可降解膜處理下,紅芽芋的667 m2產量在1 888.08～2 188.80 kg,平均667 m2產量為2 084.88 kg,相較于普通地膜處理增產139.20 kg。其中,可降解膜厚度對于紅芽芋生產并無顯著影響。然而黑色可降解膜處理的平均667 m2產量只有1 464.12 kg,相較于其他處理減產明顯。

表3 不同地膜處理紅芽芋的產量

從成本來看,黑色全生物可降解膜相較于白色可降解膜和普通地膜對田間雜草的控制效果更好,用工人數更少 (表4)。就整體用工數而言,T6 用工數最少,較CK 節省了53.3%,其次是T5,均為黑色可降解膜。然而全生物可降解膜的價格明顯高于普通地膜。按照3.2 元·kg-1的價格計算,T8的產值最高,其667 m2效益達到了6 494.16 元,其次為T7、T4 和T3。T6 的667 m2效益相較于普通地膜縮水最為顯著,其次是T5、T1 和T2。結果表明,在實際應用中,白色全生物可降解膜所帶來的增產效果及減少人工成本所帶來的收益使其具有在紅芽芋大規模生產中替代普通地膜的能力,而黑色可降解膜可能較難適應紅芽芋的生產模式。

表4 不同地膜處理的每667 m2 效益情況

3 討論

地膜栽培技術是目前最廣泛應用于現代化農業生產中的技術之一,通過保持土壤溫度、保留水分和營養物質,有效提高了作物的出苗和成活率,帶來了較大的產量提升。然而隨著愈加廣泛的應用范圍及其高分子難降解的特性,普通地膜所帶來的污染問題已然不可忽視。本研究通過全生物可降解膜和普通高分子地膜的對比分析發現,在紅芽芋的實際生產過程中,全生物可降解膜的降解周期符合紅芽芋的生長狀況,不同全生物可降解膜均能起到良好的保溫效果,有效保障紅芽芋生長前期尤其是出苗以及幼苗生長過程中對溫度的要求。而在紅芽芋生長后期,隨著全生物可降解膜的逐步降解,其保溫作用相較于普通地膜較差,但是由于植被覆蓋度的增加,其生長狀況并未受到影響。

紅芽芋整體生長喜濕耐涼,田間雜草較易滋生,很難根除,由此帶來的除草人工成本較高。本研究發現,黑色全生物可降解膜對于雜草的抑制作用好于白色可降解膜和普通地膜,相對人工成本較低。白色全生物可降解膜雖然節約了地膜回收成本,但是雜草量稍多,整體用工量最高。結合地膜鋪設費用來看,整體成本表現為:白色全生物可降解膜>黑色全生物可降解膜>普通地膜。但是本研究中僅考慮了小區實驗范圍內的覆膜、除草和地膜回收等顯性成本,而在紅芽芋大規模種植中,其規模效應及可降解特性應能有效降低人工成本。并且從全生物可降解膜的降解狀況來看,在收獲期可降解膜質量損失率即可達到80%以上,翻耕時殘留很少,這一特性能夠有效降低因地膜纏繞帶來的農機損壞等問題所造成的成本。因此,盡管目前由于技術等因素的限制,導致可降解膜的普及率并不高,其應用前景已然十分廣闊。

全生物可降解膜能夠在微生物的分解下逐步降解,在這一過程中促使微生物活性增加,有效補充土壤養分,提高了土壤中氮、磷、鉀等微量元素,使得作物增產。黑色全生物可降解膜相較于普通地膜也表現出了較為明顯的減產,效益也有所降低,主要是由于在紅芽芋生長前期,由于其透光性較差,很難及時了解紅芽芋生長狀況,未能及時破膜出芽,導致其成活率偏低,并且在這一時期黑色可降解膜未能提供相較于其他處理類似的保溫效果,這表明紅芽芋實際生產過程中可能不能很好地適應這類地膜覆蓋。而白色全生物可降解膜在小區生產中所帶來的增收效果顯著高于其他處理,并且展現了較高的經濟效益。這一結果可能是在紅芽芋生長前期的正常保溫保濕效果及后期分解過程中對土壤微生物活性、營養元素及土壤通透性增加所帶來的綜合效果。本研究證明了白色全生物可降解膜在小區生產中的優勢,然而其是否能夠在紅芽芋大規模生產中得到應用,仍需在實際生產過程中得到驗證。

目前全生物可降解膜已在多種作物中展現了其在實際生產中的增產效果,尤其是如馬鈴薯這一類不耐寒作物。本研究也發現了白色可降解膜在紅芽芋生產中的增產增收效果,其可降解特性能夠有效減少人工和機械成本,減少環境污染,但是其高昂的造價限制了它的大規模應用,因此,其研發還需要在降低成本上下功夫,以此來提高農民的接受度。土地是農民致富之本,良好的生態環境是農村最寶貴的財富,在守好生態紅線的基礎上尋求致富良機、以綠色可持續發展的態度來引領鄉村振興,仍然需要孜孜不倦地去探究。