全生物降解地膜及強化耐候地膜在大蒜地膜減量替代試驗中的應用效果分析

孫振業，姜新菊，王秀梅，魯守強，曾曉萍，張洪永*

（1.徐州市農業農村綜合服務中心，江蘇 徐州 221004；2.邳州市農業技術推廣中心，江蘇 邳州 221300；3.江蘇省農業技術推廣總站，江蘇 南京 210003）

地膜覆蓋技術具有增溫、保墑、抑制雜草生長和縮短作物生長期等作用，是農業生產的重大技術措施，被譽為“白色革命”。但是由于其很難降解，造成長期的、深層次的生態環境問題即“白色污染”，已經對農業生態環境構成了嚴重威脅。全生物降解膜在使用后分解成二氧化碳和水，不需要回收，對環境不會造成任何污染。強化耐候膜在大蒜采收后強度依然比較大，不會破碎成碎片，便于人工或者機械撿拾，大大減少甚至消除對環境的污染。

近年來，徐州市大蒜種植面積常年穩定在7.3萬hm2，且全部為100%覆蓋地膜栽培。2019年全市大蒜栽培地膜使用量在3 000 t以上，地膜回收率為74%，地膜在土壤中的殘留量仍然很高。本試驗采用全生物降解膜和強化耐候膜進行大蒜地膜減量替代栽培試驗，旨在研究全生物降解地膜替代現有PE地膜的可行性，消除PE地膜對土壤環境產生的污染，省去人工或機械撿拾廢舊地膜的成本，同時保持大蒜應有的產量和品質。通過在2019—2020年連續2年開展地膜減量替代試驗，以期為大蒜生產中地膜減量替代提供技術依據，為全生物降解地膜生產廠家提供借鑒。

1 材料和方法

1.1 試驗地點

根據大蒜種植在江蘇省及邳州市分布的特點，結合不同土壤生態特征，2019年試驗地點選在邳州市宿羊山鎮，2020年選在邳州市碾莊鎮。

1.2 試驗材料

1.2.1 試驗作物

供試大蒜品種采用徐州市農業科學院選育的徐蒜917[1]。

1.2.2 試驗地膜

2019年選用3家企業提供的4種全生物降解地膜[2]和1種強化耐候地膜，2020年選用3家企業提供的7種類型的地膜，其中包括5種全生物降解地膜[3]、1種強化耐候地膜和1種液體膜，不同地膜特性詳見表1。

1.2.3 試驗設計

2019年設置7個處理，2020年設置9個處理，其中均以普通PE地膜為常規地膜對照，以不覆蓋地膜為空白對照（表1），均采用隨機區組設計，3次重復。大蒜種植行距為22 cm、株距為15 cm，平均密度均約30萬株/hm2。小區面積均為20 m2，各小區田間管理措施一致。

表1 2019、2020年供試地膜種類與特性及試驗設計

2019年和2020年試驗大蒜播種日期均在10月6日，次日噴施除草劑后覆膜。整地時每667 m2施硫酸鉀型復合肥（15-15-15）100 kg[4]；分別在返青期和膨大期每667 m2追施尿素10 kg[5]；結合土壤墑情澆水2次。

1.3 指標調查

2年試驗調查指標與方法均相同。大蒜長勢及產量調查：3月30日調查大蒜株高和假莖粗；5月20日采收時調查30個蒜頭的平均質量及縱徑和橫徑，同時統計每個處理小區全部鮮蒜產量，折算每667 m2產量[6]。

地膜降解情況調查：1.誘導期，即從覆膜到壟（畦）面地膜出現多處（每米3處以上）≤2 cm自然裂縫或孔洞（直徑）的時間；2.開裂期，即壟（畦）面地膜出現≥2 cm、＜20 cm自然裂縫或孔洞（直徑）的時間；3.大裂期，即壟（畦）面地膜出現≥20 cm自然裂縫或孔洞（直徑）的時間；4.碎裂期，即壟（畦）面地膜出現碎裂，最大地膜殘片面積≤16 cm2的時間。5.無膜期，即壟（畦）面基本見不到地膜殘片。覆膜后30 d開始調查，時間間隔為7～10 d，每小區選擇3個點。

土壤環境指標測定：分別在2019年11月—2020年4月和2020年12月—2021年4月的每月1日，將RC-4HC溫度自動記錄儀（江蘇省精創電氣股份有限公司生產）的溫度計探頭置于地表下10 cm處和地表與地膜之間，記錄當日5：00及13：00土壤溫度，每個處理均選取3個點測量，然后取其平均值[7]。

1.4 數據分析

采用DPS軟件進行數據統計及差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 不同覆膜處理對大蒜長勢的影響

如表2所示，2019年試驗中處理4、處理5、處理6（CK1）大蒜長勢較其他處理長勢旺盛，株高以處理4最高，處理6次之，再次是處理5，處理7（CK2）最低；假莖粗也以處理4最大，其后依次為處理5、6、3、1、2，處理7（CK2）最小。2020年試驗中，處理5、處理8生長勢較強，株高、假莖粗均以處理8最大，處理5次之；處理7、處理9較差，長勢弱，田間缺苗嚴重（凍死率高）。

2.2 不同覆膜處理對鮮蒜產量及其相關性狀的影響

從表2可以看出，2019年試驗中，不同地膜處理對大蒜產量的影響存在顯著差異。處理5鮮蒜667 m2產量最高，為2 034.7 kg，較CK1增產13.64%；其次是處理4，較CK1增產10.34%，但處理4、處理5與CK1之間均未達到顯著差異；其余處理都比CK1減產30%以上，且均與CK1之間達到極顯著差異。

2020年試驗中，各處理鮮蒜產量較CK3都有不同程度的減產，處理5減產最少，減產率為5.84%，其次是處理3、處理4；處理2、處理1分別顯著減產9.07%、14.99%；處理7、處理6分別極顯著減產50.24%、20.33%；處理9（CK4）較CK3極顯著減產41.55%（表2），分析原因是其沒有覆蓋地膜，而且2020年冬天又有極端低溫天氣，所以減產在預料之中；但生物降解地膜和強化地膜的減產量之高是出乎意料的，2020年度試驗中生物降解地膜及強化地膜沒有達到預期效果。生物降解膜（除處理7外）產量均高于處理9，說明其效果好于不覆膜對照。

從表2可以看出，2019年試驗中，平均單個蒜頭質量從大到小依次是處理5＞處理4＞處理6（CK1）＞處理2＞處理3＞處理1＞處理7（CK2）；2020年則依次是處理3＞處理5＞處理8（CK3）＞處理6＞處理1＞處理2＞處理4＞處理7＞處理9（CK4）。說明平均單個蒜頭質量與產量基本是一致的，比較厚的生物膜處理的蒜頭質量與667 m2產量均相對較高；同時可以看出，2019年不覆膜的大蒜縱徑為3.81 cm，橫徑為5.65 cm，均小于覆膜處理，2020年也是如此，說明生物降解地膜與強化耐候地膜效果較不覆膜對照效果好。

2.3 不同地膜的降解情況

從表3可以看出，在2019年試驗中，覆膜后34 d，即2019年11月28日，處理1最先進入誘導期，較處理2、處理3分別提早11、9 d，而處理3比處理2提早2 d；覆膜后42 d（2020年1月6日），處理1發生開裂，開裂期比其他降解膜（處理2、處理3和處理4）提早2～51 d；處理1大裂期較處理2、處理3提早11、6 d，而處理3比處理2提早5 d；3月22日處理1顯示達到碎裂期，比處理2、處理3分別提早25、5 d，而處理3比處理2提早20 d。2020年2月26日處理4才出現開裂，韌性較強。5月20日，大蒜收獲時將全部地膜破開，部分回收。從回收時膜面完整度看：處理1嚴重破裂，處理2破裂，處理3破裂較重，處理4較完整，處理5完整（未出現破裂），PE膜（CK1）基本完整。在翻耕時處理1和處理3殘膜量最少，殘膜??；處理4的殘膜量較多，碎片較大，部分可回收；處理6（PE膜）和處理5（強化耐候膜）殘膜大部分已回收。

在2020年試驗中（表3），處理1和處理6降解最快，至2021年1月27日均已達到大裂期；其次是處理4，在2月23日達到大裂期；處理2和處理3分別在1月20日和27日才到開裂期；處理5則在4月2日才到誘導期，裂解最慢。對照表2可見，地膜的裂解程度和裂解早晚與大蒜的產量呈正相關；裂解越早的處理小區的大蒜產量越低，分析原因是地膜裂解影響了其本身的保溫和保墑能力，進而影響到了產量。2021年2月23日—5月13日，所有全生物降解膜的裂解情況變化不明顯。4月下旬需要人力進入田間收獲蒜薹以及套種玉米、辣椒等操作，對地膜踩踏嚴重，因此所有生物降解地膜均基本進入大裂期。2021年5月22日采收時，經過人工踩踏、起蒜頭、機械碾壓，全部生物降解地膜已經全部進入碎裂期（表3）。

表2 2019、2020年不同處理對大蒜長勢、鮮蒜產量及相關性狀的影響

表3 2019、2020年大蒜地膜降解期監測記錄

2.4 不同覆膜處理對土壤溫度的影響

從表4可以看出，在2019年試驗中，越冬期所有覆膜處理（處理1—6）的地表土壤溫度日變化幅度較未覆膜（CK2）處理稍小，例如在12月1日，所有覆膜處理的地表土壤溫度日變化幅度為3.2～6.7 ℃，CK2日變化幅度為7.8 ℃；地下10 cm土壤溫度變化則相反，如12月1日所有覆膜處理的日變化幅度為1.6～2.8 ℃，CK2則為1.4 ℃。在12月1日地膜降解進入誘導期后，由于地膜有破裂，其保溫性變差，導致土壤溫度相對較低，例如1月1日的地下10 cm土壤溫度以地膜較完整的處理4、處理5、處理6（CK1）較高。

如表4所示，在2020年試驗中，各處理地膜都具有保溫性，其中處理2、處理3、處理4、處理5、處理8（CK3）保溫性都比較好，其中在12月1日地膜降解進入誘導期后，由于地膜有破裂，保溫性變差，導致溫度較低；土壤溫度以地膜較完好的處理4、處理5、處理6、處理8較高，進入4月中旬后，由于光照增強，氣溫回升快，再加上灌水、采摘蒜薹、套種玉米等農事操作，造成地膜損壞；因此，5月1日13：00之后的數據不能反映各處理的真實情況。

表4 2019、2020年土表及地表下10 cm的溫度統計 ℃

2.5 不同覆膜地膜處理病蟲草害發生情況

整個生長期間除不覆膜的處理外無病蟲害發生，覆膜地塊只在生長后期（4月中旬）以后有少量草害發生。

2.6 不同覆膜地膜處理用工比較

在2年試驗中，覆膜時由于常用地膜為4 m寬度，覆膜用工少，而試驗地膜大多為1.2 m寬度，每667 m2增加用工成本100元（此成本在使用2～4 m寬地膜情況下不會產生）；而降解膜在后期直接深翻入土，每667 m2減少了撿拾成本100元。強化耐候膜較普通地膜撿拾方便且撿拾率高。全生物降解膜不需要撿拾，故省去撿拾費用，且減少了對土壤及周圍環境的污染[7]。

3 結論與討論

在連續2年試驗中，從田間裂解速度看，4個廠家提供的地膜裂解都較快。在大蒜進入越冬期時地膜就已經進入誘導期甚至裂解期，失去了對大蒜的保溫保墑作用，造成產量減少。從田間生長情況及產量分析看，對全生物降解膜來說，2019年試驗中PBAT全生物降解膜處理表現為增產，但是2020年數據卻是減產的，說明該地膜有一定效果，但有可能是2020年的極端低溫天氣在一定程度上影響了試驗結果，這有待進一步驗證；其他全生物降解膜的產量都低于普通PE地膜，說明供試生物降解地膜不適合在大蒜生產中應用。對于強化耐侯地膜來說，2019年的產量高于對照，表現較好，2020年的產量低于對照，分析主要有2個原因：一是參試地膜寬度為1.2 m，比對照PE地膜（幅寬4.0 m）窄了很多，且每個處理間有22 cm裸露土地間隔，在2020年冬季極寒冷天氣下，保溫效果比對照地膜差很多；因此，生產上強化耐候膜可以在一定范圍內加大寬幅。二是2019年強化耐候膜顏色為銀黑色，而2020年為白色（因為生產上地膜顏色主要為白色，調整為白色），顏色不同對試驗結果可能也會造成影響。液體膜在大蒜覆膜栽培中基本沒有效果，田間長勢與產量結果均低于對照PE地膜，甚至產量及商品性狀還不如未覆膜處理，反而增加了人工覆膜成本。另外，對于因全生物降解膜與強化耐候膜較厚造成自主破膜率較低的問題，蒜農在使用中要注意2點：一是整地時耙碎整平，覆膜時拉緊膜，膜上多撒一些碎土，二是大蒜出苗后對不能破膜的要及時進行人工輔助破膜。

大蒜全生育期為7個月，降解地膜至少需要堅持5個月以上進入誘導期才能符合大蒜覆膜栽培的需要。綜合試驗結果，建議全生物降解地膜參數規格要求為：采用透明薄膜，規格為厚度0.008～0.010 mm，寬度為4 m；覆蓋降解誘導期為145～155 d，開裂期為150～180 d，功能期在180 d以上。

目前，供試全生物降解地膜規格型號不適應當前江蘇省大蒜生產的需要。地膜生產廠家應根據大蒜栽培的特點，開發相應適合于大蒜栽培的緩慢降解性地膜，保證在大蒜越冬期能夠起到保溫保墑作用，從而達到增產和減少撿拾費用及環境污染的效果[8]。

據謝亞楠[9]的研究結果，全生物降解地膜比普通地膜的蒜頭產量增產，本研究結果與其不一致，分析原因是與地膜廠家、規格型號及試驗環境條件不同有關，有待在下一步試驗中進行驗證。