可降解膜覆蓋對土壤溫、濕度及甘薯生長發育的影響

馬春業，孟凡奇，劉志堅，秦素研，王清，張勇躍

（漯河市農業科學院，河南 漯河 462000）

甘薯抗旱耐瘠，收獲產量高，是重要的糧食作物和經濟作物[1]，與其他作物相比，具有低投入、高產出的特點[2]。我國是甘薯種植大國，據FAO 統計，2020 年我國甘薯總面積為225 萬hm2，占世界總面積的30.4%。研究表明，地膜覆蓋通過提高土壤溫度、保墑防澇，可以達到提質增產的目的。江燕等[3]研究表明，種植甘薯覆蓋地膜可以提高栽后0～20 d耕層的土壤溫度1～6.5 ℃，提高0～20 cm 土層的含水量，增加單株結薯數和單薯質量，顯著提高收獲期塊根產量。劉莉莎等[4]研究表明，在春季雨水充足時，覆膜處理的甘薯地土壤含水量比不覆膜低10%以上，且溫度高于不覆膜處理1～2 ℃，不同土層溫度變異幅度大小也不相同，淺土層覆膜處理溫度變異范圍大，覆膜處理的產量顯著高于不覆膜處理。張磊等[5]研究認為，覆膜可以提高單株薯質量。在北方春薯區采用覆膜栽培種植甘薯，可增產20%～30%[6-7]。但是，目前生產上最常用的普通聚乙烯透明地膜難以降解，大量殘膜殘留在農田中，對土壤生態造成危害，降低作物產量[8]，且撿拾地膜會增加人工成本。因此，可降解地膜的研發和應用尤為重要。劉利平等[9]研究了幾種不同降解地膜對甘薯覆膜后土壤溫、濕度的影響，認為可降解地膜具有和常規地膜一樣的增溫保墑效果，且比常規地膜增產22%以上。趙桂濤[10]、汪洪[11]等研究認為，降解膜鋪膜方式與普通膜一致，合理控制降解時間，對甘薯長勢和產量無不良影響。張現民等[12]研究不同地膜類型對甘薯生長的影響，結果表明，白色氧化生物雙降解地膜的效果最優，綜合效益最高。

本研究采用一種新型黑色完全生物降解地膜，以普通PE 膜和不覆膜為對照，研究其對豫中南地區春薯田土壤溫、濕度，以及甘薯生長發育及產量的影響，以期研究可降解膜的增溫保墑和提質增產效果，為可降解膜在甘薯覆膜栽培上的應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

本試驗為單因素隨機區組試驗，分3 個處理，分別為不覆膜、覆蓋普通PE 透明膜(厚度10 μm，寬度0.1m）、覆蓋黑色可降解地膜（厚度10 μm，寬度0.12 m）。可降解地膜由國家甘薯產業技術體系種植機械化崗位張文毅老師課題組研究提供，普通PE 透明膜為市場上所購買。覆膜方式為壟頂壟溝全覆膜。每個處理3 次重復。試驗于2021 年在漯河市郾城區孟廟鎮五里崗村107 國道旁漯河市農業科學院試驗基地進行。試驗地前茬作物為小麥。試驗小區采用5 行區，行長6 m，走道0.8 m，壟距0.9 m，試驗品種為‘漯薯15 號’，5 月12 日覆膜，5 月13 日栽插，株距0.3 m，每行20 株，每個小區100 株。整地起壟時，施入硫酸鉀基肥450 kg·hm-2。人工除草，其他管理措施同大田。

1.2 測定項目及方法

1.2.1 降解膜降解性調查 分別在發根分枝期、蔓薯并長期、薯塊盛長期、收獲期（以栽苗后40 d 為間隔計算）4 個時期調查記錄。每個小區選取5 個固定觀測點，采用肉眼觀察表膜的裂解性，記錄地膜降解情況。

1.2.2 土壤溫、濕度調查 土壤溫度測定：在測定的前1 d，把溫度計插入壟頂膜下5、15、25 cm 3 個不同土層。每個小區不同土層選取3 個點觀察記錄。測定當天，分別測定每個小區壟頂下5、15、25 cm 處土層在上午9：00、中午2：30 和傍晚6：30 的土壤溫度。不同土層日平均氣溫用此3 個時間點的平均溫度計算。

土壤含水量測定：測定當天，用土鉆取壟頂膜下0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm 的土樣，采用烘干法測定土壤含水量。每個小區選取3 個點測定。

1.2.3 田間性狀觀測 在4 個不同時期，每個小區選取5 株具有代表性的健康甘薯苗，在田間用卷尺和游標卡尺分別測定單株最長蔓長、最長蔓長的莖粗（直徑）和分枝數（以地上單莖長＞30 cm 為1 個有效分枝），測定后摘取葉片，割取莖稈，分株稱量地上部葉片鮮質量和莖稈鮮質量，并挖根調查地下部性狀，稱取地下部鮮薯質量。根冠比計算為：地下部塊根鮮質量/地上部總質量。收獲時，選取3 行測產。

1.3 數據統計分析

采用Microsoft Excel 2003 進行數據處理和繪圖，采用SPSS 24.0 軟件進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 降解膜降解程度調查

由表1 可知，降解膜在甘薯生育期的前80 d，性狀比較穩定，地膜完整性比較好，在80～120 d 之間，逐漸開始裂解，120 d 調查時，已觀測到大小不等的裂縫，160 d 觀察時，土壤表面已不存在大片地膜，降解膜已降解破裂為小碎片，不影響機械收獲。由此表明，降解膜在生育前期基本不降解，保留了膜的完整性，具有增溫保墑效果，后期降解較快，收獲時不影響機械操作，且省去了人工撿拾地膜的成本，減輕了對土壤的生態危害。

2.2 對土壤不同土層溫度和含水量的影響

由圖1 可知，整個生育期，土壤溫度逐漸降低。在不同調查時期，隨著土層的加深，溫度逐漸降低。覆普通地膜時，在4 個調查時期，3 個測量土層溫度均表現為最高。在40 d 調查時，降解膜3 個土層的溫度最低。原因可能是降解膜為黑色，與普通透明膜和不覆膜比，其透光率低，吸收光能少。在栽后80、120、160 d 調查時，同一覆膜類型不同土層之間的溫差變小，不同的覆膜類型之間的溫差也變小，普通透明膜的溫度最高，降解地膜溫度略高于不覆膜處理。原因可能是隨著地上部的旺長，地表透光性降低，還有黑色降解膜的遮蔭性和裂解性。

圖1 不同處理對不同土層溫度的影響

由圖2 可知，在栽后40、80、120 d 時，同一處理不同的土層，隨著土層深度的加深，含水量逐漸變大。栽后160 d 時，土壤含水量表現為降解膜＞普通膜＞不覆膜。原因可能是降解地膜的裂解改變了土壤的微生物環境，進而影響了含水量；20～30 cm 含水量低于10～20 cm 土層含水量。原因可能是收獲期前期，薯塊主要聚集在20～30 cm 土層，吸收了土壤中的含水量。在栽后40、80 d 調查時，0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm 土層，土壤含水量均表現為普通地膜＞降解地膜＞不覆膜，說明該時期覆膜具有保墑效果，普通地膜保墑效果更好。在80 d 時，土壤含水量明顯高于其他3 個時期，原因可能是該時期長期陰雨天氣。在4 個不同測定時期，不覆膜處理的土壤含水量均最低，且前期不同土層土壤含水量變異幅度大，隨著生育期推進，變異逐漸變小。原因可能是植株地上部旺長遮光，減弱了地膜對含水量。

圖2 不同處理對不同土層含水量的影響

2.3 對甘薯生長動態的影響

2.3.1 對甘薯莖蔓性狀生長動態的影響 由表2 可知，隨著生育期的延長，甘薯的蔓長逐漸增長。栽后40 d，覆膜可以顯著提高甘薯蔓長，但2 種膜之間蔓長無差異。在栽后80、120、160 d 時，普通地膜處理的蔓長顯著大于降解膜處理和不覆膜處理，降解膜處理與不覆膜處理無明顯差異；甘薯的莖粗隨著生育期的延長總體逐漸變大。覆蓋不同的地膜對甘薯莖粗無明顯影響。從40 d 到120 d 時，甘薯的分枝數逐漸增多；而后到收獲期，分枝數逐漸減少。在前2個時期，降解膜處理與普通PE 膜處理的分枝數顯著多于不覆膜，但二者之間無明顯差異，在后2 個時期，不同處理間的分枝數差異不大，說明覆膜對后期分枝數的影響逐漸減弱。

表2 不同處理對甘薯不同時期生長發育的影響

2.3.2 對不同部位生物量的影響 由表3 可知，整個生育期，覆膜處理的生物量不低于不覆膜，說明覆膜可以提高甘薯地上和地下部各生物量。整體而言，0～80 d 時，甘薯地上部鮮莖稈質量和鮮葉片質量，隨著生育期延長逐漸增加；80～120 d 時，不覆膜處理增加速度變慢，覆膜處理的地上生物量增速變慢或者降低，但是地下部塊根質量增長變快，說明該時期正處于地上部物質向塊根轉化的時期，地上部生物量降低越快，地下部塊根質量增長越快；120 d 后，單株莖稈鮮質量、單株葉片鮮質量和地下部塊根鮮質量均快速增長。在后3 個調查時期，覆膜可以顯著提高甘薯地下塊根質量；根冠比隨著生育期的推進逐漸增加，根冠比增加的幅度為可降解膜＞普通膜＞不覆膜，在120、160 d時，可降解膜處理的根冠比極顯著高于普通膜和不覆膜處理。

表3 不同處理對甘薯不同時期鮮生物量的影響

2.4 可降解膜處理對甘薯產量的影響

由表4 可知，春薯地覆膜可以提高甘薯產量，但覆蓋普通PE 膜增產效果不明顯，覆蓋可降解膜比不覆膜處理增產33.87%，增產效果顯著，但2 種膜之間的產量結果差異不顯著。覆蓋普通膜增產效果不顯著的原因可能與2021 年7 月份該地區遭受連續陰雨天氣，覆膜減弱了土壤透氣性，甘薯受澇害更嚴重有關。覆蓋可降解地膜，前期增溫保墑，后期地膜降解破裂，增強土壤透氣透水性，增產效果顯著。

3 討論與結論

本研究表明，土壤溫度隨著土層的加深逐漸降低。覆膜可以提高土壤溫度。栽后40 d，0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm 3 個不同土層，均表現為普通膜溫度略高于不覆膜處理，可降解膜溫度最低。在后3 個調查時期，普通膜覆蓋土壤溫度最高，降解膜的增溫效果逐漸減弱，這與鄧路[13]等的研究結果相似。在前3 個調查時期，土壤含水量隨著土層的加深逐漸升高。在收獲期，20～30 cm 土層的含水量低于10～20 cm 土層，原因可能是‘漯薯15 號’品種甘薯薯塊大，結薯層在20～30 cm 居多，后期薯塊膨大生長吸收了土壤中的含水量，使得該土層土壤含水量降低。覆膜可以提高不同土層土壤含水量，生育前期普通膜的保墑效果優于可降解地膜，這與梅麗[14]等結果類似。隨著生育期的推進，2 種膜之間的差距逐漸變小，直至收獲期，可降解膜處理的含水量高于普通膜，原因可能是可降解膜的降解到土壤中，加速了周圍微生物的活動，進而提高了土壤含水量。覆膜影響甘薯的生長發育。

春薯覆蓋地膜可以使甘薯蔓長增長，分枝數增加，地上部莖稈鮮質量和葉片鮮質量增多，薯塊膨大期根冠比顯著大于不覆膜處理。覆膜顯著提高了各時期的單株薯質量，這與江燕[3]、張磊[5]等研究結果類似。可降解地膜的甘薯產量顯著高于不覆膜處理（P＜0.05)，與普通PE 透明膜差異不顯著。原因可能是2021 年7 月份長時間陰雨和極端暴雨天氣，普通地膜的透氣性差，甘薯遭受澇害更加嚴重，而可降解地膜相對容易裂解和斷裂，增加了土壤的透氣性，改變了土壤環境，有利于塊根產量的積累。

本研究認為，覆蓋可降解地膜與普通膜相比，顯著降低了收獲時期的甘薯蔓長、地上部莖稈鮮質量，顯著增加了根冠比，對甘薯生長無不良影響，與普通膜相比，增產效果顯著，且可降解地膜在收獲期已經降解，減少后期人工撿拾費，減輕對土壤的污染。因此，可降解地膜可以在本地區春薯區推廣使用。