氧化-生物雙降解膜對土壤水熱變化及煙株生長的影響

王毅　劉志剛　劉永新　管恩森　劉春菊　商魯玥　王炳新　王光波　婁棟　崔志軍

摘要：為減輕煙田地膜覆蓋產生的白色污染，通過田間對比試驗探討氧化-生物雙降解地膜替代常規地膜的可行性。試驗設置常規地膜不揭膜（CK0）、適時揭膜（CK1）、降解速度不同的氧化-生物降解膜 A （T1）、 B （T2）、 C （T3）共5個處理，研究了降解膜的降解狀況、膜下土壤水熱變化、烤煙生長發育狀況以及經濟效益。結果表明，所有降解膜在煙株生育期內均全部降解， T3處理降解膜在煙株移栽后22 d 和39 d 進入開裂期和大裂解期，較 T1、T2處理開裂時間晚，開裂程度低，移栽后0～35 d，膜下土壤溫度、含水量高于 T1、T2處理，增溫保墑效果接近于 CK0；在移栽35 d 以后，與 CK1相比，仍具有一定的保溫效果；煙株長勢以及經濟效益均優于 T1、T2，與 CK0和 CK1等同。綜上，團棵期前開裂程度低、煙株生育期內能夠全部降解的氧化-生物降解膜 C 替代常規地膜具有可行性。

關鍵詞：雙降解地膜；降解特性;土壤溫濕度；烤煙生長發育

中圖分類號： S572.01?????????? 文獻標識碼： A?????????? 文章編號：1007-5119（2023）01-0024-08

Effect of Uncovering and Applying Degradable Film on Soil Hydrothermal Changes and Flue-cured Tobacco Growth

WANG Yi1， LIU Zhigang1， LIU Yongxin2， GUAN Ensen1， LIU Chunju1， SHANG Luyue1， WANG Bingxin1，WANG Guangbo1， LOU Dong1， CUI Zhijun1*

（1. Shandong Weifang Tobacco Co.， Ltd.， Weifang， Shandong 262200， China;2. China Tobacco Shandong Industrial Company，Limited， Jinan， 250014， China）

Abstract： In order to mitigate the white pollution caused by film cover in tobacco fields， a field plot experiment was conducted in 2018 to explore the feasibility of replacing conventional plastic film with oxo-biodegradation plastic film. Five treatments including conventional plastic film （CK0）， timely uncovering treatments （CK1）， oxo-biodegradable films A （T1）， oxo-biodegradable films B （T2）， oxo-biodegradable films C （T3） were set to investigate the effects of different mulching treatments （0-10 cm soil layer and 10-20 cm soil layer） on soil moisture， soil temperature， growth and development of flue-cured tobacco and its economic benefits. The results showed that all the degraded films were degraded during the tobacco growing period， and the degraded films of the T3 treatment entered the cracking and large cracking period 22 d and 39 d after transplanting， with later cracking time and lower cracking degree than those of the T1 and T2 treatments.0-35 d after transplanting， the soil temperature and water content under the degradation film of the T3 treatment were higher than those of the T1 and T2 treatments， and the effect of temperature and moisture conservation was close to that of the CK0.35 days after transplantation， the degraded film of the T3 treatment? still had? some insulation effect compared with CK1.Tobacco plant growth in different periods and economic benefits under the T3 treatment was better than that of the T1 and T2 treatments， and was similar to those under CK0 and CK1. Therefore， it is feasible to replace conventional mulch with degradable mulch that has a low degree of cracking before tobacco rosette stage leaves and can be fully degraded during the tobacco growing period.

Keywords： double degradable plastic film; degradable characteristics; soil temperature and humidity; growth and development of flue cured tobacco

地膜覆蓋具有保溫、保墑以及減少水土流失等多重功效[1]，非常有利于糧食作物和經濟作物的增產增收[2-4]。在烤煙上的研究表明，地膜覆蓋能夠促苗早發，改善煙田供水，有效減輕煙田的病、蟲、草害[5-7]。作為烤煙生產過程的必備生產資料，常規煙田地膜用量高達80 kg/hm2[7]。普通聚乙烯地膜難以降解，因其殘留部分在土壤中逐年堆積引發的“白色污染”備受關注[8]。普通聚乙烯地膜對煙田生態的影響具體表現在：一是土壤耕層積累的殘留地膜影響土壤團粒結構，造成土壤板結，通透性變差[9]；二是土壤環境惡化，阻礙煙株根系的下扎、土壤水分及養分的吸收，影響烤煙正常的生長發育，甚至造成煙葉減產[7]。揭膜培土費工費時，時機不當，還會降低煙草經濟效益[10]。

針對以上科學問題，應用并推廣可降解地膜替代普通地膜十分必要[11]。可降解膜是在一定時間范圍內能夠完全降解的地膜，適宜的降解膜能夠在保證作物產量的基礎上，減輕殘膜引起的“白色污染”[12-13]。谷曉博等[14]的研究結果表明，在油菜播種后150 d 內，降解膜對油菜土壤的增溫保墑效應等同于普通地膜，且能明顯降低油菜的芥酸和硫苷含量。白有帥等[15]在旱作區春小麥田研究發現，覆蓋降解膜具有明顯的增溫保墑效果，對0～25 cm 土層土壤溫度、土壤含水量的影響等同于常規地膜。

氧化-生物雙降解地膜是一種添加劑型降解地膜，能夠借助光、生物、氧化降解等多方面協同效應，實現降解的目標，以降低“白色污染”。此外，相比其他降解膜，氧化-生物雙降解膜還具有工藝簡單、成本低廉、降解速度可控等優勢[16-17]，在糧食作物、經濟作物生產領域應用前景廣闊[18]。孫仕軍等[19]在東北雨養春玉米田的研究發現，覆蓋氧化生物雙降解膜能改善玉米穗長、穗粗、行粒數和百粒重等指標，提高玉米產量。研究表明，適宜的降解膜處理對烤煙生長發育及煙葉品質的影響等同于常規地膜[20]。土壤水熱條件與土壤理化特性[21]、微生物群落結構組成[22]等密切相關，也是影響煙株生長發育的關鍵因素[23]，目前，關于氧化-生物雙降解膜對煙田土壤水熱變化的研究報道較少。

本研究針對不同降解速度的氧化-生物雙降解地膜開展田間地膜覆蓋試驗，明確降解膜對煙田土壤水分、溫度、烤煙生長發育的影響，以期為降解地膜的推廣應用提供理論依據和技術支撐。

1材料與方法

1.1試驗地點

試驗于2018年在山東濰坊煙草有限公司諸城試驗站試驗田進行，試驗區地處魯東丘陵區，溫帶季風氣候，年均日照時數2578.4h，年均氣溫12.3 C，年降雨量773 mm ，無霜期232 d，土壤類型為壤質潮褐土。耕層土壤（0～20 cm ） pH 6.89，有機質12.3 g/kg，堿解氮53.8 mg/kg，有效磷23.6 mg/kg，速效鉀116.8 mg/kg，土壤容重1.19 g/cm3，田間持水量9.67%。

1.2供試材料及試驗設計

試驗用氧化-生物降解地膜（主要成分是聚乙烯和生態降解母料 EBP-1703）、聚乙烯地膜（polyethylene，常規地膜）均由山東天壯環保科技有限公司生產，地膜的規格為900 mm×0.006 mm。氧化-生物降解地膜依生態降解母料 EBP 含量高低分為 A 、B 、C 三種，設計降解速度由 A 到 C 依次降低。

試驗采用隨機區組設計，每個處理設置3次重復，試驗處理設置如下：

CK0：聚乙烯地膜，不揭膜；

CK1：聚乙烯地膜，適時揭膜（揭膜時間為6月22日，移栽后35 d）；

T1：氧化-生物降解地膜 A；

T2：氧化-生物降解地膜 B；

T3：氧化-生物降解地膜 C；

試驗小區面積72 m2（長15 m ，行距1.2 m ，4行區）。各處理施肥量完全一致。煙株起壟前，將發酵大豆（N 3%，P2O51%，K2O 1%）、煙草專用復合肥（N 15%，P2O515%，K2O 15%）、硫酸鉀（K2O，50%）、磷酸二銨（N 18%，P2O546%）4種肥料，按照540、225、255和52.5 kg/hm2用量混合均勻后，起壟時施入煙田，45.0 kg/hm2硝酸鉀（N 13.5%， K2O 44.5%）在烤煙移栽后作追肥施入煙田。試驗種植的烤煙品種為中煙100。其他栽培和管理措施參照當地種植習慣。起壟后10 d 鋪設地膜（4月20日），5月17日移栽。

1.3調查指標及方法

1.3.1降解膜降解狀況調查煙株移栽后，在每個小區內固定3個觀測點，每隔3 d 采用目測法觀察生物-氧化降解地膜的降解狀況。參考嚴昌榮等[24]的調查標準及方法，記錄地膜誘導期（地膜表面裂縫直徑≤2 cm）、開裂期（地膜表面裂縫直徑為2～20 cm ）、大裂期（地膜表面裂縫直徑>20 cm ）、碎裂期（畦面地膜碎裂，可收集的最大地膜殘片面積≤16 cm2）和無膜期（地膜全部降解，無肉眼可見地膜）時間。

1.3.2烤煙農藝性狀及經濟性狀調查分別于移栽后45 d 和75 d 調查各處理煙株農藝性狀[25]；于烤煙病害高發期，調查各處理煙株發病情況，計算發病率及病情指數[26]。待煙葉烘烤結束后，統計煙葉產量、產值、上等煙和上中等煙比例和均價。

1.3.3土壤溫度、體積含水量調查從移栽當日起，每隔7 d，用曲管地溫計于上午9時和下午15時分別測量10 cm 和20 cm 土層的地溫，同日采用水分速測儀（TRIME-PICO，北京澳作生態儀器有限公司）測定膜下土壤體積含水量，直至采烤結束。土壤體積含水量的測定如遇降雨，則提前1 d 或者延后3 d 調查。

1.4數據處理

基于 Excel 2013進行數據統計并繪圖；使用 IBM Statistics SPSS 23.0軟件進行單因素方差分析（One-way ANOVA ，LSD 法進行顯著性檢驗）。

2結果

2.1不同氧化-生物降解膜降解速度

如表1可知，3種降解地膜降解速度存在較大差異，表現為降解膜 A>降解膜 B>降解膜 C。降解膜A、降解膜B、降解膜C 分別于移栽后14和25 d ，17和27 d ，22和39 d 進入開裂期和大裂解期，分別于移栽后49、71和74 d 進入無膜期。

2.2不同降解膜處理膜下土壤溫度變化情況

圖1（a， b， c， d）揭示了大田期不同時間段不同土層土壤溫度變化規律。整體來看，隨生育期推移，各處理不同土層膜下溫度呈規律的波浪形變化，且變化趨勢較為一致。移栽后21 d，各處理膜下溫度達到最高，隨后下降，移栽后42 d，膜下溫度最低，隨后升高。

圖1a、c 分別揭示了上午9時10 cm 和20 cm 土層土壤溫度的變化規律。在10 cm 土層，移栽后0～35 d，各降解膜處理膜下溫度以 T3處理最高， T1處理最低。與 CK0相比， T1處理膜下溫度顯著下降，平均降幅為5.9%，T3處理膜下溫度差異不顯著。移栽后42～56 d ，T3處理膜下溫度高于 T1和 T2處理。與 CK1（適時揭膜）相比，T3處理膜下溫度顯著提升，平均增幅5.1%，而 T1、T2處理增幅不顯著。移栽后63～84 d，各降解膜處理膜下溫度與 CK1相比差異均不顯著。在20 cm 土層（圖1c），各處理膜下溫度變化趨勢與10 cm 土層相似。

如圖1b、d 所示，下午15時10 cm 和20 cm 土層土壤溫度高于上午9時，但變化趨勢與上午9時類似。移栽后0～35 d，在10 cm 土層，自移栽后14 d 起， T1處理膜下溫度始終顯著低于 CK0，平均降幅7.4%，T2、T3處理僅在移栽后35d，膜下溫度顯著低于 CK0，其余時間差異均不顯著。移栽后42～84 d，各降解膜處理膜下溫度總體表現為 T3最高， T1最低，其膜下溫度與 CK1接近。在20 cm 土層，各處理溫度變化趨勢與10 cm 土層類似。

2.3不同降解膜處理下不同土層土壤含水量變化

由圖2a 可以看出，移栽后0～35d，各處理10 cm 膜下土壤含水量 CK0最高，T1最低，與 CK0相比， T1、T2處理膜下土壤含水量分別降低了22.2%和11.2%，T3處理膜下土壤含水量高于 T1、T2，且與CK0較為接近。移栽后38～90 d，各處理膜下土壤含水量變化無規律。圖2b 可以看出，20 cm 土層的含水量高于10 cm 土層，但各處理不同時間段含水量變化趨勢一致。

2.4不同氧化-生物降解膜對烤煙農藝性狀的影響

如表2所示，移栽后45 d （旺長前期），各降解膜處理煙株長勢以 T3最好，T1、T2煙株長勢較差；與 CK0相比， T1處理株高、最大葉長、葉寬分別降低11.42%、10.4%、8.2%；T2處理株高、最大葉長、葉寬分別降低14.3%、8.7%、8.6%；T3處理煙株農藝性狀指標與 CK0相比均無顯著差異。

移栽后75 d （平頂期），各降解膜處理仍以 T3處理煙株長勢最好， T1處理最差。 CK0和 CK1處理煙株各項農藝性狀指標差異不顯著。與 CK0相比， T1處理煙株株高、葉片數、最大葉長分別顯著降低10.34%、4.2%、8.4%；T2處理株高、葉片數和最大葉長分別顯著降低5.7%、9.3%和9.2%；T3處理煙株各農藝性狀指標與 CK0相比無顯著差異。

2.5不同氧化-生物降解膜對烤煙病毒病、根黑腐病發病率和病情指數的影響

如圖3所示，各處理煙株病毒病、根黑腐病的發病率和病情指數均無顯著差異。

2.6經濟效益分析

如表3所示，各降解膜處理經濟效益指標以 T3最高，其次是 T2，T1最低。 CK0和 CK1各經濟性狀指標差異不顯著。與 CK0相比， T1、T2處理產量、均價、產值、上等煙和上中等煙比例均顯著降低，降幅分別為12.2%和10.4%，4.6%和2.19%，16.2%和12.4%，27.5%和20.0%以及12.3%和14.9%。 T3處理上述指標較 CK0均差異不顯著。

3討論

3.1煙株根系生長發育的水熱需求及降解膜的選擇依據

移栽期-團棵期烤煙根系發育的最適溫度為25～30 C左右，最適含水量為田間相對持水量的60%～80%，當溫度低于25 C時或土壤含水量不足時，就會降低煙株根系生長速率[27]。山東煙區移栽時間多集中在4月下旬至5月中旬[28]，氣溫偏低，而降雨量較少，難以滿足煙株根系正常生長發育需求。要克服煙株移栽期-團棵期低溫少雨等不利因素的影響，就必須采取覆膜措施。

到6月中旬前后，烤煙進入旺長期，氣溫升高，降雨量增多，土壤溫濕度變化已不是制約煙株正常生長發育的關鍵因素，被認為是揭膜培土的適宜時機[29]。但揭膜培土因受制于管理成本、揭膜時機等因素，難以全面推廣應用。因此，降解膜能否替代揭膜培土并大規模推廣應用的關鍵就在于煙株移栽后至6月中旬，即煙株團棵期以前的增溫保墑效果能否滿足煙株生長發育的需求。

3.2氧化-生物降解膜對土壤溫度及含水量的影響

生態降解母料（EBP）是一種有機物質，能夠被土壤微生物充分降解為二氧化碳及一些簡單有機物，具有生態、安全的特點。研發過程中，可以通過調節生態降解母料在 PE 地膜中的含量，調控地膜降解速度，滿足作物生長需求[15]。袁海濤等[17]的棉田覆蓋試驗發現，不同配方的氧化-生物雙降解地膜逐步降解，降解時間和降解速度可控，尚未完全降解的部分緊貼于地表，也可起到一定的保墑、增溫作用。本試驗所使用的3種生物降解膜在煙株移栽后至團棵期（移栽后0～35d），降解速度存在較大差異。 T1、T2處理降解膜在團棵期前轉入快速降解階段（由裂解期轉入大裂期），而 T3處理地膜則在移栽后39 d （煙株旺長期）才轉入快速降解階段。相比而言，在煙株團棵期前， T3降解膜的降解程度更低，且膜下溫度和含水量高于 T1、T2處理，其保溫保墑效果與常規地膜等同，這表明，降解速度慢的地膜能更好地滿足此時期煙株對土壤水熱的需求。唐文雪等[30]在甘肅張掖玉米田開展了降解膜覆蓋試驗結果表明，降解速度較慢的降解膜增溫、保墑效果較好，與本研究結果基本一致。研究還發現，在移栽后35～90 d，隨煙株生育進程推進，各處理含水量差異不明顯。其原因可能是煙株進入旺長期后，膜下土壤含水量受到降雨、煙株遮蔽、采烤進度、地膜破損程度及煙株發育水分需求增多等諸多因素的綜合影響[28]，此時覆膜與否或地膜性質的差異已不是影響煙田土壤含水量的決定性因素。

3.3氧化-生物降解膜對煙株生長發育及經濟效益的影響

從烤煙生長發育狀況和經濟性狀調查情況看， T3處理地膜煙株移栽后45 d 和75 d 的農藝性狀指標及經濟效益指標與常規地膜處理相比差異不顯著，而 T1、T2處理移栽后不同時期煙株的最大葉片長、寬及節距均弱于常規地膜，且經濟效益較低，這說明降解膜可以通過影響膜下土壤溫度和含水量間接影響作物生長發育[15，31]。本研究中， T3處理降解膜膜面出現2～20 cm 的裂縫和>20 cm 的大裂縫時間相對較晚，慢速降解的特性使其具有較好的保溫保墑效果，并能與煙株團棵期生長發育對水熱條件的需求更好地契合，因而，煙株長勢更好、經濟效益更高。

4結論

結果表明，在烤煙團棵期前降解程度低、煙株生育期內能夠全部降解的氧化-生物雙降解膜，增溫保墑效果接近于普通地膜，且不會影響煙株長勢和經濟效益，在山東煙區替代常規地膜具有可行性。

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