生物降解地膜降解特性及其應(yīng)用對辣椒生長發(fā)育的影響

楊 雅 李 濤 朱建強(qiáng) 范先鵬 張志毅* 夏 穎 唐芷馨

(1.湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 植保土肥研究所/國家農(nóng)業(yè)環(huán)境潛江觀測實驗站/湖北省農(nóng)業(yè)面源污染防治工程技術(shù)研究中心/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部潛江農(nóng)業(yè)環(huán)境與耕地保育科學(xué)觀測實驗站,武漢 430064;2.十堰市農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境保護(hù)站,湖北 十堰 442000;3.長江大學(xué) 農(nóng)學(xué)院,湖北 荊州 434000;4.University of California,Davis,College of Letter and Science,Davis 95616,USA)

20世紀(jì)70年代,農(nóng)用地膜覆蓋技術(shù)被引入中國并迅速得到推廣應(yīng)用[1]。地膜覆蓋具有保溫、保墑、抗蟲、防病和抑草等作用,有利于作物生長發(fā)育,提高作物產(chǎn)量和效益[2]。大量研究證實,地膜覆蓋能夠有效提高玉米[3]、馬鈴薯[4]以及水稻[5]等作物的產(chǎn)量。農(nóng)用地膜的主要成分為聚乙烯或聚氯乙烯,在自然環(huán)境中具有穩(wěn)定性高和降解緩慢等特點(diǎn)[6]。部分地區(qū)地膜回收不及時,大量殘膜存留于耕地中[7],出現(xiàn)破壞土壤結(jié)構(gòu)、增加殘膜回收勞動強(qiáng)度和阻礙秸稈再次資源化利用等負(fù)面影響[8-9]。生物降解地膜與普通聚乙烯地膜的保墑和保溫等效果相近[10-12],同時具有翻入土壤后能夠快速自然降解的特點(diǎn)[13]。因此,應(yīng)用全生物降解地膜成為解決農(nóng)田殘膜污染和保障作物產(chǎn)量的重要途徑之一[14]。

鑒于農(nóng)用地膜材料力學(xué)性能、加工性能、熱性能、降解周期和生產(chǎn)成本等綜合因素,可降解地膜所采用的原料主要為聚己二酸/對苯二甲酸丁二酯(PBAT)、聚乳酸(PLA)和淀粉基生物降解地膜等[15]。全生物降解地膜增溫、保墑效果和降解過程受降解材質(zhì)、作物類型以及區(qū)域氣候等條件影響[10]。趙愛琴等[16]研究表明,淀粉基可降解地膜(50%淀粉、30%聚乙烯醇及其他助劑組成)在覆膜后20 d開始出現(xiàn)2～3 cm裂紋,30～40 d裂解成塊狀,于玉米成熟期無明顯地膜存在。曲萍等[17]在亞熱帶濕潤氣候玉米田實驗表明,在覆膜28 d后PBAT全生物降解地膜抗張強(qiáng)度和斷裂伸長率降低50%以上。而遼西半干旱農(nóng)田降解試驗表明,PBAT全生物降解地膜從玉米苗期(40 d左右)開始出現(xiàn)降解,拔節(jié)時地膜降解已進(jìn)入破裂期,抽穗之后進(jìn)入崩解期[18]。干旱地區(qū),PBAT-PBS(聚丁二酸丁二醇酯)(山東天壯環(huán)保科技有限公司)和PBAT-PLA(山東天野生物降解科技有限公司)生物地膜誘導(dǎo)期僅有30 d,覆膜50 d后達(dá)到破裂期,70 d后達(dá)到崩裂狀態(tài),而PBAT(上海弘睿生物科技有限公司)直至覆膜后126 d才進(jìn)入破碎期[19]。

武漢是湖北省重要蔬菜產(chǎn)地,也是主要地膜使用區(qū)域。隨著種植年限增加,地膜污染殘留和回收成為當(dāng)?shù)刎叫杞鉀Q的現(xiàn)實問題,推廣使用全生物可降解地膜是從源頭解決地膜殘留污染的重要途徑[20]。但已有研究主要集中于北方干旱和半干旱區(qū)域,而關(guān)于南方濕潤區(qū)辣椒作物上全生物降解地膜的應(yīng)用效果與降解特性尚不清楚。本研究選用不同降解材質(zhì)的全生物可降解地膜產(chǎn)品,以湖北省武漢市辣椒種植農(nóng)田為試驗對象,通過大田試驗研究全生物可降解地膜的增溫、降解特性和產(chǎn)量效應(yīng),以期為地膜污染防控和全生物可降解地膜在濕潤區(qū)域的推廣提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地點(diǎn)

辣椒覆膜種植大田試驗地位于湖北省武漢市洪山區(qū)(114°18′36.5″ E,30°28′56.2″ N)。屬于北亞熱帶季風(fēng)性(濕潤)氣候區(qū),年平均溫度15.8～17.5 ℃,年均降雨量1 150～1 450 mm。試驗點(diǎn)土壤類型為黃棕壤,質(zhì)地較粘,按國際制土壤質(zhì)地土壤分類法[21],試驗點(diǎn)土壤粘粒、粉粒和砂粒含量依次為27.4%、51.2%和21.4%,屬于粉砂質(zhì)粘土。基礎(chǔ)土壤(0～20 cm)pH 8.18,有機(jī)質(zhì)、全氮和全磷在土壤中含量分別為1.56%、0.12%和0.08%。

1.2 試驗處理

1.2.1田間試驗設(shè)置

辣椒覆膜種植試驗采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計,共設(shè)6個處理,3次重復(fù),每個小區(qū)面積為30 m2。處理分別為不覆膜(CK),覆聚乙烯地膜(PE)、全生物降解地膜I(BM1)、全生物降解地膜Ⅱ(BM2)、全生物降解地膜Ⅲ(BM3)和全生物降解地膜Ⅳ(BM4)。本試驗所采用的全生物可降解地膜標(biāo)注的功能期或誘導(dǎo)期符合GB/T 35795—2017[22]中規(guī)定的Ⅱ類。供試地膜主要成分和規(guī)格見表1。

表1 供試地膜概況Table 1 Survey of test film

供試作物為辣椒,品種為‘國賓’(河南鼎優(yōu)農(nóng)業(yè)科技有限公司)。采用壟作種植,壟間距30 cm,壟面寬120 cm,定植株距40 cm,定植密度48 000株/hm2。各處理施肥量保持一致,N、P2O5和K2O含量分別為270、135和360 kg/hm2,全部作基肥一次性施入。試驗所用氮、磷和鉀肥分別為尿素(N 46%)、過磷酸鈣(P2O512.1%)和氯化鉀(K2O 60%)。2021-03-24進(jìn)行人工覆膜和移栽。

1.2.2埋土降解試驗設(shè)置

埋土降解試驗地位于湖北省潛江市浩口鎮(zhèn)柳州村(112°37′50.66″ E,30°22′31.9″ N)。屬亞熱帶季風(fēng)氣候,年均溫16.1 ℃,年平均降水量1 096.7 mm。試驗開始前將供試地膜裁剪成60 cm×60 cm大小,稱重后備用(記作m0)。人工挖出長×寬×深=60 cm×60 cm×20 cm的土方,2021-04-29分別將裁剪后地膜平鋪放置在20和10 cm深度,土壤分層回填。分別于埋土后第30、60、75和90天將地膜挖出,去除附著在地膜樣品上的泥土,展開后放入水中浸泡1 h左右后進(jìn)行清洗;初步清洗后,再使用超聲波清洗器進(jìn)行進(jìn)一步的清洗,用濾紙吸干殘留地膜樣品上的水分,在陰涼干燥處自然晾干,稱重(記作m30、m60、m75和m90)。降解率計算公式如下:

(1)

式中:m0為埋入地膜起始重量,g;mx為埋土x天后地膜的重量,g。

1.3 田間監(jiān)測和樣品采集分析

1.3.1當(dāng)?shù)貧庀筚Y料收集

辣椒生育期內(nèi)武漢市日降雨、最高氣溫和最低氣溫數(shù)據(jù)來自天氣網(wǎng)[23]。為清晰表征武漢市降雨情況,將天氣分為5級,0、1、2、3和4分別對應(yīng)晴天、陰天或多云、小雨、中雨和暴雨。

1.3.2土壤溫度監(jiān)測

辣椒生育期0～93 d內(nèi),采用精度為±0.1 ℃的直角玻璃地溫計(武強(qiáng)縣星瀚儀器儀表廠)監(jiān)測5、10和15 cm土層溫度。土壤溫度從覆膜當(dāng)天起,每隔7 d在8:00、14:00和17:00記錄。

1.3.3辣椒農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量測定

1)辣椒農(nóng)藝性狀的測定。開花結(jié)果期和成熟期在每小區(qū)隨機(jī)選取5株辣椒植株并測量其莖粗、莖高、根冠比、地上部質(zhì)量、地下部質(zhì)量、葉面縱橫比和SPAD值。

2)產(chǎn)量的測定。從辣椒開始有成熟的辣椒果實時開始采摘,一直采到辣椒生育期結(jié)束,分別記錄不同處理小區(qū)的辣椒產(chǎn)量。辣椒采摘日期分別2021-05-21、2021-06-08和2021-06-29。

1.3.4生物降解膜降解性能的評測

每個小區(qū)選定一廂進(jìn)行觀測,每7 d觀測一次。記錄供試地膜破損情況和不同降解階段出現(xiàn)日期。地膜降解分級指標(biāo)參照楊惠娣等[24]的方法分為5個階段:A階段(誘導(dǎo)期):開始出現(xiàn)1～2 cm裂紋;B階段(開裂期):出現(xiàn)20～50 cm裂縫;C階段(大裂期):地膜出現(xiàn)20～50 cm裂縫,數(shù)量增多;D階段(碎裂期):地膜出現(xiàn)均勻網(wǎng)狀裂紋,無大塊地膜存在;E階段(無膜期):基本無地膜存在。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用Microsoft Excel 2010和DPS 7.05統(tǒng)計分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和顯著性水平分析,用Origin 2018進(jìn)行作圖。

采用一級動力學(xué)模型、Elovich模型、雙常數(shù)模型和拋物線擴(kuò)散方程對埋土后地膜的降解率進(jìn)行擬合,并通過決定系數(shù)(R2)比較各模型的適用性程度。R2愈大則擬合愈好。以下為各模型表達(dá)式:

一級動力學(xué)方程

y=a×(1-exp(-b×x))

(2)

Elovich模型

y=a+b×ln(x)

(3)

雙常數(shù)方程

y=a×x(b)

(4)

拋物線擴(kuò)散方程

y=a+b×x(1/2)

(5)

式中:x為時間,d;y地膜降解率,%;a和b為動力學(xué)模型的參數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 辣椒生育過程氣溫變化

覆膜期間,武漢市均以陰天或多云天氣為主,雨天較少(圖1)。最高氣溫和最低氣溫整體波動上升。覆膜后0～30 d氣溫較低,期間日最高氣溫介于12～25 ℃,日最低氣溫介于3～18 ℃。2021-04-28后(覆膜約30～35 d),氣溫波動升高。因此,辣椒生育前期氣溫較低,是地膜發(fā)揮保溫效果的關(guān)鍵期。

根據(jù)降雨量將天氣分為5級,0、1、2、3和4分別對應(yīng)晴天、陰天或多云、小雨、中雨和暴雨。Weather conditions are divided into 5 levels based on rainfall and 0,1,2,3 and 4 correspond to sunny,overcast sky or cloudy,light rain,moderate rain and rainstorm,respectively.

2.2 不同地膜覆蓋對土壤溫度的影響

根據(jù)整個覆膜過程收集的土壤溫度數(shù)據(jù)可得到不同地膜覆蓋對土壤溫度的影響。從圖2(a)～(i)可以看出,覆膜后不同土層溫度整體波動上升,這與氣溫的變化趨勢基本一致。各土層溫度均表現(xiàn)為14:00和17:00時段溫度高于8:00時段。在覆膜后0～58 d,各處理土壤溫度差異明顯,覆膜處理土壤溫度高于CK處理。覆膜后58～93 d各處理間溫度差異縮小,部分降解膜處理土壤溫度接近CK處理,保溫效果減弱。

BM1,全生物降解地膜Ⅰ;BM2,全生物降解地膜Ⅱ;BM3,全生物降解地膜Ⅲ;BM4,全生物降解地膜Ⅳ;PE,聚乙烯地膜;CK,不覆膜。T為覆膜天數(shù);M為不同處理;T×M為覆膜天數(shù)和不同處理間的交互作用。*表示差異顯著(P<0.05),**表示差異極顯著(P<0.01)。BM1,total biodegradable mulch Ⅰ;BM2,total biodegradable mulch Ⅱ;BM3,total biodegradable mulch Ⅲ;BM4,total biodegradable mulch Ⅳ;PE,polyvinyl mulch;CK,without mulching film.T is days of film mulching;M is different treatments;T×M is the interactions between days of mulching and different treatments.* indicates significant difference at P<0.05 level;** indicates significant difference at P<0.01 level.

根據(jù)溫度變化曲線和每日氣溫變化分別計算0～58 d和58～93 d的平均溫度。0～5 cm土層不同時間土壤溫度均值見圖3。0～58 d期間,8:00時段僅BM1和BM4土壤均溫顯著高于CK(P<0.05);14:00和17:00時段,各覆膜處理土壤溫度均顯著高于CK(P<0.05)。相比CK,BM2、BM3和BM40～5 cm土壤均溫提高了3.2～5.3 ℃,其增溫效果與PE相當(dāng)。58～93 d,8:00和14:00時段BM3和BM4顯著高于CK處理(P<0.05),增溫幅度為1.5～3.3 ℃。

同一時段不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。Different lowercase letters at same period indicate significant differences among treatments at P<0.05.

5～10 cm土層的0～58和58～93 d土壤均溫見圖4。0～58 d,8:00時段,覆膜處理的溫度均高于CK但不顯著;14:00和17:00時段,各覆膜處理土壤溫度均顯著高于CK(P<0.05),并且BM2、BM3、BM4處理與PE的土壤均溫?zé)o明顯差異。說明BM2、BM3和BM4能夠增加辣椒生育前期土壤5～10 cm溫度,均溫提高了3.6～4.7 ℃。58～93 d,8:00時段覆膜處理土壤溫度與CK處理無顯著差異;14:00時段,僅BM2、BM3、BM4和PE顯著高于CK處理,其中降解膜處理均溫提高了1.9～3.0 ℃;17:00時段,僅BM3和PE均溫顯著高于CK處理(P<0.05)。

圖4 5～10 cm土層均溫變化Fig.4 Mean temperature changes in the 5 to 10 cm soil layer

10～15 cm土層的0～58 d和58～93 d土壤溫度均值見圖5。0～58 d,各時段僅BM4和PE土壤均溫顯著高于CK(P<0.05);14:00和17:00時段,BM2、BM3、BM4和PE土壤溫度均顯著高于CK(P<0.05),其中BM2提高了約2.1 ℃,BM3、BM4和PE提高了約4.2 ℃。58～93 d,各處理在不同時間段與CK處理無顯著差異。

圖5 10～15 cm土層均溫變化Fig.5 Mean temperature changes in the 10 to 15 cm soil layer

由此可見,地膜覆蓋主要提高辣椒生育前期14:00和17:00時段0～5和5～10 cm土層土壤溫度,隨著氣溫升高,對辣椒生育后期和10～15 cm土層的增溫效果減弱。整體上,供試降解地膜中BM3和BM4對土壤的增溫效果與PE相當(dāng),并優(yōu)于其他降解膜。

2.3 地膜降解性能

由表2可知,BM1地膜降解過快,覆膜44 d后達(dá)到開裂期,第79天達(dá)到無膜期。BM2和BM4誘導(dǎo)期相近,出現(xiàn)在覆膜后79～93 d;開裂期和大裂期在93～121 d;辣椒收獲完成時未達(dá)到無膜期。BM3降解速度低于BM2和BM4,其誘導(dǎo)期、開裂期、大裂期、碎裂期和無膜期分別在腹膜后第51、79、93、107和149天。除BM1外,各降解膜誘導(dǎo)期到碎裂期的周期約50 d,說明誘導(dǎo)期可以作為評估全生物降解地膜重要參數(shù)。

表2 降解膜進(jìn)入不同降解階段的時間Table 2 The time of degradation mulch films reached different degradation stages d

埋土后地膜降解率如圖6(a)和(b)所示,4種降解地膜的降解率隨埋土?xí)r間增加而增加,PE膜相對穩(wěn)定。其中,埋土30 d時,10和20 cm土層處BM1降解率分別為27.9%和16.3%。埋土60 d時,各土層BM1均達(dá)到完全降解,BM2、BM3和BM4降解率均表現(xiàn)為前期緩慢而后期迅速升高。埋土90 d時,10 cm處地膜降解率排序為BM2>BM3>BM4,降解率依次為96.9%、77.9%和39.7%;埋土20 cm處地膜降解率則表現(xiàn)為BM2≈BM3>BM4,降解率依次為90.4%、83.2%和57.1%。PE膜埋土10和20 cm后,其重量均表現(xiàn)為緩慢降低,在90 d時,2個土層深度PE膜降解膜均低于6.0%。

圖6 地膜埋土后的降解率變化Fig.6 Change of degradation rate after mulch embedding

擬合模型如表3所示。根據(jù)R2數(shù)值越大擬合效果越好,可以選擇雙常數(shù)方程作為最佳擬合模型。通過雙常數(shù)模型分別計算出地膜降解率達(dá)到50%(T50)和95%(T95)所需的時間。

由表4可知,使用壽命符合II類的全生物降解地膜埋土后的降解速度存在明顯差異。BM2和BM3埋土后能夠迅速降解,降解率達(dá)到50%和95%所需的時間分別在58～76和92～107 d。BM4埋土后降解速度低于其它降解膜,降解率達(dá)到50%和95%所需的時間分別在84～115和119～196 d。對于不同埋土深度而言,埋土20 cm增加了BM4的降解速率,降解率達(dá)到50%和95%所需時間分別縮短了31和77 d。BM2和BM3降解率受埋土深度的影響較小。

表4 地膜降解所需時間 Table 4 Degradation time of plastic film d

2.4 不同地膜覆蓋對辣椒生長發(fā)育的影響

不同地膜覆蓋對辣椒的生長發(fā)育影響并不相同。從表5可以看出,在辣椒開花結(jié)果期,除BM2的莖粗和BM3的莖高外,各處理辣椒莖粗和莖高無顯著差異。除BM3根冠比值和地下部質(zhì)量顯著高于CK外,其他處理間無顯著差異。各處理的地上部質(zhì)量、葉面縱橫比和SPAD數(shù)值相近。

在辣椒成熟期,覆膜處理的辣椒莖粗均顯著高于CK,由高到低依次為BM4>BM2>PE>BM1≈BM3。對于莖高來說,BM1、BM2、BM4和PE處理莖高顯著高于CK。除BM1外,各處理根冠比無顯著差異。辣椒干物質(zhì)量主要受BM4的影響,BM4地下部質(zhì)量和地上部質(zhì)量分別比CK增加2.6和8.2 g。各處理葉面縱橫比和SPAD值整體上比較接近,分別在2.2和62.3左右。綜上所述,地膜覆蓋主要影響成熟期辣椒生長指標(biāo),BM4主要提高成熟期莖粗、莖高、地下部質(zhì)量和地上部質(zhì)量,并且其對辣椒生育的促進(jìn)效果接近或者優(yōu)于PE和其它降解地膜。

2.5 辣椒產(chǎn)量

不同地膜覆蓋對辣椒產(chǎn)量的影響存在差異。由表6可以看出,覆蓋地膜對辣椒第一次采摘的產(chǎn)量影響較小。除BM2外,覆膜處理第二次采摘辣椒累計產(chǎn)量均高于CK。其中,BM2、BM3和BM4辣椒產(chǎn)量與PE相近,比CK提高4 150.0～6 141.0 kg/hm2。第三次采摘時,BM2、BM3和BM4與PE辣椒累計產(chǎn)量均顯著高于CK。其中,BM4和PE比CK分別提高11 305.3和11 096.8 kg/hm2,BM2和BM3比CK分別提高8 336.5和8 399.4 kg/hm2。BM1辣椒累計產(chǎn)量介于CK和覆膜處理之間,這可能與BM1過早降解有關(guān)。

表6 辣椒累計產(chǎn)量Table 6 Cumulative production of pepper (Fresh) kg/hm3

3 討 論

3.1 全生物降解地膜增溫效果受降解材質(zhì)影響

全生物降解地膜有效使用壽命與作物生育期相匹配是作物高產(chǎn)的保證。生物降解地膜有效使用壽命是指從鋪膜作業(yè)開始直到出現(xiàn)影響保溫和保墑作用時的總天數(shù),有效使用壽命與生物降解地膜本身材料、當(dāng)?shù)貧夂颉⑼寥馈⒑０胃叨群妥魑锏扔嘘P(guān)[22]。本研究區(qū)域位于武漢市,屬于長江流域,該地區(qū)露地種植辣椒的育苗時間一般在2～3月,定植時間在清明前后[25]。武漢市2～4月月均氣溫較低,5月份后氣溫會逐漸升高,因此武漢市在辣椒生育前期(移栽后約2個月)是地膜發(fā)揮保溫效果的關(guān)鍵期。本研究中,不同降解地膜均提高了辣椒移栽后0～58 d各土層溫度,其中0～5 cm提高3.2～5.3 ℃,5～10 cm提高3.6～4.7 ℃,10～15 cm提高2.1～4.2 ℃。而隨著覆膜天數(shù)增加,全生物降解地膜I受材質(zhì)的影響在覆膜后51 d達(dá)到碎裂期。本研究所用全生物降解地膜的降解材質(zhì)主要包括淀粉、PBAT、PLA和PHA等。淀粉分子間存在較強(qiáng)的氫鍵作用,具有熱塑性、力學(xué)性質(zhì)和強(qiáng)吸濕性,淀粉基制備的可降解地膜降解周期較短[15]。PBAT、PLA和PHA等合成聚合物降解膜具有更高的穩(wěn)定性[26]。BM1為淀粉基生物降解地膜,BM2、BM3和BM4均為PBAT、PLA(或PHA)基降解地膜。BM1雖然滿足0～58 d保溫作用,但是由于過早降解(覆膜后44 d開裂期),辣椒生育后期保溫效果降低,導(dǎo)致生長發(fā)育受阻和產(chǎn)量下降。BM2、BM3和BM4誘導(dǎo)期在51～93 d,開裂期在79～107 d,保證了辣椒整個生育期的溫度。

可降解地膜覆蓋能顯著提供土壤耕作層的溫度,促進(jìn)作物生長發(fā)育,其作用與普通地膜相當(dāng)。本研究表明,地膜覆蓋顯著提高辣椒生育前期0～5和5～10 cm土層溫度,其中14:00時段各地膜平均溫度最高。與CK處理相比,地膜覆蓋土壤溫度增加4 ℃左右。而隨著氣溫的逐漸升高,辣椒生育后期各地膜保溫效果均有所下降。其中,PBAT、PLA和PHA等材質(zhì)的降解地膜保溫效果優(yōu)于淀粉基降解地膜。較高的土壤溫度提高了辣椒成熟期莖粗、莖高、地下部質(zhì)量和地上部質(zhì)量。本研究中,BM4處理保溫效果與PE相近,其辣椒莖粗、莖高、地下部質(zhì)量以及地上部質(zhì)量顯著高于CK,分別提高3.2 cm、6.4 cm、2.6 g和8.2 g。

3.2 降解地膜材質(zhì)與降解周期是選擇適宜降解地膜重要依據(jù)

不同降解地膜降解周期很大程度與降解材質(zhì)構(gòu)成有關(guān)[27-28],降解地膜降解周期需要與辣椒生育周期相匹配。Wang等[29]研發(fā)的淀粉/PE共混物光降解地膜在玉米和棉花田的降解周期為46～64 d。鐘雨越[30]研究表明,高直鏈淀粉膜的厚度主要受淀粉濃度控制,其中淀粉濃度對膜厚度控制率為67.04%,濃度越高,薄膜越厚。本研究中,BM1可降解膜厚度為0.02 mm,為該生產(chǎn)廠商現(xiàn)有工藝下能夠達(dá)到的最薄淀粉基可降解地膜。盡管BM1處理可降解膜厚度高于其他處理,但是其降解速度依然高于其他處理。BM1田面覆蓋下51 d達(dá)到碎裂期,79 d達(dá)到無膜期,埋土條件下60 d完全降解,這與Wang等[29]的研究結(jié)果一致。淀粉基可降解地膜能夠?qū)崿F(xiàn)作物收獲時完全生物降解,但是由于降解過早,與辣椒生長發(fā)育不匹配,不適用于辣椒栽培。

PBAT、PHA和PLA等人工合成生物降解材料通常具有更長降解周期,但降解材料配比和生產(chǎn)工藝會顯著影響降解速率。PLA生物可降解地膜17～22 d到誘導(dǎo)期,60 d左右到破裂期,130 d幾乎無膜[31]。PBAT+PLA型可降解地膜在覆膜后62 d進(jìn)入誘導(dǎo)期,覆膜后74和97 d時,達(dá)到開裂期和大裂期[32]。相同原料的可降解地膜在埋土條件下降解周期同樣差異巨大。例如,上海弘睿和巴斯夫全生物降解地膜在填埋365 d后降解完全,蘭州鑫銀環(huán)全生物降解地膜于填埋365～540 d完全降解[33]。本研究中,地表覆蓋下BM2、BM3和BM4誘導(dǎo)期分別為93、51和79 d,在121、93和107 d達(dá)到大裂期,149 d時基本無膜或完全碎裂;在埋土20 cm條件下,BM2、BM3和BM4降解達(dá)到95%所需時間分別為95、94和119 d。地表覆蓋和埋土條件下降解周期的差異帶來辣椒生長與產(chǎn)量的不同。實際生產(chǎn)中,應(yīng)該從降解地膜的材質(zhì)和降解周期(誘導(dǎo)期、大裂期、碎裂期和無膜期)這2個方面進(jìn)行選擇。通過比較各處理辣椒生育期生長指數(shù)和辣椒產(chǎn)量得出,適宜濕潤區(qū)覆膜辣椒栽培的全生物可降解地膜為誘導(dǎo)期約為79 d的PBAT和PHA聚合型全生物可降解地膜。

4 結(jié) 論

PBAT和PHA等聚合類降解膜誘導(dǎo)期在覆膜后51～93 d,辣椒成熟期處于碎裂期或無膜期,降解周期基本與辣椒生長發(fā)育周期一致。辣椒栽培中,應(yīng)選擇PBAT和PHA等聚合類降解膜。

辣椒栽培中應(yīng)該在確定材質(zhì)基礎(chǔ)上選擇適宜的誘導(dǎo)期和翻埋深度。本研究結(jié)合辣椒生長發(fā)育指標(biāo)和埋土后降解性能得出,適宜南方濕潤條件辣椒栽培的可降解地膜誘導(dǎo)期應(yīng)該在79 d左右,并且在辣椒全部收獲后達(dá)到碎裂期或無膜期,辣椒收獲后地膜埋土10～20 cm可滿足降解地膜的快速降解需求。