全生物降解地膜對飼用玉米的影響及降解效果研究

杜健　王托和　鄒悅　趙安宇　何淑萍

關鍵詞：全生物降解地膜；飼用玉米；土壤溫濕度；生長指標；產量

中圖分類號：S513 文獻標志碼：A 文章編號：2097-2172（2023）07-0639-06

地膜覆蓋廣泛應用于農作物生產。地膜具有促進玉米生長發育、縮短生育期、增加產量等作用，在農作物的生長發育階段主要起到增溫保墑、抑制雜草的作用。目前在農業上應用較多的地膜為普通聚乙烯地膜，在土壤中極難降解，所引發的“白色污染”對生態環境的影響已受到普遍關注。全生物降解地膜是一種新型的環保可降解地膜，采用聚乳酸或其他全生物降解改性樹脂生產，使用后可自動降解為二氧化碳和水，對土壤無毒害，是一種被全球公認真正綠色的環保材料。近年來，生物降解地膜作為普通農用地膜的替代品，其增溫、保墑和增產作用已被大量研究證實。為此，我們利用蘭州金土地集團生產的全生物降解地膜與2種PE膜（普通聚乙烯地膜和滲水聚乙烯地膜）在飼用玉米上進行地膜覆蓋對比試驗，研究其保溫、保墑性能，并觀察玉米不同時期地膜破損和降解情況，為全生物降解地膜在河西地區玉米生產上推廣應用提供參考。

1材料與方法

1.1供試材料

指示飼用玉米品種為金凱3號。供試地膜為國內市場出售的普通農用地膜、甘肅福雨塑業有限責任公司生產的聚乙烯滲水地膜和蘭州金土地公司生產的全生物降解地膜（表1）。

1.2試驗地條件和試驗方法

試驗設在張掖市甘州區新墩鎮園藝村3社。當地海拔1588m，屬典型溫帶大陸性氣候，日照時間長，晝夜溫差大；試驗地平坦，排灌便利，土壤為耕灌灰棕漠土；前茬為大田玉米。試驗采用單因素試驗設計，共設3個處理（表1）。隨機區組排列，3次重復，小區面積68m²（17 m×4 m）。4月初結合春耕基施尿素75 kg/hm²、磷酸二氫銨300 kg/hm²、氮磷鉀復合肥（N-P₂O₅-K₂O為16-18-6）300 kg/hm²。4月上旬以Im間距劃行覆膜，膜面留50 cm。4月28日機械播種，株距21 cm，播種密度79 000株/hm²。于玉米大喇叭口期和抽穗期結合灌水分別追施尿素300 kg/hm²。全生育期灌水5次，中耕除草2次。9月下旬收獲，11月室內考種、脫粒計產。其余管理同大田。

1.3 測定項目與方法

1.3.1膜下溫濕度 從播種期開始，每隔10 d在9：00、15：00、19：00時分別測量膜下0～5、5～10、10～15 cm土層的土壤溫度（用土壤溫度計測定）和膜下10 cm土層的土壤濕度（用濕度計測定）。測定周期為玉米生育期。

1.3.2農藝性狀和產量性狀 7月中旬標記觀察5株玉米植株的生長狀況，觀測記錄地膜玉米出苗數、株高、葉長、葉寬、葉綠素等生長性狀。玉米成熟后按小區隨機選取3個取樣點，每點連取10株，測定穗重、穗長、穗粗、禿尖長、穗行數、行粒數、單穗粒重、千粒重，收獲小區中間4行（34m²）計產。

1.3.3地膜降解情況觀測 記錄地膜降解各階段出現的時間。誘導階段，即覆膜出現小裂縫（裂縫小于1 cm）的時間，記錄出現小裂縫的時間。破裂階段，即肉眼清楚看到大裂縫（裂縫大于3 cm）的時間，記錄出現大裂縫的時間。崩解階段，即地膜已經裂解成大碎塊，沒有完整的膜面（出現大于5 cm的裂縫，或者有的裂口合并出現碎塊），記錄出現膜崩裂的時間。完全崩解階段，即地面無大塊殘膜存在，但仍有小碎片的時間階段。完全降解階段，即地膜在地表基本消失的階段。在每個時期，對每個處理地膜的膜表、膜側進行拍照，并標注好地膜種類和拍照日期。

1.4數據處理

用Microsoft Excel 2010進行數據整理，采用SPSS 20.0軟件進行方差分析。

2結果與分析

2.1不同覆膜處理對土壤溫度的影響

2.1.1

9：00時膜下不同深度的土壤溫度從圖1～3可以看出，不同覆膜處理9：00時膜下0～5、5～10、10～15 cm土層的土壤溫度變化趨勢總體呈“M”形變化，且溫度均在5月6日最低、5月26日最高。0～5 cm土層的土壤溫度為16.0～21.4℃，6月15日之前處理1溫度均高于處理2和處理3，之后處理3均高于處理1和處理2，7月15日之后各處理溫度基本趨于一致。5～10 cm土層的土壤溫度為13.8～20.7℃，3種覆膜處理5月6—26日的溫度基本一致，5月26日之后處理2和處理3趨于一致且高于處理1。10～15 cm土層的土壤溫度為14.0～21.7℃，在6月15日之前，處理1溫度均高于處理2和處理3，之后各處理溫度趨于一致。綜合來看，9：00時全生物降解地膜膜下土壤溫度在監測前期略低于聚乙烯地膜，而在中后期各處理趨于一致。

2.1.2 15：00時膜下不同深度的土壤溫度 從圖4～6可以看出，各處理0～5、5～10、10～15 cm土層對應的土壤溫度變化總體呈先下降后上升再下降然后逐漸平穩的趨勢。0～5 cm土層的土壤溫度為20.8～36.7℃，6月5日之前，處理1溫度均高于處理2和處理3且處理2、3基本一致，之后3個處理溫度趨于一致。5～10 cm土層的土壤溫度為20.6～31.4℃，6月25日之前處理1和處理2的溫度總體均高于處理3（除5月16日左右外），之后處理2和處理3趨于一致且均高于處理1。10～15 cm土層的土壤溫度為21.1～29.0℃，在7月5日之前處理1和處理2溫度均高于處理3，7月15日之后各處理溫度趨于一致。可見，15：00時全生物降解地膜膜下土壤溫度與聚乙烯地膜基本持平。

2.1.3 19：00時膜下不同深度的土壤溫度 從圖7～9可以看出，不同覆膜處理在0～5、5～10、10～15 cm土層對應的土壤溫度變化趨勢總體呈“W”形變化，且溫度均在5月26日最高、6月15日最低。0～5 cm土層的土壤溫度為20.1～31.3℃，6月15日之前處理3溫度均低于處理1和處理2，之后3種覆膜處理溫度趨于一致。5～10 cm土層的土壤溫度為20.4～30.7℃.6月15日之前處理1和處理2溫度基本一致且高于處理3，6月15至7月15日3種覆膜處理溫度交替變化，7月15日之后處理3溫度高于處理1和處理2。10～15 cm土層的土壤溫度為20.8～30.0℃，在5月26日之前處理1溫度均高于處理2和處理3，5月26日至6月15日處理1和處理2溫度基本一致，之后處理1和處理3溫度基本一致且均低于處理2。說明在適宜溫度范圍，全生物降解地膜保溫性能與聚乙烯地膜相當。

2.2不同覆膜處理對土壤濕度的影響

從不同處理膜下10 cm土層的土壤濕度變化（圖10～12）可知，不同覆膜處理9：00、15：00、19：00時對應的土壤濕度變化趨勢基本一致，總體呈曲折式上升，且濕度均在6月5日最低、7月5日最高。9：00時土壤濕度變化為10.8%～23.2%，6月5日之前處理1土壤濕度總體大于處理2和處理3，6月5—25日處理1和處理2基本一致且大于處理3，6月25日至7月5日3種覆膜處理濕度趨于一致。15：00時土壤濕度為11.4%～22.2%，6月5日之前處理1土壤濕度總體大于處理2和處理3，6月25日之后各處理土壤濕度基本趨于一致。19：00時土壤濕度為10.7%～22.2%，在整個監測期，處理1和處理3濕度基本一致且總體上均大于處理2。綜上所述，隨著地膜覆蓋時間延長土壤濕度增加，全生物降解地膜與聚乙烯地膜具有相同的保濕效果。

2.3不同覆膜處理對飼用玉米農藝性狀的影響

從表2可以看出，處理3的玉米株高、葉綠素含量（SPAD值）和葉長均優于處理1和處理2，而葉片數、葉寬略低于處理1和處理2。其中株高分別高4.46、5.00 cm，葉綠素含量分別增加4.9%、4.7%，葉長分別長2.40、3.07 cm。說明采用全生物降解地膜覆蓋處理的玉米株高、葉綠素含量和葉長均優于聚乙烯地膜覆蓋處理，而葉片數、葉寬略低于聚乙烯地膜覆蓋處理。

2.4不同覆膜處理對飼用玉米產量性狀的影響

從表3可以看出，處理3的穗長、穗行數、行粒數、軸粗、穗重、單穗粒重和千粒重均優于處理1和處理2，3種覆膜處理的禿尖長差異較大，分別為處理2>處理3>處理1，各處理穗粗無明顯差別。說明采用全生物降解地膜覆蓋處理在穗長、穗行數、行粒數、軸粗、穗重、單穗粒重和千粒重均優于2種聚乙烯地膜覆蓋處理。

由表4可知，3種覆膜處理飼用玉米的折合產量為6 776.47～7 017.65 kg/hm²，其中處理3最高，其次是處理1，處理2居第3位，各處理間產量差異不顯著（P>0.05）。與處理1相比，處理2減產3.19%；處理3略有增產，增幅為0.25%。

2.5不同處理地膜的降解

對不同處理地膜降解情況觀測可知，處理3（全生物降解膜）從覆膜后第47 d開始出現降解并進入誘導期，57 d進入破裂期，87 d進入崩解期，110 d進入完全崩解期；在玉米生育期內觀察到全生物降解膜未完全降解，待翻入土中降解，且在后期翻耕整地時，觀察到土壤中有極少量的農膜殘片，未出現薄膜纏繞翻耕機器現象。而處理1（普通聚乙烯地膜）和處理2（滲水聚乙烯地膜）在玉米生育期內，膜面僅出現小裂口，膜本身的彈性、韌性較好，未出現脆化現象，無法用機器翻耕，需事先人工清理。

3討論與結論

土壤溫度及土壤水分對于作物生長具有重要的影響，生物降解地膜覆蓋對于土壤耕作層的水熱狀況有明顯改善，其作用與普通地膜相當。申麗霞等研究發現，采用厚0.005 mm和0.008mm的可降解地膜的保水、保溫效應及對玉米生長的影響作用基本相似。李振華等研究了降解地膜覆蓋對旱地馬鈴薯影響，結果表明普通地膜與降解地膜的保溫效果無顯著差異。本研究中，不同處理膜下土壤溫度在5月底達到最高，而在6月和7月有所降低，可能是因為該試驗年份5月底以晴天為主，6月和7月多以陰雨天為主、氣溫較低造成的。綜合來看，覆蓋全生物降解地膜在提高土壤的溫度與濕度方面效果明顯，隨著時間增加，對土壤的保溫保墑作用更加顯著，且與聚乙烯地膜的保溫保墑作用相當。

覆膜能夠改善土壤水、肥、氣、熱等條件，會進一步影響土壤理化性質與作物生長狀況，從而對作物生長發育和產量產生影響。在玉米研究方面，劉群等研究發現，與不覆膜相比，覆蓋生物膜能顯著增加玉米穗上葉、穗位葉、穗下葉葉面積等和產量，其效果與普通膜之間差異不顯著。白雪等研究了旱地玉米不同類型地膜覆蓋模式對農田水熱效應和玉米產量的影響，結果表明，生物降解地膜能夠顯著提高玉米的產量。

生物降解地膜的降解速率和強度因原材料組成、氣候條件、土壤環境、作物類型等因素的差異而表現不同。何文清等研究發現，覆膜后30天左右的淀粉基全生物降解地膜已經出現嚴重的裂縫，覆膜60 d后已完全降解為大的碎片，完全失去了增溫保墑的功能。趙愛琴試驗結果表明，覆膜20 d后的生物降解地膜表面開始出現裂縫且韌性下降，覆蓋30 d后地膜逐漸裂解成塊狀并粘附于土壤表面。有學者在研究中發現，生物降解地膜覆蓋30 d后開始出現裂縫和裂口，膜面變薄、韌性變差，而且隨著地膜厚度增加，其降解速度減緩。在本研究中，全生物降解地膜的降解時期遲于其他學者研究中的生物降解膜，可能與種植地域環境有關，即因為甘肅張掖氣候干燥，氣溫相對較低，降解地膜誘導期發生相對比較遲緩，對應的降解速度和降解強度也較低，增溫保墑的功效期有所延長，因此全生物降解地膜的碎裂期基本滿足本試驗飼用玉米生長的要求。

本研究結果表明，在飼用玉米生長前期，全生物降解地膜處理的保溫保濕能力略低于普通聚乙烯地膜處理；而在玉米生長的中后期，全生物降解地膜處理與聚乙烯地膜處理的溫濕度沒有明顯差異。從作物生長情況看，全生物降解地膜覆蓋處理可以提高飼用玉米株高、葉綠素含量和葉長，但產量與聚乙烯地膜處理差異不顯著。全生物降解地膜處理在飼用玉米播種后47 d開始進入誘導階段，隨著生育進程地膜逐漸變薄、脆化，收獲時大部分地膜完全崩解，雖然地膜未完全降解但降解趨勢明顯。普通聚乙烯地膜處理在飼用玉米整個生長階段都維持著較好機械性能和膜面的完整性。全生物降解地膜降解趨勢明顯，可作為一種環境友好型材料，有效解決農田白色污染，免去農膜回收工作，在一定程度上可以替代普通地膜。綜合來看，全生物降解地膜在飼用玉米上使用效果較好，具有較好的推廣應用前景。