全生物降解地膜在高海拔地區玉米栽培中的應用研究

張海強　楊霞　王立霞　楊或紅　張芳　楊淑霞　白海鴻　楊慧珍　韓志強　王平生　祁維紅

關鍵詞：全生物將解地膜；降解特性；高海拔；玉米；適應性

中圖分類號：S512 文獻標志碼：A 文章編號：2097-2172（2023）07-0649-05

生物降解地膜是指在自然環境下可被土壤微生物降解生成無毒小分子（CO₂和H₂O），對生態環境不造成危害的一類塑料地膜。在一定區域范圍內，生物降解地膜與普通PE地膜一樣，具有增溫、保墑、抑制雜草的作用，但在馬鈴薯等作物墑，改良土壤性狀及促進作物生長的效果均優于普通PE地膜，可在田間降解而消失，對土壤無污染，因此，新型生物降解地膜替代PE地膜是解決白色污染問題的重要途徑之一，推廣應用環境友好型的全生物降解地膜新產品，將是我國未來實現農業清潔生產及保障糧食安全的重要技術途徑。我們通過在高海拔地區玉米上開展全生物降解地膜栽培試驗、暴曬試驗和填埋試驗，分析其降解特性及對玉米生長發育和產量等因素的影響，以篩選出適于高海拔地區玉米生產的全生物可降解地膜，為全生物降解地膜在高海拔地區的應用提供參考。

1材料與方法

1.1試驗地概況

試驗設在臨夏州農業科學院現代農業試驗站（臨夏縣北塬鄉），試驗區屬大陸性溫帶半干旱氣候，海拔2050 m。年均無霜期160 d，年均日照2573.7 h，年均降水量450 mm，年均氣溫6.5℃。試驗田地勢平坦，灌溉條件充分，土壤類型為塬地黃麻土，pH為8.49，含有機質19.2g/kg。

1.2供試材料

指示玉米品種為當地主推品種先玉335，供試地膜類型、規格及生產商見表1。

1.3試驗方法

1.3.1玉米覆蓋栽培試驗 試驗設覆全生物降解地膜GS1、GS2、GS3、GS4、GS5 5個處理，以覆普通PE地膜（CK1）和不覆膜（CK2）為對照，3次重復，隨機區組排列，小區面積40.26m²（12.20m×3.30 m），小區筑地埂，四周設保護行，4月中旬起壟覆膜，選用全膜雙壟溝播種植技術，保苗66 000株／hm²。起壟前施玉米復混專用肥（N-P₂O₅-K20為9-6-3）900 kg/hm²作基肥，拔節期追施尿素（氮46%）375 kg/hm²。

1.3.2暴曬試驗 試驗設CK1（PE地膜）、GS1、GS2、GS3、GS4、GS5共6個處理，3次重復，隨機區組排列，小區面積19.80 m²（6.00 m×3.30 m）。4月中旬按全膜雙壟溝播方式起壟覆膜，不施化肥、農藥，不種植作物，確保地膜完全暴露在陽光下。

1.3.3填埋試驗 試驗設CK1（PE地膜）、GS1、GS2、GS3、GS4、GS5共6個處理，隨機區組排列，埋設在同一填埋坑內。填埋深度20 cm，分90 d和180 d 2個觀察期，每個觀察期3次重復。將6種地膜分別裁剪成橫向30 cm、縱向40 cm的膜片，做好標記，裝入20目防蟲網袋中，按排列順序均勻平展放入坑中，然后回填，地面不種植作物，不施用化肥農藥等。

1.4觀測指標

1.4.1地膜降解情況觀測 玉米覆蓋栽培試驗與暴曬試驗覆膜時間相同，按照試驗設計，將各供試地膜覆蓋于試驗小區壟面上，每個試驗小區重復設置3個橫向1m×縱向1m固定觀測點，采用目測法對觀測點及延長3m范圍內的地膜降解性能進行評價，記錄各參試地膜破損情況及降解階段。填埋試驗在地膜樣品埋土后的90 d和180 d，各取出一個區組的所有膜樣，洗凈、晾干，觀測埋設膜降解后外觀變化。并通過以下公式計算地膜降解率。

地膜降解率=（m₀－m₁）/m₀×100%式中，m₀為覆膜前地膜重量，m₁為試驗結束時殘膜重量。

地膜降解性能評價指標為降解階段A為誘導期，即從覆膜到壟（畦）面地膜出現多處（每延長3m處以上）≤2 cm自然裂縫或孔洞（直徑）的時間；降解階段B為開裂期，即壟（畦）面地膜出現≥2cm、<20 cm自然裂縫或孔洞（直徑）的時間；降解階段C為大裂期，即壟（畦）面地膜出現大于20 cm自然裂縫的時間；降解階段D為碎裂期，即地膜柔韌性盡失，壟（畦）面地膜出現碎裂，最大殘片面積≤16 cm²的時間；降解階段E為無膜期，即壟（畦）面地膜基本見不到地膜殘片的時間。

1.4.2玉米生育情況調查 玉米出苗后每小區選擇有代表性的2m雙行作為定點、按時統計相關數據的樣方區。在樣方內進行物候期及生育期調查，物候期的確定以小區50%以上植株進入該生育期為標志。

1.4.3玉米農藝性狀測定 成熟后每小區連續取10株，測定株高、穗位高、莖粗、穗粒數、千粒重等指標。

1.4.4玉米產量測定 每小區單收單打計實產。在收獲過程中，將小區內雜株和非試驗因素引起的異常植株剔除，剔除株的產量以小區平均產量補回，按每小區面積折合產量。

1.5數據處理

采用Excel 2019軟件進行數據統計分析及制表，SPSS 20.0軟件進行方差分析。

2結果與分析

2.1全生物降解地膜降解進程

通過對玉米覆蓋栽培及暴曬試驗各小區觀測點及延長3m區域的觀察發現（表2），參試全生物降解地膜的降解性能均優于CK1。其中GS1的降解最快，覆膜后39 d就進入開裂期，73 d達到破碎期，89 d時已完全降解；GS2的降解最慢，覆膜后81 d進入開裂期，188 d達到破碎期；GS3、GS4、GS5的整個降解進程差異不大。在玉米整個生育期，只有GS1完全降解，其余各降解地膜均處于破碎期。

2.2全生物降解地膜不同時期地表殘膜覆蓋率

通過對試驗各小區觀測點及延長3m區域的觀察發現（表3），隨著玉米生育進程的推進，各參試全生物降解地膜的地表覆蓋率逐漸降低且均低于CK1。苗期以GS3、GS2處理的覆蓋率最高，均為100%；其次是GS5處理，為96%；GS4居第3，為95%；GS1處理的覆蓋率最低，為40%。在拔節期，GS2處理的覆蓋率最高，為100%，其次是GS5處理，為90%；再次是GS3處理，為85%；GS1、GS4處理的覆蓋率最低，均為25%。在成熟期，GS2處理的覆蓋率最高，為35%；其次是GS4處理，為25%；GS5、GS4處理居第3，均為15%；GS1處理最低，為0。

2.3全生物降解地膜對玉米生育期的影響

通過田間觀察發現（表4），全生物降解地膜各處理對玉米各生育期的影響不大，但均短于不覆膜處理，CK1、GS3處理的生育期最短，為167 d，較CK2長15 d；其次是GS2處理，為170 d，較CK2長12 d；CK2的生育期最長，為182d。

2.4全生物降解地膜對玉米農藝性狀的影響

由表5可以看出，不同類型全生物降解地膜對作物農藝性狀的影響不同。不同全生物降解地膜處理的玉米株高差異顯著，以GS4處理最高，為400.5 cm，較CK2、CK1分別高74.3、93.5 cm；GS3處理最低，為302.1 cm。莖粗GS4和GS1處理間存在顯著性差異，其余各處理間差異不顯著。穗粒數間互相存在顯著性差異，以GS4處理最高，為643.4個，較CK2、CK1分別多101.5、8.2個；GS2處理哦次之，為633.4個；GS5處理最低，為585.1個。千粒重間互相呈現出顯著性差異，以GS2處理最高，為372.7 g，較CK2重40.1 g，較CK1輕13.0 g；GS1處理最低，為335.0 g。

2.5全生物降解地膜對玉米產量的影響

從表6可以看出，全生物降解地膜處理的玉米產量均顯著高于CK2而低于CK1。產量以GS2處理較高，為15 399.9 kg/hm²，較CK2增產41.88%，較CK1減產4.91%，與GS1、GS5處理之間差異顯著，與GS3、GS4處理之間差異不顯著。

2.6全生物降解地膜在不同填埋時期的降解效率

由表7可知，全生物降解地膜填埋后均能降解，并隨著時間的推移降解率呈現出增大的趨勢，且顯著高于CK1。填埋后90 d時，GS1處理已基本完成降解，GS2、GS3處理處于降解加速期，GS4、GS5處理也已出現明顯的降解現象，而CK1還未出現降解現象；填埋后180 d時，各降解地膜處理均已基本完成降解，其中GS1處理降解率最高，為97.58%，較CK1高94.55個百分點；其次是GS5處理，為94.61%，較CK1高91.58個百分點；GS4處理最低，為90.57%。

3討論與結論

全生物降解地膜是由PBAT、PLA、PHA、纖維素和淀粉等高分子材料構成的一種可以替代傳統PE地膜的可降解地膜。全生物降解解地膜在農田中可以通過微生物的分解或氧化降解成水溶性碎片，最終生成C02和H20融入土壤，其降解速率、降解強度受外界環境、材料、生產廠家等因素影響。本試驗中，除金土地1號（GS1）因降解速度過快不能滿足玉米生長發育需求外，其余4種供試全生物降解地膜均與作物生長周期呈現出較好的匹配性，在土壤中的降解效率高且后期殘留少。

倪斌、李海萍等研究表明，覆蓋普通PE地膜和可降解地膜對作物生長發育及生長周期無顯著影響，但覆蓋地膜與露地相比可以在一定程度上縮短作物的生育周期，顯著提高作物產量。本研究中，與不覆膜相比，全生物降解地膜覆蓋栽培的玉米生育期提前9～15 d，與覆蓋普通PE地膜相比生育期推遲0～6d。全生物降解地膜處理下，玉米產量低于覆蓋普通PE地膜而極顯著高于不覆膜處理，其中金土地2號（GS2）覆蓋栽培的玉米產量較高，為15399.9 kg/hm²，較不覆膜處理增產41.88%。

全生物降解地膜在一定區域可以代替普通PE地膜，但其適用性受環境、材料和工藝等的影響較大。綜合評價5種全生物降解地膜的降解特性、作物生育時期、農藝性狀及產量等因素，以全生物降解地膜金土地2號替代普通PE地膜應用于高海拔地區玉米栽培更具潛力。