不同類型全生物降解地膜的性能及在北京鮮食玉米生產(chǎn)上的應(yīng)用

谷艷蓉 柯玉廣 張 健 李書艷 閆曉志 毛朋舉 肖萬朋 劉雪東

（1.北京市平谷區(qū)種植業(yè)服務(wù)中心 北京 101200；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所 北京 100081）

近年來， 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用地膜數(shù)量不斷增加[1]。傳統(tǒng)的PE 地膜具有難以降解的缺點(diǎn)，不能降解的殘膜嚴(yán)重污染了土壤環(huán)境， 阻礙了生態(tài)環(huán)境的持續(xù)發(fā)展[2-4]。 全生物降解地膜可以在使用后降解為二氧化碳、水和無毒物質(zhì)，對(duì)環(huán)境無污染，可以有效地解決土壤污染的問題[5-6]。 然而，現(xiàn)在市面上的全生物降解地膜產(chǎn)品很多， 不同全生物降解地膜在性能和應(yīng)用效果上都有所不同[7]。 此外，全生物降解地膜一般比普通PE 地膜單價(jià)高，農(nóng)戶在未認(rèn)識(shí)到全生物降解地膜的應(yīng)用價(jià)值和意義時(shí)， 很少會(huì)主動(dòng)使用全生物降解地膜，這極大地限制了全生物降解地膜的推廣。 因此，開展全生物降解地膜試驗(yàn)，系統(tǒng)地評(píng)價(jià)不同類型全生物降解地膜的性能及應(yīng)用效果， 對(duì)促進(jìn)全生物降解地膜在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用具有重要意義。 北京是我國(guó)北方玉米主產(chǎn)區(qū)之一[8]。 鮮食玉米是北京地區(qū)的主要玉米類型，也是重要的經(jīng)濟(jì)作物[9]。 因此，在北京地區(qū)進(jìn)行全生物降解地膜在鮮食玉米生產(chǎn)上的應(yīng)用研究，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 本研究評(píng)價(jià)了不同類型全生物降解地膜的性能及在北京鮮食玉米生產(chǎn)中的應(yīng)用效果， 以期為推廣全生物降解地膜提供技術(shù)和理論支撐，促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地基本情況

試驗(yàn)地位于北京市平谷區(qū)馬坊鎮(zhèn)杈子莊村的北京豐碩園果品產(chǎn)銷專業(yè)合作社的基地， 基地占地面積140 畝。試驗(yàn)地年均降雨量約為603.2 mm，有效積溫約為4 717.4 ℃，無霜期189 d 左右，土壤為沙壤土。

1.2 試驗(yàn)材料與處理

供驗(yàn)作物為鮮食玉米，品種為農(nóng)科糯336，生育期天數(shù)約80 d， 種子由北京市農(nóng)林科學(xué)院玉米研究中心提供。 試驗(yàn)共設(shè)置了7 個(gè)處理，包括2 個(gè)對(duì)照，對(duì)照分別是覆蓋0.014 mm 普通PE 地膜（CK1）和不覆蓋地膜（CK2）；5 個(gè)覆蓋全生物降解地膜處理分別是覆蓋華碩0.006 mm、0.008 mm 和0.01 mm 全生物降解地膜，海益塑業(yè)0.008 mm 全生物降解地膜和弘睿生物0.01 mm 全生物降解地膜。具體處理信息包括地膜原料和提供廠商見表1。

表1 全生物降解地膜試驗(yàn)處理及地膜原料和提供廠家

每個(gè)處理的實(shí)施面積為5 畝， 種植密度為3 300 株/畝，不設(shè)重復(fù)。 所有覆膜處理的覆蓋比例為60%，不同覆膜處理所使用的地膜量不同，CK1 的覆膜量為8.72 kg/畝， 從M1～M5 覆膜量依次為4.98 kg/畝、6.67 kg/畝、8.33 kg/畝、6.62 kg/畝、8.27 kg/畝。不同處理除地膜覆蓋不同外，施肥、灌溉和除草等其他農(nóng)事操作均一致。 具體農(nóng)事操作包括時(shí)間和操作方式見表2。 根據(jù)各處理下鮮食玉米的成熟期收獲玉米。 具體為在7 月28 日收獲CK2，在8 月2 日收獲M1、M2和M4，在8 月3 日收獲M3、M5 和CK1。

表2 農(nóng)事操作時(shí)間及操作方式

1.3 調(diào)查指標(biāo)及方法

1.3.1 地膜上機(jī)性能測(cè)試 利用當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)覆膜機(jī)進(jìn)行地膜覆蓋作業(yè)， 觀察地膜在覆膜機(jī)正常行走狀態(tài)下是否存在斷裂和粘連等情況。

1.3.2 地膜降解情況調(diào)查 記錄各覆膜處理地膜的降解情況，直至收獲或無膜期。覆膜后每隔10 d 記錄一次各處理地膜裂紋和裂縫的條數(shù)、裂縫的寬度及破碎塊數(shù)和大小。 地膜的降解過程可分為誘導(dǎo)期（地膜出現(xiàn)多處≤2 cm 自然裂縫）、開裂期（地膜出現(xiàn)≥2 cm而＜20 cm 自然裂縫）、大裂期（地膜出現(xiàn)≥20 cm 自然裂縫）、碎裂期（地膜出現(xiàn)碎裂，最大地膜殘片面積≤16 cm2） 和無膜期 （基本見不到地膜殘片）5 個(gè)階段。 記錄各覆膜處理地膜達(dá)到各降解時(shí)期的具體天數(shù)。

1.3.3 地膜增溫保濕性能調(diào)查 測(cè)定各處理表層土壤（0～10 cm）的溫度和相對(duì)濕度，覆膜后每隔10 d 觀測(cè)一次，直至收獲。每次測(cè)量都在上午9:00 左右進(jìn)行。

1.3.4 作物關(guān)鍵生育時(shí)期調(diào)查 調(diào)查不同處理下鮮食玉米出苗、拔節(jié)、抽雄、灌漿和成熟的日期，計(jì)算生育期天數(shù)。

1.3.5 作物產(chǎn)量及相關(guān)指標(biāo)調(diào)查 在成熟期調(diào)查不同處理下鮮食玉米的株高和穗位高。 收獲前在各處理隨機(jī)選取鮮食玉米有代表性的穗40～50 穗， 測(cè)定穗長(zhǎng)、禿尖長(zhǎng)、穗行數(shù)、行粒數(shù)、穗粒重和百粒重。 最后測(cè)量各個(gè)處理鮮食玉米的產(chǎn)量及相比不覆蓋地膜處理的增產(chǎn)率（%）。

2 結(jié)果與分析

2.1 上機(jī)性能

不同地膜在覆膜機(jī)正常行走狀態(tài)下都沒有發(fā)現(xiàn)斷裂和粘連等情況。 保定茂華塑料制品有限公司提供的華碩0.006 mm 全生物降解地膜偏薄， 在部分地方由于土壤顆粒太大出現(xiàn)了劃破現(xiàn)象。

2.2 降解情況

普通PE 地膜直到作物收獲一直沒有出現(xiàn)裂紋或裂縫。 從表3 可以看出， 使用全生物降解地膜的5 個(gè)處理在覆膜后的40 d 內(nèi)都沒有出現(xiàn)裂紋或裂縫。 華碩0.006 mm 全生物降解地膜在覆膜后的第50 天出現(xiàn)了4 條裂紋， 而其他4 個(gè)處理均未出現(xiàn)裂紋；在覆膜后的第60 天，海益塑業(yè)0.008 mm 全生物降解地膜出現(xiàn)裂紋和裂縫，相比華碩0.008 mm 全生物降解地膜更早出現(xiàn)裂紋和裂縫， 這可能和華碩地膜原料中含有PLA 有關(guān)； 在覆膜后的第70 天，5 個(gè)處理均出現(xiàn)不同程度的裂紋、裂縫和破碎的情況，破裂情況隨地膜厚度增加而降低。 在收獲時(shí)5 個(gè)處理不再有裂紋，但破裂情況加劇。 總之，越薄的全生物降解地膜越先出現(xiàn)裂紋和裂縫， 原料中若包含PLA可能會(huì)推遲地膜破裂的時(shí)間。

表3 全生物降解地膜破碎情況

普通PE 地膜直到作物收獲沒有出現(xiàn)降解。 在調(diào)查時(shí)間內(nèi)，5 個(gè)全生物降解地膜沒有出現(xiàn)碎裂期和無膜期。 從表4 可以看出，隨著地膜厚度的降低，誘導(dǎo)期、開裂期和大裂期出現(xiàn)越早，但不同地膜在相同降解期的持續(xù)時(shí)間相近。 海益塑業(yè)0.008 mm 全生物降解地膜達(dá)到誘導(dǎo)期的時(shí)間早于華碩0.008 mm 全生物降解地膜， 與華碩0.006 mm 全生物降解地膜相近。 這可能是由于華碩地膜中包含PLA，推遲了地膜達(dá)到誘導(dǎo)期的時(shí)間。

表4 全生物降解地膜達(dá)到不同降解期的天數(shù)

2.3 增溫保濕性能

從表5 可以看出， 覆膜后不同覆膜處理的土壤溫度在各調(diào)查時(shí)間點(diǎn)均高于不覆膜處理。 所有覆膜處理的土壤濕度只在覆膜后的第10 天均高于不覆膜處理，其余時(shí)間點(diǎn)的結(jié)果多是低于不覆膜處理，這主要是由于試驗(yàn)期間的灌溉或自然降雨更大地增加了不覆膜處理的土壤濕度。 覆膜后第60 天和70 天，華碩0.006 mm 全生物降解地膜的土壤濕度又稍高于不覆膜處理，這與該地膜較快降解有關(guān)。 全生物降解地膜在發(fā)生破裂降解前， 其增溫和保濕性能大體上隨著厚度的增加而增加。 海益塑業(yè)0.008 mm 全生物降解地膜的增溫和保濕性能總體上低于華碩0.008 mm 全生物降解地膜。整個(gè)調(diào)查期間的前60 d，華碩0.01 mm 和弘睿0.01 mm 全生物降解地膜的增溫和保濕性能與普通PE 膜相當(dāng)，之后這2 種全生物降解地膜進(jìn)入開裂期，增溫保濕性能降低，開始不如普通PE 膜。 總之，地膜覆蓋可以增加土壤溫度和保持土壤濕度， 越厚的全生物降解地膜其增溫保濕性能一般越強(qiáng)，0.01 mm 的全生物降解地膜在覆膜后的60 d 內(nèi)其增溫保濕性能與普通PE 膜相當(dāng)，隨著全生物降解地膜的破碎降解，其增溫保濕性能逐漸降低。

表5 個(gè)處理下不同時(shí)間點(diǎn)土壤的溫度（℃）、濕度（提及含水量，%）

2.4 作物生育情況

從表6 可以看出， 各處理鮮食玉米的播種期和出苗期均為5 月16 日和5 月23 日。 不覆膜處理的拔節(jié)期、抽雄期和灌漿期分別為6 月11 日、7 月1 日和7 月7 日，而不同覆膜處理分別為6 月13 日、7 月5 日和7 月12 日， 相比不覆膜處理分別推遲了2 d、4 d 和5 d。 不覆膜處理鮮食玉米的成熟期為7 月28 日。 華碩0.006 mm、0.008 mm 與海益塑業(yè)0.008 mm全生物降解地膜覆蓋處理鮮食玉米的成熟期均為8 月2 日。 華碩0.01 mm 和弘睿0.01 mm 全生物降解地膜與普通PE 地膜覆蓋處理的成熟期均為8 月3 日。覆膜處理相比不覆膜處理成熟期推遲了5～6 d。 不同覆膜處理的生育期相比不覆膜處理延長(zhǎng)了5～6 d。 不同全生物降解地膜各處理鮮食玉米的生育進(jìn)程沒有太大差異，且與普通PE 膜處理大致相同。

表6 不同處理鮮食玉米的生育進(jìn)程

2.5 作物產(chǎn)量及其相關(guān)指標(biāo)

從表7 可以看出， 不同覆膜處理的株高、 穗位高、穗長(zhǎng)、穗行數(shù)、行粒數(shù)、穗粒重、百粒重和產(chǎn)量均高于不覆膜處理，而空稈率、倒伏率和禿尖長(zhǎng)均低于不覆膜處理。 華碩0.006 mm、0.008 mm 和0.01 mm全生物降解地膜，海益塑業(yè)0.008 mm 和弘睿0.01 mm全生物降解地膜與普通PE 地膜相對(duì)于不覆膜處理分別增產(chǎn)27.07%、29.37%、32.78%、30.97%、32.43%和33.05%。0.01 mm 的全生物降解地膜的增產(chǎn)作用及其對(duì)相關(guān)農(nóng)藝指標(biāo)的影響與普通PE 地膜相當(dāng)。 越厚的全生物降解地膜其增產(chǎn)作用一般越強(qiáng)。 本研究中，地膜（包括所有全生物降解地膜和普通PE 地膜）覆蓋通過以下3 個(gè)方面的作用來提高鮮食玉米的產(chǎn)量。 ①覆膜處理下鮮食玉米的空稈率和倒伏率均降低，使可有效生產(chǎn)的鮮食玉米株數(shù)增多；②覆膜處理下鮮食玉米的穗長(zhǎng)、穗行數(shù)和行粒數(shù)增加，而禿尖長(zhǎng)降低，使每株鮮食玉米穗粒數(shù)增加；③覆膜處理增加了鮮食玉米的穗粒重和百粒重。 較厚的全生物降解地膜一般通過同時(shí)加強(qiáng)這3 個(gè)方面的作用實(shí)現(xiàn)更高的增產(chǎn)效果。

3 討論與結(jié)論

本研究表明， 全生物降解地膜的厚度越大降解速度越慢，增溫保濕性能越強(qiáng)。 0.01 mm 的全生物降解地膜在覆膜后的60 d 內(nèi)其增溫保濕性能與普通PE 地膜相當(dāng)。 不同全生物降解地膜及普通PE 地膜處理之間鮮食玉米的生育進(jìn)程沒有較大差異， 拔節(jié)期、抽雄期、灌漿期和成熟期分別相比不覆膜處理推遲了2 d、4 d、5 d 和5～6 d，生育期延長(zhǎng)了5～6 d。 越厚的全生物降解地膜其增產(chǎn)作用越強(qiáng)，0.01 mm 的全生物降解地膜與普通PE 地膜的增產(chǎn)效果相當(dāng)，約增產(chǎn)33 %。 地膜覆蓋通過增加可有效生產(chǎn)的鮮食玉米株數(shù)、 每株的玉米粒數(shù)和單個(gè)玉米粒的粒重來實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)。 較厚的全生物降解地膜一般通過同時(shí)加強(qiáng)這3 個(gè)方面來實(shí)現(xiàn)更高的增產(chǎn)效果。本研究結(jié)果為推廣全生物降解地膜提供了技術(shù)和理論支撐， 有助于促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。