可降解地膜的降解性研究

李學凱，呂廷波，2* ，種法政，石培君，杜繼兵，葛 陽

(1.石河子大學水利建筑工程學院，新疆石河子832000;2.現(xiàn)代節(jié)水灌溉兵團重點實驗室，新疆石河子832000)

地膜是新疆棉花種植過程中不可或缺的生產(chǎn)資料。地膜覆蓋技術促進了新疆棉花的種植，提高了棉花的產(chǎn)量。自20世紀80年代新疆引入地膜覆蓋技術以來，新疆的棉花生產(chǎn)得到了迅速發(fā)展，棉花產(chǎn)量也得到了客觀增長。目前，新疆每年棉花播種面積超過133.4萬hm2，全部采用地膜覆蓋，每年地膜用量將近10萬t。隨著地膜使用量的不斷增加，越來越多的殘膜留在土壤中，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及農(nóng)田生態(tài)環(huán)境帶來嚴重的負面影響，造成耕地地力下降、土壤受到污染、農(nóng)事操作受阻以及棉花減產(chǎn)等生態(tài)環(huán)境問題和經(jīng)濟問題［1－2］，對農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境構成了“白色污染”，影響和制約著新疆農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展［3］。針對田間殘膜給棉花產(chǎn)區(qū)帶來的生態(tài)環(huán)境問題，新疆生產(chǎn)建設兵團各農(nóng)作物生態(tài)區(qū)將開展生物降解農(nóng)膜的覆膜效應研究，兵團農(nóng)業(yè)技術推廣總站將進行46.67萬hm2以上生物降解農(nóng)膜的示范和推廣等相關工作。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況 試驗區(qū)位于新疆石河子市市郊，是我國兩北內陸主要覆膜棉區(qū)。新疆石河子位于85°～86°E，43°～45°N，屬于典型大陸性干旱氣候，該地區(qū)光熱資源比較豐富，全年日照時數(shù)2 526～2 874 h，生長季日照時數(shù)為l 900～2 000 h，年均氣溫6.6℃，≥0℃活動積溫3 900～4 100℃，無霜期160 d左右，年均降水量125.0～207.7 mm，年蒸發(fā)量1 946 mm。主要農(nóng)作物為棉花、小麥、玉米、甜菜、油葵，一年一熟。試驗地位于新疆生產(chǎn)建設兵團的石河子大學實驗站，實驗站的土壤有壤土、鹽堿土、沙土等不同土質的土壤。

1.2 試驗材料 地膜為兵團在準備推廣的可降解膜和普通地膜;棉花為石河子大田常見的棉花。

1.3 試驗方法

1.3.1 填埋試驗。將降解膜試樣剪成相同大小的條狀，埋入測坑土壤中，埋土深度分別為 5、10、15、20、25、30、35 和 40 cm，每個深度分別埋入5條，埋土后每隔15 d取出并觀察降解膜的降解情況。

1.3.2 地表覆蓋試驗。試驗設覆生物降解地膜、普通聚乙烯地膜、不覆地膜3個處理，各有壤土，鹽堿土與沙土3種不同土壤的對照，各個測坑隨機排列，小區(qū)面積3 m×5 m，試驗田采用行距為(30+60+30+30)cm，株距10 cm，滴灌帶鋪設為1膜2管的種植模式。灌水處理分為漫灌與膜下有壓滴灌，所有處理灌水次數(shù)相同，灌水量相同。試驗田4月播種，其他種植管理方式與大田生產(chǎn)相同。

1.4 測定項目與方法

1.4.1 填埋試驗。填埋試驗評價采用目測法，將地膜降解過程分為4個階段:第1階段，開始出現(xiàn)小裂縫的時間階段;第2階段:肉眼清楚看到大裂縫階段;第3階段:地膜已經(jīng)裂解成大碎塊，沒有完整的膜面，出現(xiàn)膜崩裂的階段;第4階段:地面無大塊殘膜存在，雖仍有微小的碎片的時間階段，但對土壤和作物已無影響，即為完全降解階段。通過定期的人為肉眼觀測，記錄地膜顏色、形態(tài)以及表面完整情況的變化情況，以測試不同深度可降解膜的降解效果，完善降解地膜在田間的應用技術。

1.4.2 地表覆蓋試驗。地表覆蓋試驗要測量棉花的地溫、土壤含水量、棉花出苗率、棉花葉面積和產(chǎn)量，以明確可降解地膜對于棉花的生長開花和產(chǎn)量的作用效果。

1.4.2.1 地溫測定。采用地溫計每隔固定天數(shù)測定各小區(qū)膜下5、10、15、20、25 cm 土層深度的地溫，測量時間為8:30 ～20:30，每隔1 h測量1次。

1.4.2.2 土壤含水量的測定。采用中子儀定期對土壤含水量進行觀測，測定深度為10、20、30、40、50、60、70、90 和110 cm。

1.4.2.3 棉花出苗率的測定。采用目測估計法對使用可降解膜、普通地膜、無地膜覆蓋的各個測坑棉花出苗的早晚日期和出苗情況進行估計并記錄。

1.4.2.4 棉花葉面積的測定。采用公式法對棉花的葉面積進行估算，使用直尺對棉花的邊長大于2 cm的每個葉片進行測量長和寬并記錄，并且認為葉片面積=長×寬×0.75，將棉花的所有葉片面積相加即可得到1棵棉花植株的葉面積。

1.4.2.5 棉花產(chǎn)量的測定。將棉花采摘后使用電子秤進行稱重，測定棉花產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)分析采用Excel、DPS9.5和SPSS 10.0等軟件對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 降解地膜與普通地膜的降解情況對比 降解地膜在埋藏1個多月后即開始顯著降解，而此時普通地膜則沒有顯著降解跡象;在棉花到收獲期以后可降解膜已經(jīng)完成初步降解，而普通地膜仍然有大量殘留;在整個試驗過程中，可降解膜的降解程度始終高于普通地膜;經(jīng)過長期觀測發(fā)現(xiàn)，在地表以下15～25 cm埋藏的可降解膜的降解程度與降解速率最大。

2.2 可降解地膜和普通地膜對地溫的影響 土壤溫度在棉花前期生長中的作用十分重要。根據(jù)4～9月田間溫度觀測結果，結果表明從2種降解膜土壤溫度變化來看，在前期由于降解地膜膜面完整，保溫效果與普通地膜相比差異不大，降解膜的保溫效果比普通地膜要略好，因而覆蓋可降解薄膜的測坑內的棉花出苗率略高于覆蓋普通地膜的測坑棉花或者二者相近。到后期，隨著降解膜膜面的降解破裂，膜內溫度迅速下降，明顯低于普通膜，保溫效果開始迅速下降。

2.3 不同降解地膜對耕層土壤水分的影響 降解速度不一樣，導致其覆蓋下土壤水分也不一致。在整個棉花生長前期，降解膜由于膜面完整，保墑效果與普通地膜差異并不顯著;在棉花生長后期，由于可降解地膜已大部分降解破裂導致膜面降解破裂從而使得其保墑效果低于普通地膜。土壤含水量的研究結果也表明地膜的完整性對于保水效果具有決定作用。表面越完整，保水效果越好。

3 小結

該研究中地表覆蓋試驗與填埋試驗的結果也表明，與普通地膜相比可降解膜能夠起到一定的增溫保墑作用。因此，棉花生產(chǎn)可用可降解膜代替普通地膜，以緩解農(nóng)膜殘留所造成白色污染，且需完善配套相應的栽培技術。降解膜在土壤中的降解速度要比地表覆蓋部分的降解速度慢，主要是由于不同的環(huán)境因子作用所致。地表覆蓋部分的膜降解主要受地表溫度、水分和太陽光紫外線輻射等因子的影響。一般認為，紫外線越強，地表溫度越高，水分越大，降解速率越快，降解程度越高。填埋部分的降解主要受土壤微生物作用和土壤含水量的影響，而微生物的活性和土壤水分和溫度有直接的關系。該試驗結果也表明，新疆地區(qū)由于晝夜溫差大，降雨量少，氣候干燥，影響了土壤微生物的活性，導致了填埋試驗中降解速率的下降。究其原因，可能是因為降解地膜屬于新型生物材料，其降解增產(chǎn)作用要通過系統(tǒng)的田間試驗驗證，今后應在不同的氣候條件下進行深入研究。

［1］楊文峰，張建平，齊文亮.降解膜在棉花上的應用效果［J］.農(nóng)村科技，2012(1):17.

［2］張明榮，向承勇，曾文才，等.棉花覆蓋降解膜栽培效應研究［J］.中國棉花，2000，27(6):13 －14.

［3］趙彩霞，何文清，劉爽，等.新疆地區(qū)全生物降解膜降解特征及其對棉花產(chǎn)量的影響［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報，2011，30(8):1616－1621.