降解地膜過早破裂對(duì)玉米地土壤水分溫度及產(chǎn)量的影響

董立國(guó)，蔡進(jìn)軍，張?jiān)礉?rùn)，李生寶

（寧夏農(nóng)林科學(xué)院荒漠化治理研究所，銀川750002）

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降解地膜過早破裂對(duì)玉米地土壤水分溫度及產(chǎn)量的影響

董立國(guó)，蔡進(jìn)軍，張?jiān)礉?rùn)，李生寶

（寧夏農(nóng)林科學(xué)院荒漠化治理研究所，銀川750002）

摘 要：生物降解膜是解決農(nóng)業(yè)“白色污染”的重要途徑，筆者針對(duì)降解膜過早破裂這一過程，開展了土壤溫度、水分和作物產(chǎn)量的影響研究。研究結(jié)果顯示：降解膜過早裂解對(duì)土壤溫度和土壤水分不同階段影響程度不同。對(duì)土壤溫度的影響主要體現(xiàn)在苗期，降解膜地25 cm內(nèi)土壤溫度比PE膜降低14.1%；對(duì)土壤水分的影響主要體現(xiàn)在喇叭口期，降解膜地100 cm內(nèi)土壤水分比PE膜降低13.1%；降解膜種植的玉米在株高、禿尖、穗行數(shù)、百粒重和產(chǎn)量等方面明顯低于PE膜，減產(chǎn)27.2%。也即降解膜過早裂解顯著影響土壤溫度、土壤水分和作物產(chǎn)量。

關(guān)鍵詞：黃土高原；降解膜；土壤溫度；土壤水分；地膜玉米

0　引言

黃土高原旱耕地在中國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有重要作用。近年來，地膜覆蓋技術(shù)在該地區(qū)進(jìn)行了大面積的應(yīng)用，在增加農(nóng)民收入、解決糧食安全、提高降水利用效率等方面起到重要作用[1-2]。地膜覆蓋能使糧食作物增產(chǎn)20%～35%，經(jīng)濟(jì)作物增產(chǎn)20%～60%[3]。地膜覆蓋增加了土壤水分[4-5]，地膜覆蓋措施已經(jīng)成為節(jié)水增產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)。中國(guó)地膜覆蓋面積每年超過0.2億hm2，寧夏每年地膜覆蓋面積達(dá)到26.7萬hm2[6]，占寧夏旱地面積的38.6%，占寧夏耕地面積的24.1%，寧夏地膜玉米（中部干旱帶和南部山區(qū)）種植面積平均為6.98萬hm2（2011、2012、2013年）。地膜作為主推技術(shù)在保障糧食安全的情況下，也帶來了負(fù)面效應(yīng)[7-9]。地膜覆蓋技術(shù)造成的“白色污染”是繼化肥、農(nóng)藥、除草劑之后的又一重大農(nóng)業(yè)環(huán)境問題，遏制地膜殘留污染、加速白色污染治理，已成為當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)急需解決的科學(xué)問題。

生物降解地膜是解決這一問題的重要措施之一[10-16]，周昌明等[17]研究得出連壟全覆蓋降解膜種植方式能有效發(fā)揮最佳的蓄積雨水、促進(jìn)玉米生長(zhǎng)和提高產(chǎn)量的效果；何文清等[18]研究得出降解膜的降解特性、增溫保墑性能以及對(duì)棉花產(chǎn)量的影響存在區(qū)域的差異性；趙沛義[19]研究了研究不同覆膜處理對(duì)土壤溫度、水分和旱地向日葵生長(zhǎng)發(fā)育的影響；郭仕平等[20]測(cè)定生物降解膜在田間降解過程，研究生物降解膜對(duì)烤煙產(chǎn)質(zhì)量的影響；林萌萌等[21]研究了生物降解地膜對(duì)花生光合特性和產(chǎn)量的影響。周昌明等[22]研究得出覆蓋降解膜有利于改善作物生長(zhǎng)的水肥環(huán)境,促進(jìn)作物對(duì)氮素的有效吸收，其中連壟全降解膜覆蓋種植方式在保護(hù)土壤環(huán)境、提高耕作層土壤養(yǎng)分以及促進(jìn)作物對(duì)養(yǎng)分的吸收利用效率等方面效果最佳。白有帥[23]研究了旱作區(qū)生物降解膜對(duì)土壤溫度、水分及春小麥產(chǎn)量影響，但是關(guān)于降解膜過早裂解對(duì)土壤水分、溫度和產(chǎn)量的影響的研究較少，明確降解膜過早裂解土壤水分、溫度的變化趨勢(shì)，以及對(duì)作物產(chǎn)量的影響程度，對(duì)在本區(qū)域合理利用降解膜具有重要意義。筆者從降解膜過早裂解這一現(xiàn)象出發(fā)，進(jìn)行了土壤水分和溫度及產(chǎn)量等因子的分析，為降解膜的應(yīng)用提供一定的理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

研究地點(diǎn)為寧夏彭陽縣白陽鎮(zhèn)中莊村，具體見文獻(xiàn)[24]。本試驗(yàn)采用大區(qū)設(shè)計(jì)，選擇地勢(shì)平坦、肥力均衡的水平梯田0.2 hm2，每個(gè)處理0.1 hm2，選擇降解膜(1200 mm×0.008 mm)，聚乙烯吹塑農(nóng)用地面覆蓋薄膜(1200 mm×0.008 mm)，玉米種植及田間管理同大田，3月下旬覆膜，4月中旬播種，9月下旬收獲。

1.2研究方法

根據(jù)玉米生育期及地膜田間表現(xiàn)，在關(guān)鍵時(shí)期分別采用烘干稱重法在每個(gè)處理內(nèi)、中、外分別測(cè)定土壤水分，重復(fù)3次，共9次。同時(shí)在每個(gè)處理內(nèi)外分別布設(shè)2套直角溫度計(jì)，分別測(cè)定5、10、15、20、25 cm處土壤溫度。成熟期測(cè)定每處理取3個(gè)6.6 m2樣方，考種及測(cè)定玉米產(chǎn)量。

2　結(jié)果與分析

2.1過早裂解對(duì)土壤溫度的影響

寧南山區(qū)之所以能夠大面積的種植玉米，完全取決于地膜，所以說沒有地膜就沒有現(xiàn)在大面積的地膜玉米。通過不同生育期土壤溫度的變化趨勢(shì)圖可以看出，從5月12日開始，降解膜已經(jīng)開始破裂，降解膜和PE膜土壤溫度間成對(duì)t檢驗(yàn)得出，差異顯著，降解膜比PE膜溫度降低3.4%；6月8日，降解膜從膜中間裂開，只有玉米根附近有地膜覆蓋，降解膜和PE膜土壤溫度間成對(duì)t檢驗(yàn)得出，差異顯著，降解膜比PE膜溫度降低14.1%（圖1）。之后隨著玉米生育進(jìn)程，地表覆蓋度逐漸增大，土壤溫度差異變小，降解膜地土壤溫度仍然呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，研究得出，降解膜過早裂解影響玉米地土壤溫度，只是在不同階段影響不同而已。

2.2過早裂解對(duì)土壤水分的影響

地膜在寧南山區(qū)起到增溫作用的同時(shí)，保水也是其重要作用之一。土壤水分是雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵因子，通過不同生育期土壤水分觀測(cè)值作圖2，從圖可以得出，降解膜裂解后，顯著影響到土壤水分，雖然部分時(shí)期和不同土壤層次統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)沒有達(dá)到顯著水平，總體趨勢(shì)是降解膜裂解影響到土壤水分，尤其在喇叭口期和灌漿期，1 m土層土壤水分成對(duì)t檢驗(yàn)得出差異顯著。喇叭口期對(duì)表層影響較大，關(guān)鍵期對(duì)20～ 80 cm影響較大。降解膜過早裂解對(duì)土壤水分的影響還體現(xiàn)在前期影響大，后期影響小，喇叭口期，降解膜地1 m土壤土壤水分降低13.1%，灌漿期，降解膜地1 m土壤土壤水分降低0.7%。

2.3過早裂解對(duì)作物產(chǎn)量的影響

每小區(qū)取10株，3次重復(fù)分析玉米經(jīng)濟(jì)性狀指標(biāo)如表1～2所示，由表1～2可以得出，降解膜在株高、禿尖、穗行數(shù)和百粒重等方面明顯低于PE膜。產(chǎn)量分析結(jié)果表明，降解膜產(chǎn)量明顯低于PE膜，減產(chǎn)27.2%。

3　結(jié)論與討論

降解膜過早裂解顯著影響地膜玉米土壤溫度，尤其對(duì)苗期影響較大，隨著地表覆蓋度的增大，影響逐漸變小；降解膜過早裂解顯著影響地膜玉米土壤水分，尤其在大喇叭口期，降解膜地1 m土層土壤水分比PE膜降低13.1%，后期影響較小；降解膜過早裂解顯著影響地膜玉米經(jīng)濟(jì)性狀和產(chǎn)量，降解膜苗期裂解減產(chǎn)27.2%。

降解地膜是為適應(yīng)社會(huì)對(duì)于環(huán)境保護(hù)的需要而產(chǎn)生的一種新型地膜，關(guān)于降解膜的研究和應(yīng)用目前已經(jīng)處在技術(shù)完善和生產(chǎn)應(yīng)用相結(jié)合的階段。本研究得出降解膜過早裂解顯著影響土壤溫度、土壤水分和作物產(chǎn)量，對(duì)土壤溫度和水分在不同階段影響程度不同，主要與土壤蒸發(fā)、作物蒸騰、作物生育進(jìn)程以及氣候變化具有一定的關(guān)系，是一個(gè)復(fù)雜的過程。嚴(yán)昌榮等[25]提出了地膜覆蓋安全期的概念，認(rèn)為它是某一作物在某一區(qū)域要求地膜覆蓋的最少或者最佳天數(shù)，也就是地膜覆蓋后能夠保持膜面完整的天數(shù)，在這個(gè)覆蓋日數(shù)之前覆蓋在農(nóng)田的地膜應(yīng)該保持基本完整，具有增溫、保墑和防除雜草等功效。這一概念將會(huì)為降解膜的生產(chǎn)和應(yīng)用提供理論依據(jù)，在以后的研究中應(yīng)該根據(jù)不同的植物生長(zhǎng)特點(diǎn)以及地膜對(duì)該種植物生長(zhǎng)所起的主要作用作為出發(fā)點(diǎn)，研究、生產(chǎn)和應(yīng)用生物降解膜。

圖1　降解膜與PE膜不同時(shí)期土壤溫度變化

圖2　降解膜與PE膜不同時(shí)期土壤水分變化

參考文獻(xiàn)

[1]Yan C R,He W Q,Neil C,et al.Plastic-film mulch in Chineseagriculture:Importance and problems[J].World Agriculture,2014, 4(2):32-36.

[2]Liu E K,He W Q,Yan C R.‘White revolution’to‘White pollution’—agriculturalplastic[J].EnvironmentalResearch Letters,2014,9:091001.

[3]嚴(yán)昌榮,劉恩科,舒帆,等.我國(guó)地膜覆蓋和殘留污染特點(diǎn)與防控技術(shù)[J].農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學(xué)報(bào),2014,31(2):95-102.

[4]董立國(guó),袁漢民,火勇,等.膜側(cè)冬麥土壤水分溫度時(shí)空變化規(guī)律研究[J].節(jié)水灌溉,2007(8):1-3.

[5]袁漢民,董立國(guó),徐華軍,等.水分和溫度對(duì)冬小麥和玉米免耕作產(chǎn)量影響的研究[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2008(7):172-177.

[6]趙國(guó)華,張富想.寧夏回族自治區(qū)防治“白色污染”兼顧農(nóng)民利益[EB/OL].http://www.nx.xinhuanet.com/newscenter/2014-03/ 11/c_119715178.htm,2014-03-11.

[7]嚴(yán)昌榮,梅旭榮,何文清,等.農(nóng)用地膜殘留污染的現(xiàn)狀與防治[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2006(11):269-272.

[8]何文清,嚴(yán)昌榮,趙彩霞,等.我國(guó)地膜應(yīng)用污染現(xiàn)狀及其防治途徑研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2009(3):533-538.

[9]張江華,蔣平安,申玉熙,等.新疆農(nóng)田地膜污染現(xiàn)狀及對(duì)策[J].新疆農(nóng)業(yè)科學(xué),2010(8):1656-1659.

[10]劉群,穆興民,袁子成,等.生物降解地膜自然降解過程及其對(duì)玉米生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量的影響[J].水土保持通報(bào),2011(6):126-129.

[11]湯尚文,黃成.淀粉基全生物降解膜的制備工藝研究[J].廣東化工,2010(2):194-196.

[12]高文勇,范福海,張東輝.玉米全粉生物可降解塑料薄膜的制備及應(yīng)用[J].應(yīng)用化工,2010(10):1518-1521,1524.

[13]代亞妮,衛(wèi)引菊,王海燕.降解地膜是農(nóng)用塑料膜發(fā)展的必然趨勢(shì)[J].陜西農(nóng)業(yè)科學(xué),2003(6):32-34.

[14]王星,呂家瓏,耿會(huì)立,等.微生物對(duì)生物降解膜降解過程影響的研究[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2002(4):47-50.

[15]谷曉博,李援農(nóng),銀敏華,等.降解膜覆蓋對(duì)油菜根系、產(chǎn)量和水分利用效率的影響[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2015(12):1-13.

[16]張啟忠,趙吉蓮.淀粉基生物降解膜的制備研究[J].吉林化工學(xué)院學(xué)報(bào),2013(9):53-55,67.

[17]周昌明,李援農(nóng),銀敏華,等.連壟全覆蓋降解膜集雨種植促進(jìn)玉米根系生長(zhǎng)提高產(chǎn)量[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2015(7):109-117.

[18]何文清,趙彩霞,劉爽,等.全生物降解膜田間降解特征及其對(duì)棉花產(chǎn)量影響[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2011(3):21-27.

[19]趙沛義,康暄,妥德寶,等.降解地膜覆蓋對(duì)土壤環(huán)境和旱地向日葵生長(zhǎng)發(fā)育的影響[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),2012(6):84-89.

[20]郭仕平,向金友,曾淑華,等.生物降解膜在烤煙地膜覆蓋栽培中的應(yīng)用[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),2015(28):50-54.

[21]林萌萌,孫濤,尹繼乾,等.不同生物降解地膜對(duì)花生光合特性和產(chǎn)量的影響[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),2015(27):190-197.

[22]周昌明,李援農(nóng),谷曉博,等.降解膜覆蓋種植方式對(duì)夏玉米土壤養(yǎng)分和氮素利用的影響[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2016(2):1-15.

[23]白有帥.旱作區(qū)生物降解膜對(duì)土壤溫度、水分及春小麥產(chǎn)量的影響[J].麥類作物學(xué)報(bào),2015,35(11):1558-1563.

[24]董立國(guó).寧南山區(qū)小流域農(nóng)業(yè)用地土壤質(zhì)量特征[D].銀川:寧夏大學(xué),2013:5-6.

[25]嚴(yán)昌榮,何文清,劉恩科,等.作物地膜覆蓋安全期概念和估算方法探討[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2015(9):1-4.

表1　降解膜與PE膜玉米經(jīng)濟(jì)性狀

表2　降解膜與PE膜玉米產(chǎn)量分析

致謝：感謝寧夏大學(xué)碩士研究生黨薇在數(shù)據(jù)采集過程中的幫助，感謝Allen David MCHUGH博士對(duì)英文摘要的修改。

Premature Fracture of Degradable Mulch on Soil Temperature,Moisture and Corn Yield

Dong Liguo,Cai Jinjun,Zhang Yuanrun,Li Shengbao
(Institute of Desertification Control,Ningxia Academy of Agriculture and Forestry Science,Yinchuan 750002,Ningxia,China)

Abstract:Degradable mulch utilization is an important approach to solve agricultural“white pollution”.The authors studied the effect of premature fracture of degradable mulch on soil temperature,moisture and corn yield.The results showed that premature fracture had different effects on soil temperature and moisture in different stages.The effect on soil temperature mainly reflected in seedling stage,the soil temperature of degradable mulching field decreased by 14.1%comparing with that of PE film mulching field in 25 cm soil layer.The effect on soil moisture mainly reflected in bell stage,soil moisture of degradable mulching decreased by 13.1%comparing with that of PE film in 100 cm soil layer.Crop parameters such as plant height,bald tip, ear rows,hundred kernel weight and yield of degradable mulch treatment were significantly lower under that of PE film treatment,which caused the yield reduction of 27.2%.Therefore,the premature fracture of degradable mulch affected soil temperature,moisture and yield significantly.

Key words:Loess Plateau;Degradable Mulch;Soil Temperature;Soil Moisture;Mulch Corn

中圖分類號(hào)：S626.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A論文編號(hào)：cjas15110010

基金項(xiàng)目：寧夏農(nóng)林科學(xué)院自主研發(fā)項(xiàng)目“寧南山區(qū)水土保持耕作措施對(duì)土壤關(guān)鍵因子的響應(yīng)”(NKYJ-13-07)；寧夏農(nóng)林科學(xué)院自主研發(fā)項(xiàng)目“寧南山區(qū)典型水土保持措施下土壤水分和養(yǎng)分變化特征及機(jī)理研究”(NKYJ-15-19)；國(guó)家外專局項(xiàng)目“生物降解膜在寧夏保護(hù)性農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用”(20156400020)、寧夏環(huán)境保護(hù)科研項(xiàng)目“寧南山區(qū)農(nóng)業(yè)廢棄物減控與利用關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”(20120803)；國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題“寧南山區(qū)脆弱生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)及可持續(xù)經(jīng)營(yíng)技術(shù)集成與示范”(2015BAC01B01)；寧夏科技攻關(guān)“寧南山區(qū)生態(tài)產(chǎn)業(yè)培育技術(shù)集成與示范”(2012ZZS50)。

第一作者簡(jiǎn)介：董立國(guó)，男，1980年出生，寧夏青銅峽人，助理研究員，碩士，主要從事生態(tài)修復(fù)、農(nóng)業(yè)水資源與環(huán)境、生態(tài)農(nóng)業(yè)等研究工作。

通信地址：750002寧夏銀川市黃河?xùn)|路590號(hào)寧夏農(nóng)林科學(xué)院荒漠化治理研究所，E-mail：dlg0303@163.com。 750002寧夏銀川市黃河?xùn)|路590號(hào)寧夏農(nóng)林科學(xué)院荒漠化治理研究所，E-mail：nxnlkxylsb.hi@163.com。

通訊作者：李生寶，男，1958年出生，寧夏石嘴山人，研究員，主要從事荒漠化防治與生態(tài)農(nóng)業(yè)研究。

收稿日期：2015-11-12，修回日期：2016-01-13。