棉田覆蓋生物降解膜的生態(tài)生物學(xué)效應(yīng)

張教海+別墅+王孝剛+夏松波+張友昌+夏關(guān)章

摘要：以中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所提供的生物降解膜為試驗(yàn)材料，以普通地膜為對(duì)照，對(duì)比了使用不同地膜覆蓋對(duì)棉花（Gossypium spp.）生長(zhǎng)的影響。結(jié)果表明，生物降解膜在棉花生長(zhǎng)前期可增溫調(diào)墑，并在促進(jìn)早發(fā)、早熟和增產(chǎn)方面作用明顯，其中生物降解膜A的兩年平均產(chǎn)量增產(chǎn)效果優(yōu)于普通地膜。缺點(diǎn)是試驗(yàn)所用生物降解膜強(qiáng)度不高，易碎裂，抑制雜草時(shí)間不長(zhǎng)，且使用壽命短。

關(guān)鍵詞：棉花（Gossypium spp.）；生物降解膜；生態(tài)生物學(xué)效應(yīng)；降解

中圖分類號(hào)：S562 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2016）23-6083-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.23.018

Abstract： Taking biodegradable film that provided by Chinese Academy of Agricultural Science as material， and normal plastic film as control，the effects of them on cotton growth was compared. The results showed that，compared with normal plastic film，biodegradable film could significantly improve the soil temperature and regulate the soil moisture，and had obvious effect on promoting early maturity and increasing yield. The effect of biodegradable film-A on increasing yield was more significant than normal plastic film in two years test. But biodegradable film-A had some disadvantages，e.g.，low toughness，breakable，short life and short duration of weed controlled.

Key words： cotton（Gossypium spp.）； biodegradable film； ecology and biological effects； degradation

中國地膜覆蓋植棉技術(shù)始于1976年，因具有增溫調(diào)墑、促早增產(chǎn)、控制雜草、抑制返鹽、減輕病害及改善土壤微生態(tài)等效應(yīng)，在中國三大棉區(qū)廣泛應(yīng)用，與育苗移栽一樣，地膜覆蓋技術(shù)是支撐全國棉花（Gossypium spp.）高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、棉區(qū)北移和西移取得成功的又一關(guān)鍵性技術(shù)，是中國農(nóng)業(yè)的“白色革命”[1-4]。但同時(shí)，地膜植棉40年來，“白色污染”問題也日趨嚴(yán)峻，特別是中國最大的產(chǎn)棉區(qū)新疆，年種植面積約133.3萬hm2以上，全部采用地膜覆蓋，而棉田地膜的低回收甚至不回收造成大量殘留地膜累積，嚴(yán)重妨礙田間耕作，破壞耕作層土壤結(jié)構(gòu)，阻礙水肥疏導(dǎo)進(jìn)而影響棉花質(zhì)量和產(chǎn)量；牛羊誤食易造成腸胃消化不良甚至死亡；棄于田邊地頭的殘膜造成“視覺污染”；近年來也成為機(jī)采棉最難清理的雜質(zhì)，嚴(yán)重影響原棉質(zhì)量和紡織品質(zhì)量。殘膜污染問題不可回避，治理極為迫切，在加強(qiáng)農(nóng)業(yè)清理措施的同時(shí)，積極開展可降解地膜的研發(fā)應(yīng)用勢(shì)在必行。本研究擬通過生物降解膜與普通地膜的比較試驗(yàn)，分析生物降解地膜的保墑、增溫、增產(chǎn)效果及田間降解狀況[5-7]，旨在為生物降解膜研發(fā)與利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2014年和2015年在湖北省公安縣毛家港鎮(zhèn)進(jìn)行，麥（油）林套栽方式。供試棉花品種為EK288F1，由湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所提供；生物降解膜由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所提供，普通地膜在湖北省公安縣當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)購買，厚度為0.008 mm。試驗(yàn)設(shè)生物降解膜A、生物降解膜B、普通地膜及露地（CK）4個(gè)處理，4次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積33 m2。4個(gè)處理另設(shè)試驗(yàn)觀察區(qū)100 m2。4月15日播種，5月10日預(yù)留棉行整廂除草，打封閉，蓋膜。試驗(yàn)覆膜同時(shí)，地下掩埋3種地膜，掩埋深度20～30 cm，每種膜3個(gè)點(diǎn)。

1.2 試驗(yàn)指標(biāo)的測(cè)定

覆膜后利用地溫計(jì)連續(xù)5 d測(cè)量各層（0、5、10、15、20 cm）土壤溫度，每天3次（8：00、14：00、20：00）；利用根鉆法測(cè)量土壤濕度變化，根據(jù)天氣預(yù)報(bào)連續(xù)10 d晴天測(cè)量土壤濕度變化，下雨前后土壤濕度變化。利用數(shù)碼相機(jī)定點(diǎn)拍攝膜降解及雜草滋生情況；分別于6月15日、7月15日、8月15日、9月15日調(diào)查不同處理的生育性狀；棉花收獲后分小區(qū)收集不同覆膜處理土壤中膜的殘留量。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物降解膜的增溫調(diào)墑效果

在棉田覆膜后的5月19-23日（第一次）和6月6-10日（第二次）分別對(duì)不同處理的0、5、10和15 cm的土壤溫度進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，取5日溫度平均值進(jìn)行分析。結(jié)果（表1）表明，不同覆膜處理均有很好的增溫效果，且前期增溫效果明顯，生物降解膜A、生物降解膜B、普通地膜5 cm溫度分別比對(duì)照增加2.3、1.4、1.3 ℃；隨著氣溫升高，增溫幅度變小，分別為2.1、0.8、1.1 ℃。前期生物降解膜增溫幅度高于普通地膜，30 d后生物降解膜B增溫幅度小于普通地膜，此時(shí)生物降解膜B已有不同程度破裂，增溫效果下降。土壤濕度監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，覆膜調(diào)墑作用明顯，連晴10 d，覆膜處理土壤濕度比對(duì)照高1.4～2.2個(gè)百分點(diǎn)；雨后不同覆膜處理土壤濕度比對(duì)照低0.4～1.2個(gè)百分點(diǎn)。

2.2 生物降解膜對(duì)棉花早熟性的影響

6月15日的生育性狀調(diào)查結(jié)果（表2）表明，生物降解膜促進(jìn)早發(fā)效果明顯，株高、果枝數(shù)、現(xiàn)蕾數(shù)及第一果枝著生節(jié)位等指標(biāo)均優(yōu)于對(duì)照。不同地膜促早效果生物降解膜A>生物降解膜B>普通地膜。

2.3 生物降解膜對(duì)棉花“三桃”的影響

棉花地膜覆蓋栽培能促進(jìn)早熟、提高產(chǎn)量。由表3可見，地膜覆蓋伏前桃比對(duì)照增加1.7個(gè)/株以上，伏桃增加0.9個(gè)/株以上，單株成鈴增加1.9個(gè)以上。但早發(fā)的同時(shí)，后勁表現(xiàn)不足，普通地膜覆蓋單株秋桃數(shù)比露地移栽少1.4個(gè)。從3種地膜來看，伏前桃生物降解膜A最多，為4.3個(gè)/株；伏桃普通地膜處理最多，為25.8個(gè)/株；生物降解膜B處理則秋桃數(shù)稍多，其次為生物降解膜A。生物降解膜明顯后勁不足，這與其強(qiáng)度低、破裂早有關(guān)，相比較，生物降解膜A強(qiáng)度略優(yōu)于生物降解膜B。

2.4 生物降解膜對(duì)棉花產(chǎn)量的影響

地膜覆蓋能顯著提高棉花產(chǎn)量（表4）。2014年生物降解膜A的子棉、皮棉產(chǎn)量最高，子棉產(chǎn)量與生物降解膜B和CK間差異均達(dá)極顯著水平；普通地膜處理子棉、皮棉產(chǎn)量居第二位，與CK間差異達(dá)極顯著水平，與生物降解膜B差異不顯著。2015年生物降解膜作用效果降低，子棉、皮棉產(chǎn)量普通地膜>生物降解膜A>生物降解膜B>CK；皮棉單產(chǎn)普通地膜與生物降解膜間差異極顯著。與CK相比，生物降解膜覆蓋可提高衣分0.3～1.0個(gè)百分點(diǎn)，普通地膜提高1.1個(gè)百分點(diǎn)。不同膜覆蓋對(duì)鈴重的影響不明顯。

2.5 不同地膜對(duì)雜草的抑制作用及其降解效果

5月10日大田覆膜后，通過每10 d 1次定點(diǎn)調(diào)查，至6月30日揭膜，分析不同處理膜裂解、雜草發(fā)生情況。結(jié)果（圖1）顯示，隨著覆膜時(shí)間推移，雜草發(fā)生呈不斷上升趨勢(shì)，抑制雜草效果普通地膜>生物降解膜A>生物降解膜B。覆膜后20 d，生物降解膜開始出現(xiàn)裂縫，生物降解膜B破裂程度比生物降解膜A嚴(yán)重，普通地膜較完整；覆膜后30 d，生物降解膜裂解加劇，生物降解膜B土壤裸露面積超過10%，并有許多雜草從裂縫中滋生出來，普通地膜處理也可以看見膜下有少量雜草滋生；覆膜后40 d，生物降解膜B土壤裸露面積達(dá)80%，生物降解膜A達(dá)50%，普通地膜有少量機(jī)械破損；覆膜后50 d，生物降解膜A、B土壤裸露面積分別達(dá)60%和95%以上。

通過地膜埋土處理，即5月10日，將生物降解膜A、B及普通地膜分別平鋪埋在20 cm的土壤中，11月10日取膜稱重，結(jié)果見表5。由表5可知，生物降解膜A、生物降解膜B和普通地膜降解率分別為56.9%、56.7%和4.3%。大田處理在揭膜時(shí)（7月5日），收集各處理單位面積所有土壤殘膜，沖洗后晾干稱重，對(duì)比相同面積不同地膜質(zhì)量，測(cè)定生物降解膜A、生物降解膜B和普通地膜殘膜量，分別為91.9%、90.3%和99.1%。

3 小結(jié)與討論

地膜在中國作為主要農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料之一，增長(zhǎng)迅猛，中國2014年地膜使用量144.1萬t，地膜覆蓋面積1 814.03萬hm2，分別是1995年的3.1倍和2.8倍[3]。大量和長(zhǎng)期使用地膜勢(shì)必給環(huán)境帶來巨大危害，研發(fā)性價(jià)比高，可降解的地膜是未來發(fā)展的必然方向。

通過連續(xù)兩年試驗(yàn)結(jié)果表明，試驗(yàn)所用生物降解膜在前期增溫調(diào)墑，促進(jìn)早發(fā)、早熟和高產(chǎn)方面作用明顯，其中生物降解膜A的增產(chǎn)效果優(yōu)于普通地膜。但是該生物降解膜強(qiáng)度不高，易碎裂，抑制雜草效果短，且使用壽命不長(zhǎng)，需當(dāng)年購買當(dāng)年使用，工藝需要改進(jìn)。

有關(guān)生物降解膜在土壤中的降解規(guī)律、對(duì)土壤環(huán)境及后期作物生長(zhǎng)發(fā)育的影響還需深入研究。

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