赤峰地區(qū)生物降解地膜在玉米栽培上的應(yīng)用試驗(yàn)

陳琪　宋文靜　賀磊　劉暢　李峰

摘 要：隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展，全膜覆蓋種植玉米省時(shí)、省工，成本降低，效益對(duì)比顯著，越來越受到農(nóng)民的青睞。但是，地膜對(duì)后茬作物的生長影響嚴(yán)重，對(duì)環(huán)境也有較大污染。如何揚(yáng)長避短，就是發(fā)展降解地膜的重要討論課題。

關(guān)鍵詞：全膜覆蓋 環(huán)境污染 降解地膜

隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展，全膜覆蓋種植玉米省時(shí)、省工，成本降低，效益對(duì)比顯著，越來越受到農(nóng)民的青睞[1-3]。但是，地膜對(duì)后茬作物的生長影響嚴(yán)重，對(duì)環(huán)境也有較大污染。如何揚(yáng)長避短，是發(fā)展降解地膜的重要討論課題[4-5]。地膜應(yīng)用效果與后續(xù)降解與所處氣候環(huán)境密切相關(guān)[5-6]。為篩選出適用赤峰地區(qū)玉米種植的地膜，擬研究利用山東天壯環(huán)保科技有限公司提供的4種不同的降解速率的氧化—生物雙降解地膜，以當(dāng)?shù)厝粘Ｊ褂玫钠胀ň垡蚁o色透明非降解地膜為對(duì)照，了解各種地膜田間降解的情況及對(duì)玉米產(chǎn)量的影響，對(duì)不同降解地膜產(chǎn)品的降解特性進(jìn)行評(píng)價(jià)。期望能進(jìn)一步驗(yàn)證雙降解地膜在生產(chǎn)中的適應(yīng)性，有效降低對(duì)土壤及環(huán)境造成的“白色污染”，為今后當(dāng)?shù)卮竺娣e應(yīng)用推廣提供基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

赤峰生物降解地膜試驗(yàn)基地位于內(nèi)蒙古自治區(qū)赤峰市松山區(qū)農(nóng)牧科學(xué)研究院梁上試驗(yàn)地，面積約1500 m2。地處東經(jīng)118°56′，北緯42°56′，海拔568 m，屬中溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候區(qū)。其總體氣候特點(diǎn)是：冬季漫長而寒冷，春季干旱多大風(fēng)，夏季短促炎熱、雨水集中，秋季短促、氣溫下降快、霜凍降臨早。經(jīng)測(cè)定，試驗(yàn)區(qū)土壤肥力為pH 7.9，有機(jī)質(zhì)12.7 g/kg，全氮0.67 g/kg，全磷0.52 g/kg，全鉀39.6 g/kg，堿解氮37 mg/kg，速效磷22.3 mg/kg，速效鉀110 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)材料

種植作物：玉米，品種為鄭單958。

山東天壯環(huán)?？萍加邢薰咎峁┑牡难趸镫p降解地膜4種（降解速度分別為快、較快、較慢、慢），地膜規(guī)格均為：120 cm×0.008 mm，分別為2014中農(nóng)內(nèi)蒙赤峰1號(hào)（編號(hào)為CN1）、2014中農(nóng)內(nèi)蒙赤峰2號(hào)（編號(hào)為CN2）、2014中農(nóng)內(nèi)蒙赤峰3號(hào)（編號(hào)為CN3）、2014中農(nóng)內(nèi)蒙赤峰4號(hào)（編號(hào)為CN4）；本地使用的普通聚乙烯無色透明非降解地膜（PE地膜）1種，規(guī)格為120 cm×0.008 mm，做對(duì)照（編號(hào)為CK）。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)按地膜種類共設(shè)5個(gè)處理：CN1、CN2、CN3、CN4共4種生物降解地膜和普通PE膜（CK）作對(duì)照。每處理起4畦壟，覆膜作為試驗(yàn)小區(qū)（面積約250 m2），每畦壟上播種2行，每小區(qū)播種8行，株距25.6 cm×行距52 cm，小區(qū)寬約4.16 m，長度59.8 m。

5月6日覆膜，8日人工點(diǎn)播種植。

1.3.1 作物生長發(fā)育觀測(cè)

觀察記錄田間玉米的生長發(fā)育狀況，成熟后收獲測(cè)定產(chǎn)量。

1.3.2 土壤墑情觀測(cè)

土壤墑情監(jiān)測(cè)：采用烘干法，分別測(cè)定玉米播種期、苗期、拔節(jié)期、大喇叭口期及收獲期地膜試驗(yàn)地土壤的含水量。每處理按s型采集5個(gè)樣點(diǎn)的土壤樣品，取樣深度為0～20 cm。

1.3.3 氣象數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)

試驗(yàn)區(qū)當(dāng)年基本農(nóng)業(yè)氣象指標(biāo)（標(biāo)示當(dāng)年）：測(cè)定試驗(yàn)點(diǎn)當(dāng)年基本的農(nóng)業(yè)氣象指標(biāo)，包括降雨量、蒸發(fā)量、溫度（最高溫度、最低溫度、平均溫度）、光照、相對(duì)濕度等指標(biāo)的月均值。

試驗(yàn)區(qū)過去30年農(nóng)業(yè)氣象資料（標(biāo)示常年）：試驗(yàn)區(qū)過去30年的農(nóng)業(yè)氣象指標(biāo)，包括降雨量、蒸發(fā)量、溫度（最高溫度、最低溫度、平均溫度）、光照、相對(duì)濕度等指標(biāo)30年月均值的平均值。

1.3.4 降解膜田間降解過程觀察與測(cè)定

田間覆蓋試驗(yàn)評(píng)價(jià)采用目測(cè)法。在每個(gè)小區(qū)固定10個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，觀測(cè)點(diǎn)面積縱向50 cm×50 cm；從覆膜開始，每隔7 d觀察1次膜表面的變化（是否出現(xiàn)裂紋、裂縫、破碎程度，同時(shí)記錄裂紋、裂縫的數(shù)量以及破碎的塊數(shù)），通過定期的人為肉眼觀測(cè)，記錄地膜顏色、形態(tài)以及表面完整情況的變化情況。同時(shí)用數(shù)碼相機(jī)照相留存，以記錄地膜的變化過程。照相時(shí)，標(biāo)簽上要標(biāo)示各試驗(yàn)小區(qū)10個(gè)觀測(cè)點(diǎn)處理號(hào)及時(shí)間（如圖1）。

圖1 降解膜（表膜）固定點(diǎn)觀測(cè)

地膜降解率使用稱重法。不同處理的生物降解地膜在玉米收獲后，在每個(gè)處理中隨機(jī)進(jìn)行3次重復(fù)取樣，取寬1.2 m×1 m樣方，收集土壤表層殘膜，取回清洗并清點(diǎn)統(tǒng)計(jì)殘膜片數(shù)量、測(cè)算殘膜面積及重量，稱重使用萬分之一天平，計(jì)算降解率。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)地土壤墑情變化

各時(shí)期土樣取回，用烘干法測(cè)定各時(shí)期土壤含水量數(shù)據(jù)見表1。

2.2 農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)分析

根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀缶仲Y料統(tǒng)計(jì)情況，測(cè)定試驗(yàn)點(diǎn)當(dāng)年基本的農(nóng)業(yè)氣象指標(biāo)（月均值），包括降雨量、蒸發(fā)量、溫度（最高溫度、最低溫度、平均溫度）、光照、相對(duì)濕度等指標(biāo)見表2。并與過去30年農(nóng)業(yè)氣象記錄（簡稱常年）結(jié)果比較。

2.3 地膜（表膜）降解試驗(yàn)分析

2.3.1 田間覆蓋試驗(yàn)評(píng)價(jià)分析

不同處理降解地膜（5個(gè)試驗(yàn)小區(qū)）均在2014年5月6日覆膜，分別在本年度覆膜后的5月13（7 d）、5月21日（15 d）、5月29日（23 d）、6月9日（34 d）、6月13日（38 d）、6月20日（45 d）、6月28日（53 d）、7月7日（62 d）、7月15日（70 d）、7月23日（78 d）、7月31日（86 d）、8月11日（97 d）、8月18日（104 d）、8月26日（113 d）、9月3日（121 d）、9月10日（128 d）、9月17日（135 d）、9月25日（143 d）進(jìn)行18次降解地膜的“表膜”定點(diǎn)觀察和試驗(yàn)小區(qū)降解總體觀察，結(jié)果如下。

？譹？訛2014中農(nóng)內(nèi)蒙赤峰1號(hào)CN1

覆蓋34 d前未出現(xiàn)明顯降解；34 d后開始出現(xiàn)大量細(xì)小裂紋、裂縫；38 d后裂縫明顯，雜草沖破地膜表面；45 d后地膜降解明顯，地膜顏色變暗，部分觀察點(diǎn)表膜已降解，整條地膜通長破裂成兩條，壟上雜草破膜而出；53 d后觀察點(diǎn)地膜及降解剩余不到1/8；62 d后降解膜降解基本完成，和土壤粘合在一起，在觀察點(diǎn)處僅見少量殘留地膜附著于土壤表面，用手一碾即粹。

？譺？訛2014中農(nóng)內(nèi)蒙赤峰2號(hào)CN2

覆蓋38 d前未出現(xiàn)明顯降解；38 d后開始出現(xiàn)微量點(diǎn)狀小洞破解；45 d后地膜破洞點(diǎn)數(shù)增多；53 d后地膜顏色變暗，破洞點(diǎn)數(shù)變化不大，破損面稍大；62 d后破損點(diǎn)數(shù)增多，土壤局部出現(xiàn)裸露；70 d后破損加大，土壤裸露面積變大；78 d后破損加重，裸地面積變大；86 d后破損程度加重，裸地面積變大；97 d后破損點(diǎn)增多，破損面積變大；104 d后破損程度增加，裸地面積變大；113 d后破損面積擴(kuò)大，裸地面積變大；121 d后破損面積繼續(xù)擴(kuò)大，很多破解點(diǎn)連成一片，裸地面積整體變大；128 d后地膜破損無明顯繼續(xù)擴(kuò)大趨勢(shì)。143 d后表膜降解尚未完成，壟上還可以看到整塊地膜。

？譻？訛2014中農(nóng)內(nèi)蒙赤峰3號(hào)CN3

覆蓋78d前地膜未出現(xiàn)明顯降解；78 d后肉眼觀察地膜變薄，地膜顏色開始變暗；86 d后局部出現(xiàn)小洞；97 d后小洞變多；104 d后降解加快，小洞增多；113 d后降解變化速率不大；121 d后至143 d之間地膜降解變化不大，降解小洞面積一直呈無明顯變大趨勢(shì)；143 d后表膜降解尚未完成，壟上還可以看到整塊地膜。

？譼？訛2014中農(nóng)內(nèi)蒙赤峰4號(hào)CN4

覆蓋45 前地膜未出現(xiàn)明顯降解；45 d后局部觀察點(diǎn)降解，有個(gè)別小洞出現(xiàn)；53 d后地膜變薄，出現(xiàn)褶皺現(xiàn)象增多，降解小洞稍增；62 d后破損點(diǎn)數(shù)增多，破損面積不大；70 d后破損點(diǎn)數(shù)劇增，破損面積不大；78 d后地膜顏色變暗，地膜破損程度不大；86 d后破損點(diǎn)數(shù)增多，地膜變得更薄；113 d后破損程度增加，局部出現(xiàn)裸地；128 d后降解更為明顯，出現(xiàn)小洞更多。143 d后表膜降解尚未完成，壟上還可以看到整塊地膜。

？譽(yù)？訛 普通PE地膜（CK）

覆蓋45 d前未出現(xiàn)明顯降解；45 d后局部出現(xiàn)小洞；53 d后地膜顏色變暗，破損小洞增多，破損面積變大；62 d后破損點(diǎn)數(shù)增多，破損面積變化不大；78 d后，破損程度加大；86 d后破損面積加大；97 d至104 d期間降解膜無明顯降解趨勢(shì)；113 d后降解速率加快，土壤裸地面積變大；121 d至143 d期間裸地面積無擴(kuò)大趨勢(shì)，地膜上出現(xiàn)很多降解小洞。143 d后表膜降解尚未完成，壟上還可以看到整塊地膜。

2.3.2 不同處理地膜收獲后降解情況

玉米生長期內(nèi)覆蓋生物降解地膜，經(jīng)過光照、雨水、溫度、風(fēng)蝕等變化，生物降解地膜出現(xiàn)了不同程度的破損、破裂、韌性變差等狀況。不同處理的生物降解地膜在玉米收獲后，在每個(gè)處理中隨機(jī)進(jìn)行3次重復(fù)取樣，取寬1.2m×1m樣方，收集土壤表層殘膜，取回清洗殘膜并進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，計(jì)算殘膜片數(shù)、面積及重量，結(jié)果見表3。

2.4 作物生育階段記載

試驗(yàn)區(qū)覆膜時(shí)間為5月6日，5月8日人工點(diǎn)播，出苗時(shí)間基本一致，都在5月20日左右時(shí)間出苗，出苗率達(dá)到100%。各處理均在6月13日拔節(jié)，大喇叭口期出現(xiàn)在7月1日，并于7月16日抽雄，7月20日吐絲，成熟期除CK晚2d外，其余都在9月23日。可見各處理的玉米生長發(fā)育期也基本同步，全生育期為140 d左右，差異并不明顯。

2.5 作物產(chǎn)量形成要素及產(chǎn)量測(cè)定情況

通過收獲各處理試驗(yàn)小區(qū)玉米，測(cè)定作物產(chǎn)量形成要素及產(chǎn)量，其測(cè)量數(shù)據(jù)見表4。

3 不同降解膜使用評(píng)價(jià)

通過2014年5月至2014年10月連續(xù)觀測(cè)地膜降解情況、玉米生長情況、玉米產(chǎn)量，不同類型降解膜使用效果綜合評(píng)價(jià)如下。

通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，不同生物降解地膜對(duì)玉米產(chǎn)量的影響很大，赤峰地區(qū)雨水多集中在6月份，進(jìn)入8月份后降雨量很少，因?yàn)樘幚?降解早、降解速度快，土壤保墑效果差，所以土壤干旱造成玉米植株缺水，玉米產(chǎn)量較其他處理產(chǎn)量低。不同處理的生物降解地膜均在不同時(shí)期出現(xiàn)了不同程度的破損，隨著玉米植株的生長，各處理生物降解地膜呈現(xiàn)加速破解，且呈現(xiàn)破損面積擴(kuò)大的趨勢(shì)。以CN1生物降解地膜降解最早、CN2生物降解地膜次之。普通PE地膜降解速率再次之，至玉米收獲期出現(xiàn)局部地膜破損，觀察區(qū)呈土壤小面積裸露狀態(tài)。CN3和CN4兩種地膜呈眾多點(diǎn)狀小破損降解狀態(tài)。經(jīng)玉米收獲后，取地膜殘膜對(duì)其殘留量進(jìn)行比較，CN1降解殘留量最少，降解率達(dá)15.08 %，CN4在土壤中殘留量最多，降解率只有4.97 %， CN2、CN3和普通PE地膜降解率分別為7.78 %、8.75 %、6.65 %。

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