生態(tài)降解地膜覆蓋棉花應(yīng)用效果研究

楊蘇龍，史俊東，席凱鵬，史高川，陶民剛，姚眾，常鐵牛，張衛(wèi)民，李朋波，石躍進(jìn)

（山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所，山西運(yùn)城044000）

生態(tài)降解地膜覆蓋棉花應(yīng)用效果研究

楊蘇龍，史俊東，席凱鵬，史高川，陶民剛，姚眾，常鐵牛，張衛(wèi)民，李朋波*，石躍進(jìn)

（山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所，山西運(yùn)城044000）

利用3種生態(tài)降解地膜為供試材料，以普通聚乙烯地膜作對照，在山西省運(yùn)城市進(jìn)行棉田覆膜對比試驗(yàn)，觀察生態(tài)降解地膜覆蓋棉田的適用性和降解特性及其對土壤理化指標(biāo)、棉花生育進(jìn)程和農(nóng)藝性狀的影響。結(jié)果表明，生態(tài)降解地膜3號適合棉田使用，對土壤的理化指標(biāo)和棉花的農(nóng)藝性狀無影響，降解效果較好。

棉花；生態(tài)降解地膜；降解效果；適用性

20世紀(jì)80年代初，地膜覆蓋栽培技術(shù)被引入我國。地膜覆蓋具有良好的增溫、保墑及生物增產(chǎn)效應(yīng)，可以在一定程度上克服氣候因素對棉花生產(chǎn)的限制，保證棉花全苗壯苗，利于根系發(fā)育生長，加快棉株生育進(jìn)程，極大地提高棉花的產(chǎn)量和效益[1-2]。因此，地膜覆蓋栽培廣泛應(yīng)用于棉花生產(chǎn)。但是，普通地膜很難自然降解，且難以回收，導(dǎo)致土壤中殘膜量逐年增多，破壞土壤結(jié)構(gòu)，影響作物根系的發(fā)育，從而造成了越來越嚴(yán)重的農(nóng)田“白色污染”[3-4]。因此，推廣應(yīng)用綠色環(huán)保的生物降解地膜迫在眉睫。鑒于此，在山西省運(yùn)城市進(jìn)行了生態(tài)降解地膜與普通聚乙烯地膜覆膜對比試驗(yàn)，觀察生態(tài)降解地膜在棉田使用性能、降解效果及對棉花農(nóng)藝性狀及理化指標(biāo)的影響，為推廣應(yīng)用生態(tài)降解地膜提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2012－2013年在山西省運(yùn)城市進(jìn)行。山西晉南地區(qū)土地肥沃、灌溉條件便利、光熱資源豐富，年日照時間2000～2900 h、年降水量500～550mm，無霜期200～210d，年平均氣溫12～13℃，≥10℃積溫4000～4300℃，年均日照率達(dá)到50%～65%，適于棉花生產(chǎn)。

1.2 供試材料

供試地膜：生態(tài)降解膜1號、2號、3號，膜寬為80cM，厚度為0.005 mm，由山東天壯環(huán)?？萍加邢薰旧a(chǎn)。使用市場銷售的普通地膜作對照（CK），主要成分是聚乙烯，膜寬為80cM，厚度為0.005 mm。

供試的棉花品種為科能0518。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計

2012年試驗(yàn)在運(yùn)城市鹽湖區(qū)進(jìn)行，測定土壤理化指標(biāo)、棉花生育進(jìn)程及農(nóng)藝性狀。共設(shè)4個處理，生態(tài)降解膜1號（潛伏期45 d）、2號（潛伏期60 d）、3號（潛伏期75 d）。普通地膜主要成分是聚乙烯。3次重復(fù)，隨機(jī)排列。試驗(yàn)小區(qū)規(guī)模10.0 m× 2.7 m。常規(guī)漫灌，機(jī)械鋪膜。各試驗(yàn)點(diǎn)在鋪設(shè)時間、鋪設(shè)方法、農(nóng)事操作和田間管理等方面與普通地膜相同。于4月10日開始播種，8月15日開始收獲測產(chǎn)。2013年從3種生態(tài)降解地膜中篩選出符合晉南地區(qū)土壤、氣候環(huán)境應(yīng)用的地膜，在夏縣、臨猗、新絳、萬榮進(jìn)行大田示范，分別于4月10日、4月5日、4月12日、4月14日播種，8月20日、8月15日、8月25日、8月28日收獲，對比在運(yùn)城市不同縣（區(qū)）的應(yīng)用效果。

1.4 測定指標(biāo)與方法

1.4.1 生態(tài)降解地膜的降解效果。紅外光譜是鑒定有機(jī)化合物組成和結(jié)構(gòu)的常用快速手段[5]。通過對比鋪設(shè)前 （2012年4月2日）和鋪設(shè)后4個月（2012年8月5日）的紅外光譜曲線，分析生態(tài)降解地膜內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)的變化。將樣品（生態(tài)降解膜3號）用酒精浸泡后經(jīng)蒸餾水沖洗干凈，晾干，用光譜儀測定地膜的紅外吸收光譜。

1.4.2 生態(tài)降解地膜的土壤理化指標(biāo)。利用容重環(huán)在花鈴期（7月12日）對試驗(yàn)棉田與對照棉田的土壤容重進(jìn)行測定，觀測生態(tài)降解地膜對土壤物理性狀的影響。采用土盒烘干稱量的方法于6月4日測定試驗(yàn)棉田和對照棉田膜下0～50cM土壤含水量，了解2種地膜保水方面的差異。采用地溫計連續(xù)59d（4月29日－6月26日）測定各處理膜下5cm和10cM土層深度的地溫，測量時間為每天8：00、14：00、20：00，對比生態(tài)降解膜與普通膜覆蓋棉田土壤保溫效果。

1.4.3 棉花生育期及農(nóng)藝性狀。調(diào)查記錄試驗(yàn)棉田與對照棉田的棉花出苗、現(xiàn)蕾、開花時間，分別于2012年5月22日調(diào)查棉葉數(shù)，5月29日調(diào)查現(xiàn)蕾情況，6月25日調(diào)查開花情況，觀察試驗(yàn)棉田與對照棉田在棉花生育進(jìn)程方面的差異。

2012年試驗(yàn)于9月14日進(jìn)行農(nóng)藝性狀調(diào)查，2013年試驗(yàn)于9月15日進(jìn)行農(nóng)藝性狀調(diào)查，其中產(chǎn)量為小區(qū)實(shí)收，觀察試驗(yàn)棉田與對照棉田農(nóng)藝性狀的差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 生態(tài)降解地膜的降解效果

2.1.1 直觀生態(tài)降解地膜的降解效果。生態(tài)降解地膜的降解過程如圖1～圖4（2012年觀測）所示。生態(tài)降解地膜在降解過程中，首先是拉力和伸長率的降低，部分出現(xiàn)小孔（圖1）；隨著降解的繼續(xù)，小孔發(fā)展成大孔（圖2）；當(dāng)?shù)啬さ臄嗔焉扉L率接近零時，地膜變脆（圖3），容易被水浸潤；在光、熱和微生物繼續(xù)作用下，地膜被降解為二氧化碳和水，逐漸消失（圖4）。2013年生態(tài)降解地膜3號與普通地膜在播種7個月后的田間對比效果如圖5、圖6所示，普通膜幾乎無變化，生態(tài)降解地膜已出現(xiàn)明顯分解。

圖1 生態(tài)降解地膜出現(xiàn)小孔

圖2 生態(tài)降解地膜上小孔擴(kuò)展

圖3 生態(tài)降解地膜變脆

圖4 生態(tài)降解地膜開始消失

圖5 普通膜在播種7個月后效果

圖6 生態(tài)降解地膜在播種7個月后降解效果

2.1.2 生態(tài)降解地膜內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)的變化。生態(tài)降解地膜降解后不僅表觀形貌發(fā)生變化，內(nèi)部的分子結(jié)構(gòu)也發(fā)生了變化。與生態(tài)降解地膜鋪設(shè)前的紅外光譜曲線（圖7）相比，其在鋪設(shè)4個月后的紅外光譜曲線（圖8）在波數(shù)1712cM－1處出現(xiàn)明顯的羰基（C=O）特征吸收峰，這是生態(tài)降解地膜發(fā)生氧化降解，內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的標(biāo)志。

圖7 生態(tài)降解地膜鋪設(shè)前的紅外光譜曲線

圖8 生態(tài)降解地膜鋪設(shè)4個月后的紅外光譜曲線

2.2 生態(tài)降解地膜對土壤理化指標(biāo)的影響

如表1所示，生態(tài)降解膜1號、2號、3號與普通膜（CK）處理棉田土壤容重差異不顯著。土壤的物理性狀沒有因?yàn)楦采w生態(tài)降解膜而發(fā)生改變。

由表1可以看出，生態(tài)降解膜2號、3號與普通膜（CK）覆蓋棉田在土壤含水量方面差異不顯著，生態(tài)降解膜1號與普通膜（CK）棉田相比差異顯著，可能是由于生態(tài)降解膜1號潛伏期較短、降解較快。

表1 4種地膜土壤容重及含水量結(jié)果

由表2可知，膜下5cM土層深度生態(tài)降解膜2號在20：00的平均地溫與普通膜（CK）棉田相比差異顯著，膜下10cM土層深度生態(tài)降解膜3號在14：00的平均地溫與普通膜（CK）棉田相比差異顯著。其余組合3種生態(tài)降解地膜與普通地膜在膜下5cM和10cM土層深度地溫?zé)o顯著差異。因此，生態(tài)降解地膜保溫效果與普通膜差異不大。

表2 4種地膜不同時間不同土層深度平均地溫 ℃

2.3 生態(tài)降解地膜對棉花生長及產(chǎn)量的影響

2.3.1 棉花播種。在播種過程中，未出現(xiàn)粘連、斷膜、撕裂等因膜質(zhì)量原因而停機(jī)現(xiàn)象，機(jī)播機(jī)覆順利。

2.3.2 生育進(jìn)程。根據(jù)試驗(yàn)點(diǎn)調(diào)查記載，生態(tài)降解膜1號、2號、3號及普通膜（CK）處理棉田，棉花出苗時間均為8～9 d；平均棉花葉片分別為7.6、7.9、7.5、7.8片；5月29日，3種生態(tài)降解膜與普通膜棉田都進(jìn)入現(xiàn)蕾期；6月25日，3種生態(tài)降解膜與普通膜棉田都達(dá)到初花期。因此，生態(tài)降解膜1號、2號、3號處理在棉花出苗、生長、現(xiàn)蕾及開花時間上與普通膜覆蓋棉相比沒有明顯的差異。

2.3.3 棉花成鈴、測產(chǎn)。由表3可知，生態(tài)降解膜1號、2號、3號處理的與普通膜相比分別增產(chǎn)4.5%、3.0%、8.4%，生態(tài)降解膜3號處理的籽棉產(chǎn)量與普通膜處理差異顯著，生態(tài)降解膜1號、2號處理與普通膜處理差異不顯著。

表3 2012年生態(tài)降解膜試驗(yàn)籽、皮棉產(chǎn)量結(jié)果

雖然3種生態(tài)降解膜對土壤理化指標(biāo)及棉花生育進(jìn)程、農(nóng)藝性狀無明顯影響，但降解膜1號（潛伏期45 d）、2號（潛伏期60 d）由于光解速度較快與棉花生育期不匹配被淘汰，生態(tài)降解膜3號（潛伏期75 d）在棉花封壟后開始降解，更適合在棉田上使用。因此，2013年選擇生態(tài)降解膜3號，在夏縣水頭鎮(zhèn)牛家凹農(nóng)場、臨猗縣牛杜鎮(zhèn)王景村、新絳縣龍興鎮(zhèn)東木贊村、萬榮縣光華鄉(xiāng)大興村黃河灘涂分別進(jìn)行驗(yàn)證示范試驗(yàn)。

從表4可以看出，夏縣水頭鎮(zhèn)牛家凹農(nóng)場生態(tài)降解膜3號處理667 m2籽棉產(chǎn)量為332.4 kg，比普通膜棉田（CK）增產(chǎn)7.4%，但差異不顯著。在棉花封壟前，膜光解比例超過30%，與普通膜相比保溫、保墑效果無差異。11月24日田間調(diào)查，裸露在地表的膜分解比例超過80%，埋在土壤中的部分殘膜分解較差，但與普通膜比較有生物降解的效果。

表4 2013年生態(tài)降解地膜試驗(yàn)籽、皮棉產(chǎn)量結(jié)果

臨猗縣牛杜鎮(zhèn)王景村生態(tài)降解膜3號處理667 m2籽棉產(chǎn)量為295.0kg，比普通膜棉田 （CK）增產(chǎn)10.0%，差異顯著。由于臨猗王景棉田土壤黏重，播種采用干播覆膜后澆水，膜上覆蓋一層泥土，清掃不干凈，降解膜分解慢，棉花封壟前沒有明顯分解。11月22日調(diào)查，裸露在地表的生態(tài)降解膜已分解80%以上。

新絳縣龍興鎮(zhèn)東木贊村生態(tài)降解膜3號處理667 m2籽棉產(chǎn)量為249.9kg，比普通膜棉田（CK）增產(chǎn)5.0%，但差異不顯著。3號膜處理棉花在封壟前表現(xiàn)正常。

萬榮縣光華鄉(xiāng)大興村黃河灘涂生態(tài)降解膜3號處理667 m2籽棉產(chǎn)量為266.4 kg，比普通膜棉田（CK）減產(chǎn)2.2%，差異顯著。雖然降解膜3號覆蓋棉田后能順利出苗，但在棉苗3～4葉期出現(xiàn)強(qiáng)烈分解，分解率超過60%，覆膜棉壟部分出現(xiàn)土壤裸露，雜草叢生，影響棉花苗期、蕾期生長，造成減產(chǎn)。這可能是由于在黃河灘涂特殊的氣候條件或砂性土壤中，苗期光照強(qiáng)烈、地溫較高造成降解較快。

3 結(jié)論與討論

綜上所述：生態(tài)降解地膜3號使用性能良好，可以用機(jī)械鋪膜，不改變棉花的傳統(tǒng)種植模式和習(xí)慣；能夠滿足棉花生產(chǎn)的要求，降解速率與棉花生育期匹配，對棉花的生長周期及產(chǎn)量無不良影響；在棉田使用，對土壤的理化性狀和棉花的農(nóng)藝性狀無顯著影響。因此，生態(tài)降解地膜3號適宜在山西省運(yùn)城市普通棉田推廣使用，在黃河灘涂地或砂性土壤上有待進(jìn)一步試驗(yàn)。

在棉花生長后期，生態(tài)降解地膜發(fā)生降解，機(jī)械性能下降，拉力和伸長率下降。試驗(yàn)顯示，可降解地膜裸露在地表部分當(dāng)季可完全降解；埋在土壤中的殘膜，隨著土壤耕作上浮地表會繼續(xù)降解，最終也會完全降解成CO2和水。生態(tài)降解膜降解后的殘留膜，不僅形態(tài)上發(fā)生變化，其內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)也發(fā)生了變化，羰基峰的出現(xiàn)顯示可降解地膜在使用過程中發(fā)生了真正的降解，而不是簡單的分解。因此，運(yùn)城地區(qū)普通棉田可使用生態(tài)降解地膜3號替代普通地膜，對緩解農(nóng)膜殘留造成土壤的污染意義重大。

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Study on the Effects of Eco-Degradable Plastic Film for Cotton

Yang Sulong,Shi Jundong,Xi Kaipeng,Shi Gaochuan,Tao Mingang,Yao Zhong,Chang Tieniu, Zhang Weimin,Li Pengbo*,Shi Yuejin

S562.04

A

1000-632X（2017）08-0024-05

10.11963/1000-632X.ysllpb.20170727

2017-05-12

*通信作者：lpbmhs@126.com

國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系棉花產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系運(yùn)城棉花綜合試驗(yàn)站（CARS-18-29）