生物降解地膜對鹽堿地棉花生長發(fā)育和產(chǎn)量的影響

辛承松 ，羅振 ，唐薇 ，張冬梅 ，岳鎮(zhèn) ，李維江 ，孔祥強(qiáng)

（1.山東棉花研究中心，濟(jì)南250100；2.東營棉花研究所，山東東營257100）

生物降解地膜對鹽堿地棉花生長發(fā)育和產(chǎn)量的影響

辛承松1*，羅振1，唐薇1，張冬梅1，岳鎮(zhèn)2，李維江1，孔祥強(qiáng)1

（1.山東棉花研究中心，濟(jì)南250100；2.東營棉花研究所，山東東營257100）

為探討生物降解地膜對鹽堿地棉花的覆蓋效應(yīng)，指導(dǎo)棉田殘留地膜污染治理，分別以普通農(nóng)用地膜覆蓋（CK1）和不覆蓋地膜（CK2）為對照，研究了生物降解地膜的覆蓋期、降解率及其對鹽堿地棉花生長發(fā)育和產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，生物降解劑添加量1%、2%、3%的生物降解地膜（1%Bd、2%Bd、3%Bd）的有效覆蓋期均可穩(wěn)定在80 d左右，棉花的生育期與CK1基本相同，無顯著差異。生物降解地膜的降解率隨著埋土?xí)r間的延長及降解劑添加量的增多而增加。1%Bd、2%Bd、3%Bd及普通農(nóng)用地膜覆蓋與CK2比較，棉花現(xiàn)蕾期、花鈴期的株高、干物質(zhì)質(zhì)量差異均達(dá)顯著水平，但棉花吐絮期的株高、干物質(zhì)質(zhì)量均無顯著差異。3種生物降解地膜覆蓋處理的皮棉產(chǎn)量與CK1差異均不顯著，1%Bd、2%Bd覆蓋處理的皮棉產(chǎn)量較CK2增產(chǎn)顯著。表明生物降解地膜可以部分替代普通農(nóng)用地膜。

棉花；生物降解地膜；覆蓋效應(yīng)；殘膜污染治理；產(chǎn)量

我國是世界上農(nóng)作物地膜覆蓋種植面積最大的國家，在棉花生產(chǎn)上實(shí)行地膜覆蓋尤為普遍。地膜覆蓋栽培具有增溫、保墑等良好效果，鹽堿地農(nóng)田覆蓋地膜還具有抑鹽的顯著作用[1]。棉田覆蓋地膜有效改善了棉花生長發(fā)育的環(huán)境條件，克服或緩解了一些嚴(yán)重影響棉花生長發(fā)育的不利因素，具有顯著的增產(chǎn)效應(yīng)[1]。而長期覆蓋地膜也帶來了嚴(yán)重的負(fù)面影響，造成農(nóng)田大面積的殘留地膜污染，這已成為土壤及環(huán)境污染的嚴(yán)重問題[2-4]。因此，農(nóng)田殘膜污染（通常稱為白色污染）治理是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)要求和戰(zhàn)略需要。

解決殘膜對生態(tài)環(huán)境污染的主要技術(shù)途徑有：生產(chǎn)應(yīng)用加厚、抗老化及抗拉伸的地膜，提高地膜的質(zhì)量，便于回收；加強(qiáng)地膜回收機(jī)械的研發(fā)，提高殘膜的回收率，并拓寬殘膜的資源化利用途徑；研發(fā)利用可降解的新型地膜，改進(jìn)地膜的可降解性，減少普通地膜的用量，大幅度減輕普通地膜造成的土壤環(huán)境污染[5-11]。新型可降解地膜主要有生物降解地膜、光降解地膜等，其中生物降解地膜被認(rèn)為是比較有發(fā)展?jié)摿Φ?種，但目前仍缺乏深入系統(tǒng)的試驗(yàn)研究。因此，在黃河三角洲鹽堿地植棉區(qū)安排田間試驗(yàn)，就棉田覆蓋生物降解地膜的效應(yīng)進(jìn)行了探索，以期為生物降解地膜的研發(fā)與應(yīng)用提供依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)田基本情況

試驗(yàn)于2015年和2016年在東營區(qū)牛莊鎮(zhèn)實(shí)施，試驗(yàn)田土壤為輕度鹽堿地，連續(xù)多年種植棉花，地力中上等，耕層（0～20cm）土壤含鹽量0.19%，含有機(jī)質(zhì) 0.87%、堿解氮 29.6 mg·kg－1、有效磷 12.9 mg·kg－1、有效鉀 120.5 mg·kg－1。

1.2 試驗(yàn)處理及設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)5個(gè)處理，具體處理（代號(hào)）如下：塑料生物降解劑添加量分別為1%、2%、3%的3種地膜 （厚度均為0.004mm），其代號(hào)分別為1%Bd、2%Bd、3%Bd，以普通農(nóng)用地膜（厚度 0.004mm）作為對照1（CK1），不覆蓋地膜（露地直播）作為對照2（CK2），地膜覆蓋度55%左右。

供試棉花品種為魯棉研28，2年的播種期均為4月26日，播種時(shí)覆蓋地膜。等行距種植，行距為0.76 m，6行區(qū)，小區(qū)面積 60 m2，隨機(jī)排列，重復(fù)3次，四周設(shè)保護(hù)行（區(qū)）。出苗后放苗，在第2片真葉展開后定苗，留苗密度為5.70株·m－2，缺苗時(shí)利用預(yù)備苗移栽補(bǔ)齊。各處理棉花均采取簡化整枝，其他管理皆按當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)技術(shù)措施進(jìn)行，并力求處理間保持一致。

1.3 調(diào)查、測定項(xiàng)目和方法

播種時(shí)觀察各種地膜的抗拉強(qiáng)度及其覆蓋質(zhì)量，播種后調(diào)查地膜的開裂日期、碎裂日期。在主要生育時(shí)期每小區(qū)隨機(jī)選10株 (中間2行除外)棉花，測量株高，自然拔出后帶回室內(nèi)烘干稱量；吐絮后調(diào)查每小區(qū)中間2行的株數(shù)，隨機(jī)選20株，調(diào)查統(tǒng)計(jì)鈴數(shù)，分3次收獲籽棉，風(fēng)干稱量、測鈴重，軋花后計(jì)算衣分和產(chǎn)量。現(xiàn)蕾期、花鈴期和吐絮期的株高及干物質(zhì)質(zhì)量測定日期均分別為6月21日、7月24日和9月7日。

在同一塊棉田自然條件下，于棉花播種當(dāng)天，將3種生物降解地膜和1種普通農(nóng)用地膜各3份（每份150 g）分別埋入10～15cm土壤深處，在不同時(shí)間分別稱量地膜干物質(zhì)質(zhì)量。為便于試驗(yàn)測定，以質(zhì)量損失率作為降解率的近似值，用來衡量生物降解地膜的降解性能[12]。

由于2年試驗(yàn)結(jié)果趨勢基本一致，因此指標(biāo)數(shù)據(jù)皆取2年的平均值，應(yīng)用DPS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物降解地膜的覆蓋期及降解性

依據(jù)棉花播種之后對各種地膜田間變化和棉花生長發(fā)育情況觀測，發(fā)現(xiàn)降解劑添加量1%、2%、3%的生物降解地膜（1%Bd、2%Bd、3%Bd）的開裂期分別為138、115、89 d， 碎裂期分別為167、136、113 d。普通農(nóng)用地膜的開裂期、碎裂期分別為146、185 d。3種生物降解地膜對棉田的有效覆蓋期均可穩(wěn)定在80 d左右，能夠滿足棉花播種到開花的生長需要。

據(jù)棉花播種過程觀察及生育期調(diào)查結(jié)果：與普通農(nóng)用地膜（CK1）比較，3種生物降解地膜的抗拉強(qiáng)度及覆蓋質(zhì)量均能滿足棉花機(jī)械播種對覆膜的要求。生物降解地膜覆蓋棉花的生育期與普通農(nóng)用地膜覆蓋基本相同，無明顯差異。

在埋土50、100和150 d時(shí)，生物降解地膜1%Bd的降解率分別為1.15%、1.51%和1.65%，2%Bd的降解率分別為1.29%、1.78%和1.98%，3%Bd的降解率分別為1.33%、1.83%和2.02%，而普通農(nóng)用地膜不同埋土?xí)r間的干物質(zhì)質(zhì)量基本沒有變化。說明生物降解地膜的降解率隨著埋土?xí)r間的延長而增加，且隨著生物降解劑添加量的增多其降解率也提高。

2.2 對棉花株高和干物質(zhì)質(zhì)量的影響

由表1看出，生物降解地膜1%Bd、2%Bd、3%Bd覆蓋與普通農(nóng)用地膜覆蓋（CK1）比較，棉花不同生育時(shí)期的株高無顯著差異，不同生育時(shí)期的單株干物質(zhì)質(zhì)量也無顯著差異。與不覆蓋地膜（CK2）比較，1%Bd、2%Bd、3%Bd及普通農(nóng)用地膜覆蓋處理棉花現(xiàn)蕾期、花鈴期的株高、單株干物質(zhì)質(zhì)量差異均達(dá)顯著水平，但吐絮期棉花株高、單株干物質(zhì)質(zhì)量均無顯著差異。

表1 不同處理對棉花株高和單株干物質(zhì)質(zhì)量的影響

2.3 對棉花產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表2計(jì)算得知，生物降解地膜1%Bd覆蓋處理的皮棉產(chǎn)量比普通農(nóng)用地膜覆蓋（CK1）增加1.93%，而2%Bd、3%Bd覆蓋處理的皮棉產(chǎn)量比CK1分別減少1.06%和3.24%，無論是不同生物降解地膜之間比較，還是與普通農(nóng)用地膜比較，各覆膜處理的皮棉產(chǎn)量差異均未達(dá)到顯著水平。與不覆蓋地膜（CK2）比較，1%Bd、2%Bd、3%Bd 覆蓋處理的皮棉產(chǎn)量分別增加10.19%、6.97%和4.71%，除3%Bd覆蓋處理增產(chǎn)不顯著外，1%Bd、2%Bd覆蓋處理增產(chǎn)均顯著。通過比較分析各處理的棉花產(chǎn)量構(gòu)成因素看出，1%Bd、2%Bd覆蓋及普通地膜覆蓋處理較不覆蓋地膜處理增產(chǎn)的主要因素是增加了棉花成鈴數(shù)。

表2 不同處理對棉花產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

3 討論與結(jié)論

3.1 生物降解地膜的覆蓋效應(yīng)

本研究發(fā)現(xiàn)，3種生物降解地膜對棉花的有效覆蓋期及覆蓋質(zhì)量均能滿足棉花機(jī)械播種以及棉花生長發(fā)育對覆膜的要求，生物降解地膜覆蓋棉花的增產(chǎn)效應(yīng)與普通農(nóng)用地膜覆蓋基本相同。綜合分析生物降解地膜的覆蓋效應(yīng)、降解性能及增產(chǎn)效果，以降解劑添加量2%的生物降解地膜（2%Bd）較適用于棉田覆蓋，可以部分替代普通農(nóng)用地膜，減少殘膜污染。

生物降解地膜在降解前與普通地膜在提高土壤溫度、保持土壤水分等方面有相同的效果，其增溫、保墑效應(yīng)與普通地膜沒有顯著差異，生物降解地膜覆蓋春玉米同樣收到了良好效果[12]。說明生物降解地膜的覆蓋效應(yīng)比較穩(wěn)定，適于多種作物覆蓋。

3.2 地膜覆蓋與殘膜污染治理

地膜覆蓋種植是一項(xiàng)在國內(nèi)外廣泛應(yīng)用并大幅提高作物單產(chǎn)和品質(zhì)的重要技術(shù)，所采用的地膜分為可降解地膜和不可降解地膜?？山到獾啬きh(huán)保無污染，順應(yīng)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展需求，在國內(nèi)外均有大量研究，并且取得了重要進(jìn)展[4,7-9,13-14]。近年來，在降解地膜研發(fā)取得重要進(jìn)展的基礎(chǔ)上，世界上應(yīng)用降解地膜的面積也逐步增加，可降解地膜替代聚乙烯（PE）地膜是大趨勢，但可能有相當(dāng)長的共存期。牛琪等指出[4]，治理農(nóng)田殘膜污染是一個(gè)系統(tǒng)工程，涉及法律法規(guī)、補(bǔ)貼政策、地膜減量應(yīng)用、可降解地膜應(yīng)用、PE地膜機(jī)械化回收以及回收的殘膜資源化利用等系列問題，應(yīng)在各項(xiàng)政策的正確引導(dǎo)下，把殘膜污染治理和環(huán)境保護(hù)變成全民的自覺行動(dòng)。

棉花是我國經(jīng)濟(jì)作物中推廣地膜覆蓋栽培較早、面積較大、效益顯著的作物之一。地膜覆蓋栽培有效地改善了棉花生長發(fā)育環(huán)境，一般表現(xiàn)為出苗早、出苗齊、苗勢旺、生長快、發(fā)育早、結(jié)鈴多及鈴重高等諸多優(yōu)點(diǎn)，對提高棉花產(chǎn)量和品質(zhì)發(fā)揮了重要作用。同時(shí)，隨著普通農(nóng)用地膜使用年限及用量的增加，農(nóng)田地膜殘留污染呈現(xiàn)日趨嚴(yán)重態(tài)勢[4,15]。農(nóng)田殘膜治理是繞不過去的坎，必須正視和面對[4]。農(nóng)業(yè)部通知[16]要求，實(shí)施農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展，落實(shí)新發(fā)展理念，大幅度減少農(nóng)田殘留地膜污染，使農(nóng)田“白色污染”得到有效控制，增強(qiáng)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展能力，提高農(nóng)業(yè)發(fā)展的質(zhì)量效益。當(dāng)前，雖然生物降解地膜的研究取得了一定的進(jìn)展，但受材料、價(jià)格等的影響較大。因此，必須加大研發(fā)和試驗(yàn)力度，賦予地膜覆蓋栽培更大的增產(chǎn)潛力和環(huán)保效應(yīng)。

綜上所述，生物降解地膜具有良好的覆蓋效應(yīng)，以降解劑添加量2%的生物降解地膜（2%Bd）較為適于棉田覆蓋。生物降解地膜也具有良好的降解性能和環(huán)保效應(yīng)，可以部分替代普通農(nóng)用地膜，減少殘膜污染。生物降解地膜的研發(fā)應(yīng)用是治理普通塑料地膜引起的農(nóng)田殘膜污染的有效途徑。

致謝：

感謝東營區(qū)牛莊鎮(zhèn)岳家村張麗萍書記在田間試驗(yàn)中給予的多方支持！

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Effects of Mulching with Biodegradable Plastic Film on Growth and Yield of Cotton in Coastal Saline Fields

Xin Chengsong*,Luo Zhen,Tang Wei,Zhang Dongmei,Yue Zhen,Li Weijing,Kong Xiangqiang

S562.04

A

1000-632X(2017)11-0008-04

10.11963/1000-632X.xcsxcs.20171108

2017-09-06*通信作者：xin5306@126.com

山東省農(nóng)業(yè)重大應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目“黃河三角洲棉花省工增效栽培技術(shù)研究與示范（2015-17）”；農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程“大田生態(tài)環(huán)境長期定位監(jiān)測與評(píng)價(jià)（CXGC2016A05）”