生物降解地膜田間應(yīng)用降解效果及對(duì)后茬早稻產(chǎn)量的影響

黃瑤珠 高旭華 謝東 陳明周 張文樺

摘要? ? 為了有效地解決地膜白色污染問題，加快生物降解地膜在馬鈴薯上的推廣應(yīng)用，通過大田試驗(yàn)研究了在冬種馬鈴薯上覆蓋生物降解地膜的田間降解特性及對(duì)后茬作物水稻產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，生物降解地膜在覆膜60 d時(shí)開始降解，馬鈴薯收獲時(shí)（覆膜125 d）的降解失重率達(dá)36.26%。馬鈴薯收獲后不回收殘膜，生物降解地膜在土壤里繼續(xù)降解，在種植1茬早稻和1茬晚稻后的降解失重率分別為88.49%和96.41%，在晚稻收獲后生物降解地膜已基本全部降解。生物降解地膜殘留于土壤中，不會(huì)影響下茬作物早稻的生長(zhǎng)及產(chǎn)量，與普通地膜殘膜處理區(qū)比較，早稻產(chǎn)量增加，且差異極顯著。因此，生物降解地膜能夠從源頭上控制農(nóng)業(yè)污染物產(chǎn)生，從而徹底解決地膜白色污染問題。

關(guān)鍵詞? ? 水稻;生物降解地膜;殘膜;降解效果;產(chǎn)量

中圖分類號(hào)? ? S511? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼? ? A? ? ? ? 文章編號(hào)? ?1007-5739（2018）23-0001-03

地膜覆蓋栽培技術(shù)作為我國(guó)農(nóng)業(yè)常規(guī)技術(shù)之一，不僅擴(kuò)大了作物種植區(qū)，而且增產(chǎn)明顯，增產(chǎn)率高達(dá)30%～50%，因而使用量也逐年增長(zhǎng)。2015年我國(guó)地膜覆蓋面積1 833.33萬hm2，使用量145.5萬t。據(jù)預(yù)測(cè)，未來5年內(nèi)地膜覆蓋面積將達(dá)到2 200萬hm2，年用量將超過200萬t。目前，市面上的地膜主要有聚乙烯普通地膜和降解地膜。由于聚乙烯普通地膜在自然條件下降解極為緩慢，降解時(shí)間長(zhǎng)達(dá)200～400年，隨著我國(guó)地膜使用量逐年增加，又缺乏必要的殘膜回收措施，導(dǎo)致農(nóng)田白色污染日益嚴(yán)重。據(jù)2010年我國(guó)農(nóng)業(yè)面源污染普查，全國(guó)種植業(yè)地膜殘留量為12.10萬t，但地膜回收率不足60%。目前，我國(guó)約有670萬hm2農(nóng)田被殘膜污染且污染狀況日趨嚴(yán)重[1]。據(jù)調(diào)查，如地膜殘留量達(dá)到60 kg/hm2，作物將減產(chǎn)10%以上，地膜已成為我國(guó)農(nóng)業(yè)面源污染的主要來源物。殘膜作為一種持續(xù)性農(nóng)業(yè)污染物，能改變土壤物理結(jié)構(gòu)，阻礙土壤水肥運(yùn)移和空氣流通，威脅土壤生存，影響作物生長(zhǎng)發(fā)育，導(dǎo)致作物減產(chǎn)和果實(shí)品質(zhì)惡化，并妨礙農(nóng)事操作和破壞環(huán)境景觀[2]。農(nóng)田殘膜污染引起國(guó)家的高度重視，為此，農(nóng)業(yè)部提出“一控、兩減、三基本”和《關(guān)于打好農(nóng)業(yè)面源污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)的實(shí)施意見》，農(nóng)田殘膜污染治理是其中的一個(gè)重要方面。農(nóng)業(yè)面源污染具有分散性和隱蔽性、隨機(jī)性和不確定性、不易監(jiān)測(cè)性和空間異質(zhì)性等特點(diǎn)[3]，農(nóng)膜殘膜更具有“積累效應(yīng)、區(qū)域差異、逐年增強(qiáng)”3個(gè)特征[4]，常規(guī)的末端治理技術(shù)很難應(yīng)用于殘膜治理中或應(yīng)用效果不理想。因此，應(yīng)采用源頭治理為對(duì)策，從源頭上控制殘膜的產(chǎn)生量。而使用生物降解地膜替代聚乙烯普通地膜應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，能夠有效地減少殘膜量，從而有效地解決農(nóng)田白色污染問題。

目前，生物降解地膜的應(yīng)用研究主要集中在其覆蓋作物的應(yīng)用效果上[5-8]，對(duì)作物收獲后遺留在土壤中的殘膜后續(xù)降解情況及殘膜對(duì)后茬作物生長(zhǎng)的影響鮮有報(bào)道。筆者于2015年開展了生物降解地膜在馬鈴薯覆蓋栽培上的應(yīng)用效果試驗(yàn)，研究生物降解地膜在田間應(yīng)用的降解效果，并于2016年在馬鈴薯收獲后生物降解地膜和普通地膜處理區(qū)種植2季水稻（品種為廣豐香8號(hào)），探討生物降解地膜殘膜對(duì)后茬作物水稻生長(zhǎng)的影響，以期對(duì)生物降解地膜使用的適用性進(jìn)行全面綜合評(píng)價(jià)。

1? ? 材料與方法

1.1? ? 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)均在廣東省博羅縣園洲鎮(zhèn)（北緯23°6′55.47″，東經(jīng)113°57′13.33″）同一塊試驗(yàn)地進(jìn)行。試驗(yàn)地土壤為砂壤土，地力均勻，肥力中等。

1.2? ? 試驗(yàn)材料

2015年生物降解地膜應(yīng)用于馬鈴薯覆蓋栽培試驗(yàn)：供試馬鈴薯品種為粵引85-38。供試肥料為雞糞有機(jī)肥（腐熟雞糞含純N 30.3 g/kg、P2O5 21.1 g/kg、K2O 27.03 g/kg）和復(fù)合肥（含純N 16%、P2O5 8%、K2O 23%）。供試地膜為生物降解除草地膜[廣東省生物工程研究所（廣州甘蔗糖業(yè)研究所）研制生產(chǎn)，寬度70 cm，厚度0.012 mm];普通地膜（中山天德塑料廠生產(chǎn)，寬度70 cm，厚度0.015 mm）。

2016年殘膜對(duì)后茬作物水稻生長(zhǎng)的影響試驗(yàn)：供試水稻品種為廣豐香8號(hào)，該品種由廣東省廣州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所選育）;供試肥料為復(fù)合肥（含純N 15%、P2O5 15%、K2O 15%）。

1.3? ? 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.1? ? 生物降解地膜應(yīng)用于馬鈴薯覆蓋栽培試驗(yàn)。試驗(yàn)設(shè)2個(gè)處理，分別為生物降解除草地膜覆蓋栽培、普通地膜覆蓋栽培，簡(jiǎn)單對(duì)比，不設(shè)重復(fù)。普通地膜處理面積為0.33 hm2，生物降解除草地膜處理面積為1.33 hm2。整地前把所有肥料全部作基肥全田撒施，施雞糞有機(jī)肥8 400 kg/hm2、復(fù)合肥1 875 kg/hm2。馬鈴薯種植及田間管理措施按常規(guī)地膜覆蓋栽培技術(shù)進(jìn)行。于2015年11月11日整地播種，2016年3月15日收獲，馬鈴薯全生育期為125 d。

1.3.2? ? 殘膜對(duì)后茬作物水稻生長(zhǎng)的影響試驗(yàn)。試驗(yàn)前普通地膜處理區(qū)在機(jī)械犁耙時(shí)把普通地膜殘膜集中回收，生物降解除草地膜處理區(qū)殘膜因降解成碎片不回收。2個(gè)地膜處理區(qū)設(shè)置田埂進(jìn)行分開后整地插秧。整地前不施用肥料，插秧后3 d全田撒施尿素60 kg/hm2，在水稻分蘗期施復(fù)合肥（15-15-15）150 kg/hm2，在抽穗期施復(fù)合肥（15-15-15）300 kg/hm2。水稻種植管理措施按常規(guī)栽培技術(shù)進(jìn)行。本試驗(yàn)于2015年在生物降解除草地膜試驗(yàn)地進(jìn)行，于2016年4月8日進(jìn)行整地拋秧，于2016年7月26日收獲稻谷，水稻全生育期為109 d。

1.4? ? 調(diào)查內(nèi)容及方法

1.4.1? ? 生物降解地膜的降解情況調(diào)查。生物降解地膜的降解情況調(diào)查分別從當(dāng)年降解情況和殘膜后續(xù)降解情況2個(gè)方面調(diào)查。

（1）當(dāng)年降解情況調(diào)查。當(dāng)年降解情況調(diào)查在2015年大田示范進(jìn)行。地膜降解外觀變化按照文獻(xiàn)[9]的評(píng)價(jià)方法，按5個(gè)階段進(jìn)行分級(jí)：A階段始裂期為地膜開始出現(xiàn)1～2 cm的自然微小裂口;B階段開裂期為膜表面出現(xiàn)2～20 cm的裂縫;C階段大裂期為出現(xiàn)20～50 cm裂縫，數(shù)量增加;D階段碎裂期為均勻碎裂，無大塊地膜存在;E階段無膜期為畦面無地膜存在。

地膜失重情況：覆膜前分別稱取生物降解地膜、普通地膜的初始重量;覆膜后60、90、125 d隨機(jī)在覆蓋生物降解地膜、普通地膜處理區(qū)各取3個(gè)點(diǎn)，每點(diǎn)取1 m畦面的地膜，洗凈晾干稱量，計(jì)算地膜質(zhì)失重率。計(jì)算公式如下：

失重率（%）=（覆蓋前膜質(zhì)量-覆蓋后膜質(zhì)量）

÷覆蓋前膜質(zhì)量×100

（2）生物降解地膜殘膜后續(xù)降解情況調(diào)查。殘膜后續(xù)降解情況調(diào)查是在2015年大田示范地種植收獲水稻后進(jìn)行，通過早稻種植前、2季水稻收獲后的土壤殘膜量來探討生物降解地膜在田間的后續(xù)降解。普通地膜處理區(qū)農(nóng)戶在早稻機(jī)械化整地時(shí)進(jìn)行殘膜簡(jiǎn)單回收。調(diào)查方法：在水稻整地插秧前和收獲后，分別在生物降解地膜、普通地膜處理區(qū)采用梅花點(diǎn)法取5個(gè)樣點(diǎn)的1 m2耕層土壤（0～30 cm）的全部地膜，洗凈晾干稱重，計(jì)算累積殘留率（殘留率=1 hm2殘膜量/1 hm2累計(jì)使用量），同時(shí)目測(cè)各殘膜破碎情況。因該試驗(yàn)地2季水稻沒有覆蓋地膜，所以地膜累計(jì)使用量為馬鈴薯當(dāng)年地膜用量。

1.4.2? ? 水稻收獲時(shí)農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量測(cè)定。通過在生物降解地膜（不回收殘膜）和普通地膜（部分回收殘膜）的大田示范區(qū)種植水稻，探討生物降解地膜殘膜在自然生長(zhǎng)環(huán)境下對(duì)水稻產(chǎn)量的影響。具體調(diào)查方法：水稻收獲時(shí)分別在生物降解地膜處理區(qū)、普通地膜處理區(qū)隨機(jī)取3個(gè)點(diǎn)，每點(diǎn)20蔸，計(jì)算有效穗數(shù)，并折算單位面積的有效穗數(shù);每個(gè)點(diǎn)取20蔸平均有效穗數(shù)的樣品3蔸，在室內(nèi)進(jìn)行每穗總粒數(shù)、每穗實(shí)粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重考查。同時(shí)每個(gè)處理實(shí)收3個(gè)點(diǎn)、每點(diǎn)2 m2水稻，計(jì)算水稻蔸數(shù)，脫粒曬干除去秕谷稱重，折算成單位面積實(shí)際產(chǎn)量。

2? ? 結(jié)果與分析

2.1? ? 生物降解地膜的田間降解情況

2.1.1? ? 生物降解地膜當(dāng)年降解情況。

（1）生物降解地膜降解進(jìn)程。從目測(cè)結(jié)果來看，初步估計(jì)生物降解地膜的降解階段，始裂期為覆膜后60～70 d，開裂期為覆膜后85～90 d，大裂期為覆膜后110～120 d，生物降解地膜的降解未進(jìn)入碎裂期、無膜期。從馬鈴薯生育進(jìn)程看，在覆膜后30 d左右（苗期），生物降解地膜都比較穩(wěn)定，地膜完整，都達(dá)到保證馬鈴薯出苗、齊苗的要求。覆膜后60 d左右，馬鈴薯開始進(jìn)入結(jié)薯期，生物降解地膜彈性降低，進(jìn)入始裂期，膜面開始有小裂紋出現(xiàn)，膜面基本保證完整，還具有良好的增溫保墑作用。覆膜后90 d，馬鈴薯已進(jìn)入塊莖膨大期，生物降解地膜繼續(xù)降解，出現(xiàn)2～20 cm裂縫，已進(jìn)入開裂期。覆膜后100～120 d，馬鈴薯進(jìn)入成熟期，生物降解地膜降解加速，相繼進(jìn)入大裂期，開始出現(xiàn)大裂縫，裂縫大于20 cm，到收獲時(shí)生物降解地膜仍處于大裂期中期，未進(jìn)入碎裂期。

由于南方馬鈴薯產(chǎn)區(qū)冬、春季土壤溫度較低，要求生物降解地膜在出苗及結(jié)薯期具有良好的增溫保墑作用，隨著馬鈴薯齊苗田間郁閉度增加，地膜基本失去增溫作用。從增溫作用角度考慮，降解地膜有效功能期達(dá)到60 d左右即可滿足使用要求。但地膜降解過快、過早將導(dǎo)致馬鈴薯見光露青問題，在馬鈴薯塊莖成熟期地膜覆蓋時(shí)間越長(zhǎng)則越有利于產(chǎn)量的提高。本試驗(yàn)使用的生物降解地膜既能夠滿足馬鈴薯生育期增溫保墑要求，也具有較好的降解效果，為合適的馬鈴薯生物降解地膜配方。

（2）生物降解地膜的降解失重。生物降解地膜失重率是衡量其在土壤中降解程度的主要指標(biāo)。由表1可知，生物降解地膜隨著覆膜天數(shù)的增加，降解加速，重量損失也增加。蓋膜后60 d，生物降解地膜開始降解，失重率為8.28%;蓋膜后90 d，失重率為24.30%;到馬鈴薯收獲時(shí)（蓋膜后125 d），失重率達(dá)到36.26%，此時(shí)生物降解地膜基本破裂，膜面降解裂口較多。而普通地膜在整個(gè)馬鈴薯生長(zhǎng)期內(nèi)并未發(fā)生降解，基本保持完整，可以完整揭膜，由于膜上可能沾有無法完全清洗的雜物，導(dǎo)致殘膜較原始膜重，失重率為-7.74%。生物降解地膜在當(dāng)年的降解情況說明，該地膜是一種環(huán)境友好型材料，在馬鈴薯栽培覆蓋使用時(shí)具有明顯的降解效果，可以有效解決普通地膜引起的環(huán)境污染問題。

2.1.2? ? 生物降解地膜殘膜后續(xù)降解情況。由表2可知，生物降解地膜在當(dāng)季馬鈴薯收獲時(shí)顯著降解，失重率為36.26%，不回收殘膜，使殘膜在田間繼續(xù)進(jìn)行生物降解，在水稻種植前生物降解地膜殘膜量為51.570 kg/hm2，殘留率為41.17%，生物降解地膜已降解58.83%;在早稻種植期間，由于土壤水分充足，生物降解地膜殘膜降解加速，到早稻收獲后，生物降解地膜處理區(qū)的殘膜量?jī)H為15.96 kg/hm2，殘留率為11.51%，生物降解地膜已降解88.49%。處理區(qū)已少見殘膜，殘膜也基本呈現(xiàn)小碎片、分散狀態(tài)，碎片面積均已小于4 cm2，一拉即斷，對(duì)水稻生長(zhǎng)無不良影響。再種植1季晚稻，生物降解地膜處理區(qū)的殘膜量?jī)H為4.980 kg/hm2，殘留率僅為3.59%，生物降解地膜已基本全部降解。

普通地膜處理區(qū)在早稻種植前進(jìn)行簡(jiǎn)單回收，有23.23%殘膜遺留于土壤。在早稻收獲后，殘膜量為22.455 kg/hm2，殘留率為17.93%，降解較慢;在種植1季晚稻后，殘膜量仍為13.695 kg/hm2，殘留率為10.93%。普通地膜的殘膜降解速度極慢，與早稻種植前的殘膜量比較，在種植2季水稻后，普通地膜失重率僅為42.50%。雖經(jīng)簡(jiǎn)單回收，當(dāng)年普通地膜使用1年后（1季馬鈴薯、2季水稻）仍有10.93%殘留于土壤，而殘膜呈現(xiàn)碎片、分散狀態(tài)，但部分碎片面積超過4 cm2，仍有一定的拉伸強(qiáng)度。普通地膜如不進(jìn)行殘膜回收，殘膜逐年在土壤中累積，殘留量加速增加，最終導(dǎo)致作物生長(zhǎng)受阻及產(chǎn)量降低。

2.2? ? 生物降解地膜殘膜對(duì)后茬早稻生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響

由表3可知，種植在生物降解地膜處理區(qū)的早稻有效穗數(shù)、穗粒數(shù)及千粒重等經(jīng)濟(jì)性狀高于普通地膜處理區(qū)，結(jié)實(shí)率稍低于普通地膜處理區(qū)，但差異均不顯著;生物降解地膜處理區(qū)的早稻產(chǎn)量明顯高于普通地膜處理區(qū)，差異達(dá)到極顯著水平。由此說明，由于生物降解地膜在馬鈴薯收獲后能夠繼續(xù)降解，對(duì)后茬作物生長(zhǎng)及產(chǎn)量沒有影響;而普通地膜處理的土壤由于存在殘膜而影響水稻的生長(zhǎng)，水稻經(jīng)濟(jì)性狀指標(biāo)差異雖未達(dá)到顯著水平，但多個(gè)產(chǎn)量構(gòu)成因子的降低效應(yīng)影響累積，最終導(dǎo)致種植在普通地膜殘膜區(qū)的水稻產(chǎn)量顯著下降，這與鄒小陽等[1]、解紅娥等[10]人對(duì)普通地膜殘膜的研究結(jié)果一致。

3? ? 結(jié)論與討論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，生物降解地膜在馬鈴薯種植時(shí)覆蓋具有顯著的降解效果，在蓋膜后60 d，開始出現(xiàn)降解裂口，到馬鈴薯收獲時(shí)，其降解失重率為38.26%。之后生物降解地膜殘膜無回收，直接殘留于土壤，也能繼續(xù)降解，待2季水稻收獲后生物降解地膜已基本全部降解，殘留率僅為3.59%，能夠在田間自然條件下實(shí)現(xiàn)降解徹底。

在廣東冬種馬鈴薯產(chǎn)區(qū)，馬鈴薯在蓋膜后60 d基本齊苗封行，此時(shí)生物降解地膜開始降解，有利于保持土壤的透氣性，更有利于馬鈴薯產(chǎn)量的增加[11]。通過生物降解地膜的應(yīng)用，不僅能實(shí)現(xiàn)普通地膜的增溫、保水、增產(chǎn)功能，更能夠從源頭上控制農(nóng)業(yè)污染物的產(chǎn)生，從而真正解決農(nóng)田的白色污染問題。

在南方，冬種馬鈴薯收獲后一般種植2季水稻。如在冬種馬鈴薯上應(yīng)用生物降解地膜覆蓋，殘膜殘留于土壤里，能夠繼續(xù)降解，也不會(huì)影響到下茬作物早稻的生長(zhǎng)及產(chǎn)量。而普通地膜殘留于土壤里，隨著累積量的增加，導(dǎo)致作物產(chǎn)量降低。在本試驗(yàn)中，普通地膜殘膜雖有簡(jiǎn)單回收，但仍有部分殘膜殘留于土壤中，且無法實(shí)現(xiàn)有效的降解，最終影響后茬水稻產(chǎn)量的提高。

4? ? 參考文獻(xiàn)

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