地膜降解特征對(duì)土壤水熱效應(yīng)和玉米產(chǎn)量的影響

唐文雪，馬忠明

（1.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與節(jié)水農(nóng)業(yè)研究所，蘭州 730070；2．甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，蘭州 730070）

地膜覆蓋技術(shù)使我國(guó)玉米每年增產(chǎn)100億～150億kg，貢獻(xiàn)了相當(dāng)于全國(guó)玉米總產(chǎn)量的5%～8%[1-2]。河西綠洲灌區(qū)是我國(guó)最大的雜交玉米制種基地，占全國(guó)制種面積的53%，制種量的60%[3]，該區(qū)玉米制種業(yè)的持續(xù)發(fā)展對(duì)我國(guó)玉米產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到至關(guān)重要的作用。受水資源缺乏和積溫不足的影響，玉米生產(chǎn)中普遍采用地膜覆蓋栽培技術(shù)，呈現(xiàn)覆蓋面積大、覆蓋年限長(zhǎng)、使用強(qiáng)度大、污染嚴(yán)重的特點(diǎn)[4-5]，大量的地膜殘留給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及農(nóng)田生態(tài)環(huán)境帶來(lái)了嚴(yán)重的負(fù)面影響[6-7]。為此，地膜覆蓋技術(shù)合理利用和新型環(huán)境友好型降解地膜產(chǎn)品研制成為我國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的新需求[1，8-10]。目前，降解地膜一般可分為光降解地膜、生物降解地膜、光/生物降解地膜三種類型[2]。近年來(lái)，我國(guó)降解地膜的研究和應(yīng)用取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。降解膜在新疆、河北、內(nèi)蒙古、山西等地的棉花、玉米等作物上的研究表明，可降解地膜覆蓋能明顯改善土壤耕作層的水熱狀況，促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育，其作用與普通地膜相當(dāng)[10-13]。但由于區(qū)域氣候條件、作物種類、覆蓋方式等不同，其覆蓋后的降解特性以及作物產(chǎn)量的增減不一[8，14-16]，這給降解膜的研究推廣工作帶來(lái)了很大難度。河西綠洲灌區(qū)降解膜應(yīng)用研究很少，李強(qiáng)等[17]和何增國(guó)等[18]研究?jī)H局限在降解膜對(duì)土壤溫度、水分及玉米產(chǎn)量的影響方面，缺乏對(duì)降解膜降解性能、降解穩(wěn)定性、適應(yīng)性評(píng)價(jià)等方面的研究。本研究在河西灌區(qū)開(kāi)展為期2年的田間試驗(yàn)，研究評(píng)價(jià)降解性能的穩(wěn)定性及其對(duì)土壤水熱效應(yīng)和玉米產(chǎn)量的影響，以期為可降解地膜在河西灌區(qū)應(yīng)用推廣提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2015年4月至2017年3月在甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院張掖節(jié)水農(nóng)業(yè)試驗(yàn)站進(jìn)行。試驗(yàn)站位于甘肅省河西走廊中部，土壤質(zhì)地為沙質(zhì)壤土，0～20 cm耕層土壤養(yǎng)分平均含量：有機(jī)質(zhì)12.49 g·kg-1，全氮0.87 g·kg-1，速效磷 13.72 mg·kg-1，速效鉀 223.7 mg·kg-1，容重 1.39 g·cm-3，pH值 8.58。平均年蒸發(fā)量 2075 mm，年降水量不足130 mm，干旱指數(shù)達(dá)15.96，屬于典型的無(wú)灌溉就無(wú)農(nóng)業(yè)的干旱灌溉地區(qū)，具有西北綠洲灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)的典型特征。

1.2 試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì)

水資源缺乏和春季積溫不足是玉米生產(chǎn)的限制因子。研究表明河西灌區(qū)在6月中下旬后，由于玉米田間郁閉度增大，地膜基本失去增溫效應(yīng)[19]。為此，降解膜穩(wěn)定期要達(dá)到60 d以上，并且具有較好的保墑效果及降解性能才能滿足生產(chǎn)及生態(tài)要求。本試驗(yàn)選用的3種降解膜顏色均為乳白色。其中降解保水地膜由白山市喜豐塑業(yè)有限公司生產(chǎn)，為光氧化降解膜，由95%的聚乙稀加5%的光助劑和熱助劑制成。膜幅寬120 cm，厚度0.008 mm，穩(wěn)定天數(shù)約60～90 d；可降解地膜BASF1和BASF2由德國(guó)巴斯夫股份公司青島分公司生產(chǎn)，為全生物降解地膜，主要成分為PBAT（己二酸丁二醇酯和對(duì)苯二甲酸丁二醇酯的共聚物）。BASF1幅寬140 cm，厚度0.012 mm，穩(wěn)定天數(shù)約90 d；BASF2幅寬 140 cm，厚度 0.010 mm，穩(wěn)定天數(shù)約80 d；普通地膜由山東濟(jì)寧市唐口新華塑料制品廠生產(chǎn)，成分主要為聚乙稀，膜寬140 cm，厚度0.008 mm。供試玉米品種為豫玉22號(hào)，是本地主栽品種。

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，小區(qū)面積為6.5 m×7.2 m，3次重復(fù)。試驗(yàn)設(shè)5個(gè)處理，分別為露地對(duì)照（CK1）、普通地膜（CK2）、可降解保水地膜（降 A）、BASF2（降 B）、BASF1（降 C）。

各處理不施有機(jī)肥，施N 300 kg·hm-2，P2O5225 kg·hm-2。氮素用量的40%和全部磷肥作基肥。在玉米大喇叭口及吐絲期各施30%的氮素作追肥。氮肥為尿素（46.4%N），磷肥為重過(guò)磷酸鈣（44%P2O5）。生育期灌水量3600 m3·hm-2。全生育期灌水4次，分別于拔節(jié)期、大喇叭口期、吐絲期和灌漿中期灌水，每次灌水量占灌溉定額的比例為20%、30%、30%、20%。采用水表計(jì)量灌溉。

玉米采用全地面地膜覆蓋栽培，寬窄行模式種植。帶幅120 cm，寬行80 cm，窄行40 cm，株距24 cm，播深2.0～2.5 cm。播種密度67 500株·hm-2。玉米播種前一周覆膜。4月下旬播種，10月上旬收獲。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目和方法

1.3.1 不同地膜的降解性能測(cè)定

通過(guò)目測(cè)法和計(jì)算地膜質(zhì)量損失法對(duì)田間覆蓋試驗(yàn)降解膜降解性能、降解強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)價(jià)。

田間覆蓋試驗(yàn)的目測(cè)評(píng)價(jià)法[12]：通過(guò)定期的人為肉眼觀測(cè)，記錄地膜顏色、形態(tài)以及表面完整性的變化情況。地面暴露部分的降解過(guò)程分為5個(gè)階段。具體評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示：

表1 降解膜田間降解觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 The standard of degradable mulch in the field

地膜質(zhì)量損失法：覆膜前分別量取10 m長(zhǎng)降解地膜、普通地膜稱出質(zhì)量，每種膜稱量3次，然后求其平均數(shù)；玉米覆膜后 30、60、90、120、150、170 d 在每個(gè)小區(qū)第2、5帶隨機(jī)選取3個(gè)1 m長(zhǎng)覆膜段，收集地膜，洗凈、晾干、稱質(zhì)量（1/10 000高精度電子天平測(cè)量），計(jì)算地膜質(zhì)量損失率[20]。

地膜質(zhì)量損失率（%）=（覆蓋前膜質(zhì)量-覆蓋后膜質(zhì)量）/覆蓋前膜質(zhì)量×100。

1.3.2 土壤溫度測(cè)定

用WQG-16曲管地溫計(jì)（北京普特儀表成套廠）人工測(cè)定。將曲管地溫計(jì)在各處理內(nèi)分3個(gè)層次（5、10、15 cm）埋設(shè)。從玉米播種至拔節(jié)后期每隔1 d在8：00、14：00 和 18：00 測(cè)定土壤溫度。苗期和拔節(jié)期1 d 測(cè)定 3 次的基礎(chǔ)上，在 6：00、10：00、12：00、16：00和20：00各加測(cè)5次。

1.3.3 土壤水分測(cè)定

采用烘干法對(duì)不同處理的土壤水分進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定時(shí)間為玉米播種前1 d及拔節(jié)期、大喇叭口期、吐絲期、灌漿中期和收獲后，共6次。每小區(qū)分別在寬行和窄行中間各測(cè)定1個(gè)點(diǎn)，測(cè)定層次為0～20、20～40、40～60、60～80、80～100、100～120 cm 6 個(gè)層次，取 2 個(gè)點(diǎn)相同土層平均值為該處理相應(yīng)土層的土壤含水量值，并根據(jù)各土層土壤含水量計(jì)算0～120 cm土層貯水量（W）。

式中：W為0～120 cm土壤水分總貯量，mm；wi為土壤質(zhì)量含水量，%；ri為每層土壤容重，g·cm-3,每 20 cm采用不同容重；hi為分層厚度，為20 cm。

1.3.4 作物田間耗水量及水分利用效率的計(jì)算

本文采用農(nóng)田水分平衡法計(jì)算作物田間實(shí)際蒸散量，由于試驗(yàn)小區(qū)平整、地水位深、土層深厚且土壤質(zhì)地均一，在試驗(yàn)區(qū)很少產(chǎn)生深層滲漏和地下水補(bǔ)給。因此，作物田間耗水量（ET）的農(nóng)田水分平衡方程為：

式中：ET 為階段耗水量，mm；P 為降雨量，mm；I為灌溉水量，mm；ΔW為計(jì)算時(shí)段內(nèi)土壤貯水變化量，mm。

水分利用效率（WUE）的計(jì)算：

WUE（kg·hm-2·mm-1）=玉米產(chǎn)量（kg·hm-2）/耗水量（mm）

1.3.5 產(chǎn)量的測(cè)算

作物成熟后，各試驗(yàn)小區(qū)取中間2帶進(jìn)行測(cè)產(chǎn)，并折合成公頃產(chǎn)量。

1.3.6 數(shù)據(jù)處理與分析

用SPSS軟件對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 降解膜降解性能

2.1.1 降解膜的田間降解情況評(píng)價(jià)

本試驗(yàn)中供試的降解膜田間降解表現(xiàn)如表2所示。2016年3種降解膜誘導(dǎo)期、破裂期、崩裂期均比2015年提前2~3 d，碎裂期、完全降解期又推后幾天，這可能與5月15日嚴(yán)重霜害凍傷幼苗，使玉米生育時(shí)期推遲、田間郁閉度變化有關(guān)。從2年結(jié)果看，3種降解膜田間降解有差異，但變化不大，降解性能比較穩(wěn)定，年際間具有可重復(fù)性。從玉米生育進(jìn)程看，在覆膜30 d（苗期）左右，3種降解膜都很穩(wěn)定，膜面光滑完整；覆膜60 d（大喇叭口期）左右，3種膜均變薄且彈性降低，膜面有小裂紋出現(xiàn)，膜面完整，具有良好的增溫保墑作用；覆膜90 d（吐絲期）左右，3種膜繼續(xù)變薄變脆，彈性進(jìn)一步降低，裂紋變長(zhǎng)；覆膜120 d（灌漿期）左右，膜面均無(wú)彈性，降A(chǔ)裂縫增長(zhǎng)，膜面尚完整，降B和降C膜面裂縫加長(zhǎng)增多，裂解成大碎塊，保墑效果變差。覆膜150 d（成熟期）左右，降A(chǔ)膜面破損較嚴(yán)重，降B 20%完全降解，部分緊附地面，一觸即破，部分完全碎裂，無(wú)法撿拾。降C 30%完全降解，部分緊附地面，60%碎裂成小碎塊，無(wú)法撿拾。由于河西地區(qū)降雨量少，蒸發(fā)量大，早春土壤溫度較低，要求降解膜有良好的增溫保墑效果，6月中下旬后，隨著玉米田間郁閉度增加，地膜基本失去增溫作用。僅從增溫角度考慮，降解膜有效功能期達(dá)到60 d即可滿足要求。但從保墑的角度考慮，在玉米整個(gè)生育期覆蓋時(shí)間越長(zhǎng)則保墑效果越好。本試驗(yàn)降A(chǔ)膜完全滿足玉米生育期增溫保墑作用，降B和降C基本能滿足要求，若進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)其降解速度的控制，延長(zhǎng)其有效功能期，則效果會(huì)更好。

表2 不同類型降解膜降解階段記錄（覆膜后天數(shù)d）Table 2 The degradation stages of different kinds of degradable film（d）

2.1.2 降解膜的降解強(qiáng)度

田間試驗(yàn)中生物降解膜質(zhì)量損失率的變化是用來(lái)衡量其在土壤中降解程度的主要指標(biāo)。在適宜的溫度和濕度條件下，土壤微生物可對(duì)生物降解膜進(jìn)行攻擊，加快其降解的過(guò)程，但由于降解膜成分和結(jié)構(gòu)的不同，其在土壤中的降解速率各異。從圖1田間試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，2015年3種降解膜都發(fā)生了不同程度的降解。其中降B和降C降解最快，降A(chǔ)降解速度最低。3種降解膜在灌漿前隨著覆蓋時(shí)間的增加，地膜質(zhì)量損失率均平緩增加，覆蓋120 d時(shí)，降B質(zhì)量損失率最高，為27.1%，其次為降C，為22.1%，降A(chǔ)最低，僅為6.6%。普通地膜雖有輕微破損，但沒(méi)有發(fā)生明顯降解損失現(xiàn)象，顏色和拉伸強(qiáng)度幾乎沒(méi)有變化。覆膜120 d后，降B和降C降解速度加快，質(zhì)量損失率急劇增大。在覆膜170 d時(shí)，降B、降C損失率高達(dá)84.6%、94.0%，降A(chǔ)損失率為12.6%，普通地膜僅為6.2%。覆膜360 d時(shí)，降B和降C已完全降解，但降A(chǔ)地面還有大量碎塊存在。2016年3種降解膜降解強(qiáng)度大小與變化趨勢(shì)與2015年相似，只是在覆膜120 d前3種降解膜降解強(qiáng)度稍大，但覆膜120 d后降解強(qiáng)度稍低，這與目測(cè)法測(cè)得田間降解情況一致。

圖1 不同降解膜質(zhì)量損失率變化Figure 1 Dynamics of weight loss ratio of degradable film

2.2 降解膜對(duì)土壤水分的影響

2.2.1 玉米土壤耗水量變化

土壤耗水量是衡量土壤水分收支平衡的重要指標(biāo)。圖2為玉米生育期0～120 cm土壤耗水量的動(dòng)態(tài)變化，從中可以看出，降解膜具有明顯的保墑效果，覆蓋降解膜使玉米各生育期土壤耗水量顯著低于CK1。隨玉米生育進(jìn)程推進(jìn)，降解膜保水效果變差，并且各降解膜降解速度不一樣，導(dǎo)致不同降解膜覆蓋下土壤耗水量不一致。在降A(chǔ)、降B、降C三種降解膜中，降A(chǔ)保墑效果最好，其次為降B和降C。降A(chǔ)在玉米拔節(jié)期、大喇叭口期、抽雄期、灌漿中期、成熟期土壤耗水量顯著低于 CK1，平均降低 26.3、12.2、7.4、6.8、4.7 mm，隨玉米生育進(jìn)程推進(jìn)，耗水量降幅呈減小趨勢(shì)。降A(chǔ)在玉米灌漿中期前耗水量低于CK2，在玉米成熟期，由于地膜破損度增加，耗水量比CK2增加4.2 mm。降B和降C也具有較好的保墑效果，在玉米各生育期耗水量均低于CK1，在灌漿中期前與CK2差異不顯著，但隨降解膜破損度增加耗水量呈增大趨勢(shì)，收獲期耗水量顯著高于CK2。以上結(jié)果表明，降解膜膜面的完整性對(duì)于保墑效果具有決定作用，膜面越完整，保墑效果越好。土壤耗水量整體表現(xiàn)為降A(chǔ)

2.2.2 土壤含水率的垂直變化

圖3為苗期和收獲期不同處理0～120 cm土層土壤水分的變化。在苗期，0～20 cm土層不同處理土壤水分差異顯著（P＜0.05），降A(chǔ)土壤含水率較CK1、CK2提高34.6%、8.6%；降B、降C土壤含水率分別較CK1提高 14.5%和 21.8%，比 CK2降低 7.6%和1.8%。20～80 cm土層，隨土層加深，各處理含水率均呈緩慢下降趨勢(shì)，3種降解膜之間的差異性逐漸變小。80 cm土層以下，各處理含水率趨于穩(wěn)定。說(shuō)明不同地膜覆蓋對(duì)土壤表層含水率影響比較大，而對(duì)深層土壤水分的影響較小。在玉米收獲期，降解膜雖已變薄、脆化、碎裂，但此時(shí)降解膜仍有一定的保墑作用。在0～20 cm，各處理間含水率差異較小，降A(chǔ)含水率僅比CK1、CK2高2.3%、1.3%，降B和降C含水率相近，與CK1、CK2差異不明顯；在20～40 cm土層中，各處理間含水率差異達(dá)到最大。降A(chǔ)、降B和降C比CK1分別提高4.9%、2.9%、2.4%；與CK2相比，降A(chǔ)含水率僅降低0.7%，降B和降C降幅分別為2.7%、3.2%。之后隨土層加深，各處理含水率差異呈先減小后增大趨勢(shì)。說(shuō)明收獲期不同地膜覆蓋對(duì)深層土壤水分的影響較大。3種降解地膜的穩(wěn)定期在80 d左右，可保證玉米吐絲前需水要求，在生育中后期，降B和降C膜破損雖嚴(yán)重，但仍有保墑作用，可基本保證玉米灌漿期對(duì)土壤水分的需要。

圖2 不同處理0～120 cm土壤耗水量的變化Figure 2 The dynamic changes of soil water consumption of different treatments in 0~120 cm soil layer

圖3 不同處理土壤含水量的垂直變化Figure 3 The vertical changes of soil water content of different treatments in 0~120 cm soil layer

2.3 降解膜對(duì)土壤溫度的影響

2.3.1 土壤溫度的動(dòng)態(tài)變化

土壤溫度在玉米前期生長(zhǎng)中的作用十分重要。從圖4降解膜土壤溫度變化看，在玉米播種至6月上旬拔節(jié)期降解膜具有顯著的增溫效果。降A(chǔ)、降B、降C日均溫兩年均值比CK1高5.4、4.4、4.5℃，比CK2降低0.5、1.5、1.4℃。6月上旬玉米進(jìn)入拔節(jié)期后，隨生育進(jìn)程的推進(jìn)，田間郁閉度逐漸增大，地膜的增溫效應(yīng)弱化，降解膜與CK2及CK1的溫差變小，到6月中旬后，降解膜與CK2和CK1溫度趨于一致，覆蓋地膜已基本失去保溫作用。

2.3.2 土壤溫度的日變化

土壤溫度的日變化是1 d內(nèi)土壤熱狀況的直接反應(yīng)。從圖5看出，0～15 cm土層土壤溫度日變化以“S”型的形式由表層向深層土壤傳遞，以5 cm土層的溫度變化最為明顯，并隨著土層的加深變化幅度逐漸減緩。2015年在5、10、15 cm土層最高溫度分別出現(xiàn)在 14：00、16：00、18：00，土層每加深 5 cm 各處理土壤溫波位相依次推移2 h。在玉米苗期，各處理日溫差大，均達(dá)到12℃以上。并且降A(chǔ)日均溫度比CK1高5.6℃，比CK2僅低0.4℃。降B、降C日均溫度比CK1高4.2、4.1℃，但比CK2低1.8、1.9℃。玉米拔節(jié)期，由于田間郁閉度增大，土壤溫度的波動(dòng)受太陽(yáng)輻射的影響變小，各處理日溫差僅為3.0℃左右。降A(chǔ)、降 B、降C日均溫度僅比 CK1高 0.9、0.5、0.7℃，比CK2降低-0.4、0.4、0.1℃。由此說(shuō)明，覆蓋降解地膜具有明顯的增溫、保溫作用，降A(chǔ)增溫效果和CK2相近，降B、降C稍低于CK2。隨生育時(shí)期推進(jìn)，增溫效果減弱。

2.4 降解膜對(duì)玉米產(chǎn)量及水分利用效率的影響

2.4.1 對(duì)玉米產(chǎn)量及相關(guān)因子的影響

2015年、2016年玉米播種密度為67500株·hm-2，2年中玉米出苗整齊，各處理保苗數(shù)接近，相互間差異不顯著。另從表3可知，2年玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子均表現(xiàn)為3種降解膜與CK2差異不顯著，但顯著高于CK1。2015年降A(chǔ)、降B、降C產(chǎn)量因子與CK1相比，穗長(zhǎng)增加3.6%～9.4%、穗直徑增加10.2%～12.0%、穗行數(shù)多7.5%～11.6%、行粒數(shù)多8.3%～12.1%、百粒重提高14.4%～21.7%。降A(chǔ)、降B、降C產(chǎn)量分別比CK1增加47.0%、37.9%、39.8%，與CK2相比，降A(chǔ)產(chǎn)量增幅為2.5%，降B、降C產(chǎn)量?jī)H比CK2降低3.9%和2.5%。從產(chǎn)量結(jié)果看，由于極端凍害天氣對(duì)玉米生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生的影響，2016年玉米產(chǎn)量顯著低于2015年，但2年間各處理對(duì)玉米產(chǎn)量的影響趨勢(shì)一致。

2.4.2 對(duì)玉米水分利用效率的影響

由表4可知，2015年降A(chǔ)、降B、降C水分利用效率分別為 23.0、20.7、20.6 kg·hm-2·mm-1，比 CK1 顯著增加60.5%、44.7%和43.8%，但與CK2差異不顯著。2016年不同降解膜覆蓋下玉米水分利用效率變化趨勢(shì)與2015年相似。由此說(shuō)明，降解膜通過(guò)減少水分蒸發(fā)、降低生育期耗水量、提高地溫，促進(jìn)了玉米生長(zhǎng)發(fā)育，最終顯著提高了玉米水分利用效率。

圖4 不同處理土壤溫度變化Figure 4 The dynamic changes of soil temperature under different treatments

圖5 不同處理土壤溫度日變化Figure 5 Daily changes of soil temperature under different treatments

3 討論

3.1 降解膜的增溫保墑性能

地膜的應(yīng)用極大改善了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，尤其是在增溫保墑方面。研究結(jié)果顯示，地膜覆蓋是水資源缺乏、積溫不足地區(qū)增加玉米產(chǎn)量和高效利用水資源的一項(xiàng)有效措施[21-22]，增溫保墑性能是降解膜能否應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐的重要指標(biāo)[23]。趙彩霞等[20]在新疆石河子研究提出棉花生育前期由于降解膜膜面完整，保溫效果與普通地膜相比差異不大。蘭印超等[24]玉米試驗(yàn)結(jié)果表明可降解地膜和普通地膜的溫度變化沒(méi)有明顯差異，但高于露地栽培的溫度，且溫差較明顯；在試驗(yàn)后期，可降解地膜和普通地膜的溫度開(kāi)始逐漸接近于露地栽培的溫度。王淑英等[23]在甘肅旱區(qū)研究結(jié)果顯示生物降解膜保墑性能達(dá)普通地膜的90.4%～95.4%。本研究提出覆蓋生物降解地膜具有明顯的增溫作用，在玉米播種至拔節(jié)期，0～15 cm土層，降A(chǔ)、降B、降C土壤溫度僅比普通膜低0.5～1.5℃，6月中旬玉米進(jìn)入拔節(jié)后期，降解膜和普通地膜的增溫效應(yīng)弱化。降A(chǔ)膜灌漿中期前保墑效果優(yōu)于普通膜，降B和降C的耗水量在玉米播種至灌漿中期與普通膜差異不大，之后顯著高于普通膜。本研究提出的降解膜的增溫保墑結(jié)果與以上前人的研究結(jié)果基本一致。只是在玉米灌漿中期前降A(chǔ)保墑效果優(yōu)于普通膜，這和趙彩霞等[20]研究提出的“降解膜保墑效果明顯低于普通膜，平均低3～5個(gè)百分點(diǎn)”有差異，這可能與降A(chǔ)膜配方中含有保水材料及優(yōu)化的生產(chǎn)工藝有關(guān)。另外玉米生育后期降解膜增溫效應(yīng)降低至消失是由玉米田間郁閉度逐漸增大引起的，這與劉群等[11]研究提出的“在玉米拔節(jié)期后由于生物降解地膜的破損，保溫效果越來(lái)越弱”，與趙彩霞等[20]提出的“5月下旬隨降解膜破裂棉花膜內(nèi)溫度迅速下降”的結(jié)論有一定出入，這可能與作物種類、田間郁閉度大小等有關(guān)。

表3 不同處理下玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子Table 3 Yield and relevant factors of maize under different treatments

表4 不同處理下玉米水分利用效率Table 4 Water use efficiency of maize under different treatments

3.2 降解膜的降解性能

可降解地膜的降解強(qiáng)度、降解速度因原材料組成、地膜厚度、氣候條件等的差異而表現(xiàn)不同。何文清等[12]研究結(jié)果表明在河北試驗(yàn)點(diǎn)，廣東上九公司提供的淀粉基全生物降解地膜A和B誘導(dǎo)期僅為20 d左右，覆蓋后30 d即出現(xiàn)嚴(yán)重的裂縫，至覆膜后60 d，膜A和膜B已完全降解為大的碎片，完全喪失了增溫保墑的功能，而新疆石河子由于氣候干燥，氣溫相對(duì)較低，降解地膜的誘導(dǎo)期階段長(zhǎng)于河北試驗(yàn)點(diǎn)，延長(zhǎng)了其增溫保墑的功效期。趙愛(ài)琴等[10]研究結(jié)果表明，南京環(huán)綠降解塑料公司提供的生物降解膜覆蓋20 d（作物苗期）時(shí)邊緣首先出現(xiàn)2～3 cm的小洞，之后在雨水沖打下沿著小洞向周圍破裂；覆膜33 d時(shí)，地膜已經(jīng)裂成塊狀，韌性減小。之后地膜在雨水作用下粘于土面，逐漸變薄，到作物收獲時(shí)畦面地膜全部降解。本研究提出A、B、C三種降解膜穩(wěn)定期均比較長(zhǎng)，在作物生育前期、中期地膜雖變薄變脆，但破裂度小，增溫保墑效果較好，對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量影響較小。在灌漿后期降解迅速，覆膜150 d時(shí)降B、降C膜失重率高達(dá)52.2%、56.0%。在覆膜180 d左右已達(dá)到完全降解，對(duì)下茬作物的起壟播種不會(huì)有任何影響。3種降解膜中，降A(chǔ)增溫保墑效果最好，但降解速度慢，降解效果差，覆膜170 d時(shí)地膜失重率僅為12.3%，在第二年玉米播前土壤還有大量殘留地膜，覆膜360 d內(nèi)存在降解不完全問(wèn)題。本研究還發(fā)現(xiàn)，一種降解膜在相同區(qū)域相同栽培模式、管理措施等條件下，不同年份田間降解情況有一定差異，這與年度氣象條件差異有關(guān)[15-16]，但是否與2016年5月中旬極端凍害天氣對(duì)玉米產(chǎn)生凍害，進(jìn)而影響作物生育進(jìn)程、影響田間郁閉度有關(guān)，還需進(jìn)一步研究。

3.3 降解膜的增產(chǎn)效果

曹玲等[25]研究提出玉米生育期內(nèi)≥10℃的活動(dòng)積溫與產(chǎn)量關(guān)系最為密切，是影響河西走廊綠洲灌區(qū)玉米產(chǎn)量的關(guān)鍵氣象因子，玉米產(chǎn)量隨≥10℃積溫的增加而提高。董平國(guó)等[26]在河西灌區(qū)研究提出制種玉米各生育階段對(duì)缺水的敏感程度由大到小依次為灌漿期、拔節(jié)期、苗期、乳熟期、抽雄期。說(shuō)明玉米灌漿期土壤水分對(duì)玉米生長(zhǎng)發(fā)育影響最大。本試驗(yàn)3種降解膜具有良好的增溫保墑效果。降解膜A保墑效果最好，在玉米整個(gè)生育期土壤貯水量均高于普通膜，并且在播種至拔節(jié)期土壤溫度僅比普通膜降低0.5℃。降解膜B、C也具有良好的增溫保墑效果，在灌漿中期前與普通膜保墑效果差異不大，在播種至拔節(jié)期土壤溫度僅比普通膜降低1.5、1.4℃。本研究提出降解膜A、B、C比露地對(duì)照顯著增產(chǎn)42.2%、37.1%、38.3%，與普通膜相比，降解膜A增產(chǎn)0.6%，降解膜B和C僅減產(chǎn)3.0%和2.2%。3種降解膜產(chǎn)量與各自增溫保墑效應(yīng)一致，并與申麗霞等[13]研究提出“可降解地膜產(chǎn)量比露地栽培產(chǎn)量增加35.1%，和普通地膜間差異不顯著”，與張杰等[27]研究提出的“普通地膜和生物降解膜處理的玉米產(chǎn)量比不覆膜對(duì)照分別提高20.0%和19.7%”的結(jié)論是一致的。

4 結(jié)論

河西綠洲灌區(qū)降A(chǔ)膜雖然增溫保墑效果好、產(chǎn)量高，但在覆蓋360 d內(nèi)不能完全降解，并且其破碎度增大，造成殘膜撿拾困難。降B、降C膜具有完全降解性，并且降解性能穩(wěn)定，與普通地膜對(duì)土壤保溫、保墑的效果及對(duì)玉米產(chǎn)量的影響方面沒(méi)有明顯差異。從環(huán)境安全、糧食安全方面考慮，降B、降C膜替代普通地膜應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有可行性。同時(shí)建議生產(chǎn)廠家加強(qiáng)對(duì)B、C降解膜降解速度的控制，延長(zhǎng)其有效功能期。

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