地膜殘留對新疆滴灌玉米生產(chǎn)力和土壤質(zhì)量的影響分析

關(guān)鈺 王艷霞 劉明輝

摘 要 隨著膜下滴灌技術(shù)在新疆綠洲農(nóng)田的廣泛應用，殘留在土壤中的地膜引起了越來越多的關(guān)注。為了揭示不同大小地膜殘片對滴灌玉米生產(chǎn)力和土壤質(zhì)量的影響，2015—2016年在滴灌條件下開展了大田試驗，種前將1 680 kg·hm-2的殘膜混入土壤。試驗共設(shè)置3個殘片面積水平：面積小于5 cm2（F1），10～20 cm2（F2）和20～60 cm2（F3）。另設(shè)不加殘膜的處理作為對照（CK）。結(jié)果表明，加殘膜處理的玉米產(chǎn)量、地上生物量、N肥偏生產(chǎn)力和P肥偏生產(chǎn)力分別為6 738～6 952 kg·hm-2、15 162～16 618 kg·hm-2、49～55 kg·kg-1和164～184 kg·kg-1;0～20 cm土壤含水量、容重、有機質(zhì)含量以及>0.25 mm水穩(wěn)性團聚體百分比分別為9.3%～10.4%、1.34～1.36 g·cm-3、12.58～13.61 g·kg-1、58.8%～60.6%，各指標與對照之間均無顯著性差異。除了F3處理，F(xiàn)1和F2處理的玉米產(chǎn)量、地上生物量、土壤大團聚體和有機質(zhì)含量與對照持平或略高，最大增幅分別為5.9%、4.3%、6.7%和3.0%。因此，面積小于20 cm2的地膜殘片短時間內(nèi)對滴灌農(nóng)田玉米生產(chǎn)力和土壤質(zhì)量不會構(gòu)成顯著負面影響。

關(guān)鍵詞 地膜殘留;玉米產(chǎn)量;土壤容重;水穩(wěn)性團聚體;土壤有機質(zhì)

中圖分類號：S513;X71 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.32.091

新疆地處我國西北干旱區(qū)，水資源短缺，蒸發(fā)量大，晝夜溫差大，地膜能提高地溫，保持土壤水分，提高單產(chǎn)，在綠洲農(nóng)業(yè)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)中發(fā)揮著不可替代的作用，同時也對提高農(nóng)民收入并且保證糧食安全具有重要意義[1]。我國使用的農(nóng)用地膜主要是線性低密度聚乙烯（LLDPE），性質(zhì)穩(wěn)定，不易降解，厚度在0.008 mm左右，易老化破碎，大部分地區(qū)回收率不足80%[2]。隨著地膜覆蓋栽培年限的延長，土壤中的殘膜量也逐步增加，新疆目前已成為我國最大的地膜殘留區(qū)，總殘留量超過5.0×105 t[3]。大量研究表明，地膜殘留會對農(nóng)業(yè)環(huán)境造成一定的危害，比如土壤質(zhì)量惡化、作物產(chǎn)量下降、環(huán)境污染等[4-6]。然而，也有一些研究卻得出了不同的結(jié)論。齊小娟等[7]的調(diào)查和模擬試驗結(jié)果均顯示地膜殘留對作物生長無明顯影響。Meulen 等[8]發(fā)現(xiàn)有地膜殘留的棄耕地植被生長更加茂盛，土壤有機質(zhì)、大團聚體和土壤水分入滲性能都顯著高于無地膜殘留的地塊。蔣麗萍等[9]指出當?shù)啬埩袅康陀?60 kg·hm-2時，西紅柿株高、莖粗、葉數(shù)、植株干重受到的影響都不大。劉建國等[10]發(fā)現(xiàn)殘膜碎片對棉花產(chǎn)量未造成影響。

覆膜栽培模式巨大的增產(chǎn)效應使其在現(xiàn)階段和今后一個時期內(nèi)仍不可替代[11]。盡管殘膜回收機具和可降解地膜的研究取得了一定的進展，但由于技術(shù)不成熟及經(jīng)濟投入較大，難以進行大范圍推廣應用，地膜殘留問題短時間內(nèi)仍然難以完全解決，每年至少還有20%的地膜殘留在土壤中。這些地膜殘留在土壤中對農(nóng)作物的生長和土壤質(zhì)量是否有危害，其危害性又有多大，對此眾說紛紜。因此需要重新思考：地膜殘留對土壤質(zhì)量和土地生產(chǎn)力的影響到底是消極的還是積極的;影響程度如何;應該如何正確對待地膜殘留問題。仔細分析現(xiàn)有文獻就會發(fā)現(xiàn)，大部分將地膜殘留作為土壤污染物并發(fā)現(xiàn)其危害土壤性質(zhì)和作物生產(chǎn)的文獻都沒有考慮殘膜碎片大小的問題，有的還專門選擇碎片較大的殘膜進行控制試驗研究。而實際殘留在田間的地膜80%以上都是面積小于25 cm2的碎片[12]。本試驗基于對過去地膜殘留正反兩方面效應文獻進行分析，提出了面積較小的殘留地膜不構(gòu)成污染危害的科學假說，進一步在新疆綠洲滴灌農(nóng)田上開展模擬試驗，研究不同大小地膜殘片對玉米產(chǎn)量和土壤質(zhì)量的影響，旨在合理評價地膜殘留污染問題，為保障干旱半干旱地區(qū)糧食安全和生態(tài)安全提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

大田試驗于2015—2016年在石河子大學農(nóng)學院試驗站進行，試驗站所在區(qū)域位于新疆石河子市（86°03?E，45°19?N），海拔為444 m，具有豐富的熱量資源，年平均日照時長為2 526～2 874 h，年平均溫度為6.6 ℃，≥0 ℃的積溫為3 900～4 100 ℃，無霜期為160 d，年平均降雨量為150 mm。供試土壤為灌耕灰漠土（Calcaric Fluvisals，US Taxonomy），質(zhì)地為壤土，含砂礫40%，粉粒37%，黏粒23%，pH7.81，有機質(zhì)16.6 g·kg-1，有效氮75.2 mg·kg-1，速效磷16.7 mg·kg-1，速效鉀139.8 mg·kg-1。該地區(qū)主要種植作物為棉花、小麥、玉米以及番茄，一年一熟。玉米一般在4月中下旬播種，早期低溫以及有效積溫缺乏是影響玉米生產(chǎn)的主要因素。

1.2 試驗設(shè)計

殘膜面積大小設(shè)3個梯度，分別為<5 cm2，10～20 cm2，20～60 cm2，依次記為F1、F2、F3，殘膜使用量選取現(xiàn)有文獻中最高的量——1 680 kg·hm-2[13]，另設(shè)一個不加殘膜的對照，記為CK。收集田間使用過的厚度為0.000 8 mm的廢舊地膜，洗凈晾干后剪碎，然后均勻翻入農(nóng)田0～20 cm土層（其原來殘留的殘膜已經(jīng)人工揀出，可認為其中殘膜密度為0）。由于大量地膜殘留是有環(huán)境風險的，本試驗各小區(qū)面積定為10 m2，每個梯度重復3次，試驗地共120 m2，各小區(qū)以田埂分隔并設(shè)保護行。采用覆膜滴灌種植玉米，膜寬145 mm，一膜兩管四行，每個小區(qū)2膜，株距10 cm，每667 m2的密度為7 500株。供試玉米品種為當?shù)仄毡榉N植的SC-704（Zea mays，SC-704 cv.）。該試驗在同一個試驗點連續(xù)進行2年，2015年4月30日破膜播種，9月18日收獲;2016年4月25日破膜播種，9月15日收獲。生育期灌水量為5 250 m3·hm-2，共灌水9次。施入氮肥為尿素（N≥46%），磷肥為磷酸二銨（N≥12%，P2O5≥48%），整個生育期施用純N量為300 kg·hm-2，P2O5量為135 kg·hm-2，所有肥料均在播種前均勻撒入土壤，其余管理為大田常規(guī)管理。

大于0.25 mm水穩(wěn)性團聚體含量常被作為判斷土壤結(jié)構(gòu)好壞的依據(jù)[24]。本研究中大于0.25 mm水穩(wěn)性團聚體百分比除了F3處理略有下降，F(xiàn)1和F2都略高于對照，說明土壤結(jié)構(gòu)未遭到破壞。而尉海東等[22]報道隨殘膜量的增加，0～20 cm土壤團聚體呈下降趨勢，但該試驗沒有介紹地膜殘片大小，也沒有進行方差分析。

Meulen等[8]的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)有地膜殘留的棄耕地植被生長更加茂盛，土壤有機質(zhì)和大團聚體都顯著高于無地膜殘留的地塊，最大增幅可達40%。解紅娥等[23]發(fā)現(xiàn)地膜殘留對土壤大量元素、微量元素和有機質(zhì)含量均無顯著影響。本研究得出了類似結(jié)果，地膜殘留對0～20 cm土壤有機質(zhì)無顯著影響，F(xiàn)1和F2處理持平或略高于對照，F(xiàn)3處理略低于對照。面積較小的地膜殘片可以把水分和養(yǎng)分聚集在作物根系周圍，一定程度上能夠促進玉米生長，使土壤有機質(zhì)含量略有上升。劉海[17]、張丹等[25]、董合干等[3]的研究發(fā)現(xiàn)，隨著殘膜強度增加土壤有機質(zhì)顯著降低，原因可能是試驗選取的地膜殘片面積較大，分別為50～300 cm2、25～100 cm2和25～200 cm2，會影響玉米根系的生長，降低了根系生物量，導致向土壤輸入的有機質(zhì)下降。

3 結(jié)語

農(nóng)田中面積小于60 cm2的殘膜碎片在短時間內(nèi)對滴灌玉米生長和土壤質(zhì)量均無顯著影響。其中，面積小于20 cm2的殘膜處理各指標基本與無殘膜對照持平，甚至略高于對照，而大于20 cm2的殘膜處理略低于對照。因此，在生產(chǎn)實際中應該重點回收面積較大的地膜殘片，對于實在難以回收的小面積殘膜碎片給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來的影響應該正確看待、合理評估。

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