山東典型薯田中氧化生物雙降解地膜殘留特點研究

韓文賀 朱昆侖 劉子語

摘要 以山東省滕州市馬鈴薯產(chǎn)區(qū)作為研究對象，對連續(xù)應用氧化生物雙降解地膜薯田地膜殘留狀況進行了分析研究。結果顯示，連續(xù)覆膜4年的薯田中氧化生物雙降解地膜殘留量為19.92 kg/hm2，殘膜片數(shù)為180.0萬片/hm2，分別較聚乙烯地膜減少51%和41%。殘留雙降解地膜主要集中在耕層中，0～10、10～20、20～30 cm土層中的殘膜數(shù)量分別占總量的58%、23%和19%，大幅減少了殘膜在耕層底部的分布比例。研究結果還顯示，氧化生物雙降解地膜殘留膜片面積明顯減少，殘膜破碎程度大幅增加，<4 cm2、4～25 cm2、>25 cm2殘膜片數(shù)分別占總量的44.0%、54.6%和1.4%。研究表明，應用氧化生物雙降解地膜有效減少了地膜殘留，有利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。

關鍵詞 氧化生物雙降解地膜;薯田;地膜殘留

中圖分類號 X712文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2019）10-0067-03

Abstract Taking the potato producing area of Tengzhou City in Shandong Province as the research object，the status of plastic film residues in potato fields with continuous application of oxobiodegradable film was analyzed and studied.The results indicated that the amount of residual oxobiodegradable plastic film in potato fields with 4 years of filmmulching were 19.92 kg per hectare and 1.8 million pieces per hectare，which were 51% and 41% lower than that of polythene film respectively.Most of residual oxobiodegradable plastic film was distributed in topsoil，and the percentage of residual film in three layer of soil （0-10 cm，10-20 cm，20-30 cm） were 58%，23% and 19% respectively.And the distribution ratio of residual film in deep soil decreased significantly.Compared to polythene film，the average area of residual oxobiodegradable plastic film decreased obviously，and the amout of residual film with different sizes were 44.0% （<4 cm2），54.6% （4-25 cm2） and 1.4% （>25 cm2） respectively.The conclusion indicates that the application of oxobiodegradable plastic films can effectively reduce the amount of residual film and promote the sustainable development of agriculture.

Key words Oxobiodegradable plastic films;Potato field;Plastic film residue

地膜具有增溫保墑、防病抗蟲和抑制雜草等功能，有利于作物生長發(fā)育，提高作物產(chǎn)量，增加農(nóng)業(yè)效益[1]。自19世紀70年代我國引進地膜以來，經(jīng)過30多年的應用和實踐，地膜覆蓋栽培技術已成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一項重要保障措施，帶動了我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的顯著提高和生產(chǎn)方式的改變[2-3]。2015年，我國地膜使用量為145萬t，地膜覆蓋面積近0.2億hm2[4]。

目前大多數(shù)地膜原料為聚乙烯類物質(zhì)，其穩(wěn)定性極高，降解過程相當緩慢，殘留在土壤中的碎片不能被土壤微生物降解，也不能被作物吸收利用[5-7]。隨著聚乙烯地膜的大量使用，殘棄地膜在耕地中的積累越來越多，不僅影響農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，而且也會對景觀環(huán)境造成污染，還威脅著牲畜的生命;同時殘膜在土壤中形成阻隔層，降低土壤透氣性，阻礙作物根系發(fā)育和對水分、養(yǎng)分的吸收，造成農(nóng)作物減產(chǎn)[8-10]。研究表明，當農(nóng)田中地膜殘留量達到58.5 kg/hm2時，可導致玉米減產(chǎn)11%～23%，小麥減產(chǎn)9%～16%，大豆減產(chǎn)5.5%～9%，蔬菜減產(chǎn)14.6%～59.2%[11]。

為解決上述問題，國內(nèi)外紛紛開展對可降解地膜的研發(fā)工作。目前的研究主要集中在全生物基降解地膜和添加劑型降解地膜2種類型。氧化生物雙降解地膜綜合利用了氧化降解和生物降解技術，通過添加雙降解助劑將傳統(tǒng)塑料轉變?yōu)榭稍谧匀画h(huán)境中降解的環(huán)境友好材料，降解產(chǎn)物是水、二氧化碳和腐殖質(zhì)[11]。研究表明，氧化生物雙降解地膜使用性能優(yōu)良、降解效果顯著，是普通聚乙烯地膜的優(yōu)良替代品[12-14]。為此，筆者對山東省馬鈴薯產(chǎn)區(qū)典型田塊中農(nóng)膜使用及其殘留現(xiàn)狀進行田間調(diào)查，分析連續(xù)多年應用氧化生物雙降解地膜對地膜殘留數(shù)量、形態(tài)和分布的影響，以期為氧化生物雙降解地膜大面積應用于作物生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 研究方法

1.1 研究地基本情況 調(diào)查點位于山東省滕州市級索鎮(zhèn)（34°N，117°3′E），季風型大陸性氣候明顯，年均日照2 383 h，年平均氣溫13.6 ℃，全年平均年降水量773.1 mm。每年種植兩季馬鈴薯，僅春季馬鈴薯采用地膜覆蓋種植，地膜規(guī)格為900 mm×0.004 mm，地膜用量為45 kg/hm2。分別選擇連續(xù)4年應用氧化生物雙降解地膜（EBP）地塊與連續(xù)4年應用聚乙烯地膜（PE）地塊取樣調(diào)查。應用氧化生物雙降解生態(tài)地膜地塊馬鈴薯收獲后直接翻耕，應用聚乙烯地膜地塊在馬鈴薯收獲時撿拾出部分殘膜，其他種植管理模式一致。

1.2 殘留地膜的收集和處理 每個調(diào)查樣地隨機取5個采樣點，樣方規(guī)格為1.0 m×1.0 m，采樣深度30 cm，按照0～10、10～20、20～30 cm 3層進行分層取樣收集殘膜。將收集的殘膜帶回實驗室，首先去除附著在殘膜上比較大的雜物，然后用超聲波清洗儀進行洗滌，洗凈后用濾紙吸干殘膜上的水分，小心展開卷曲的殘膜，防止人為導致殘膜破裂，放在干燥處自然陰干，利用萬分之一的電子天平進行稱重，多次稱量至恒重。分別以殘膜所處的土壤層次（0～10、10～20、20～30 cm）和殘膜面積（<4 cm2、4～25 cm2、>25 cm2）為標準進行數(shù)量和重量的分類統(tǒng)計[15-16]。

1.3 數(shù)據(jù)處理 采用Excel軟件對試驗數(shù)據(jù)進行處理，利用SPSS軟件進行方差分析。

2 結果與討論

2.1 殘膜重量分布 調(diào)查結果顯示，覆膜4年的馬鈴薯田塊中聚乙烯地膜和雙降解地膜殘留量分別為40.51和19.92 kg/hm2。與聚乙烯地膜相比，連續(xù)4年應用雙降解地膜薯田0～30 cm耕層中殘膜含量減少51%，差異極顯著，其中0～10 cm土層減少34%（P<0.01），10～20 cm土層減少58%（P<0.01），20～30 cm土層減少68%（P<0.01）。

2種地膜覆蓋的薯田中殘膜在土壤各層中分布較為一致，聚乙烯地膜覆蓋薯田0～10、10～20、20～30 cm土層殘膜比例為44%、26%、30%，雙降解地膜覆蓋薯田為58%、23%、19%。與聚乙烯地膜相比，雙降解地膜顯著降低了殘留地膜在耕層底部的分布比例。這主要是由于雙降解地膜在生育期結束后機械性能大幅下降，降低了由于旋翻耕等農(nóng)事操作將其帶入深層土壤中的可能性;二是雙降解地膜持續(xù)發(fā)生降解現(xiàn)象，減少了其在土壤中的累積。

2.2 殘膜數(shù)量分布 土壤中殘膜數(shù)量是影響農(nóng)田土壤質(zhì)量的一個重要因素。調(diào)查結果顯示，農(nóng)田中殘膜片數(shù)與殘膜量呈極顯著正相關。相比聚乙烯地膜，連續(xù)4年應用雙降解地膜薯田中殘膜數(shù)量減少41%，其中0～10 cm土層減少26%，10～20 cm土層減少37%，20～30 cm土層減少59%，降幅及變化趨勢與殘膜量基本一致。

2種覆膜處理殘膜數(shù)量的空間分布與殘膜量的空間分布基本一致。雙降解地膜同時顯著降低了殘膜在耕層底部的分布比例。

2.3 殘膜形態(tài)分布 由于自然環(huán)境和農(nóng)事操作的影響，土壤中殘膜呈現(xiàn)出不同的形狀和大小，該研究按照>25? cm2、4～25 cm2和<4? cm2 3個標準進行統(tǒng)計分析。調(diào)查結果顯示，薯田中聚乙烯地膜殘膜面積以4～25? cm2和>25? cm2為主，分別占總數(shù)量的70.9%和12.4%，總重量的54.8%和41.4%;雙降解地膜殘膜面積則以4～25? cm2和<4? cm2為主，分別占總數(shù)量的54.6%和44.0%，總重量75.0%和17.7%。雙降解地膜4～25? cm2和>25? cm2殘膜數(shù)量分別較聚乙烯地膜減少115.0萬和34.6萬片/hm2，殘膜破碎度增加21.8%。

結果表明，雙降解地膜顯著降低了殘留膜片的面積，殘膜破碎程度大幅增加。這主要是由于雙降解地膜殘留膜片在農(nóng)田光溫水氣熱、土壤微生物的作用下持續(xù)降解，膜片自然碎裂;另外降解導致殘留膜片機械性能大幅下降，易被農(nóng)田翻旋耕等人為因素影響而碎裂。

3 結論

（1）山東省連續(xù)覆膜4年薯田中氧化生物雙降解地膜殘留量為19.92 kg/hm2，殘膜片數(shù)為180.0萬片/hm2，分別較聚乙烯地膜減少51%和41%。

（2）氧化生物雙降解地膜殘留主要集中在耕層中，0～10 cm層中最多，約占總量的58%;10～20 cm土層次之，約占總量的23%;20～30 cm最少，只占總量的19%，相互之間差異顯著。氧化生物雙降解地膜較聚乙烯地膜大幅減少了殘膜在耕層底部的分布比例。

（3）氧化生物雙降解地膜殘留膜片以中塊膜（4～25 cm2）和小塊膜（<4? cm2）為主，大塊膜（>25? cm2）數(shù)量僅占1.4%，殘膜破碎程度大幅增加，大大降低了大塊殘膜對農(nóng)事操作的阻礙和影響。

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