7種黑色全生物降解地膜性能測(cè)試及對(duì)旱地馬鈴薯的影響

馬明生 郭賢仕 柳燕蘭 王磊

摘要：基于旱地馬鈴薯綠色覆蓋栽培需求，引進(jìn)7種黑色全生物降解地膜，研究其抑蒸效果、田間降解特性及覆蓋栽培對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，供試7種黑色全生物降解地膜抑蒸效果顯著低于對(duì)照PE黑膜，140 d內(nèi)抑蒸率較對(duì)照PE黑膜低41.73%，黑色全生物降解地膜DX1抑蒸效果最佳，達(dá)到61.32%。供試的7種黑色全生物降解地膜田間埋設(shè)180 d的降解率為4.77%～28.79%，平均為13.18%，黑色全生物降解地膜DX10降解率最高，達(dá)到28.79%;田間起壟覆蓋174 d后，供試黑色全生物降解地膜膜面均出現(xiàn)了不同程度破裂，其中黑色全生物降解地膜DX2的破裂程度最嚴(yán)重，黑色全生物降解地膜DX4、DX7、DX10膜面完整性較好。供試的7種黑色全生物降解地膜覆蓋平均較對(duì)照PE黑膜覆蓋減產(chǎn)3.18%，WUE較對(duì)照PE黑膜覆蓋降低了6.69%。綜合考慮認(rèn)為，黑色全生物降解地膜DX1、DX7綜合表現(xiàn)優(yōu)良，可在定西市旱地馬鈴薯全膜（黑膜）覆蓋大壟雙行栽培中進(jìn)行生產(chǎn)試驗(yàn)推廣。

關(guān)鍵詞：馬鈴薯;旱地;黑色全生物降解地膜;抑蒸率;降解率;產(chǎn)量;水分利用效率

中圖分類號(hào)：S532? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B? ? ?文章編號(hào)：1001-1463（2019）05-0047-06

Abstract：Based on the requirement of green mulching cultivation technology of potato in dryland，seven kinds of black biodegradable plastic films were introduced to study their anti-evaporate effect， field degradation characteristics and the effect of Mulching Cultivation on potato yield. The results showed that the effect of anti-evaporate effect of biodegradable film was significantly lower than that of PE black film， within 140 days， the anti evaporation rate was 41.73% lower than that of PE black film， and DX1 had the best effect on inhibiting evaporation， reached 61.32%. After 180 days of field burial， the degradation rate was 4.77%～28.79%， with an average of 13.18%， and DX10 was the highest， reached 28.79%. And after 174 days of ridging and mulching in the field， the film surface appeared different degrees of rupture， DX2 rupture degree was the most serious， the film surface integrity of DX4， DX7， and DX10 was better. The yield of biodegradable film mulching decreased by 3.18% and WUE by 6.69% on average compared with PE black film mulching. It is considered that the black biodegradable plastic film DX1 and DX7 have excellent comprehensive performance， which can be popularized in production experiment of potato whole film （black film） mulching in large ridge and double row cultivation in dryland of Dingxi City.

Key words：Potato;Dryhand;Black biodegradable plastic film;Steam inhibition rate;Degradable performance;Yield; Water use efficiency

地膜覆蓋技術(shù)在干旱區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)的發(fā)展中貢獻(xiàn)巨大[1 ]，旱地馬鈴薯全膜（黑色）覆蓋大壟雙行栽培技術(shù)作為旱作區(qū)馬鈴薯高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)，為區(qū)域馬鈴薯生產(chǎn)發(fā)揮著重要作用。黑色地膜覆蓋能夠提高馬鈴薯生育前期地溫，降低生育后期溫度，保持墑情，穩(wěn)定土壤水分，且能抑制雜草，減少青頭薯，可實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)30%以上[2 - 3 ]，得到了大面積推廣應(yīng)用。但是，目前使用的黑色地膜一般為聚乙烯地膜，分子量大、性能穩(wěn)定、難降解、難回收，長(zhǎng)期使用該類型地膜覆蓋會(huì)帶來嚴(yán)重的殘膜污染問題，影響地膜覆蓋栽培技術(shù)的健康持續(xù)發(fā)展[4 - 6 ]。而全生物降解地膜的開發(fā)應(yīng)用為解決殘膜污染問題提供了新的途徑[1， 7 ]，它是以PBAT（聚己二酸對(duì)苯二甲酸丁二醇酯）、PLA（聚乳酸）、PBS（聚丁二酸丁二醇酯）等聚酯類物質(zhì)為原料制成的地膜，在一段時(shí)間內(nèi)可通過微生物作用完全降解為二氧化碳和水，能做到完全降解及無污染物殘留[8 - 9 ]。我們引進(jìn)7種黑色全生物降解地膜，通過研究其抑蒸效果、田間降解特性及其覆蓋栽培對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量的影響，篩選綜合性狀表現(xiàn)優(yōu)良的產(chǎn)品，以期為旱地馬鈴薯綠色覆蓋栽培技術(shù)的發(fā)展提供技術(shù)支撐。

1? ?材料與方法

1.1? ?試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2018年在位于定西市安定區(qū)團(tuán)結(jié)鎮(zhèn)唐家堡村的甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院定西旱作農(nóng)業(yè)試驗(yàn)站（農(nóng)業(yè)部西北黃土高原地區(qū)作物栽培科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站）進(jìn)行。定西市是甘肅省最大的馬鈴薯生產(chǎn)基地，也是全國(guó)重要的馬鈴薯良種繁育基地和馬鈴薯生產(chǎn)加工基地。區(qū)內(nèi)海拔1 970 m，年均氣溫6.2 ℃，≥10 ℃積溫2 075.1 ℃，無霜期140 d，屬中溫帶半干旱氣候。年均降水量為415 mm，6 —9月降水量占年降水的65%，年際變率35%。試驗(yàn)區(qū)土壤為黃綿土，0～30 cm土層平均容重1.25 g/cm3，永久凋萎系數(shù)為7.2%。馬鈴薯生育期多年平均降水量320 mm，2018年馬鈴薯生育期降水量408 mm，屬豐水年。

1.2? ?供試材料

供試的7種黑色全生物降解地膜分別來自山東農(nóng)業(yè)大學(xué)、南京立漢化學(xué)有限公司、杭州鑫富科技有限公司，以蘭州金土地塑料制品有限公司生產(chǎn)的PE黑膜為對(duì)照（見表1）。馬鈴薯指示品種為隴薯10號(hào)。

1.3? ?試驗(yàn)設(shè)計(jì)與操做

設(shè)室內(nèi)抑蒸試驗(yàn)、田間埋設(shè)試驗(yàn)及覆蓋栽培試驗(yàn)3部分，具體設(shè)計(jì)如下。

1.3.1? ?抑蒸試驗(yàn)? ? 選用2 000 mL玻璃燒杯，杯內(nèi)注水1 000 mL，將預(yù)先裁剪好、規(guī)格為20 cm×20 cm的供試地膜置于杯口，用橡皮筋扎緊封口。各處理均3次重復(fù)，共計(jì)24杯。試驗(yàn)自2018年6月10日開始，10月28日結(jié)束。

1.3.2? ?田間埋設(shè)試驗(yàn)? ? 將供試黑色全生物降解地膜和PE黑膜（CK）裁剪為50 cm×50 cm的膜片，每種地膜各裁剪6片。在田間挖取長(zhǎng)×寬×深為80 cm×80 cm×20 cm的埋設(shè)坑，將裁剪好的地膜片平鋪于坑內(nèi)，膜上鋪孔徑0.5cm的塑料網(wǎng)，然后用土將埋設(shè)坑填平，每個(gè)坑內(nèi)埋設(shè)1片，共計(jì)48片。于2018年4月25日埋設(shè)。

1.3.3? ? 覆蓋栽培試驗(yàn)? ? ?采用完全隨機(jī)設(shè)計(jì)，共設(shè)8個(gè)處理，3次重復(fù)，小區(qū)面積51 m2（3 m×17 m）。采用全膜覆蓋大壟雙行種植方式，壟寬100 cm、高15 cm，行距50 cm，株距38 cm，密度52 500株/hm2。播前一次性基施N 150 kg/hm2、P2O5 90 kg/hm2、K2O 90 kg/hm2。2018年4月21日覆膜播種，10月11日收獲。

1.4? ?測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.4.1? ? 抑蒸率? ? 從6月10日開始，每隔20 d測(cè)定1次供試黑色全生物降解地膜和PE黑膜（CK）處理的燒杯與水重量，計(jì)算杯內(nèi)水分蒸發(fā)損失量和抑蒸率。

抑蒸率=[（當(dāng)前杯水重-杯重）/（原始杯水重-杯重）]×100%

1.4.2? ? 埋設(shè)降解率? ? 從4月25日試驗(yàn)開始后，每隔30 d挖取1次埋設(shè)的供試黑色全生物降解地膜和PE黑膜（CK），共挖取6次，用超聲波清洗機(jī)清洗干凈，烘干后稱重。

降解率=[（地膜原始重量-地膜當(dāng)前重量）/地膜原始重量]×100%

1.4.3? ? 覆蓋表膜降解情況? ? 田間起壟覆膜后，每天目測(cè)地膜顏色、形態(tài)及表面完整性，判斷表膜降解情況。

1）誘導(dǎo)階段。鋪膜后到地膜出現(xiàn)小裂縫的時(shí)間。2）破裂階段。目測(cè)清楚看到大裂縫的時(shí)間。3）崩解階段。地膜已經(jīng)裂解成大碎塊，無完整的膜面，出現(xiàn)膜崩裂的時(shí)間。4）碎片階段。地面無大塊殘膜存在，基本為小碎片地膜的時(shí)間階段。5）完全降解階段。碎片在地面基本消失，僅有不到10%的小碎片。

1.4.4? ? 塊莖產(chǎn)量? ? 各小區(qū)實(shí)收計(jì)產(chǎn)，然后換算成單位面積產(chǎn)量。

1.4.5? ? 耗水量（ET）及水分利用效率（WUE）

馬鈴薯播前和收獲時(shí)分別用土鉆法測(cè)定每個(gè)小區(qū)2 m土層（每20 cm為1個(gè)層次）的土壤含水率，轉(zhuǎn)化為以mm為單位的播前和收獲時(shí)的土壤貯水量。馬鈴薯生育期降水量通過自動(dòng)氣象站獲得。利用土壤水分平衡方程計(jì)算每個(gè)小區(qū)的作物耗水量（ET）。

ET= 播前2 m土壤貯水量（mm）-收獲時(shí)2 m土壤貯水量（mm） +生育期降水量（mm）

WUE=塊莖產(chǎn)量（kg/hm2）/耗水量（mm）。

1.5? ?數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010和DPSv7.05統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并用Tukey法進(jìn)行多重比較。

2? ?結(jié)果與分析

2.1? ?不同降解地膜抑蒸效果

室內(nèi)抑蒸試驗(yàn)結(jié)果（表2）表明，各測(cè)定時(shí)期7種黑色全生物降解地膜與對(duì)照PE黑膜的抑蒸率差異顯著，且對(duì)照PE黑膜抑蒸率顯著高于降解地膜。隨著時(shí)間推移，水分蒸發(fā)損失量越來越大，供試7種黑色全生物降解地膜和PE黑膜（CK）的抑蒸效果均有所下降，至10月28日（封口蒸發(fā)140 d），7種黑色全生物降解地膜的抑蒸率平均為57.73%，PE黑膜（CK）的抑蒸率為99.07%。從6月30日至10月28日，7種黑色全生物降解地膜抑蒸率平均下降了37.01%，而PE黑膜（CK）的抑蒸率僅下降了0.91%。7種黑色全生物降解地膜間抑蒸率同樣差異顯著，封口蒸發(fā)140 d后以黑色全生物降解地膜DX1抑蒸率最高，為61.32%;黑色全生物降解地膜DX5抑蒸率最低，為49.60%。

2.2? 不同降解地膜田間埋設(shè)降解率

從田間埋設(shè)試驗(yàn)結(jié)果（表3）來看，7種供試黑色全生物降解地膜從4月25日埋設(shè)至10月21日，均出現(xiàn)了不同程度的降解現(xiàn)象。埋設(shè)180 d后，7種黑色全生物降解地膜平均降解率為13.18%，其中黑色全生物降解地膜DX10的平均降解率最高，為28.79%;黑色全生物降解地膜DX1平均降解率最低，為4.77%。對(duì)照PE黑膜在該期間未發(fā)現(xiàn)降解。

另外，雖然供試的7種黑色全生物降解地膜產(chǎn)品均未出現(xiàn)完全降解，但在埋設(shè)180 d后各黑色全生物降解地膜的膜面出現(xiàn)明顯的鼠噬狀及纖維化現(xiàn)象，機(jī)械韌性明顯降低，已不會(huì)影響下茬作物播種和出苗。供試的7種黑色全生物降解地膜的降解率相對(duì)較低與研究區(qū)域試驗(yàn)?zāi)攴萁邓亢屯寥罍囟扔嘘P(guān)：試驗(yàn)期間當(dāng)?shù)亟邓繛?22.6 mm，屬豐水年份，平均氣溫15.18 ℃，可能影響到其降解速率，其中溫度可能是關(guān)鍵因素。

2.3? ?不同降解地膜田間表膜降解情況

觀察結(jié)果（表4）表明，從起壟覆膜到馬鈴薯收獲（覆膜后174 d），普通PE黑膜（CK）膜面完好，沒有發(fā)生降解現(xiàn)象，7種供試的黑色全生物降解地膜均發(fā)生了不同程度的降解，機(jī)械韌性明顯降低，手撕即破，但在馬鈴薯收獲時(shí)均未達(dá)到碎片階段，即沒有完全降解。其中黑色全生物降解地膜DX4、DX7、DX10僅達(dá)到破裂階段，其余處于崩解階段。

7種供試黑色全生物降解地膜的誘導(dǎo)階段和破裂階段出現(xiàn)時(shí)間分別平均為埋設(shè)后89 d和107 d，其中，黑色全生物降解地膜DX7誘導(dǎo)階段出現(xiàn)時(shí)間最早，為84 d，但其破裂階段持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，至馬鈴薯成熟期未出現(xiàn)明顯的崩解現(xiàn)象;黑色全生物降解地膜DX2達(dá)到誘導(dǎo)階段、破裂階段和崩解階段的整體時(shí)間均較早，分別為埋設(shè)后85、98、125 d。

2.4? ?不同降解地膜覆蓋栽培對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量和水分利用效率的影響

2.4.1? ? 馬鈴薯產(chǎn)量? ? 從試驗(yàn)結(jié)果（表5）可以看出，供試7種黑色全生物降解地膜產(chǎn)品應(yīng)用在旱地馬鈴薯覆膜栽培中，與常規(guī)PE黑膜相比較，表現(xiàn)出不同的產(chǎn)量增減效應(yīng)，平均較對(duì)照PE黑膜減產(chǎn)3.18%。黑色全生物降解地膜DX1和DX7分別較對(duì)照增產(chǎn)0.67%、1.14%;其余供試黑色全生物降解地膜均較對(duì)照減產(chǎn)，減幅為0.52%～12.73%;以黑色全生物降解地膜DX2減產(chǎn)幅度最大，較對(duì)照PE黑膜減產(chǎn)12.73%。對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量進(jìn)行方差分析表明，不同覆蓋材料下塊莖產(chǎn)量差異顯著（P < 0.05），黑色全生物降解地膜DX1、DX4、DX5、DX6、DX7與PE黑膜（CK）差異不顯著，但顯著高于黑色全生物降解地膜DX2和DX10。

2.4.2? ? 水分利用效率? ? 從表5還可以看出，供試的7種黑色全生物降解地膜覆蓋平均耗水量481 mm，平均較對(duì)照PE黑膜覆蓋多耗水18 mm，耗水量均高于對(duì)照PE黑膜覆蓋。這主要是由于7種黑色全生物降解地膜抑蒸效果相對(duì)較差，增加了田間蒸散耗水量，故導(dǎo)致總耗水量大于對(duì)照PE黑膜覆蓋，該結(jié)果與抑蒸試驗(yàn)結(jié)果基本吻合。其中，以黑色全生物降解地膜DX2耗水量最大，為488 mm，較對(duì)照PE黑膜多耗水25 mm。水分利用效率反映旱作區(qū)作物產(chǎn)量與生育期間水分消耗之間的關(guān)系。本研究中，馬鈴薯水分利用效率變化趨勢(shì)與產(chǎn)量的變化基本一致，對(duì)照PE黑膜較7種黑色全生物降解地膜平均高7.17%，較最低的黑色全生物降解地膜DX2高20.77%，但僅較黑色全生物降解地膜DX1和DX7高1.26%和1.43%。

3? ?小結(jié)與討論

目前，可降解地膜主要有光降解地膜、全生物降解地膜和光—生物雙降解地膜。有研究表明，全生物降解地膜應(yīng)用于旱地玉米覆蓋栽培可減少田間殘膜污染，在提高地溫、促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育、提高玉米產(chǎn)量和水分利用效率方面與普通聚乙烯地膜無顯著差異[10 - 11 ]。本研究引進(jìn)的7種黑色全生物降解地膜在抑蒸效果與產(chǎn)量效應(yīng)等方面整體不及PE黑膜，其中140 d內(nèi)的抑蒸率較對(duì)照PE黑膜低41.73%，馬鈴薯產(chǎn)量平均較對(duì)照PE黑膜覆蓋減產(chǎn)3.18%，WUE較對(duì)照PE黑膜降低了6.69%。

7種黑色全生物降解地膜在抑蒸效果、田間降解性能、產(chǎn)量效應(yīng)等方面差異顯著。140 d內(nèi)抑蒸率平均為57.73%。黑色全生物降解地膜DX1表現(xiàn)最優(yōu)，達(dá)到61.32%;黑色全生物降解地膜DX5最低，為49.60%。降解地膜土壤填埋180 d后總體降解率較低，平均降解率僅為13.18%，其中黑色全生物降解地膜DX10最高，為28.79%;黑色全生物降解地膜DX1最低，為4.77%，且地面覆蓋174 d后表膜均未出現(xiàn)完全降解現(xiàn)象，大部分僅達(dá)到崩解階段。王淑英等[12 ]的研究表明，在水熱條件較好的情況下，全生物降解地膜填埋80～90 d降解率可達(dá)到85%～95%，本研究區(qū)地積溫相對(duì)較低可能是降解率較低的關(guān)鍵因素。另外，不同降解地膜因生產(chǎn)原料配比及制備工藝的差異，降解速率不同。在產(chǎn)量效應(yīng)方面，7種黑色全生物整體較對(duì)照PE黑膜減產(chǎn)，但黑色全生物降解地膜DX1和DX7分別較PE黑膜增產(chǎn)0.67%、1.14%，這可能與降解后期的裂解有助于馬鈴薯塊莖的膨大，以及利于降水從裂口處進(jìn)入壟內(nèi)改善土壤水分條件有關(guān)。從田間應(yīng)用效果來看，馬鈴薯產(chǎn)量效應(yīng)是抑蒸率、土壤填埋降解率、覆蓋表膜降解率等指標(biāo)綜合作用的結(jié)果，某個(gè)單一指標(biāo)并不能決定最終的作物產(chǎn)量，如黑色全生物降解地膜DX1抑蒸率表現(xiàn)最優(yōu)，但其表膜破裂、崩解階段到來時(shí)間均相對(duì)較早，卻同樣獲得了較高的產(chǎn)量。

全生物降解地膜的降解效果及產(chǎn)量效應(yīng)受溫度、光照、水分、土壤生物狀況等環(huán)境條件的綜合影響，而且還與產(chǎn)品本身的原料配比及制備工藝有關(guān)。從本研究結(jié)果來看，黑色全生物降解地膜DX1、DX7綜合表現(xiàn)較好，可應(yīng)用于旱地馬鈴薯全膜（黑膜）覆蓋大壟雙行栽培中。關(guān)于水、熱、土壤生物互作效應(yīng)與全生物降解地膜綜合性能之間的關(guān)系將有待更深入的研究，以期為不同生態(tài)區(qū)域推薦功能與壽命可控全生物降解地膜，實(shí)現(xiàn)區(qū)域生態(tài)特點(diǎn)與降解地膜產(chǎn)品性能的匹配。

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（本文責(zé)編：鄭立龍）

收稿日期：2019 - 03 - 25

基金項(xiàng)目：國(guó)家科技支撐計(jì)劃子課題（2015BAD22B01-05）;甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新專項(xiàng)（2017GAAS27）;甘肅省農(nóng)業(yè)生物技術(shù)研究與應(yīng)用開發(fā)項(xiàng)目（GNSW-2016-14）;國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2016YFB0302402）資助。

作者簡(jiǎn)介：馬明生（1983 — ），男，甘肅蘭州人，助理研究員，主要從事作物抗旱栽培與生理生態(tài)方面的研究工作。聯(lián)系電話：（0）13919394116。Email：mamingsh@163.com。