全生物降解膜對南疆棉花產(chǎn)量及土壤理化性質(zhì)的影響

王斌，萬艷芳，王金鑫，孫九勝，槐國龍，崔磊

（新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與農(nóng)業(yè)節(jié)水研究所，烏魯木齊830091）

自20 世紀80年代地膜覆蓋栽培技術(shù)引入我國后，因其具有增溫、保墑、抑制雜草生長和提高作物產(chǎn)量的顯著作用而被廣泛使用[1-3]。 然而，普通聚乙烯（PE）地膜具有“結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、難自然降解”[4-5]等特性，隨著使用年限的延長，農(nóng)田難以回收干凈的殘膜對土壤生態(tài)環(huán)境造成了“白色污染”[6-7]。 因此，使用可降解地膜尤其是全生物可降解地膜是徹底解決“白色污染”的有效途徑[8]。

當(dāng)前，國內(nèi)關(guān)于降解地膜在棉花生產(chǎn)上的應(yīng)用研究，主要集中在不同類型降解地膜類型比較[2-3，9-10]、降解地膜與裸地栽培對比[9]以及簡單的降解地膜與普通地膜棉花產(chǎn)量對比等方面[11]，對PBAT（聚己二酸/ 對苯二甲酸丁二酯）型全生物降解地膜對南疆棉花栽培種植的系統(tǒng)性研究還較少。本研究以南疆喀什地區(qū)岳普湖縣為試驗區(qū)，以PBAT 型全生物降解地膜為處理，研究棉花生育期降解地膜的降解特征以及對棉花出苗率、產(chǎn)量、不同剖面層次的土壤溫濕度、鹽分、pH 和養(yǎng)分等指標的影響，旨在為南疆棉花栽培管理過程中全生物降解地膜的應(yīng)用與示范推廣提供一定的數(shù)據(jù)支撐和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗設(shè)在新疆喀什地區(qū)岳普湖縣，屬暖溫帶大陸性干旱氣候區(qū)。年均降水量52.8 mm，年均蒸發(fā)量為 2 584 mm，年均溫度 11.7 ℃，極端最高溫度41.8 ℃，極端最低溫度－23.4 ℃，無霜期 214 d，日照時間2 762 h，≥10 ℃年有效積溫4 354.0 ℃。

1.2 試驗設(shè)計

降解膜為PBAT 型全生物降解地膜 （以下簡稱“降解膜”），由新疆康潤潔環(huán)?？萍脊煞萦邢薰咎峁?，對照（CK）為普通聚乙烯（PE）地膜。膜寬140 cm、膜厚0.010 mm。 供試作物為棉花，品種為新陸中66。

試驗設(shè)2 個處理、3 次重復(fù)，隨機區(qū)組排列，共6個小區(qū)，小區(qū)面積為 0.013 hm2。 2017年 4 月 28 日播種，機械覆膜、膜下滴灌、一膜兩管四行種植。 肥料用量、種植管理同當(dāng)?shù)卮筇铮囼灥赝寥佬誀钜姳?。

表1 基礎(chǔ)土壤性狀

1.3 測定項目與方法

1.3.1地膜降解程度測定。棉花生育期內(nèi)用數(shù)碼相機每月定點采集地膜照片，按照文獻[12]對照片進行處理分析，最終得到地膜破損率（降解率）。

1.3.2測產(chǎn)。棉花吐絮期測定單位面積棉花株數(shù)、鈴數(shù)及鈴重，其中鈴重在棉株下、中、上部位分別采收50 個完全吐絮棉鈴測得，按公式“產(chǎn)量＝密度×每株鈴數(shù)×鈴重”計算籽棉產(chǎn)量。

1.3.3土壤溫濕度測定。土壤溫度和濕度采用土壤溫度水分記錄儀（產(chǎn)自上海發(fā)泰精密儀器儀表有限公司），測定位置為小區(qū)棉花中間行的膜下5 cm、15 cm 和 25 cm 土層，測定時間為 2017年 5 月 28日至9 月27 日，儀器設(shè)置為每2 h 記錄1 次數(shù)據(jù)、連續(xù)測定。

1.3.4土壤理化性質(zhì)測定。在棉花播種前（3 月22日）、生長期（8 月 17 日）和收獲期（10 月 22 日），以“S”形取樣法取 0～20 cm 和 20～40 cm 土層土樣，每個處理重復(fù)3 次，測定土壤pH 和總鹽、有機質(zhì)、速效氮、速效磷、速效鉀含量，依次采用pH 計法、烘干質(zhì)量法、重鉻酸鉀外加熱法、堿解擴散法、鉬銻抗比色法和火焰光度計法測定[13]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用 MS Excel 2016、SPSS 21.0 和 Origin 8.0軟件進行數(shù)據(jù)分析和作圖，數(shù)據(jù)間比較采用獨立樣本t檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 降解膜降解特征

降解膜在覆膜40 d 左右開始出現(xiàn)裂紋，70 d左右出現(xiàn)2.0～2.5 cm 裂紋，130 d 左右裂紋達到10 cm 以上、地膜變薄變脆；而對照僅在收獲前因機械收獲等影響，部分膜面出現(xiàn)破損。 棉花整個生育期，降解膜處理的破損率呈增大趨勢，其中5—8月增幅較小（破損率在0.03%～3.30%），到9 月破損率陡然增大，達到28.73%（圖1）。

圖1 棉花生長期降解膜破損率變化

2.2 對出苗率的影響

由表2 可知，與CK 相比，降解膜處理的棉花出苗率顯著降低（P＜0.05）。

表2 棉花出苗率比較

2.3 對土壤溫度的影響

從不同土層看，膜下 5 cm、15 cm、25 cm 以及0～30 cm 土層降解膜和CK 處理的平均土壤溫度隨棉花生育進程逐漸減小（圖2）。 由于降解膜降解率隨棉花生育進程逐漸增大（圖1），因此，其保溫作用逐漸減弱，與CK 對不同土壤深度的保溫作用差異逐漸拉大（圖2）。 從圖3 垂直剖面上的平均土壤溫度可以得出，膜下5 cm 和15 cm 處的降解膜處理平均土壤溫度顯著小于CK，而25 cm 處的降解膜處理平均土壤溫度與CK 差異不顯著，表明隨土壤深度增大，2 個處理土壤溫度趨于一致。

2.4 對土壤水分的影響

圖2 各處理棉花生育期膜下不同土層溫度變化

圖3 各處理棉花全生育期（5—9 月）膜下不同土層平均溫度差異

從圖4 棉花整個生育期看，膜下5 cm、15 cm、25 cm 及0～30 cm 土層降解膜處理與CK 的土壤含水率均隨棉花生育進程逐漸增大，整體趨勢上表現(xiàn)出降解膜處理土壤含水率小于CK（圖4）。 從圖5棉花生育期膜下不同土層平均土壤含水率數(shù)值差異來看，膜下5 cm、15 cm 與25 cm 均為CK＞降解膜，其中，15 cm 和25 cm 土層達到差異顯著水平。

2.5 對土壤養(yǎng)分的影響

由表3 可以得出，在棉花整個生育期內(nèi)，0～20和20～40 cm 土層降解膜處理與CK 的土壤總鹽、土壤養(yǎng)分（速效氮、磷、鉀）含量和pH 基本無顯著差異（P＞0.05）。 表明降解膜處理與普通PE 地膜處理相比，對棉花整個生育期土壤鹽分、養(yǎng)分、pH 等無顯著影響。

圖4 各處理棉花生育期膜下不同土層土壤含水率變化

圖5 各處理棉花5－9 月膜下不同土層平均土壤含水率差異

2.6 對棉花產(chǎn)量的影響

從表4 可以看出，降解膜處理棉花產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成性狀，除了單株鈴數(shù)外均略小于CK，但處理間差異均未達到顯著水平，表明降解膜處理與CK相比對棉花產(chǎn)量無顯著影響。

3 討論

降解地膜的誘導(dǎo)期與降解程度主要取決于其材料組成，前人很多研究工作均是針對降解膜類型、降解性能及其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用展開的[14-16]。降解地膜合適的降解速率、誘導(dǎo)期以及與作物生育期的匹配性是判斷其產(chǎn)品質(zhì)量的重要標準。董道瑞等[17]在北疆棉花試驗田應(yīng)用不同降解地膜后得出，4 個不同省份廠家提供的降解地膜在23～94 d 內(nèi)不同程度進入誘導(dǎo)期，隨后迅速開裂；其中，3 個處理降解地膜開裂過早，緊貼滴灌帶的地膜最先出現(xiàn)小裂紋或孔洞，縱向裂開后地膜卷在覆土帶邊，播種行間基本無膜覆蓋[17]。 韓冬梅等[18]發(fā)現(xiàn)，北疆棉花播種后降解地膜最快的在第60 天開始出現(xiàn)裂紋，第100 天有25%地膜出現(xiàn)細小裂紋，第160 天出現(xiàn)均勻網(wǎng)狀裂紋，無大塊地膜存在。本研究中，降解膜在覆膜40 d 左右開始出現(xiàn)裂紋，70 d 左右出現(xiàn) 2.0～2.5 cm 裂紋，130 d 左右裂紋達到 10 cm 以上，地膜變薄變脆、逐漸降解。雖然不同類型降解地膜的降解速率、誘導(dǎo)期各不相同，但其降解原理與歷程基本相似。

表3 膜下土層土壤養(yǎng)分變化

表4 不同處理對棉花產(chǎn)量的影響

與裸地栽培相比，降解地膜因能明顯提高作物生育期耕層土壤水熱條件，所以其在保溫保墑等方面的效能與普通聚乙烯（PE）地膜相近[8，19-20]。 申麗霞等[15]發(fā)現(xiàn)，降解地膜比普通地膜土壤溫度高。王斌等[8，21-23]認為，降解地膜和普通PE 地膜在土壤保墑、保溫、增產(chǎn)等方面效果一致。而本試驗結(jié)論得出，南疆棉花在吐絮期前，降解膜降解較慢；進入吐絮期后由于棉田整體郁閉度降低等原因，降解膜降解速率陡然增大，致使棉花生育期降解膜處理的土壤溫濕度顯著小于CK。張宇等[23]認為，降解地膜較普通PE 地膜作物產(chǎn)量高。 而本研究結(jié)論為降解膜處理產(chǎn)量雖略低于CK，但兩者之間無顯著差異。

4 結(jié)論

（1） 在南疆棉花生產(chǎn)中，PBAT 型全生物降解地膜破損率隨棉花生育進程逐漸增大，具體表現(xiàn)為在收獲期之前較小，之后顯著增大；棉花出苗率顯著小于CK。

（2） 降解膜處理與 CK 膜下 5 cm、15 cm 和25 cm，棉花生育期的土壤溫度與含水率變化趨勢基本一致；垂直剖面上，棉花生育期降解膜的平均土壤溫度和土壤含水率均小于CK，其中，降解膜處理在膜下5 cm 和15 cm 平均土壤溫度顯著低于CK，在膜下15 cm 和25 cm 平均土壤含水率顯著低于CK。

（3）棉花生育期內(nèi)，0～20 cm 和 20～40 cm 土層，降解膜和CK 處理間的土壤養(yǎng)分（速效氮、磷、鉀）、鹽分含量和pH 基本無顯著差異。 表明降解膜與CK 相比對棉花生育期土壤養(yǎng)分、鹽分、pH 無顯著影響。

（4）與CK 比較，降解膜處理對棉花產(chǎn)量無顯著影響。