可降解地膜農(nóng)田適用性評(píng)價(jià)

張相松 王獻(xiàn)杰 房曉燕 居學(xué)海

摘要?[目的]評(píng)價(jià)可降解地膜的農(nóng)田適用性，為防治地膜污染尋求有效途徑。[方法]選擇山東主要覆膜作物春花生作為供試作物，通過(guò)設(shè)置覆膜栽培試驗(yàn)、暴曬試驗(yàn)和填埋試驗(yàn)，系統(tǒng)評(píng)價(jià)不同類型可降解地膜的農(nóng)田適用性。[結(jié)果]參試的4種全生物降解地膜和2種氧化生物雙降解地膜均能滿足農(nóng)機(jī)作業(yè)要求;以聚乙烯為主要原料的普通地膜和氧化生物雙降解地膜的增溫、保墑、抑草、增產(chǎn)效果優(yōu)于全生物降解地膜，降解性能劣于全生物降解地膜。[結(jié)論]可降解地膜基本具備了聚乙烯地膜的功能和較好的降解性能，是防治地膜污染的一個(gè)有效途徑。

關(guān)鍵詞?可降解地膜;春花生;農(nóng)田適用性

中圖分類號(hào)?S316文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼?A

文章編號(hào)?0517-6611（2019）22-0079-04

Abstract?[Objective]The research aimed to evaluate the applicability of degradable mulching film in farmland and and seek effective ways to prevent and control mulch pollution.[Method]Spring peanuts， which were mainly cultivated with mulching plastic films in Shandong， were selected as test crops.The applicability of different types of degradable mulching films was systematically evaluated by setting up mulching cultivation test， exposure test and landfill test.[Results]Four fullbiodegradable films and the two oxidized biodegradable films could meet the requirements of agricultural machinery operation; considering effects of increasing temperature， preserving soil moisture， enhancing weedsuppression ability and promoting productivity ，common films， which were produced from the main raw material polyethylene， and oxidized biodegradable films are better than fullbiodegradable films， while their degradation performance was inferior.[Conclusion]The degradable mulching film basically has the function of polyethylene film and good degradation performance， and is an effective way to prevent and control the film pollution.

Key words?Degradable mulch;Spring peanut;Farmland applicability

地膜覆蓋技術(shù)已成為我國(guó)農(nóng)業(yè)應(yīng)用最為廣泛的農(nóng)藝技術(shù)之一，但同時(shí)地膜殘留污染也成為影響農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重大問(wèn)題[1]。據(jù)中國(guó)產(chǎn)業(yè)調(diào)研網(wǎng)發(fā)布的《2016年中國(guó)可降解地膜市場(chǎng)調(diào)查研究與發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)報(bào)告》顯示，從近期來(lái)看，治理地膜白色污染需要回收和降解雙管齊下;從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，低成本、功能與作物需求同步的降解地膜是發(fā)展方向[2]。該研究選擇山東主要覆膜作物春花生作為供試作物，通過(guò)設(shè)置覆膜栽培試驗(yàn)、暴曬試驗(yàn)和填埋試驗(yàn)，系統(tǒng)研究不同類型可降解地膜的增溫、保墑、機(jī)械、降解等性能及對(duì)春花生生長(zhǎng)發(fā)育的影響，客觀評(píng)價(jià)其農(nóng)田適用性及推廣的可行性，為減少“白色污染”尋求有效途徑。

1?材料與方法

1.1?試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)地點(diǎn)位于山東省臨沂市沂南縣。該區(qū)域?qū)倥瘻貛О霛駶?rùn)季風(fēng)區(qū)氣候，年降水量多在800 mm左右，年平均氣溫12.8 ～14.0 ℃，年平均日照時(shí)數(shù)2 475.5 h。土壤類型為砂壤土，土壤肥力較好。

試驗(yàn)設(shè)置覆膜栽培試驗(yàn)、暴曬試驗(yàn)和填埋試驗(yàn)。具體試驗(yàn)處理內(nèi)容見(jiàn)表1。每種類型地膜為一個(gè)處理（小區(qū)面積72 m2），同時(shí)設(shè)普通地膜（CK1）和裸地（CK2）2個(gè)對(duì)照，每個(gè)處理重復(fù)3次，隨機(jī)排列。起壟種植，壟寬0.8 m，單行穴播，株距25 cm，每穴5粒，供試花生品種為海花一號(hào);暴曬試驗(yàn)，膜下不種植作物，確保地膜完全暴露在陽(yáng)光下;填埋試驗(yàn)，地膜埋藏深度為10 cm，分填埋90、180、365 d 3個(gè)觀察期。

所有處理2017年4月30日播種并機(jī)械覆膜，覆膜后定期觀察記錄地膜降解情況，同時(shí)記錄花生生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程，9月10日收獲測(cè)產(chǎn)，9月15日調(diào)查地膜殘留情況。

1.2?測(cè)定方法

1.2.1?地膜降解進(jìn)度觀測(cè)。采用目測(cè)法，從覆膜開(kāi)始，定期觀察記錄地膜顏色、形態(tài)以及表面完整情況的變化情況，并拍照。

降解階段劃分：誘導(dǎo)期指壟面地膜出現(xiàn)多處（每1 m長(zhǎng)地膜出現(xiàn)3處及以上）≤2 cm自然孔縫的時(shí)間;開(kāi)裂期指壟面地膜出現(xiàn)>2 cm、<20 cm自然孔縫的時(shí)間;大裂期指壟面地膜出現(xiàn)≥20 cm自然孔縫的時(shí)間;碎裂期指壟（畦）面地膜出現(xiàn)碎裂，最大地膜殘片面積≤16 cm2的時(shí)間;無(wú)膜期指壟面地膜基本見(jiàn)不到地膜殘片的時(shí)間。

填埋試驗(yàn)地膜降解程度用以下符號(hào)表示：“×”表示未出現(xiàn)降解現(xiàn)象;“+”表示開(kāi)始有降解現(xiàn)象;“++”表示降解現(xiàn)象明顯;“+++”表示降解加速。

1.2.2?土壤溫度。采用日本產(chǎn)HIOKI溫度自動(dòng)記錄儀測(cè)定，探頭埋設(shè)深度為10 cm，每1 h記錄一次。

1.2.3?土壤濕度。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)采用100 mL量杯分別用參試地膜進(jìn)行覆蓋，放置于室溫條件下，定期觀察水分蒸發(fā)的程度;另外，多次取膜下0～10 cm混合土樣，分別稱量鮮土和風(fēng)干土質(zhì)量，計(jì)算土壤風(fēng)干基含水量。

1.2.4?產(chǎn)量計(jì)算。每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取4 m2測(cè)定其產(chǎn)量。

1.2.5?殘膜調(diào)查。花生收獲后，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取0.80 m×1.25 m樣方，收集土壤10 cm耕層殘膜，洗凈、晾干、稱重。

2?結(jié)果與分析

2.1?參試地膜的增溫性能

由各處理在花生生育期內(nèi)（5月11日—8月18日）

的積溫（表2）可知，各參試地膜的增溫效果E>CK1>F>B>C>A>D>CK2。各覆膜處理間增溫效果差異不顯著，E、CK1、F、B、C與裸地對(duì)照（CK2）間差異顯著，E、CK1、F與CK2間差異達(dá)到極顯著水平?？梢?jiàn)，以聚乙烯為主要原料的普通地膜（CK1）和氧化生物雙降解地膜（E、F）增溫效果優(yōu)于全生物降解地膜（A、B、C、D）。

將每個(gè)處理的10日積溫求和與裸地對(duì)比，得出各參試地膜在不同時(shí)期的增溫幅度，以反映各參試地膜的增溫性能。由圖1可知，前期因氣溫、地溫均較低，各參試地膜增溫幅度為16.5%～22.1%，隨著氣溫的升高，各參試地膜平均增溫幅度逐漸降低;以聚乙烯為主要原料的地膜增溫效果優(yōu)于全生物可降解地膜，增溫幅度平均高約3.2%;進(jìn)入7月份之后，隨著降解氣溫升高、地膜破損、花生封行等因素，各覆膜處理土壤溫度與裸地基本持平。

2.2?參試地膜的保墑性能

由圖2可知，參試的不同地膜實(shí)驗(yàn)室內(nèi)水分蒸發(fā)量大小順序?yàn)镕≈CK1≈E

對(duì)不同地膜各時(shí)期膜下0～10 cm土壤風(fēng)干基含水量監(jiān)測(cè)結(jié)果（圖3）表明，全生物降解地膜膜下土壤含水率低于普通地膜。在地膜誘導(dǎo)期內(nèi)田間觀察（5月10日）發(fā)現(xiàn)，全生物降解地膜（A、B、C、D）膜下凝聚的水珠較少，膜下土壤干土層較厚;以聚乙烯為主要原料的普通地膜（CK1）和氧化生物雙降解地膜（E、F）膜下凝聚大量水珠，膜下土壤潮濕。

以上數(shù)據(jù)和現(xiàn)象均表明，全生物降解地膜保墑性能劣于以聚乙烯為主要原料的普通地膜和氧化生物雙降解地膜，尤其是在特別干旱的環(huán)境下。

2.3?參試地膜對(duì)花生生長(zhǎng)的影響

各覆膜處理均在播種后第8天出苗率超過(guò)50%，比裸地提前3 d;除D外，其他覆膜處理在播種后第38天開(kāi)花率超過(guò)50%，比裸地提前4 d;花生產(chǎn)量方面，與裸地比，CK1、E、F增產(chǎn)幅度超過(guò)20%，A、B、C、D增產(chǎn)幅度為2.1%～13.4%;CK1與CK2間產(chǎn)量差異達(dá)顯著水平，各覆膜處理間產(chǎn)量差異不顯著（表3）。

2.4?參試地膜的降解特性及殘留情況

由表4可知，各參試降解地膜的誘導(dǎo)期在35～65 d，長(zhǎng)短順序?yàn)镃K1>C>A>D=F>E>B。截至花生收獲，栽培區(qū)只有處理D進(jìn)入碎裂期，其他可降解地膜均處在大裂期;暴曬區(qū)地膜降解速度快于栽培區(qū)，且均進(jìn)入了碎裂期;各處理均未達(dá)到無(wú)膜期。殘膜調(diào)查發(fā)現(xiàn)（表5），地膜壟上部分降解速度明顯快于埋土部分，各參試地膜降解速度D>B>C>A>F>E>CK1。

填埋試驗(yàn)結(jié)果表明（表5），填埋90 d時(shí)，只有D開(kāi)始有降解現(xiàn)象;填埋180 d時(shí)，C和D降解現(xiàn)象明顯，進(jìn)入開(kāi)裂期;填埋365 d時(shí)，A和CK1無(wú)降解現(xiàn)象，B開(kāi)始出現(xiàn)少量<2 cm孔縫，C和D降解成網(wǎng)狀、韌性極差;E和F局部韌性變差、出現(xiàn)細(xì)小孔洞。

3?討論與結(jié)論

3.1?參試地膜的機(jī)械性能評(píng)價(jià)

參試的4種全生物降解地膜和2種氧化生物雙降解地膜，在覆膜機(jī)具正常行走狀態(tài)下沒(méi)出現(xiàn)斷裂和黏連等情況，均能滿足農(nóng)機(jī)作業(yè)要求。但是，全生物降解地膜易在花生引苗出土、風(fēng)等外力作用下出現(xiàn)直線撕裂的情況。

3.2?參試地膜的增溫性能評(píng)價(jià)

參試地膜均具備增溫功能，以聚乙烯為主要原料的普通地膜和氧化生物雙降解地膜增溫效果優(yōu)于全生物降解地膜，增溫幅度平均高約3.2%;部分參試地膜土壤溫度與裸地處理間差異達(dá)到極顯著水平，但各覆膜處理間增溫效果差異不顯著;覆膜前期各參試地膜增溫幅度為16.5%～22.1%，因氣溫升高、地膜降解、花生封行，各參試地膜的增溫效果逐漸降低。

袁海濤等[3]研究表明，氧化生物雙降解地膜在降解破裂前與普通地膜升溫效果無(wú)差異，具有相同的增溫效果;戴敬等[4]研究表明，雙降解地膜和光降解地膜在地膜降解前的增溫效果優(yōu)于普通地膜，這可能與地膜厚度不同有關(guān);楊濤等[5]、孫云云等[6]、何美娟[7]、劉祥[8]研究表明，生物降解地膜前期增溫效果略劣于普通地膜，但沒(méi)有明顯差異，基本能滿足供試作物前期和中期生長(zhǎng)發(fā)育所需的活動(dòng)積溫。

3.3?參試地膜的保墑性能評(píng)價(jià)

參試地膜均具備保墑功能，以聚乙烯為主要原料的普通地膜和氧化生物雙降解地膜保墑效果優(yōu)于全生物降解地膜。該研究結(jié)果顯示，普通地膜和氧化生物雙降解地膜的水分蒸發(fā)量?jī)H為對(duì)照的2.43%，全生物降解地膜卻達(dá)到對(duì)照的18.01%，是前者的7.4倍。李妍超[9]研究也表明，在室內(nèi)模擬地膜保水和降解情況下，全生物降解地膜的保水性較差，水分損失率為41.8%～69.8%，氧化生物雙降解地膜的保水性與聚乙烯地膜接近1.4%～4.9%。這與原料性質(zhì)有關(guān)，厚度0.01 mm的PBAT（聚己二酸-對(duì)苯二甲酸-丁二醇脂）薄膜透水率為1 000 g/（m2·24 h）左右，而PE僅為100 g/（m2·24 h）左右，保水性差[10]。

結(jié)合田間監(jiān)測(cè)，全生物降解地膜膜下土壤含水率低于普通地膜。楊濤等[5]研究表明，與普通地膜相比，生物降解地膜使土壤含水量降低7.62%，但差異不顯著;張宇等[11]、孫云云等[6]、楊玉姣等[12]也得到類似的結(jié)論。

3.4?參試地膜對(duì)花生生長(zhǎng)影響的評(píng)價(jià)

參試地膜均有增產(chǎn)效果，普通地膜和氧化生物雙降解地膜增產(chǎn)效果大于全生物降解地膜，各覆膜處理間產(chǎn)量差異不顯著;與裸地相比，各參試地膜可將花生出苗期、幼苗期、花期等主要生育期提前3～4 d。馮荔等[13]在寧夏地區(qū)的研究表明隨著參試生物降解地膜降解加快，其增溫、保墑效果已降到不能充分滿足玉米生長(zhǎng)發(fā)育需求，特別是有效積溫基本接近露地，從而影響到玉米產(chǎn)量構(gòu)成因素，導(dǎo)致玉米產(chǎn)量降低或成熟延遲;王春麗等[14]試驗(yàn)結(jié)果表明，可降解地膜與普通地膜相比玉米減產(chǎn)3.0%～16.4%;孫云云等[6]在吉林地區(qū)的研究表明，覆蓋降解地膜的玉米比裸地早成熟5 d，比普通地膜晚成熟2 d;林萌萌等[15]研究表明，花生產(chǎn)量除一種參試地膜比普通地膜略增產(chǎn)1.79%外，其他均減產(chǎn)1.37%～8.50%;段義忠等[16]在馬鈴薯生產(chǎn)上應(yīng)用生物可降解地膜比普通地膜更能提高產(chǎn)量，因?yàn)殡S著地膜的降解，降低了土壤溫度，促進(jìn)了雨水下滲，有利于馬鈴薯這種喜涼作物更好的生長(zhǎng)。

3.5?參試地膜的降解性能評(píng)價(jià)

全生物降解地膜降解性能優(yōu)于氧化生物雙降解地膜（特別是埋土部分），但是各參試降解地膜的誘導(dǎo)期為35～65 d，均達(dá)不到山東地區(qū)花生地膜有效覆蓋約70 d的要求。暴曬區(qū)地膜降解速度快于栽培區(qū)，地膜壟上部分降解速度明顯快于埋土部分;填埋試驗(yàn)表明，各參試地膜降解速度差距很大。當(dāng)季收獲后，全生物降解地膜殘留率在30%以下，氧化生物雙降解地膜殘留率約50%。張宇等[11]研究表明，光照在地膜降解中起到重要作用，填埋試驗(yàn)在沒(méi)有植物根系和光、熱等外界擾動(dòng)條件下，降解不明顯;李妍超[9]研究表明，花生栽培試驗(yàn)中供試的全生物降解地膜降解速度較快，氧化生物雙降解地膜降解速率慢;填埋120 d時(shí)，全生物降解地膜降解率在56.9%～94.2%，氧化生物雙降解地膜降解率僅有3.4%，與聚乙烯地膜無(wú)明顯差異。

可降解地膜的降解性能主要取決于聚合物的結(jié)構(gòu)，又受光照（紫外線）、氣溫和降水等氣象環(huán)境條件及土壤生物活性（微生物、酶、細(xì)菌等）的影響[17-18]。一般認(rèn)為，紫外線越強(qiáng)，地表溫度越高、水分越大、降解速率越快;填埋部分的降解主要受土壤微生物、含水量和溫度的影響[19]。全生物降解地膜降解的最終產(chǎn)物為CO2和H2O，不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生二次污染;但是易在農(nóng)事操作、風(fēng)等外力作用下出現(xiàn)直線撕裂，過(guò)早地失去增溫、保墑、抑草的功能。氧化生物雙降解地膜有利于減少大片殘膜對(duì)作物生長(zhǎng)、土壤水分運(yùn)移和機(jī)械耕作的負(fù)面影響，但存在降解不均勻的問(wèn)題，且其主要成分為聚乙烯，降解后塑料碎片和顆粒難以被土壤同化，污染土壤問(wèn)題仍未得到根本解決[20-21]。

可降解地膜基本具備了聚乙烯地膜的功能和較好的降解性能，是防治地膜污染的一個(gè)有效途徑。但下一步需解決好以下問(wèn)題：一是全生物降解地膜的研發(fā)和應(yīng)用需結(jié)合區(qū)域氣候特點(diǎn)和作物生長(zhǎng)規(guī)律，提高增溫、保墑、抑草性能和降解的可控性，降低成本;二是研究配套的農(nóng)藝措施，提高可降解地膜的農(nóng)田適用性;三是評(píng)價(jià)可降解地膜降解產(chǎn)物對(duì)土壤環(huán)境、作物生長(zhǎng)發(fā)育的影響。

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