PBAT生物降解地膜與加厚型塑料地膜降解性能及對(duì)番茄生長(zhǎng)的影響

侯 爽，王 帥，祁俊鋒，徐 進(jìn)*

（1.北京市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，北京 100029；2.北京市綠富隆農(nóng)業(yè)股份有限公司，北京 102109）

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，地膜覆蓋栽培技術(shù)在保溫、保墑、保肥、除草防蟲(chóng)及調(diào)整生產(chǎn)節(jié)令等方面發(fā)揮了重要作用[1]。自20世紀(jì)60年代我國(guó)生產(chǎn)并使用農(nóng)用薄膜以來(lái)，地膜與種子、農(nóng)藥、化肥一樣，已成為不可或缺的生產(chǎn)資料。地膜覆蓋技術(shù)在帶來(lái)巨大經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)也帶來(lái)了嚴(yán)重的生態(tài)問(wèn)題。地膜主要成分——聚烯烴類化合物在土壤中很難降解，殘留地膜對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)環(huán)境造成嚴(yán)重危害，如降低土壤透氣性、蓄水性，阻礙作物根系發(fā)育、吸收養(yǎng)分；纏繞農(nóng)用機(jī)械犁頭、輪盤，造成機(jī)械損傷；添加劑滲透和遷移到土壤、水體和大氣中[2]。殘膜造成的“白色污染”日趨嚴(yán)重，對(duì)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成威脅。近年來(lái)，以聚丁二酸-對(duì)苯二甲酸-丁二醇酯（PBAT）為主要基礎(chǔ)原料的全降解地膜在全國(guó)各地已進(jìn)行了規(guī)模不斷擴(kuò)大的試用與推廣。PBAT屬于熱塑性生物降解塑料，是己二酸丁二醇酯和對(duì)苯二甲酸丁二醇酯的共聚物，兼具PBA和PBT的特性，既有較好的延展性和斷裂伸長(zhǎng)率，也有較好的耐熱性和沖擊性能；此外，還具有優(yōu)良的生物降解性，是目前生物降解塑料研究中非?；钴S和市場(chǎng)應(yīng)用最好的降解材料之一。本試驗(yàn)通過(guò)比較PBAT生物降解地膜與加厚型塑料地膜的差異性，以期篩選出易降解或易回收，對(duì)環(huán)境污染小，適宜在番茄生產(chǎn)中應(yīng)用的地膜。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于北京市延慶區(qū)東羊坊鎮(zhèn)有機(jī)農(nóng)業(yè)示范園，當(dāng)?shù)睾０?00 m左右，年平均氣溫8 ℃，年日照時(shí)數(shù)2 800 h，年降水量400～500 mm。

1.2 試驗(yàn)材料

PBAT生物降解地膜：厚度0.008 mm，為上海弘睿生物科技有限公司生產(chǎn)。

0.012 mm加厚型塑料地膜：為山東清田塑工有限公司生產(chǎn)，符合政府推廣使用地膜厚度，且為市場(chǎng)主導(dǎo)產(chǎn)品類型。

0.010 mm塑料地膜：為山東清田塑工有限公司生產(chǎn)，符合政府推廣使用地膜厚度。

供試作物為番茄，品種仙客8。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 地膜降解試驗(yàn)

2019年4月20日，把3種地膜分別裁成邊長(zhǎng)約10 cm的正方形，各裁3塊，分別埋入10 cm深土壤中，做好標(biāo)記，并在填埋后40、90、140、190 d對(duì)地膜降解情況進(jìn)行觀察記錄。設(shè)置重復(fù)3次。

1.3.2 不同地膜對(duì)番茄生長(zhǎng)的影響試驗(yàn)

試驗(yàn)于2019年3—9月進(jìn)行，供試棚室為塑料大棚，棚長(zhǎng)50 m，寬8 m，棚室面積400 m2。番茄于3月9日播種，4月19日定植，定植株距40 cm，行距80 cm。

試驗(yàn)設(shè)置3個(gè)處理，在番茄生產(chǎn)中分別覆蓋PBAT生物降解地膜、0.012 mm加厚型塑料地膜和0.010 mm塑料地膜，每個(gè)處理設(shè)置3次重復(fù)，小區(qū)面積44.46 m2，以0.010 mm塑料地膜作為對(duì)照。

隨機(jī)選取各試驗(yàn)區(qū)番茄3株，做標(biāo)記，定期調(diào)查其株高、莖粗和葉片數(shù)，每10 d調(diào)查1次。株高為植株根基部至生長(zhǎng)點(diǎn)的自然高度，莖粗為第1片真葉下1 cm處莖粗，葉片數(shù)為番茄植株所有真葉數(shù)量。分別計(jì)算日均株高增長(zhǎng)量、日均莖粗增長(zhǎng)量和日均葉片數(shù)增長(zhǎng)量。

自采摘之日開(kāi)始，記錄各處理產(chǎn)量，累計(jì)小區(qū)產(chǎn)量，并折算667 m2產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

相關(guān)數(shù)據(jù)采用Excel 2007進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析與做圖，并進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同地膜的降解情況

3種地膜填埋后40 d、90 d的觀察結(jié)果為3種地膜均表現(xiàn)表面完好，韌性強(qiáng)，手拉強(qiáng)力無(wú)變化；填埋后140 d的觀察結(jié)果為3種地膜表面完整，未出現(xiàn)明顯裂痕，但PBAT生物降解地膜的手拉強(qiáng)力出現(xiàn)明顯下降，而0.010 mm塑料地膜手拉強(qiáng)力稍有下降，0.012 mm加厚塑料地膜手拉強(qiáng)力無(wú)明顯變化；填埋190 d后的觀察結(jié)果為PBAT生物降解地膜表面出現(xiàn)≤2 cm的裂縫或孔洞（直徑），0.012 mm塑料地膜無(wú)明顯變化，0.010 mm塑料地膜手拉強(qiáng)力明顯下降（表1）。

參照DB37T 3381—2018《氧化-生物雙降解地膜應(yīng)用技術(shù)規(guī)程 棉花》，若地膜表面出現(xiàn)多處≤2 cm自然裂縫或孔洞（直徑）即處于地膜降解的誘導(dǎo)期。說(shuō)明填埋190 d后，PBAT生物降解地膜處于降解誘導(dǎo)期，已出現(xiàn)降解趨勢(shì)，0.012 mm加厚型塑料地膜未出現(xiàn)破損且韌性好，有利于回收利用，而0.010 mm塑料地膜韌性明顯變差，不利于后期回收。

2.2 不同地膜處理對(duì)番茄生長(zhǎng)的影響

2.2.1 不同地膜處理對(duì)番茄植株長(zhǎng)勢(shì)的影響

3種地膜處理對(duì)番茄株高、莖粗、葉片數(shù)的影響見(jiàn)表2，3種處理的株高、莖粗、葉片數(shù)均表現(xiàn)為0.012 mm地膜＞PBAT生物降解地膜＞0.010 mm地膜（CK），經(jīng)方差分析可知，3種地膜處理之間差異均不顯著。同樣，日均株高增長(zhǎng)量、日均莖粗增長(zhǎng)量和日均葉片數(shù)增長(zhǎng)量也均無(wú)明顯差異。

2.2.2 不同地膜處理對(duì)番茄產(chǎn)量和效益的影響

從表3可以看出，3種地膜對(duì)番茄產(chǎn)量影響差異顯著，表現(xiàn)為0.012 mm地膜＞PBAT生物降解地膜＞0.010 mm地膜。其中，0.012 mm地膜處理產(chǎn)量最高，顯著高于其他處理，667 m2產(chǎn)量達(dá)6 542.5 kg；其次是PBAT生物降解地膜處理，667 m2產(chǎn)量為6 234.2 kg，作為對(duì)照處理的0.010 mm地膜產(chǎn)量最低，為5 865.3 kg。從產(chǎn)量上來(lái)看，0.012 mm地膜、生物降解地膜與對(duì)照處理相比，均可提高番茄產(chǎn)量。

從表4可以看出，按照當(dāng)季番茄價(jià)格4元/kg計(jì)算，不同處理單位面積效益不同，其中0.012 mm地膜處理的效益最高，667 m2達(dá)到12 777.0元，其次是PBAT生物降解地膜，667 m2效益為11 311.8元，0.010 mm地膜處理效益最低，為10 140.2元。從效益上來(lái)看，0.012 mm地膜、PBAT生物降解地膜與對(duì)照相比，均可提高番茄生產(chǎn)的效益。

表1 不同地膜降解情況觀察結(jié)果

表2 不同處理對(duì)番茄植株長(zhǎng)勢(shì)的影響

表3 不同處理的番茄產(chǎn)量 kg

表4 不同處理667 m2效益分析

3 結(jié)論與討論

通過(guò)本試驗(yàn)，可以得出以下結(jié)論：從影響番茄植株長(zhǎng)勢(shì)方面來(lái)看，3種地膜對(duì)番茄植株株高、莖粗、葉片數(shù)的影響差異不顯著；從影響作物產(chǎn)量方面來(lái)看，覆蓋0.012 mm加厚型塑料地膜對(duì)應(yīng)的番茄產(chǎn)量和效益最高，其次是生物降解地膜，覆蓋0.010 mm塑料地膜對(duì)應(yīng)的番茄產(chǎn)量和效益最低；從地膜降解性能方面來(lái)看，填埋190 d后，生物降解地膜出現(xiàn)降解現(xiàn)象，0.012 mm加厚型塑料地膜未出現(xiàn)破損且韌性好，有利于回收利用，而0.010 mm塑料地膜韌性明顯變差，不利于后期回收。

王斌等[3]的研究表明，在南疆棉花種植中，PBAT全降解地膜降解過(guò)程表現(xiàn)為覆膜82 d左右開(kāi)始出現(xiàn)裂紋，進(jìn)入誘導(dǎo)期；98 d左右出現(xiàn)孔洞，進(jìn)入開(kāi)裂期；138 d左右開(kāi)始降解為大的碎片，膜面變薄，韌性下降，進(jìn)入大裂期；到148 d左右，進(jìn)入碎裂期，膜面上大部分地膜破碎成小塊，地膜變薄、變脆，無(wú)韌性；而膜邊埋土部分仍然具有一定韌性，破孔較小，但地膜已經(jīng)變薄、變脆，降解速度滯后于地表面部分。

目前來(lái)看，本試驗(yàn)的3種地膜還未完全降解，具體降解時(shí)長(zhǎng)有待進(jìn)一步研究，從而全面分析3種地膜的降解性能。生物降解地膜的降解過(guò)程較為復(fù)雜，其降解速度與周期受到氣候條件、土壤環(huán)境、作物類型等因素的顯著影響[4-7]；因此，仍需要進(jìn)行大量的試驗(yàn)與應(yīng)用分析，以了解和掌握不同生物降解地膜在不同地區(qū)、不同作物上的應(yīng)用特性。