不同覆膜方式下PPC地膜降解特征分析

朱文悅，吳景貴

(吉林農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，長(zhǎng)春 130118)

干旱及半干旱地區(qū)為解決水資源不充足問題，使用地膜覆蓋技術(shù)防止土壤水分蒸發(fā)、增加淺層土壤含水量及保溫效果[1]。地膜覆蓋技術(shù)可以增溫保墑、減少土壤水分和養(yǎng)分流失及提高作物生長(zhǎng)率等作用，在中國(guó)農(nóng)業(yè)方面得到廣泛推廣[2-5]。盡管地膜覆蓋能提高作物產(chǎn)量，但由于殘留于土壤中的地膜不易降解，使用后未能達(dá)到徹底回收殘膜。隨著使用地膜的年限逐漸增加，殘膜積累于土壤中導(dǎo)致破壞土壤結(jié)構(gòu)，并與作物根系纏繞，抑制水分和養(yǎng)分的吸收，影響作物生長(zhǎng)及產(chǎn)量，進(jìn)而限制農(nóng)業(yè)發(fā)展[6-8]。為解決普通地膜殘留于土壤中難以降解問題，已有大量關(guān)于可降解膜的研發(fā)?？山到獾啬な且环N在自然環(huán)境中通過微生物和光熱等作用引起降解現(xiàn)象的地膜[9-10]，殘留于土壤中的地膜易降解且減少對(duì)土壤環(huán)境負(fù)面影響[11]，因此可降解膜成為傳統(tǒng)普通塑料地膜的較好替代品[12]。

有研究表明，可降解地膜在作物生育前期與普通地膜相比差異不大，但是隨著可降解地膜不同程度的裂解，后期對(duì)土壤的水分、溫度和作物產(chǎn)量等問題產(chǎn)生一定影響[13-14]。Wang等[15]研究表明在棉花生長(zhǎng)早期，可降解地膜和普通地膜在表土保水方面表現(xiàn)相似。由于試驗(yàn)中使用的可降解地膜在播后40～60d開始降解。而在棉花生長(zhǎng)后期，普通地膜依舊保持完整，所以在保持土壤濕潤(rùn)方面普通地膜比可降解地膜更有效。楊相昆等[16]研究表明，降解膜開始降解，保墑性能下降。韓冬梅等[17]研究表明，覆膜處理的糧食產(chǎn)量及土壤的保溫保水性能均高于裸地處理，但可降解地膜處理要低于普通地膜處理。所以，如何解決可降解地膜使用的弊端，需要進(jìn)一步研究。曾有研究表明由于地膜覆蓋苗孔裸露導(dǎo)致影響作物苗生長(zhǎng)，使用雙層膜覆蓋可提高出苗率，避免作物根系淺等問題，雙層膜覆蓋方式可很大程度地抵抗低溫、霜凍等環(huán)境因素對(duì)作物的生長(zhǎng)發(fā)育的影響[18-19]。因此，針對(duì)可降解地膜由于具有降解性能而導(dǎo)致保溫保水等性能低于普通地膜這一問題研究，借助雙層膜覆蓋思路，將此方法應(yīng)用于可降解地膜覆蓋。并且根據(jù)劉群等[20]研究表明地表覆蓋的生物降解地膜于60d后出現(xiàn)裂紋，并且隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，地膜表面的裂紋逐漸增加，同時(shí)地膜的力學(xué)性能逐漸變?nèi)?。孫仕軍等[21]研究表明，地膜的力學(xué)性能可代表地膜的抵抗破壞能力，其變化與地膜的降解具有緊密關(guān)系，是地膜降解中重要的物理性能。袁海濤等[22]研究表明，雙降解地膜出現(xiàn)破裂顯著前與普通地膜具有相似的保溫效果，但后期雙降解地膜破碎，力學(xué)性能明顯下降。有研究表明，地膜降解主要是由于有機(jī)化合物中分子量降低，受各種因素影響發(fā)生降解反應(yīng)。在降解過程中通過隨化合物中基團(tuán)的含量變化進(jìn)行檢測(cè)可表征地膜的降解性[23-25]。力學(xué)性能的檢測(cè)可以客觀判斷高聚化合物，如地膜的降解和老化情況，在地膜降解的過程中力學(xué)性能和分子量均會(huì)發(fā)生變化[26]。其中重均分子量(Weight-average molecular weight，Mw)是指不同分子量的分子所占的分?jǐn)?shù)與其相對(duì)應(yīng)的分子量乘積總和[27-28]。而數(shù)均分子量(Number-average molecular weight，Mn)為不同分子量的分子所占的重量分?jǐn)?shù)與其相對(duì)應(yīng)的分子量乘積總和[29-30]。

聚碳酸丙烯酯(PPC)地膜被認(rèn)為是最有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的二氧化碳共聚物之一，是由二氧化碳與環(huán)氧丙烷在催化劑下進(jìn)行共聚反應(yīng)所制備的。該材料的生產(chǎn)可消耗大量的CO2，具有一定的降解性，已廣泛應(yīng)用于多種可降解產(chǎn)品，其中包括農(nóng)用地膜[31-32]。本研究使用長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所提供的PPC地膜，設(shè)置無覆蓋地膜(CK)、單層PPC地膜覆蓋(SF)、雙層PPC地膜覆蓋(DF)3個(gè)處理，以期解決可降解地膜易破損，導(dǎo)致土壤及作物保溫保水等性能下降的問題。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況及材料

試驗(yàn)分別于2018-04-28、2019-04-29在內(nèi)蒙古自治區(qū)興安盟扎賚特旗圖牧吉鎮(zhèn)(123 °00 ′E，46 °17 ′N)進(jìn)行，試驗(yàn)地屬于半干旱地區(qū)。年平均氣溫約為3.8 ℃，年降雨量約450 mm，平均年日照時(shí)數(shù)為2 590 h。年太陽輻射總量為 5 352.46 MJ/m2。≥10 ℃有效積溫為2 700～ 3 300 ℃·d。無霜期為150 d。供試土壤為栗鈣土，耕層土壤肥力為有機(jī)質(zhì)15.3 g/kg，堿解氮為81.67 mg/kg，速效磷24.35 mg/kg，速效鉀 61.36 mg/kg。

生物降解膜為中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所提供的二氧化碳基塑料生物降解膜(PPC)，厚度為0.008 mm，寬度為80 cm，重均分子量為117 228 g/mol，數(shù)均分子量為 56 609 g/mol；斷裂伸長(zhǎng)率為528.4%、伸拉力強(qiáng)度為56.7 MPa。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置無覆蓋地膜(CK)、單層PPC地膜覆蓋(SF)、雙層PPC地膜覆蓋(DF)3個(gè)處理，每處理3次重復(fù)，共9個(gè)小區(qū)，隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積為50 m2(5 m×10 m)。種植作物為玉米，覆膜后間隔30 d取覆膜樣，每個(gè)處理采集5個(gè)平行樣品。同時(shí)對(duì)覆膜后，0～20 cm土層的溫度、含水率進(jìn)行測(cè)定。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 地膜降解情況 為避免受外界干擾而影響地膜正常變化，分別在覆膜后的30、60、90、120、150 d，選取每個(gè)小區(qū)的中間壟作隨機(jī)選取觀察點(diǎn)進(jìn)行降解地膜定點(diǎn)觀察，并進(jìn)行拍照。

1.3.2 土壤水熱 土壤溫度：使用TP-ST-1土壤溫度傳感器，于播種后的30、60、90、120、150 d進(jìn)行測(cè)定，每次測(cè)定時(shí)間一致。每處理重復(fù)測(cè)定3次。

土壤含水量：采用烘干稱量法[33]，測(cè)定0～20 cm土層土樣，分別于播種后的30、60、90、120、150 d取土樣。在田間使用土鉆采取新鮮土樣，裝入鋁盒并稱量，每個(gè)處理3次重復(fù)，當(dāng)天取的土樣帶回實(shí)驗(yàn)室于(105±2) ℃恒溫干燥箱中烘6～8 h后，取出立即稱量，計(jì)算。

1.3.3 PPC地膜指標(biāo) 于每小區(qū)的中間壟作，隨機(jī)取3個(gè)樣品。待地膜樣品取回，清理地膜上的雜物及土壤，以備檢測(cè)。

紅外光譜表征：樣品不經(jīng)壓片直接使用BIO-RAD FTS-7傅立葉變換紅外光譜儀測(cè)定紅外吸收光譜，波數(shù)范圍4 000～500 cm-1，掃描次數(shù)32次。

分子量檢測(cè)：使用美國(guó)WATERS公司W(wǎng)aters1515型凝膠色譜儀，以二氯甲烷為流動(dòng)相。

力學(xué)性能檢測(cè)：使用新加坡Pantech Industrial Complex材料測(cè)試系統(tǒng)，型號(hào)：Zwick/Z010測(cè)試樣品的力學(xué)性能。先將樣品劃成啞鈴形，拉伸速率為50 mm/min，測(cè)試溫度為20 ℃。

1.4 數(shù)據(jù)分析

使用Excel 2016和Origin 9.0進(jìn)行數(shù)據(jù)整理、計(jì)算和繪圖，利用SPSS 18.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同覆蓋方式PPC地膜的表面形態(tài)變化

由2018年不覆蓋方式地膜表面特征變化(圖1)可知，隨著覆蓋PPC地膜時(shí)間的推移，30 d時(shí)SF、DF處理均無變化。但60 d時(shí)，SF處理地膜出現(xiàn)微小裂紋。并且，裂紋逐漸延續(xù)發(fā)展。在 90 d、120 d時(shí)裂紋隨著滴灌管逐漸延長(zhǎng)。150 d時(shí)，SF處理表面裂紋面積逐漸擴(kuò)大，為大面積的裂口。而DF處理在30～90 d內(nèi)均無變化，無裂紋出現(xiàn)。至120 d時(shí)，DF處理表面才出現(xiàn)微小的裂紋，150 d時(shí)裂紋逐漸增大。通過SF處理和DF處理的地膜表征變化推出，兩種覆膜方式在不同時(shí)間段地膜發(fā)生破裂現(xiàn)象，與SF處理相比較，DF處理明顯推遲PPC地膜的破碎時(shí)期。

2019年不同處理的地膜表面特征變化(圖2)可以看出，30 d時(shí)SF、DF處理表面無變化，60 d時(shí)SF處理出現(xiàn)微小裂紋，DF處理仍無變化。但90 d～150 d內(nèi)，SF處理出現(xiàn)大面積的破碎狀態(tài)，并且韌性較差。而DF處理在90 d時(shí)出現(xiàn)微小裂紋，120 d時(shí)出現(xiàn)肉眼可見破碎現(xiàn)象，至150 d時(shí)破碎處面積逐漸增大。

圖1 2018年不同覆蓋方式地膜的表面特征Fig.1 Surface characteristic of different mulching patterns in 2018

圖2 2019年不同覆蓋方式地膜的表面特征Fig.2 Surface characteristic of different mulching patterns in 2019

2.2 不同覆蓋方式PPC地膜化學(xué)結(jié)構(gòu)

由2018年SF、DF處理的PPC地膜紅外(FTIR)譜圖(圖3)可知，主要特征峰出現(xiàn)在 2 956、1 750、1 399、1 267和732 cm-1處。FTIR光譜主要吸收峰相對(duì)強(qiáng)度(表1)顯示，SF處理FTIR譜圖的1 399 cm-1處C-OH吸收峰在 30～150 d內(nèi)，波峰強(qiáng)度逐漸減弱。并且，在90 d后時(shí)波峰強(qiáng)度減弱趨勢(shì)較大，150 d波峰強(qiáng)度為30 d時(shí)的75.3%。30～150 d內(nèi)，1 750 cm-1處羰基(C=O)伸縮振動(dòng)吸收峰及1 267 cm-1的酯基(C-O-C)反對(duì)稱伸縮振動(dòng)吸收峰強(qiáng)度逐漸下降，且下降幅度較大。150 d時(shí)，SF處理的1 750 cm-1波峰強(qiáng)度為30 d的57.3%； 1 267 cm-1波峰強(qiáng)度為30 d的51.2%。圖3中2 956 cm-1處和732 cm-1波峰的亞甲基(-CH2-)吸收峰，30～150 d內(nèi)每一階段-CH2-的吸收峰強(qiáng)度逐漸減弱。

由表1可知，DF處理的PPC地膜，在30～150 d內(nèi)各波峰強(qiáng)度始終顯著高于SF處理。在60～90 d時(shí)，DF處理的2 956 cm-1處亞甲基 (-CH2-)吸收峰、1 750 cm-1處羰基(C=O)伸縮振動(dòng)吸收峰、1 399 cm-1處的C-OH吸收峰、 1 267 cm-1的酯基(C-O-C)反對(duì)稱伸縮振動(dòng)吸收峰和732 cm-1波峰的亞甲基(-CH2-)吸收峰強(qiáng)度逐漸穩(wěn)定。120～150 d內(nèi)，雖然各波峰強(qiáng)度均為下降趨勢(shì)，但下降幅度不顯著。150 d時(shí)DF處理的1 750 cm-1波峰強(qiáng)度為30 d的86.6%； 1 267 cm-1波峰強(qiáng)度為30 d的 93.1%；由圖4和表2可知，2019年SF處理的各吸收峰強(qiáng)度存在顯著減弱現(xiàn)象。150 d時(shí)，SF處理的1 750 cm-1處C=O伸縮振動(dòng)吸收峰強(qiáng)度為30 d的50.8%；1 399 cm-1處的C-OH吸收峰強(qiáng)度為 30 d時(shí)的51.8%；1 267 cm-1的C-O-C吸收峰強(qiáng)度為30 d的60.6%；2 956 cm-1和732 cm-1波峰的亞甲基(-CH2-)吸收峰分別為30d的66.9%、62.8%。而DF處理各波峰強(qiáng)度較穩(wěn)定，150 d時(shí)，1 750 cm-1處C=O伸縮振動(dòng)吸收峰強(qiáng)度為30 d的83.2%；1 399 cm-1處的C-OH吸收峰強(qiáng)度為30 d時(shí)的67.3%；1 267 cm-1的C-O-C吸收峰強(qiáng)度為30 d的85.5%； 2 956 cm-1和732 cm-1波峰的亞甲基(-CH2-)吸收峰分別為30 d的74.0%、63.9%。并且DF處理各波峰強(qiáng)度均較高于SF處理。

圖3 2018年不同覆蓋方式PPC地膜的FTIR譜圖Fig.3 FTIR spectra of PPC films under different mulching patterns in 2018

表1 2018年不同覆膜方式PPC地膜的FTIR 光譜主要吸收峰相對(duì)強(qiáng)度Table 1 Relative intensity of main absorption peaks of FTIR spectra of PPC film under different mulching methods in 2018%

圖4 2019年不同覆蓋方式PPC地膜的FTIR譜圖Fig.4 FTIR spectra of PPC films under different mulching modes in 2019

表2 2019年不同覆膜方式PPC地膜的FTIR 光譜主要吸收峰相對(duì)強(qiáng)度Table 2 Relative intensity of main absorption peaks of FTIR spectra of PPC film under different mulching methods in 2019%

2.3 不同覆蓋方式PPC地膜分子量變化

2018年30～150 d DF處理的重均分子量(Mw)和數(shù)均分子量(Mn)分別高于SF處理(圖5)，并且在各時(shí)間段內(nèi)分子量變化差異顯著。30 d時(shí)，SF處理的Mw為51 489.6 g/mol、Mn為25 201.9 g/mol；而DF處理的Mw和Mn分別為97 262.5 g/mol、45 341.8 g/mol。DF處理的Mn在30～60 d內(nèi)下降趨勢(shì)較顯著，但后期趨于穩(wěn)定，下降幅度較?。欢鳶F處理的Mn在60～150 d內(nèi)下降趨勢(shì)較顯著，150 d時(shí)，與DF處理的Mn相比較，SF處理減少65.7%。同時(shí)，DF處理的Mw在30～60 d下降趨勢(shì)幅度較大，90～120 d時(shí)下降幅度較緩；SF處理的Mw在60～150 d內(nèi)下降趨勢(shì)與DF相比較，差異顯著(P<0.05)，150 d時(shí)，SF處理的Mn與DF處理相比較，減少22.7%。

2019年30 d時(shí)SF處理的Mw為52 853.9 g/mol、Mn為35 351.8 g/mol；而DF處理的Mw和Mn分別為100 979.3 g/mol、 54 593.3 g/mol。30～90 d時(shí)DF處理的Mn與SF處理相比較差異顯著(P<0.05)，DF處理下降趨勢(shì)較緩慢，90 d后下降幅度較大。DF處理的Mw在30～60 d內(nèi)下降幅度較大，60～120 d時(shí)下降幅度較減緩，而在150 d時(shí)下降趨勢(shì)平緩。而SF處理在30～150 d內(nèi)始終處于下降趨勢(shì)，Mw與DF處理差異顯著(P<0.05)。

圖5 不同覆蓋方式PPC地膜的分子量Fig.5 Molecular weight of PPC films under different mulching patterns

2.4 不同覆蓋方式PPC地膜的力學(xué)性能

由圖6可知，2018年和2019年試驗(yàn)中，30～90 d時(shí)DF和SF處理的斷裂伸長(zhǎng)率均呈下降趨勢(shì)，并下降幅度較大。但由于DF處理30 d時(shí)斷裂伸長(zhǎng)率為385.2%～342.1%，而SF處理為162.1%～142.1%，所以在30～90 d下降過程中DF處理始終高于SF處理。在90～150 d內(nèi)，DF和SF處理的斷裂伸長(zhǎng)率下降值趨于相似。150 d時(shí)DF處理的斷裂伸長(zhǎng)率為45.3%～32.3%，SF處理為28.2%～22.2%。

2018年DF處理的伸拉力強(qiáng)度在30～60 d內(nèi)呈下降趨勢(shì)，而60 d時(shí)與SF處理的伸拉力強(qiáng)度值相近，DF、SF處理的伸拉力強(qiáng)度分別為 32.5、30.8 MPa。但60～90 d內(nèi)DF處理的伸拉力強(qiáng)度趨于平緩，90 d后繼續(xù)下降，而SF處理始終處于下降趨勢(shì)，DF處理明顯高于SF處理。2019年30～90 d內(nèi)DF處理的伸拉力強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)，90～120 d趨勢(shì)平緩后繼續(xù)下降。而SF處理30～150 d內(nèi)始終處于下降趨勢(shì)，并且DF處理的伸拉力強(qiáng)度高于SF處理。

圖6 不同年份不同覆蓋方式PPC地膜的力學(xué)性能Fig.6 Mechanical properties of PPC films under different mulching patterns in different years

2.5 PPC地膜的不同覆蓋方式對(duì)土壤水熱的影響

由圖7中的2018年不同處理的土壤溫度可知，在30～90 d，SF與DF處理土壤溫度顯著高于CK處理，但SF、DF處理之間差異不顯著 (P>0.05)。同時(shí)各處理土壤溫度均逐漸增加，SF、DF處理土壤溫度均高于CK處理。但120 d和150 d時(shí)DF處理顯著高于SF和CK處理，且SF與CK處理間差異不顯著。90～150 d內(nèi)，DF和SF處理逐漸呈下降趨勢(shì)，但DF處理的土壤溫度始終高于SF、CK處理，SF處理土壤溫度與CK處理逐漸接近，120～150 d時(shí)DF處理土壤溫度比SF、CK處理分別顯著高7.30%～10.29%。

2018年土壤含水量分析得出(圖7)，在30～60 d內(nèi)，SF與DF處理差異不顯著，但含水量較高于CK處理。90 d時(shí)各處理之間差異顯著，且DF處理土壤含水量高于SF和CK處理。120～150 d內(nèi)，SF處理與CK處理土壤含水量無差異，但150 d時(shí)DF處理的土壤含水量較SF、CK處理顯著增加5.89%～10.99%。

2019年各處理土壤溫度、含水量變化來看，與2018年呈相似趨勢(shì)。30 d和90 d時(shí)DF與SF處理的土壤溫度無顯著差異，而60 d、120 d和150 d時(shí)DF處理分別比CK和SF處理顯著高 5.44%～24.85%。同時(shí)，30～60 d內(nèi)SF和CK處理的土壤含水量無顯著差異；至90 d時(shí)各處理之間差異顯著，120～150 d DF處理土壤含水量高于SF和CK處理，并且SF和CK處理無顯著差異。90～150 d內(nèi)，DF處理的土壤含水率與SF和CK處理相比，顯著高8.60%～22.28%。

不同小寫字母表示處理間差異顯著

3 討 論

由于可降解地膜具有降解性，所以被廣泛用于替代普通地膜的覆蓋使用。但張景俊等[34]研究表明，與普通地膜相比較，可降解地膜隨作物生長(zhǎng)期推移，其降解率增加。在可降解地膜崩解期時(shí)，土壤的溫度、含水量與使用普通地膜覆蓋處理存在顯著差異。對(duì)于可降解地膜在地膜覆蓋過程中容易因發(fā)生降解反應(yīng)而導(dǎo)致地膜破損而降低地膜對(duì)土壤保水保墑的作用。為解決可降解地膜覆蓋時(shí)易破損問題，借鑒李顯溦等[35]研究，雙層普通地膜覆蓋可有效解決由于春種后低溫等災(zāi)害天氣導(dǎo)致出苗率降低而減產(chǎn)等問題。因此為延長(zhǎng)可降解地膜的使用時(shí)間，及推遲可降解地膜的破裂時(shí)間，借鑒雙層地膜覆蓋方式，本試驗(yàn)使用PPC降解地膜，于2018、2019年進(jìn)行單層(SF)、雙層(DF)和無地膜(CK)覆蓋。通過SF和DF處理的地膜表征變化得出，在玉米生長(zhǎng)期內(nèi)PPC地膜單層覆蓋在60 d左右時(shí)地膜出現(xiàn)裂紋，SF處理的PPC地膜受可降解因素影響，隨時(shí)間推移逐漸破裂崩解。地膜發(fā)生破損后，導(dǎo)致土壤溫度、含水量下降。與李開宇等[36]研究結(jié)果相一致，由于降解地膜逐漸降解，對(duì)土壤的增溫效果下降，導(dǎo)致降解地膜和普通地膜地溫差隨著玉米的生長(zhǎng)呈增大趨勢(shì)。而本研究中DF處理的地膜表面出現(xiàn)裂紋現(xiàn)象比SF處理推遲30～60 d。DF處理可有效推遲地膜破碎時(shí)間。在玉米生長(zhǎng)前期，SF、DF處理的土壤水分、溫度之間無顯著差異，且均高于CK處理，但后期SF與DF處理存在顯著性差異。說明隨著地膜覆蓋時(shí)間的延長(zhǎng)，SF處理的單層地膜會(huì)隨著地膜破碎程度的增加而降低土壤含水量和溫度，而DF處理的雙層地膜減緩了地膜的破壞程度，進(jìn)而提高對(duì)土壤的保水保溫性能。此外對(duì)SF和DF處理的地膜進(jìn)行了降解性相關(guān)指標(biāo)的檢測(cè)。研究表明地膜材料的降解程度主要表現(xiàn)在力學(xué)性能的下降以及分子鏈結(jié)構(gòu)等變化，以至地膜出現(xiàn)裂解現(xiàn)象[24,37-38]。根據(jù)陶友華[39]研究得出，PPC地膜發(fā)生熱解時(shí)，由于端基斷裂失去二氧化碳，形成環(huán)狀碳酸酯，即為解拉鏈反應(yīng)。因此SF處理覆蓋于地表的PPC地膜可能由于受光照影響，其酯基發(fā)生降解現(xiàn)象。由于試驗(yàn)中DF處理的雙層PPC地膜發(fā)生黏合現(xiàn)象，可能由于在光照的情況下，分子鏈活躍而導(dǎo)致地膜發(fā)生黏合。因此使用紅外光譜分析SF和DF處理的PPC地膜降解過程中微觀化學(xué)性質(zhì)變化得出，DF和SF處理的PPC地膜結(jié)構(gòu)內(nèi)各官能團(tuán)波峰強(qiáng)度均出現(xiàn)下降現(xiàn)象。但DF處理的各官能團(tuán)波峰強(qiáng)度下降趨勢(shì)較緩慢，且出現(xiàn)穩(wěn)定現(xiàn)象。有研究表明分子量的變化可驗(yàn)證聚合物降解過程，分子量的提高可減少PPC分子鏈端的羥基含量，從而緩解“解拉鏈”降解反應(yīng)[40-41]。PPC地膜的分子間相互作用力小，因?yàn)楹絮セ?、醚鍵等官能團(tuán)，所以影響其力學(xué)性能，以至于發(fā)生降解后變?nèi)?。其中斷裂伸長(zhǎng)率和伸拉力強(qiáng)度是衡量可降解膜力學(xué)性能的重要指標(biāo)[42]。力學(xué)性能的降低與PPC分子量下降有關(guān)，很大程度上影響其力學(xué)性能[43]。SF與DF處理分子量和力學(xué)性能均為下降趨勢(shì)，SF處理的PPC地膜的力學(xué)性能隨覆蓋的時(shí)間延長(zhǎng)而減小，其熱穩(wěn)定性較差而發(fā)生熱解反應(yīng)，且分子量也會(huì)隨之減少促進(jìn)降解，從而影響作物生長(zhǎng)期生物可降解膜的完整度。這與Faradilla等[44]研究相一致，可降解地膜的力學(xué)性能等相關(guān)指標(biāo)嚴(yán)重影響著地膜的覆蓋效果，可降解地膜雖具有降解性，但由于力學(xué)性能的逐漸下降，影響地膜的覆蓋效果。同時(shí)黃亞曦等[45]通過自然暴曬可降解地膜試驗(yàn)研究得出，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，可降解地膜的分子量、伸拉力強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率均逐漸降低，達(dá)到可降解的要求。本研究中DF處理的分子量和力學(xué)性能下降趨勢(shì)較緩慢，與SF處理單層覆蓋相比較，DF處理的PPC地膜雙層覆蓋可在玉米生長(zhǎng)期內(nèi)延長(zhǎng)覆蓋地膜的使用 壽命。

本研究?jī)H對(duì)PPC地膜的使用進(jìn)行試驗(yàn)分析，但由于可降解地膜的種類較多，不同種類可降解地膜的添加物不同，化學(xué)結(jié)構(gòu)有所差異，并且可降解地膜的降解性能主要受環(huán)境因素影響。所以，對(duì)于不同可降解地膜的雙層覆蓋具體機(jī)理還需要進(jìn)一步研究。

4 結(jié) 論

PPC地膜的雙層覆蓋與單層相比，可減緩 30～60 d破裂現(xiàn)象的出現(xiàn)，雙層覆蓋可達(dá)到更好的保水保溫效果。在玉米生長(zhǎng)期內(nèi)單層和雙層覆蓋的PPC地膜的化學(xué)結(jié)構(gòu)、分子量和力學(xué)性能均發(fā)生降解反應(yīng)，但雙層覆蓋的PPC地膜的降解過程緩慢，推遲了地膜的破碎時(shí)間。