全生物降解膜在蕓豆生產(chǎn)中的特性分析

印荔，徐瑞衡，劉彥文，許俊喜，王楠，張莉，周蕾

（1.揚(yáng)州市江都區(qū)園藝站，江蘇，225200；2.揚(yáng)州市江都區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心；3.江蘇省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園區(qū)）

地膜是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要農(nóng)資之一，覆蓋后可起到保溫、保濕、保墑、除草及提高土壤肥力等作用，為農(nóng)業(yè)提質(zhì)增產(chǎn)、農(nóng)民節(jié)本增收作出了重要貢獻(xiàn)[1]。但隨著地膜的大量使用，尤其是部分不合格地膜和其他用途的超薄塑料膜用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，加上不注重及時(shí)回收處理，長(zhǎng)期積累后導(dǎo)致農(nóng)田土壤結(jié)構(gòu)破壞，影響了農(nóng)業(yè)農(nóng)村生態(tài)環(huán)境[2]。近幾年來(lái)，新材料地膜逐漸推廣應(yīng)用，主要包括強(qiáng)化耐候地膜和可生物降解地膜（完全可生物降解膜和部分可生物降解膜），其中強(qiáng)化耐候膜因耐候性強(qiáng)，使用結(jié)束后可有效減少甚至杜絕田間殘留，且價(jià)格較可生物降解膜低，所以應(yīng)用較多。但考慮綠色生態(tài)發(fā)展要求，可生物降解膜具有環(huán)保、無(wú)污染等特點(diǎn)，優(yōu)勢(shì)更為明顯，應(yīng)用前景更為廣泛[3]。本試驗(yàn)應(yīng)用上海弘睿提供的全生物降解膜，對(duì)5種降解地膜的保溫、保墑、降濕、對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育及土壤殘留的影響進(jìn)行研究分析，以便為地膜減量替代措施提供科學(xué)的技術(shù)參數(shù)、成本核算和技術(shù)指導(dǎo)方案。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)在揚(yáng)州市江都區(qū)吳橋現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)開展，以蕓豆為試驗(yàn)作物，品種為霸王龍K6，種植戶自行育苗。

試驗(yàn)地膜選用上海弘睿提供的5種規(guī)格全生物降解膜試驗(yàn)產(chǎn)品，普通膜為市場(chǎng)采購(gòu)合格PE 地膜（表1）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2019年8月27日覆膜，9月1日定植，12月24日采收結(jié)束，12月31日地膜撿拾回收；溫度測(cè)定時(shí)間為2019 年8 月29 日至12 月18 日，對(duì)比了解蕓豆生長(zhǎng)期內(nèi)地膜保溫效果，及降解膜降解情況與溫度的關(guān)聯(lián)性殘留監(jiān)測(cè)時(shí)間為2020 年3 月20日。

試驗(yàn)地膜產(chǎn)品與對(duì)照地膜顏色一致，均為黑色。共設(shè)置6 個(gè)處理，以降解膜3 為對(duì)照（CK），每個(gè)處理設(shè)置3 次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列。小區(qū)面積20 m2，各小區(qū)采取統(tǒng)一農(nóng)藝管理措施。試驗(yàn)調(diào)查內(nèi)容包括地膜降解、膜下溫度、表土溫度、成本核算等。溫度測(cè)量使用Elitech RC-4 自動(dòng)溫度記錄儀，測(cè)溫儀探頭埋在地下10 cm 和膜下位置，每小時(shí)記錄1 次數(shù)據(jù)。試驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)應(yīng)用WPS Office 軟件進(jìn)行處理分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同覆膜處理對(duì)土壤溫度的影響

根據(jù)蕓豆整個(gè)生長(zhǎng)周期，對(duì)每隔10 d 1：00、5：00、9：00 和13：00 的土壤溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果顯示（圖1、2），地表土壤溫度每日變化幅度較大，而-10 cm 土壤溫度變化幅度較??；每日從1：00～13：00，土壤溫度先降低后上升，在13：00 達(dá)到最高值。其中普通膜的土表膜下溫度日變化溫差最大，為18.7℃，降解膜1 為12.5℃，降解膜2 為25.9℃，降解膜3（CK）為14.6℃，降解膜4 為32.3℃，降解膜5 為32.2℃；普通膜地下10 cm 土壤溫度日變化溫差最大，為4.1℃，降解膜1 為14.4℃，降解膜2 為4.9℃，降解膜3（CK）為8.7℃，降解膜4為5.8℃，降解膜5 為5℃。

圖1 -10cm 土壤溫度變化

處理作物生長(zhǎng)全程測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)顯示（圖3），覆蓋降解膜1、2 的地表與-10 cm 土壤最高溫和均溫均高于降解膜3（CK），其中降解膜1、2 最高溫分別達(dá)54.4、56.3℃。通過(guò)分析厚度一致、寬幅不同的生物降解膜的保溫性（圖4），降解膜3（CK）、降解膜4地面下10 cm 和膜下地表的最低溫、均溫皆高于降解膜5，降解膜5 最低溫分別為1.9、0.8℃；降解膜地表膜下的最高溫度均較高，其中降解膜4 最高溫達(dá)57.4℃。

圖2 地表土壤溫度變化

圖3 -10cm 土壤不同厚度、寬幅降解膜最高溫、最低溫和均溫統(tǒng)計(jì)

圖4 地表土壤不同厚度、寬幅降解膜最高溫、最低溫和均溫統(tǒng)計(jì)

2.2 地膜裂解結(jié)果

地膜降解結(jié)果（表2，圖5、6）顯示，覆膜后21 d，降解膜1 最先發(fā)生開裂，誘導(dǎo)期較其他處理早7～10 d，開裂期較其他處理早25～37 d，大裂期較其他處理早5～48 d，12 月27 日達(dá)到碎裂期；其他處理降解膜在覆膜60 d 后均進(jìn)入大裂期，但未進(jìn)入碎裂期。

圖5 10 月23 日各處理地膜觀測(cè)區(qū)域狀態(tài)

表2 地膜降解統(tǒng)計(jì) 月/日

作物拉秧后，畦面仍殘留大量地膜未降解，其中降解膜1 和降解膜2 裂解最為嚴(yán)重，碎片較??；降解膜3（CK）、降解膜4、降解膜5 的殘膜量多，碎片較大。

2.3 人工成本核算

對(duì)所有處理的用工進(jìn)行核算，主要為蓋膜、定植、除草、打藥、撿拾等環(huán)節(jié)。如表3 所示，蓋膜用工為0.75 人/d，定植用工為0.75 人/d，打藥用工為0.5 人/d，除草和撿拾殘膜用工方面不同處理的用工成本存在差異，覆膜前封閉處理，降解膜1 和降解膜2 用工較多，降解膜1 裂解最為嚴(yán)重，除草和撿拾殘膜用工最多，普通膜用工最少；整體人工成本核算，普通膜用工最少，為2.8 人/d，其次是厚度為0.008 mm 的降解膜3（CK）、降解膜4、降解膜5，用工為3.25 人/d。

表3 人工成本核算 人/d

2.4 地膜殘留監(jiān)測(cè)

蕓豆拉秧后至殘留監(jiān)測(cè)種植1 茬茼蒿，耕耙均為縱向進(jìn)行，不相互混淆，茼蒿種植為撒播，未起壟，采收后即開展原位監(jiān)測(cè)。在每種材料的3 塊試驗(yàn)區(qū)域，統(tǒng)一橫向位置各選取3 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)（每塊試驗(yàn)區(qū)域的中間位置），每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)為1 m2，深度20 cm（翻耕深度）的土方，篩選出的殘留地膜利用超聲波清洗后晾干稱重。

經(jīng)晾干恒重后（表4），普通膜與降解膜1 每個(gè)樣方平均殘留均為0.095 g，每667 m2平均殘留63.34 g；降解膜2 的平均樣方殘留0.076 g，估算667 m2平均殘留為50.67 g；降解膜3（CK）和降解膜4、5 覆蓋區(qū)的樣方地膜平均殘留分別為0.057、0.075、0.126 g，估算667 m2平均殘留分別為38.00、50.00、84.00 g。

表4 地膜殘留監(jiān)測(cè)結(jié)果 g

圖6 12 月27 日各處理地膜觀測(cè)區(qū)域狀態(tài)

3 小結(jié)

蕓豆，學(xué)名菜豆，別名四季豆、刀豆等，是豆科菜豆屬中的栽培種，是我國(guó)重要蔬菜之一。菜豆在中國(guó)南、北方均廣為種植，除露地栽培外，可利用各種形式的保護(hù)設(shè)施進(jìn)行四季生產(chǎn)、周年供應(yīng)。研究表明，食莢菜豆每100 g 嫩莢含蛋白質(zhì)2.0～3.2 g，還含有豐富的礦物質(zhì)、維生素等其他成分。干籽粒每100 g 可含蛋白質(zhì)20～25 g，不但營(yíng)養(yǎng)豐富，而且味道鮮美。菜豆除鮮食和作干籽糧用外，還可加工制罐、速凍和脫水，其種子可以入藥。本研究以5種生物可降解生物地膜為試驗(yàn)材料，比較篩選適合江蘇省蕓豆生產(chǎn)需要的可降解地膜，以期為降解地膜在蕓豆規(guī)?；a(chǎn)的推廣應(yīng)用提供理論支持。

本研究中，5種生物降解膜前期都表現(xiàn)出較好的保溫效果，能保障秋延后雙層寬體大棚內(nèi)蕓豆的正常生產(chǎn)：①不同厚度、不同寬幅生物降解膜的地表和地下10 cm 土壤平均溫度均在20℃以上，膜下最高溫度在40.8℃以上，地下最高溫度在32.5℃以上。②5種生物降解膜的地表土壤溫度顯著高于普通膜，降解膜1、2、4的最高溫度均超過(guò)50℃，其中降解膜4 高達(dá)57.4℃，生物降解膜是否添加特殊的吸熱物質(zhì)以加速降解，或者是生物降解膜在降解過(guò)程中釋放熱量以提高地表土壤溫度。③生物降解膜后期裂解較嚴(yán)重，地下10 cm 的保溫效果不及普通膜，普通膜地下10 cm 最低溫度為9.7℃，均高于各種降解膜，其中降解膜5 僅為1.9℃。

5種降解膜均表現(xiàn)出自然裂解效果：①降解膜1 裂解最早，其次是降解膜2、5，地膜薄，裂解速度快，前期裂解速度對(duì)于蕓豆生長(zhǎng)前期的草害控制效果影響較大，后期裂解速度對(duì)作物保溫、保濕效果影響較大，濕度增加易發(fā)生病害。②降解膜5 寬度為2 m，中間有走道便于農(nóng)事操作，長(zhǎng)期踩踏，可能會(huì)加快地膜裂解速度，此外，地膜粘于濕潤(rùn)土壤表面，裂解后不易撿拾，監(jiān)測(cè)顯示平均每1 m2殘留0.126 g，高于其他規(guī)格的降解膜處理。③本試驗(yàn)從覆膜到監(jiān)測(cè)歷經(jīng)7個(gè)月，降解膜各種處理在田7 個(gè)月后仍監(jiān)測(cè)到地膜殘留，監(jiān)測(cè)清洗中發(fā)現(xiàn)降解膜的殘膜韌性明顯下降，但生物降解膜在土壤中降解的時(shí)間以及最佳的降解環(huán)境還需加深研究，若能解決全生物降解膜降解時(shí)間的控制難題，將能充分發(fā)揮其生態(tài)效益優(yōu)勢(shì)，也能加快其推廣應(yīng)用。

本研究結(jié)果表明，試驗(yàn)中所用生物降解膜配套雙層大棚覆蓋栽培，可保證秋延后蕓豆正常生產(chǎn)；生物降解膜前期具有較好的保溫效果，但不同規(guī)格生物降解膜后期因裂解情況不同，保溫、控濕效果不同程度下降；部分規(guī)格降解地膜自然裂解時(shí)間早、裂解速度快，但在田完全降解時(shí)間較長(zhǎng)，難以滿足保墑、控草、節(jié)本等要求。