全生物降解地膜及強(qiáng)化耐候地膜在大蒜地膜減量替代試驗中的應(yīng)用效果分析

孫振業(yè)，姜新菊，王秀梅，魯守強(qiáng)，曾曉萍，張洪永*

（1.徐州市農(nóng)業(yè)農(nóng)村綜合服務(wù)中心，江蘇 徐州 221004；2.邳州市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，江蘇 邳州 221300；3.江蘇省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站，江蘇 南京 210003）

地膜覆蓋技術(shù)具有增溫、保墑、抑制雜草生長和縮短作物生長期等作用，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重大技術(shù)措施，被譽(yù)為“白色革命”。但是由于其很難降解，造成長期的、深層次的生態(tài)環(huán)境問題即“白色污染”，已經(jīng)對農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。全生物降解膜在使用后分解成二氧化碳和水，不需要回收，對環(huán)境不會造成任何污染。強(qiáng)化耐候膜在大蒜采收后強(qiáng)度依然比較大，不會破碎成碎片，便于人工或者機(jī)械撿拾，大大減少甚至消除對環(huán)境的污染。

近年來，徐州市大蒜種植面積常年穩(wěn)定在7.3萬hm2，且全部為100%覆蓋地膜栽培。2019年全市大蒜栽培地膜使用量在3 000 t以上，地膜回收率為74%，地膜在土壤中的殘留量仍然很高。本試驗采用全生物降解膜和強(qiáng)化耐候膜進(jìn)行大蒜地膜減量替代栽培試驗，旨在研究全生物降解地膜替代現(xiàn)有PE地膜的可行性，消除PE地膜對土壤環(huán)境產(chǎn)生的污染，省去人工或機(jī)械撿拾廢舊地膜的成本，同時保持大蒜應(yīng)有的產(chǎn)量和品質(zhì)。通過在2019—2020年連續(xù)2年開展地膜減量替代試驗，以期為大蒜生產(chǎn)中地膜減量替代提供技術(shù)依據(jù)，為全生物降解地膜生產(chǎn)廠家提供借鑒。

1 材料和方法

1.1 試驗地點

根據(jù)大蒜種植在江蘇省及邳州市分布的特點，結(jié)合不同土壤生態(tài)特征，2019年試驗地點選在邳州市宿羊山鎮(zhèn)，2020年選在邳州市碾莊鎮(zhèn)。

1.2 試驗材料

1.2.1 試驗作物

供試大蒜品種采用徐州市農(nóng)業(yè)科學(xué)院選育的徐蒜917[1]。

1.2.2 試驗地膜

2019年選用3家企業(yè)提供的4種全生物降解地膜[2]和1種強(qiáng)化耐候地膜，2020年選用3家企業(yè)提供的7種類型的地膜，其中包括5種全生物降解地膜[3]、1種強(qiáng)化耐候地膜和1種液體膜，不同地膜特性詳見表1。

1.2.3 試驗設(shè)計

2019年設(shè)置7個處理，2020年設(shè)置9個處理，其中均以普通PE地膜為常規(guī)地膜對照，以不覆蓋地膜為空白對照（表1），均采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，3次重復(fù)。大蒜種植行距為22 cm、株距為15 cm，平均密度均約30萬株/hm2。小區(qū)面積均為20 m2，各小區(qū)田間管理措施一致。

表1 2019、2020年供試地膜種類與特性及試驗設(shè)計

2019年和2020年試驗大蒜播種日期均在10月6日，次日噴施除草劑后覆膜。整地時每667 m2施硫酸鉀型復(fù)合肥（15-15-15）100 kg[4]；分別在返青期和膨大期每667 m2追施尿素10 kg[5]；結(jié)合土壤墑情澆水2次。

1.3 指標(biāo)調(diào)查

2年試驗調(diào)查指標(biāo)與方法均相同。大蒜長勢及產(chǎn)量調(diào)查：3月30日調(diào)查大蒜株高和假莖粗；5月20日采收時調(diào)查30個蒜頭的平均質(zhì)量及縱徑和橫徑，同時統(tǒng)計每個處理小區(qū)全部鮮蒜產(chǎn)量，折算每667 m2產(chǎn)量[6]。

地膜降解情況調(diào)查：1.誘導(dǎo)期，即從覆膜到壟（畦）面地膜出現(xiàn)多處（每米3處以上）≤2 cm自然裂縫或孔洞（直徑）的時間；2.開裂期，即壟（畦）面地膜出現(xiàn)≥2 cm、＜20 cm自然裂縫或孔洞（直徑）的時間；3.大裂期，即壟（畦）面地膜出現(xiàn)≥20 cm自然裂縫或孔洞（直徑）的時間；4.碎裂期，即壟（畦）面地膜出現(xiàn)碎裂，最大地膜殘片面積≤16 cm2的時間。5.無膜期，即壟（畦）面基本見不到地膜殘片。覆膜后30 d開始調(diào)查，時間間隔為7～10 d，每小區(qū)選擇3個點。

土壤環(huán)境指標(biāo)測定：分別在2019年11月—2020年4月和2020年12月—2021年4月的每月1日，將RC-4HC溫度自動記錄儀（江蘇省精創(chuàng)電氣股份有限公司生產(chǎn)）的溫度計探頭置于地表下10 cm處和地表與地膜之間，記錄當(dāng)日5：00及13：00土壤溫度，每個處理均選取3個點測量，然后取其平均值[7]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用DPS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計及差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同覆膜處理對大蒜長勢的影響

如表2所示，2019年試驗中處理4、處理5、處理6（CK1）大蒜長勢較其他處理長勢旺盛，株高以處理4最高，處理6次之，再次是處理5，處理7（CK2）最低；假莖粗也以處理4最大，其后依次為處理5、6、3、1、2，處理7（CK2）最小。2020年試驗中，處理5、處理8生長勢較強(qiáng)，株高、假莖粗均以處理8最大，處理5次之；處理7、處理9較差，長勢弱，田間缺苗嚴(yán)重（凍死率高）。

2.2 不同覆膜處理對鮮蒜產(chǎn)量及其相關(guān)性狀的影響

從表2可以看出，2019年試驗中，不同地膜處理對大蒜產(chǎn)量的影響存在顯著差異。處理5鮮蒜667 m2產(chǎn)量最高，為2 034.7 kg，較CK1增產(chǎn)13.64%；其次是處理4，較CK1增產(chǎn)10.34%，但處理4、處理5與CK1之間均未達(dá)到顯著差異；其余處理都比CK1減產(chǎn)30%以上，且均與CK1之間達(dá)到極顯著差異。

2020年試驗中，各處理鮮蒜產(chǎn)量較CK3都有不同程度的減產(chǎn)，處理5減產(chǎn)最少，減產(chǎn)率為5.84%，其次是處理3、處理4；處理2、處理1分別顯著減產(chǎn)9.07%、14.99%；處理7、處理6分別極顯著減產(chǎn)50.24%、20.33%；處理9（CK4）較CK3極顯著減產(chǎn)41.55%（表2），分析原因是其沒有覆蓋地膜，而且2020年冬天又有極端低溫天氣，所以減產(chǎn)在預(yù)料之中；但生物降解地膜和強(qiáng)化地膜的減產(chǎn)量之高是出乎意料的，2020年度試驗中生物降解地膜及強(qiáng)化地膜沒有達(dá)到預(yù)期效果。生物降解膜（除處理7外）產(chǎn)量均高于處理9，說明其效果好于不覆膜對照。

從表2可以看出，2019年試驗中，平均單個蒜頭質(zhì)量從大到小依次是處理5＞處理4＞處理6（CK1）＞處理2＞處理3＞處理1＞處理7（CK2）；2020年則依次是處理3＞處理5＞處理8（CK3）＞處理6＞處理1＞處理2＞處理4＞處理7＞處理9（CK4）。說明平均單個蒜頭質(zhì)量與產(chǎn)量基本是一致的，比較厚的生物膜處理的蒜頭質(zhì)量與667 m2產(chǎn)量均相對較高；同時可以看出，2019年不覆膜的大蒜縱徑為3.81 cm，橫徑為5.65 cm，均小于覆膜處理，2020年也是如此，說明生物降解地膜與強(qiáng)化耐候地膜效果較不覆膜對照效果好。

2.3 不同地膜的降解情況

從表3可以看出，在2019年試驗中，覆膜后34 d，即2019年11月28日，處理1最先進(jìn)入誘導(dǎo)期，較處理2、處理3分別提早11、9 d，而處理3比處理2提早2 d；覆膜后42 d（2020年1月6日），處理1發(fā)生開裂，開裂期比其他降解膜（處理2、處理3和處理4）提早2～51 d；處理1大裂期較處理2、處理3提早11、6 d，而處理3比處理2提早5 d；3月22日處理1顯示達(dá)到碎裂期，比處理2、處理3分別提早25、5 d，而處理3比處理2提早20 d。2020年2月26日處理4才出現(xiàn)開裂，韌性較強(qiáng)。5月20日，大蒜收獲時將全部地膜破開，部分回收。從回收時膜面完整度看：處理1嚴(yán)重破裂，處理2破裂，處理3破裂較重，處理4較完整，處理5完整（未出現(xiàn)破裂），PE膜（CK1）基本完整。在翻耕時處理1和處理3殘膜量最少，殘膜小；處理4的殘膜量較多，碎片較大，部分可回收；處理6（PE膜）和處理5（強(qiáng)化耐候膜）殘膜大部分已回收。

在2020年試驗中（表3），處理1和處理6降解最快，至2021年1月27日均已達(dá)到大裂期；其次是處理4，在2月23日達(dá)到大裂期；處理2和處理3分別在1月20日和27日才到開裂期；處理5則在4月2日才到誘導(dǎo)期，裂解最慢。對照表2可見，地膜的裂解程度和裂解早晚與大蒜的產(chǎn)量呈正相關(guān)；裂解越早的處理小區(qū)的大蒜產(chǎn)量越低，分析原因是地膜裂解影響了其本身的保溫和保墑能力，進(jìn)而影響到了產(chǎn)量。2021年2月23日—5月13日，所有全生物降解膜的裂解情況變化不明顯。4月下旬需要人力進(jìn)入田間收獲蒜薹以及套種玉米、辣椒等操作，對地膜踩踏嚴(yán)重，因此所有生物降解地膜均基本進(jìn)入大裂期。2021年5月22日采收時，經(jīng)過人工踩踏、起蒜頭、機(jī)械碾壓，全部生物降解地膜已經(jīng)全部進(jìn)入碎裂期（表3）。

表2 2019、2020年不同處理對大蒜長勢、鮮蒜產(chǎn)量及相關(guān)性狀的影響

表3 2019、2020年大蒜地膜降解期監(jiān)測記錄

2.4 不同覆膜處理對土壤溫度的影響

從表4可以看出，在2019年試驗中，越冬期所有覆膜處理（處理1—6）的地表土壤溫度日變化幅度較未覆膜（CK2）處理稍小，例如在12月1日，所有覆膜處理的地表土壤溫度日變化幅度為3.2～6.7 ℃，CK2日變化幅度為7.8 ℃；地下10 cm土壤溫度變化則相反，如12月1日所有覆膜處理的日變化幅度為1.6～2.8 ℃，CK2則為1.4 ℃。在12月1日地膜降解進(jìn)入誘導(dǎo)期后，由于地膜有破裂，其保溫性變差，導(dǎo)致土壤溫度相對較低，例如1月1日的地下10 cm土壤溫度以地膜較完整的處理4、處理5、處理6（CK1）較高。

如表4所示，在2020年試驗中，各處理地膜都具有保溫性，其中處理2、處理3、處理4、處理5、處理8（CK3）保溫性都比較好，其中在12月1日地膜降解進(jìn)入誘導(dǎo)期后，由于地膜有破裂，保溫性變差，導(dǎo)致溫度較低；土壤溫度以地膜較完好的處理4、處理5、處理6、處理8較高，進(jìn)入4月中旬后，由于光照增強(qiáng)，氣溫回升快，再加上灌水、采摘蒜薹、套種玉米等農(nóng)事操作，造成地膜損壞；因此，5月1日13：00之后的數(shù)據(jù)不能反映各處理的真實情況。

表4 2019、2020年土表及地表下10 cm的溫度統(tǒng)計 ℃

2.5 不同覆膜地膜處理病蟲草害發(fā)生情況

整個生長期間除不覆膜的處理外無病蟲害發(fā)生，覆膜地塊只在生長后期（4月中旬）以后有少量草害發(fā)生。

2.6 不同覆膜地膜處理用工比較

在2年試驗中，覆膜時由于常用地膜為4 m寬度，覆膜用工少，而試驗地膜大多為1.2 m寬度，每667 m2增加用工成本100元（此成本在使用2～4 m寬地膜情況下不會產(chǎn)生）；而降解膜在后期直接深翻入土，每667 m2減少了撿拾成本100元。強(qiáng)化耐候膜較普通地膜撿拾方便且撿拾率高。全生物降解膜不需要撿拾，故省去撿拾費(fèi)用，且減少了對土壤及周圍環(huán)境的污染[7]。

3 結(jié)論與討論

在連續(xù)2年試驗中，從田間裂解速度看，4個廠家提供的地膜裂解都較快。在大蒜進(jìn)入越冬期時地膜就已經(jīng)進(jìn)入誘導(dǎo)期甚至裂解期，失去了對大蒜的保溫保墑作用，造成產(chǎn)量減少。從田間生長情況及產(chǎn)量分析看，對全生物降解膜來說，2019年試驗中PBAT全生物降解膜處理表現(xiàn)為增產(chǎn)，但是2020年數(shù)據(jù)卻是減產(chǎn)的，說明該地膜有一定效果，但有可能是2020年的極端低溫天氣在一定程度上影響了試驗結(jié)果，這有待進(jìn)一步驗證；其他全生物降解膜的產(chǎn)量都低于普通PE地膜，說明供試生物降解地膜不適合在大蒜生產(chǎn)中應(yīng)用。對于強(qiáng)化耐侯地膜來說，2019年的產(chǎn)量高于對照，表現(xiàn)較好，2020年的產(chǎn)量低于對照，分析主要有2個原因：一是參試地膜寬度為1.2 m，比對照PE地膜（幅寬4.0 m）窄了很多，且每個處理間有22 cm裸露土地間隔，在2020年冬季極寒冷天氣下，保溫效果比對照地膜差很多；因此，生產(chǎn)上強(qiáng)化耐候膜可以在一定范圍內(nèi)加大寬幅。二是2019年強(qiáng)化耐候膜顏色為銀黑色，而2020年為白色（因為生產(chǎn)上地膜顏色主要為白色，調(diào)整為白色），顏色不同對試驗結(jié)果可能也會造成影響。液體膜在大蒜覆膜栽培中基本沒有效果，田間長勢與產(chǎn)量結(jié)果均低于對照PE地膜，甚至產(chǎn)量及商品性狀還不如未覆膜處理，反而增加了人工覆膜成本。另外，對于因全生物降解膜與強(qiáng)化耐候膜較厚造成自主破膜率較低的問題，蒜農(nóng)在使用中要注意2點：一是整地時耙碎整平，覆膜時拉緊膜，膜上多撒一些碎土，二是大蒜出苗后對不能破膜的要及時進(jìn)行人工輔助破膜。

大蒜全生育期為7個月，降解地膜至少需要堅持5個月以上進(jìn)入誘導(dǎo)期才能符合大蒜覆膜栽培的需要。綜合試驗結(jié)果，建議全生物降解地膜參數(shù)規(guī)格要求為：采用透明薄膜，規(guī)格為厚度0.008～0.010 mm，寬度為4 m；覆蓋降解誘導(dǎo)期為145～155 d，開裂期為150～180 d，功能期在180 d以上。

目前，供試全生物降解地膜規(guī)格型號不適應(yīng)當(dāng)前江蘇省大蒜生產(chǎn)的需要。地膜生產(chǎn)廠家應(yīng)根據(jù)大蒜栽培的特點，開發(fā)相應(yīng)適合于大蒜栽培的緩慢降解性地膜，保證在大蒜越冬期能夠起到保溫保墑作用，從而達(dá)到增產(chǎn)和減少撿拾費(fèi)用及環(huán)境污染的效果[8]。

據(jù)謝亞楠[9]的研究結(jié)果，全生物降解地膜比普通地膜的蒜頭產(chǎn)量增產(chǎn)，本研究結(jié)果與其不一致，分析原因是與地膜廠家、規(guī)格型號及試驗環(huán)境條件不同有關(guān)，有待在下一步試驗中進(jìn)行驗證。