露地不同地膜覆蓋效應(yīng)及對(duì)荔浦芋產(chǎn)量品質(zhì)的影響

江解增， 吳桓銳， 李東昇， 劉輝， 呂艷， 蔡秀健， 楊倩倩

(揚(yáng)州大學(xué) 園藝與植物保護(hù)學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225009)

地膜覆蓋栽培是常見的農(nóng)藝措施，具有增溫保墑、防治病蟲草害、促進(jìn)作物早熟和增產(chǎn)的效果。地膜覆蓋技術(shù)能使經(jīng)濟(jì)作物增產(chǎn)20%～60%[1]。傳統(tǒng)地膜在自然條件下降解性能極差，且我國(guó)地膜回收率不到60%。大量殘膜存留于耕地中，可能會(huì)破壞土壤結(jié)構(gòu)，影響農(nóng)作物的種植與生長(zhǎng)，導(dǎo)致土壤水分下滲和上滲系數(shù)降低，不利于作物根系對(duì)土壤深層水的吸收利用，從而造成減產(chǎn)[2]。全生物降解地膜具有與普通膜相類似的增溫、保墑效果，在改善土壤性狀及促進(jìn)作物生長(zhǎng)方面甚至優(yōu)于普通PE地膜，而且還具有自然降解能力[3-4]。全生物降解地膜在持續(xù)崩解過(guò)程中可為土壤微生物提供養(yǎng)分，促進(jìn)微生物碳代謝，增加生物多樣性，提高作物產(chǎn)量，且在降雨少的年份效果尤為明顯[5]。但也有研究指出，與普通白色地膜相比，黑色地膜、生物可降解地膜處理下花生產(chǎn)量分別減少17%和9%[6]。由于作物種類、區(qū)域氣候條件、地膜特性等差異，可降解地膜對(duì)作物的影響也不盡相同[7]。白娜玲等[8]以不覆膜作為對(duì)照比較了普通白色非降解地膜、黑色生物降解地膜、棕色生物降解地膜對(duì)芋艿產(chǎn)量的影響，發(fā)現(xiàn)不同地膜覆蓋處理均可提高芋艿產(chǎn)量10.20%～29.61%。目前不同種類的地膜覆蓋在荔浦芋上的應(yīng)用研究未見報(bào)道。本試驗(yàn)選用具有抑制雜草功能的3種黑色全生物降解地膜為試材，以常規(guī)黑色PE地膜為對(duì)照，開展露地覆蓋地膜栽培荔浦芋試驗(yàn)，比較不同地膜對(duì)表層土壤的增溫效果、荔浦芋產(chǎn)量、土壤理化性質(zhì)的影響，期望為荔浦芋生產(chǎn)及地膜的選擇應(yīng)用提供技術(shù)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

本試驗(yàn)于2019年4—11月在揚(yáng)州大學(xué)蔬菜試驗(yàn)田進(jìn)行。所用的全生物降解地膜分別為上海弘睿生物科技有限公司提供的厚度為4、8 μm黑色膜和南通華盛新材料股份有限公司提供的10 μm黑色膜，以山東省淄博市塑料制品有限公司生產(chǎn)的厚度10 μm聚乙烯黑色地膜為對(duì)照，寬幅均為1.2 m。試驗(yàn)選用荔浦芋品種桂芋1號(hào)，是廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所采用組織培養(yǎng)快繁技術(shù)方法，用優(yōu)良荔浦芋單株的莖尖經(jīng)離體培養(yǎng)篩選培育的優(yōu)良品種。

4月15日大田耕翻時(shí)按每667 m2施用100 kg菜籽餅+45%(氮、磷、鉀養(yǎng)分含量各15%)三元復(fù)合肥30 kg做基肥，耕翻后南北向按畦面寬80 cm、畦溝寬40 cm、深30 cm作畦。按梅花形采樣法采集畦面0～20 cm土壤樣品，風(fēng)干后過(guò)篩、裝袋，保存于實(shí)驗(yàn)室陰涼通風(fēng)處。同日在相鄰的5條畦上按每6 m為1個(gè)試驗(yàn)小區(qū)，覆蓋試驗(yàn)地膜，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。4月21日將大棚育苗、高度約50 cm左右的芋苗移栽至試驗(yàn)小區(qū)，每畦雙行種植，株距40 cm。5月10日在每個(gè)小區(qū)中間部位插入江蘇省精創(chuàng)電氣股份有限公司生產(chǎn)的RC-4HA迷你型溫濕度記錄儀地溫計(jì)探頭，入土5 cm，每1 h記錄1次溫度，測(cè)定至6月26日降解地膜處理均有較大裂口(開裂期)、并有較多雜草萌生時(shí)結(jié)束。荔浦芋按常規(guī)管理，于11月28日收獲并統(tǒng)計(jì)小區(qū)荔浦芋產(chǎn)量。每小區(qū)隨機(jī)選取3個(gè)荔浦芋球莖，削皮后測(cè)量鮮重、體積，切片后烘箱烘干，稱取干重，粉碎后過(guò)篩，測(cè)定品質(zhì)指標(biāo)。各小區(qū)再按梅花形采樣法采集0～20 cm的土壤樣品，風(fēng)干后過(guò)篩，連同試驗(yàn)前的土壤樣品一起測(cè)定土壤性質(zhì)指標(biāo)。

將各個(gè)不同處理的留樣芋削皮洗凈擦干后放置電子天平上記錄鮮樣的質(zhì)量；體積使用溢水法測(cè)量；測(cè)完體積后的芋切小塊放置105 ℃烘箱中殺青30 min，將溫度調(diào)至75 ℃烘干至恒重，電子天平稱量干樣的質(zhì)量?？偟矸酆堪锤呗人?蒽酮比色法測(cè)定[9]；黃酮、總酚、DPPH自由基清除率按謝冬惠等[10]的方法測(cè)定；土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測(cè)定(NY/T 1121.6—2006)；土壤蔗糖酶活性測(cè)定采用3， 5-二硝基水楊酸比色法。

用Excel 2007和DPS 7.05軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同地膜覆蓋對(duì)表土溫度的影響

選擇全生物降解地膜處于完整階段的5月11日(晴天)、出現(xiàn)小裂縫進(jìn)入誘導(dǎo)期的5月21日(晴天)和出現(xiàn)較大裂口進(jìn)入開裂期的6月21日(陰天)，比較各地膜處理地表5 cm處的全天溫度平均值變化(圖1)。從圖1可以看出，在全生物降解地膜覆蓋25 d后的地膜完整階段及35 d后出現(xiàn)小裂縫的誘導(dǎo)期，晴天的各處理與對(duì)照間表土溫度雖有差異，但日溫差較大，說(shuō)明各處理與對(duì)照均有較好的保溫效果；覆蓋65 d后降解膜進(jìn)入裂解期，此時(shí)到了初夏階段，較厚的10 μm降解膜裂口較多但較小，表土溫度雖比對(duì)照較高，但差異不明顯；較薄的降解膜處理裂口較多而且大，土表光照較多，表土溫度反而較高。

圖1 不同地膜表土溫度日變化動(dòng)態(tài)

各處理間的差異表現(xiàn)為5月11日4種地膜均處于完整狀態(tài)，中午時(shí)段宏睿8 μm降解膜和淄博10 μm PE膜表土溫度明顯高于宏睿4 μm降解膜和華盛10 μm降解膜處理，其中宏睿4 μm降解膜處理為最低，早晚時(shí)段各處理及對(duì)照間表土溫度差異很小。5月21日3種降解膜處理均已出現(xiàn)不同程度的小裂縫，田間觀察發(fā)現(xiàn)宏睿4 μm降解膜處理的小裂縫明顯多于其他處理及對(duì)照，這與其早晚時(shí)段的表土溫度明顯低于其他處理及對(duì)照相對(duì)應(yīng)，說(shuō)明較薄的降解膜較易裂解，保溫性能較差；各處理及對(duì)照間中午時(shí)段的表土溫度差異較小，并以對(duì)照的土溫相對(duì)最高，一方面說(shuō)明3種降解膜由于出現(xiàn)裂縫而明顯降低了保溫性能，另一方面也與5月下旬試驗(yàn)點(diǎn)所在地區(qū)中午溫度較高相關(guān)。6月21日4種地膜表土溫度以宏睿4 μm降解膜處理為最高，其次為宏睿8 μm降解膜處理，華盛10 μm降解膜處理與對(duì)照淄博10 μm PE膜處理表土溫度相近，且以對(duì)照最低，田間觀察宏睿4 μm降解膜裂口較大且較多，宏睿8 μm降解膜次之，華盛10 μm降解膜裂口較小且較少，對(duì)應(yīng)試驗(yàn)點(diǎn)所在地已進(jìn)入初夏季節(jié)，說(shuō)明黑色地膜體現(xiàn)出其降溫的效果；各處理及對(duì)照溫度變幅較小，則與觀察日前幾天為晴天而當(dāng)天為陰天有關(guān)。

2.2 不同地膜覆蓋對(duì)荔浦芋產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

由表1可見，宏睿8 μm降解膜和華盛10 μm降解膜處理產(chǎn)量與對(duì)照相比稍低，但差異不顯著，宏睿4 μm處理則顯著低于對(duì)照。其原因既可能與降解膜裂解破損后雜草滋生消耗土壤養(yǎng)分有關(guān)，也可能與荔浦芋生長(zhǎng)前期降解膜裂解后保溫性能下降、植株長(zhǎng)勢(shì)較弱相關(guān)，還可能由于荔浦芋生長(zhǎng)需要較高土壤濕度，而降解膜破損后土壤保濕性能下降加上雜草滋生的蒸騰失水導(dǎo)致土壤濕度較低所致。從各處理及對(duì)照荔浦芋的干物率和體現(xiàn)產(chǎn)品緊實(shí)度的單位體積干物質(zhì)重指標(biāo)也可以看出，雖然各處理與對(duì)照間差異不顯著，但對(duì)照的干物率和單位體積干物質(zhì)重平均值均最低，說(shuō)明對(duì)照產(chǎn)品的平均含水率最高，也可以印證對(duì)照的土壤保濕性能較好。

表1 不同地膜處理對(duì)荔浦芋產(chǎn)量及物理品質(zhì)的影響

表2為各處理及對(duì)照產(chǎn)品淀粉含量和主要功能成分指標(biāo)。由表2可見，各處理產(chǎn)品干物質(zhì)中淀粉含量總體較高，但差異不顯著；黃酮、總酚含量和DPPH自由基清除率差異也均未達(dá)到顯著水平，說(shuō)明不同地膜覆蓋處理只是對(duì)產(chǎn)量產(chǎn)生影響，對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)影響不明顯。

表2 不同地膜對(duì)荔浦芋淀粉含量及功能性指標(biāo)的影響

2.3 不同地膜處理對(duì)土壤性質(zhì)的影響

從表3可以看出，與試驗(yàn)前土壤相比，試驗(yàn)結(jié)束后各處理及對(duì)照土壤有機(jī)碳含量均有不同程度的提升。其中宏睿4 μm降解膜處理與試驗(yàn)前達(dá)到顯著差異水平，對(duì)照田間觀察，該處理地膜裂解最快，雜草滋生嚴(yán)重，其原因可能是除草后雜草及其根系腐解所致；各處理及對(duì)照土壤有機(jī)碳含量總體均高于試驗(yàn)前，則還可能與長(zhǎng)達(dá)7個(gè)月的荔浦芋生長(zhǎng)過(guò)程中較多的老根死亡后腐解相關(guān)。與土壤碳代謝相關(guān)的土壤蔗糖酶活性表現(xiàn)為對(duì)照顯著低于試驗(yàn)前、也顯著低于3種降解膜處理，可能與荔浦芋生長(zhǎng)過(guò)程中土壤濕度較大有關(guān)，而對(duì)照PE膜破損較少，土壤保濕性較好，導(dǎo)致土壤蔗糖酶在厭氧環(huán)境下活性下降；3種降解膜處理的土壤蔗糖酶活性顯著高于對(duì)照PE膜，一方面可能因降解膜裂解而使土壤水分含量下降、通氣性較好，另一方面也可能因全生物降解地膜在降解過(guò)程中產(chǎn)生較多的碳代謝，釋放CO2而致土壤蔗糖酶活性上升。

表3 覆蓋不同地膜對(duì)土壤性質(zhì)的影響

3 討論

本試驗(yàn)中，宏睿8 μm降解膜和華盛10 μm全生物降解地膜覆蓋后荔浦芋產(chǎn)量比對(duì)照淄博10 μm PE地膜下降20%左右，與王斌等[11-13]試驗(yàn)產(chǎn)量略有下降的結(jié)果相似。本試驗(yàn)全生物降解地膜覆蓋后荔浦芋產(chǎn)量下降還可能與其群體封行前地膜裂解滋生較多雜草相關(guān)，生產(chǎn)上若在覆蓋全生物降解地膜前畦面上施用長(zhǎng)效封閉性除草劑，結(jié)合相應(yīng)的補(bǔ)水措施，是否能保證荔浦芋群體的正常生長(zhǎng)并達(dá)到與常規(guī)PE地膜相當(dāng)?shù)漠a(chǎn)量品質(zhì)還需進(jìn)一步試驗(yàn)驗(yàn)證。本試驗(yàn)所用的全生物降解地膜中，上海宏睿公司的為PPAT+PLA類型，江蘇華盛公司的為PPAT+PPC類型，相同類型的宏睿4和8 μm降解膜處理相比，4 μm降解膜裂解較快，雜草滋生，保水性能下降，導(dǎo)致產(chǎn)量最低；但宏睿8 μm降解膜處理與華盛10 μm降解膜處理相比，宏睿8 μm降解膜處理的產(chǎn)量平均值較高。所以尚需與地膜生產(chǎn)企業(yè)協(xié)作，針對(duì)不同類型及添加劑配方的全生物降解地膜開展進(jìn)一步試驗(yàn)研究。

荔浦芋生長(zhǎng)過(guò)程中對(duì)土壤水分要求較高，本試驗(yàn)實(shí)施過(guò)程中經(jīng)常灌水保持土壤濕度80%左右，試驗(yàn)結(jié)束后對(duì)照PE膜覆蓋處理因土壤長(zhǎng)期處于厭氧環(huán)境，致其土壤蔗糖酶活性顯著下降。目前對(duì)于全生物降解地膜覆蓋研究除了作物的產(chǎn)量品質(zhì)差異外，土壤性質(zhì)側(cè)重于水分蒸散、土壤養(yǎng)分等指標(biāo)[11,13]，但全生物降解地膜中仍存在10-3含量級(jí)的其他添加劑成分，如果長(zhǎng)期使用，這些成分多年累積是否會(huì)對(duì)土壤微生物菌群的平衡產(chǎn)生影響，需要進(jìn)行長(zhǎng)期定點(diǎn)試驗(yàn)研究。

結(jié)合4種地膜的降解情況及其對(duì)荔浦芋產(chǎn)量影響的綜合評(píng)價(jià)認(rèn)為，長(zhǎng)季節(jié)栽培作物露地栽培條件下，降解較慢的全生物降解地膜可以替代常規(guī)PE地膜。