全生物降解地膜在高海拔地區(qū)玉米栽培中的應(yīng)用研究

張海強(qiáng)　楊霞　王立霞　楊或紅　張芳　楊淑霞　白海鴻　楊慧珍　韓志強(qiáng)　王平生　祁維紅

關(guān)鍵詞：全生物將解地膜；降解特性；高海拔；玉米；適應(yīng)性

中圖分類號(hào)：S512 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2097-2172（2023）07-0649-05

生物降解地膜是指在自然環(huán)境下可被土壤微生物降解生成無毒小分子（CO₂和H₂O），對(duì)生態(tài)環(huán)境不造成危害的一類塑料地膜。在一定區(qū)域范圍內(nèi)，生物降解地膜與普通PE地膜一樣，具有增溫、保墑、抑制雜草的作用，但在馬鈴薯等作物墑，改良土壤性狀及促進(jìn)作物生長(zhǎng)的效果均優(yōu)于普通PE地膜，可在田間降解而消失，對(duì)土壤無污染，因此，新型生物降解地膜替代PE地膜是解決白色污染問題的重要途徑之一，推廣應(yīng)用環(huán)境友好型的全生物降解地膜新產(chǎn)品，將是我國未來實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)清潔生產(chǎn)及保障糧食安全的重要技術(shù)途徑。我們通過在高海拔地區(qū)玉米上開展全生物降解地膜栽培試驗(yàn)、暴曬試驗(yàn)和填埋試驗(yàn)，分析其降解特性及對(duì)玉米生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量等因素的影響，以篩選出適于高海拔地區(qū)玉米生產(chǎn)的全生物可降解地膜，為全生物降解地膜在高海拔地區(qū)的應(yīng)用提供參考。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)設(shè)在臨夏州農(nóng)業(yè)科學(xué)院現(xiàn)代農(nóng)業(yè)試驗(yàn)站（臨夏縣北塬鄉(xiāng)），試驗(yàn)區(qū)屬大陸性溫帶半干旱氣候，海拔2050 m。年均無霜期160 d，年均日照2573.7 h，年均降水量450 mm，年均氣溫6.5℃。試驗(yàn)田地勢(shì)平坦，灌溉條件充分，土壤類型為塬地黃麻土，pH為8.49，含有機(jī)質(zhì)19.2g/kg。

1.2供試材料

指示玉米品種為當(dāng)?shù)刂魍破贩N先玉335，供試地膜類型、規(guī)格及生產(chǎn)商見表1。

1.3試驗(yàn)方法

1.3.1玉米覆蓋栽培試驗(yàn) 試驗(yàn)設(shè)覆全生物降解地膜GS1、GS2、GS3、GS4、GS5 5個(gè)處理，以覆普通PE地膜（CK1）和不覆膜（CK2）為對(duì)照，3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積40.26m²（12.20m×3.30 m），小區(qū)筑地埂，四周設(shè)保護(hù)行，4月中旬起壟覆膜，選用全膜雙壟溝播種植技術(shù)，保苗66 000株／hm²。起壟前施玉米復(fù)混專用肥（N-P₂O₅-K20為9-6-3）900 kg/hm²作基肥，拔節(jié)期追施尿素（氮46%）375 kg/hm²。

1.3.2暴曬試驗(yàn) 試驗(yàn)設(shè)CK1（PE地膜）、GS1、GS2、GS3、GS4、GS5共6個(gè)處理，3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積19.80 m²（6.00 m×3.30 m）。4月中旬按全膜雙壟溝播方式起壟覆膜，不施化肥、農(nóng)藥，不種植作物，確保地膜完全暴露在陽光下。

1.3.3填埋試驗(yàn) 試驗(yàn)設(shè)CK1（PE地膜）、GS1、GS2、GS3、GS4、GS5共6個(gè)處理，隨機(jī)區(qū)組排列，埋設(shè)在同一填埋坑內(nèi)。填埋深度20 cm，分90 d和180 d 2個(gè)觀察期，每個(gè)觀察期3次重復(fù)。將6種地膜分別裁剪成橫向30 cm、縱向40 cm的膜片，做好標(biāo)記，裝入20目防蟲網(wǎng)袋中，按排列順序均勻平展放入坑中，然后回填，地面不種植作物，不施用化肥農(nóng)藥等。

1.4觀測(cè)指標(biāo)

1.4.1地膜降解情況觀測(cè) 玉米覆蓋栽培試驗(yàn)與暴曬試驗(yàn)覆膜時(shí)間相同，按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)，將各供試地膜覆蓋于試驗(yàn)小區(qū)壟面上，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)重復(fù)設(shè)置3個(gè)橫向1m×縱向1m固定觀測(cè)點(diǎn)，采用目測(cè)法對(duì)觀測(cè)點(diǎn)及延長(zhǎng)3m范圍內(nèi)的地膜降解性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，記錄各參試地膜破損情況及降解階段。填埋試驗(yàn)在地膜樣品埋土后的90 d和180 d，各取出一個(gè)區(qū)組的所有膜樣，洗凈、晾干，觀測(cè)埋設(shè)膜降解后外觀變化。并通過以下公式計(jì)算地膜降解率。

地膜降解率=（m₀－m₁）/m₀×100%式中，m₀為覆膜前地膜重量，m₁為試驗(yàn)結(jié)束時(shí)殘膜重量。

地膜降解性能評(píng)價(jià)指標(biāo)為降解階段A為誘導(dǎo)期，即從覆膜到壟（畦）面地膜出現(xiàn)多處（每延長(zhǎng)3m處以上）≤2 cm自然裂縫或孔洞（直徑）的時(shí)間；降解階段B為開裂期，即壟（畦）面地膜出現(xiàn)≥2cm、<20 cm自然裂縫或孔洞（直徑）的時(shí)間；降解階段C為大裂期，即壟（畦）面地膜出現(xiàn)大于20 cm自然裂縫的時(shí)間；降解階段D為碎裂期，即地膜柔韌性盡失，壟（畦）面地膜出現(xiàn)碎裂，最大殘片面積≤16 cm²的時(shí)間；降解階段E為無膜期，即壟（畦）面地膜基本見不到地膜殘片的時(shí)間。

1.4.2玉米生育情況調(diào)查 玉米出苗后每小區(qū)選擇有代表性的2m雙行作為定點(diǎn)、按時(shí)統(tǒng)計(jì)相關(guān)數(shù)據(jù)的樣方區(qū)。在樣方內(nèi)進(jìn)行物候期及生育期調(diào)查，物候期的確定以小區(qū)50%以上植株進(jìn)入該生育期為標(biāo)志。

1.4.3玉米農(nóng)藝性狀測(cè)定 成熟后每小區(qū)連續(xù)取10株，測(cè)定株高、穗位高、莖粗、穗粒數(shù)、千粒重等指標(biāo)。

1.4.4玉米產(chǎn)量測(cè)定 每小區(qū)單收單打計(jì)實(shí)產(chǎn)。在收獲過程中，將小區(qū)內(nèi)雜株和非試驗(yàn)因素引起的異常植株剔除，剔除株的產(chǎn)量以小區(qū)平均產(chǎn)量補(bǔ)回，按每小區(qū)面積折合產(chǎn)量。

1.5數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2019軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析及制表，SPSS 20.0軟件進(jìn)行方差分析。

2結(jié)果與分析

2.1全生物降解地膜降解進(jìn)程

通過對(duì)玉米覆蓋栽培及暴曬試驗(yàn)各小區(qū)觀測(cè)點(diǎn)及延長(zhǎng)3m區(qū)域的觀察發(fā)現(xiàn)（表2），參試全生物降解地膜的降解性能均優(yōu)于CK1。其中GS1的降解最快，覆膜后39 d就進(jìn)入開裂期，73 d達(dá)到破碎期，89 d時(shí)已完全降解；GS2的降解最慢，覆膜后81 d進(jìn)入開裂期，188 d達(dá)到破碎期；GS3、GS4、GS5的整個(gè)降解進(jìn)程差異不大。在玉米整個(gè)生育期，只有GS1完全降解，其余各降解地膜均處于破碎期。

2.2全生物降解地膜不同時(shí)期地表殘膜覆蓋率

通過對(duì)試驗(yàn)各小區(qū)觀測(cè)點(diǎn)及延長(zhǎng)3m區(qū)域的觀察發(fā)現(xiàn)（表3），隨著玉米生育進(jìn)程的推進(jìn)，各參試全生物降解地膜的地表覆蓋率逐漸降低且均低于CK1。苗期以GS3、GS2處理的覆蓋率最高，均為100%；其次是GS5處理，為96%；GS4居第3，為95%；GS1處理的覆蓋率最低，為40%。在拔節(jié)期，GS2處理的覆蓋率最高，為100%，其次是GS5處理，為90%；再次是GS3處理，為85%；GS1、GS4處理的覆蓋率最低，均為25%。在成熟期，GS2處理的覆蓋率最高，為35%；其次是GS4處理，為25%；GS5、GS4處理居第3，均為15%；GS1處理最低，為0。

2.3全生物降解地膜對(duì)玉米生育期的影響

通過田間觀察發(fā)現(xiàn)（表4），全生物降解地膜各處理對(duì)玉米各生育期的影響不大，但均短于不覆膜處理，CK1、GS3處理的生育期最短，為167 d，較CK2長(zhǎng)15 d；其次是GS2處理，為170 d，較CK2長(zhǎng)12 d；CK2的生育期最長(zhǎng)，為182d。

2.4全生物降解地膜對(duì)玉米農(nóng)藝性狀的影響

由表5可以看出，不同類型全生物降解地膜對(duì)作物農(nóng)藝性狀的影響不同。不同全生物降解地膜處理的玉米株高差異顯著，以GS4處理最高，為400.5 cm，較CK2、CK1分別高74.3、93.5 cm；GS3處理最低，為302.1 cm。莖粗GS4和GS1處理間存在顯著性差異，其余各處理間差異不顯著。穗粒數(shù)間互相存在顯著性差異，以GS4處理最高，為643.4個(gè)，較CK2、CK1分別多101.5、8.2個(gè)；GS2處理哦次之，為633.4個(gè)；GS5處理最低，為585.1個(gè)。千粒重間互相呈現(xiàn)出顯著性差異，以GS2處理最高，為372.7 g，較CK2重40.1 g，較CK1輕13.0 g；GS1處理最低，為335.0 g。

2.5全生物降解地膜對(duì)玉米產(chǎn)量的影響

從表6可以看出，全生物降解地膜處理的玉米產(chǎn)量均顯著高于CK2而低于CK1。產(chǎn)量以GS2處理較高，為15 399.9 kg/hm²，較CK2增產(chǎn)41.88%，較CK1減產(chǎn)4.91%，與GS1、GS5處理之間差異顯著，與GS3、GS4處理之間差異不顯著。

2.6全生物降解地膜在不同填埋時(shí)期的降解效率

由表7可知，全生物降解地膜填埋后均能降解，并隨著時(shí)間的推移降解率呈現(xiàn)出增大的趨勢(shì)，且顯著高于CK1。填埋后90 d時(shí)，GS1處理已基本完成降解，GS2、GS3處理處于降解加速期，GS4、GS5處理也已出現(xiàn)明顯的降解現(xiàn)象，而CK1還未出現(xiàn)降解現(xiàn)象；填埋后180 d時(shí)，各降解地膜處理均已基本完成降解，其中GS1處理降解率最高，為97.58%，較CK1高94.55個(gè)百分點(diǎn)；其次是GS5處理，為94.61%，較CK1高91.58個(gè)百分點(diǎn)；GS4處理最低，為90.57%。

3討論與結(jié)論

全生物降解地膜是由PBAT、PLA、PHA、纖維素和淀粉等高分子材料構(gòu)成的一種可以替代傳統(tǒng)PE地膜的可降解地膜。全生物降解解地膜在農(nóng)田中可以通過微生物的分解或氧化降解成水溶性碎片，最終生成C02和H20融入土壤，其降解速率、降解強(qiáng)度受外界環(huán)境、材料、生產(chǎn)廠家等因素影響。本試驗(yàn)中，除金土地1號(hào)（GS1）因降解速度過快不能滿足玉米生長(zhǎng)發(fā)育需求外，其余4種供試全生物降解地膜均與作物生長(zhǎng)周期呈現(xiàn)出較好的匹配性，在土壤中的降解效率高且后期殘留少。

倪斌、李海萍等研究表明，覆蓋普通PE地膜和可降解地膜對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育及生長(zhǎng)周期無顯著影響，但覆蓋地膜與露地相比可以在一定程度上縮短作物的生育周期，顯著提高作物產(chǎn)量。本研究中，與不覆膜相比，全生物降解地膜覆蓋栽培的玉米生育期提前9～15 d，與覆蓋普通PE地膜相比生育期推遲0～6d。全生物降解地膜處理下，玉米產(chǎn)量低于覆蓋普通PE地膜而極顯著高于不覆膜處理，其中金土地2號(hào)（GS2）覆蓋栽培的玉米產(chǎn)量較高，為15399.9 kg/hm²，較不覆膜處理增產(chǎn)41.88%。

全生物降解地膜在一定區(qū)域可以代替普通PE地膜，但其適用性受環(huán)境、材料和工藝等的影響較大。綜合評(píng)價(jià)5種全生物降解地膜的降解特性、作物生育時(shí)期、農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量等因素，以全生物降解地膜金土地2號(hào)替代普通PE地膜應(yīng)用于高海拔地區(qū)玉米栽培更具潛力。