玉米全生物降解地膜的篩選及適應(yīng)性研究*

李生太，蔡俊玲，張愛華，呂 軍，楊京京

（石河子農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，新疆 石河子 832000）

玉米不僅是重要的糧食作物和飼料作物，也是重要的工業(yè)原料。地膜具有增溫、保墑、抑草等重要作用，對于我國北方地區(qū)，低溫、少雨、干旱貧瘠等限制農(nóng)業(yè)發(fā)展的因素，具有很強(qiáng)的適用性。但是地膜數(shù)十年的投入伴隨產(chǎn)量的增加隨之帶來嚴(yán)重的白色污染，西北地區(qū)的玉米和棉花產(chǎn)區(qū)是使用地膜較多的區(qū)域。普通地膜回收技術(shù)缺乏系統(tǒng)研究，殘膜回收主要是依靠人工和簡單機(jī)械進(jìn)行，回收率低，農(nóng)田殘膜污染呈日趨嚴(yán)重態(tài)勢[1-2]。由于玉米根系發(fā)達(dá)，氣生根眾多，收獲后殘茬重的特征進(jìn)一步加大了殘膜回收的難度。全生物降解膜在促進(jìn)玉米生長發(fā)育、氮素吸收利用、提升玉米干物質(zhì)積累和產(chǎn)量形成方面與普通地膜功效相當(dāng)[3]。因此全生物降解地膜成了解決玉米產(chǎn)區(qū)面源污染的最佳選擇。篩選出合適的降解膜，對玉米生產(chǎn)具有重要的意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)區(qū)位于新疆石河子市，地處天山北麓中段，古爾班通古特大沙漠南緣，地理坐標(biāo)位于東經(jīng)84°58′～86°24′，北緯43°26′～45°20′，屬于典型的溫帶大陸性氣候，石河子地區(qū)日照充沛，全年日照時數(shù)2 074.2～2 668.6 h，年平均氣溫7 ℃，無霜期160 d左右，年均降水量100.7～224.6 mm。試驗(yàn)地選擇在石河子農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院中6#地進(jìn)行，試驗(yàn)地基本理化性質(zhì)：土壤容重為1.33 g/cm2，有機(jī)質(zhì)含量為40.87 g/kg，堿解氮為110.25 mg/kg，速效磷為44.9 mg/kg，速效鉀為452.44 mg/kg，pH7.9。試驗(yàn)地屬微堿性土壤，播前噴灑除草劑。選用施田補(bǔ)150～180 g/667 m2進(jìn)行土表噴霧，噴后立即進(jìn)行對角耙地混土。

1.2 供試材料

供試地膜：BD1為全生物降解地膜，原料為PBAT加輔料A組合，膜寬1.45 m，膜厚0.01 mm；BD2為全生物降解地膜，原料為PBAT加輔料B組合，膜寬1.45 m，膜厚0.01 mm；PE為普通農(nóng)用地膜，原料為PE，膜寬1.45 m，膜厚0.01mm。

供試玉米品種：鑫研218。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計

本試驗(yàn)設(shè)4個處理，2種全生物降解地膜分別標(biāo)記為BD1、BD2，一種普通農(nóng)用地膜標(biāo)記為PE，裸地處理標(biāo)記為LD。3次重復(fù)，各小區(qū)土壤條件基本一致。播種鋪膜時間為2022年4月12日，滴水時間為4月15日。采用機(jī)械播種，行距配置30 cm+60 cm，株距20 cm，理論種植株數(shù)7 407株/667 m2。

1.4 考察指標(biāo)

1.4.1 降解膜田間降解過程觀察與測定

以照片方式記錄：（1）膜面出現(xiàn)裂紋即以照片為證（整體的）。（2）降解時期：以覆膜當(dāng)天起時間間隔7 d定點(diǎn)拍照觀察的方式，找到其降解時期（當(dāng)出現(xiàn)破損時加照幾次）。（3）秋收前打稈并盡量完整收取地膜（1.00 m × 1.45 m），取回地膜以（1.00 m ×1.45 m）的紅色棉布為背景進(jìn)行拍照，用photoshop軟件計算當(dāng)季降解率。

1.4.2 地膜性能調(diào)查

1.4.2.1 降解膜保水性能

將完整無破損地膜覆蓋于盛有500 mL水分的相同容器內(nèi)，保證其密閉性，在天臺自然環(huán)境下放置，每日進(jìn)行觀測，以滴水周期11 d為準(zhǔn)。測定所有容器內(nèi)剩余水的體積，以此計算地膜保水性能。

1.4.2.2 地膜保溫性

耕層土壤溫度的測定采用RC-4溫度數(shù)據(jù)記錄儀進(jìn)行測定，探頭采用同一朝向埋設(shè)于膜下10 cm深處，從播種日期開始至收獲結(jié)束取出。

1.4.3 產(chǎn)量

玉米產(chǎn)量采用小區(qū)實(shí)收法測定。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Office Excel 2007、SPSS 18.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析。采用單因素方差分析法（One-way ANOVA）和最小顯著差異法（Least significant differences LSD）進(jìn)行方差分析和多重比較，檢驗(yàn)不同地膜對玉米株高、千粒重和產(chǎn)量的影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 保水性能

根據(jù)試驗(yàn)計算BD1保水率為59.6%，BD2保水率為57.2%，PE保水率為97.04%，可以看出兩種全生物降解地膜的保水率相差不大，均低于PE地膜，全生物降解地膜在保水性方面表現(xiàn)不佳。

2.2 保苗率

根據(jù)田間調(diào)查得出BD1保苗率為92.14%，BD2保苗率為90.25%，PE保苗率為91.35%，LD保苗率為84.57%，可以看出參試兩種全生物降解地膜在出苗上與PE相當(dāng)，且都明顯高于裸地。

2.3 降解性能

每試驗(yàn)小區(qū)進(jìn)行定點(diǎn)觀察和總體觀察，定點(diǎn)觀測重復(fù)3個觀測點(diǎn)，在定點(diǎn)觀察中，隨機(jī)選擇1張照片，結(jié)合試驗(yàn)小區(qū)降解膜“表膜”總體降解情況進(jìn)行分析，基本情況如表1。BD1在62 d出現(xiàn)細(xì)小裂紋，隨著時間的推移逐漸增多，膜面保持一定完整度。BD2在48 d率先出現(xiàn)細(xì)小裂紋，97 d開始加速降解，出現(xiàn)大裂，降解為小碎片，難以保證完整膜面。經(jīng)過試驗(yàn)計算得出BD1 當(dāng)季降解率為40.42%，BD2當(dāng)季降解率為78.73%，可以看出BD1生長周期內(nèi)當(dāng)季降解率較低，BD2當(dāng)季降解率較高。PE基本為機(jī)械損傷和作物正常生長造成的損壞，未出現(xiàn)降解情況。

表1 試驗(yàn)地地膜（小區(qū)）降解情況

2.4 降解地膜對土壤溫度的影響

從圖1可以看出：PE的溫度整體是最高的，LD始終最低。兩種降解膜溫度處于PE和LD之間，大體保持一致，給作物提供了足夠的保溫功能。前期因?yàn)榻到馑俾实牟煌瑢?dǎo)致BD1溫度高于BD2，后期經(jīng)過降解膜面破裂，地膜保溫功能喪失，兩種降解膜處理和裸地的溫度趨于一致。

圖1 全生物降解地膜對土壤溫度的影響

2.5 全生物降解膜對玉米生長發(fā)育的影響

從表2可以看出，玉米覆膜栽培可以明顯縮短生育期，三個覆膜處理出苗期都比裸地提前5 d，且其他時期基本一致。PE地膜處理玉米成熟期較全生物降解地膜處理提早1 d。裸地玉米整個生育期都明顯的晚于覆膜處理，最終導(dǎo)致成熟期最長,為148 d，晚于其他覆膜處理。

表2 不同處理玉米生育進(jìn)程 d

2.6 降解膜對玉米產(chǎn)量影響分析

由表3 可看出，BD1和裸地處理株高差異不顯著，但顯著高于BD2和PE。BD1和PE百粒重處理差異不顯著，但顯著高于BD2和裸地。可見BD1農(nóng)藝性狀綜合表現(xiàn)最好。BD1處理產(chǎn)量最高且顯著高于BD2、PE和裸地，BD2和PE差異不顯著，裸地產(chǎn)量最低。地膜覆蓋對玉米產(chǎn)量影響明顯。

表3 不同處理玉米株高、百粒重及產(chǎn)量

3 小結(jié)

通過在玉米田間采用兩種降解膜、普通地膜以及裸地的對比試驗(yàn)得出，兩種生物降解地膜的材料性質(zhì)決定其保水保墑性較差，在供水不足的情況下，更容易發(fā)生干旱缺水的可能性。BD2因?yàn)榻到庠?，?dāng)季降解率表現(xiàn)也不錯，造成土壤溫度較低，保苗率相對較低，因此最后產(chǎn)量較低。BD1降解較晚，當(dāng)季降解率較低，不過這也保證了前期的出苗溫度，后期抑草效果也更好。生育期內(nèi)保溫效果得到體現(xiàn)，對前期保苗率和整個產(chǎn)量有較大影響，最終產(chǎn)量略高于普通地膜覆蓋。而且降解膜在3年內(nèi)完全降解已經(jīng)足夠滿足生產(chǎn)需要，如果為了當(dāng)季降解而以降低產(chǎn)量為代價得不償失。因此綜合考慮，BD1更適合玉米大田推廣使用。