全生物降解地膜覆蓋對河西灌區(qū)馬鈴薯田耕層土溫及產(chǎn)量的影響

程萬莉 樊廷錄 王淑英 李尚中 趙剛 黨翼 王磊 張建軍 周剛

摘要：全生物降解地膜可作為治理農(nóng)用聚乙烯地膜殘留污染的主要措施之一，但由于其生產(chǎn)工藝不同致使降解性能差異較大，導(dǎo)致使用區(qū)域范圍和作物種類受限，推廣使用時需做適合性試驗(yàn)。為明確全生物降解地膜在河西灌區(qū)馬鈴薯栽培應(yīng)用中能否滿足其生育期對熱量的需求，為河西灌區(qū)馬鈴薯種植中全生物降解地膜替代聚乙烯地膜及區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)綠色發(fā)展提供數(shù)據(jù)支撐和科學(xué)依據(jù)。以馬鈴薯品種大西洋為指示品種，選用聚乙烯地膜和全生物降解地膜進(jìn)行壟上覆蓋栽培，研究了在河西灌區(qū)全生物降解地膜覆蓋對馬鈴薯田耕層土壤溫度和馬鈴薯產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，與覆蓋聚乙烯地膜相比，采用全生物降解地膜覆蓋時5、15、25 cm土層土壤日平均溫度降低了1.10 ℃，馬鈴薯折合產(chǎn)量（39 073.50 kg/hm2）增加了13.64%，這表明全生物降解地膜覆蓋能夠滿足馬鈴薯生育期對熱量的需求，可顯著增加馬鈴薯產(chǎn)量。綜上，在不改變當(dāng)?shù)靥镩g管理措施的條件下，在河西灌區(qū)馬鈴薯栽培中可以使用符合或優(yōu)于國標(biāo)（GB 35795-2017）要求的全生物降解地膜替代聚乙烯地膜。

關(guān)鍵詞：全生物降解地膜；河西灌區(qū)；土壤溫度；馬鈴薯產(chǎn)量

中圖分類號：S532? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2097-2172（2023）09-0815-07

doi：10.3969/j.issn.2097-2172.2023.09.006

Effects of Biodegradable Film Mulching on Soil Temperatures and

Potato Yields in Hexi Irrigation Area

CHENG Wanli 1， 2， 3， 4， FAN Tinglu 2， 5， WANG Shuying 1， 2， 3， 4， LI Shangzhong 1， 2， 3， 4， ZHAO Gang 1， 2， 3， 4，

DANG Yi 1， 2， 3， 4， WANG Lei 1， 2， 3， 4， ZHANG Jianjun 1， 2， 3， 4， ZHOU Gang 1， 2， 3， 4，

（1. Dryland Agriculture Research Institute， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou Gansu 730070， China; 2. Key Laboratory of Water Resources Efficient Utilization in Dry Farming Areas of Gansu Province， Lanzhou Gansu 730070，

China; 3. Key Laboratory of Northwest Green and Low- carbon Dryland Crops， Ministry of Agriculture and Rural

Affairs， P. R. China， Lanzhou Gansu 730070， China; 4. Key Laboratory of Stress Resistance， Yield Increase

and Efficient Utilization of Rainwater in Dryland Crops， Jointly Established by the Ministry of Agriculture

and Rural Affairs and Gansu Province， Lanzhou Gansu 730070， China; 5. Gansu Academy of

Agricultural Sciences， Lanzhou Gansu 730070， China）

Abstract： As one of the main measures for the control of residual pollution of polyethylene mulch in agriculture， the use of biodegradable mulch has been the focus of much attention. However， due to differences in production processes， the degradation performance varies widely， and the scope of use is limited by area and crop species， so the popularisation of its use needs to be adapted to local production text. In order to understand whether biodegradable film mulching would be able to provide enough heat for potato production in Hexi irrigation district， so as to provide data support and scientific basis for the popularisation and application of biodegradable film mulching in potato cultivation in Hexi irrigation district， the potato variety Daxiyang was used as the indicator variety， and polyethylene film and biodegradable film were used for ridge mulching cultivation. Effects of biodegradable film mulching on soil temperature and potato yields in Hexi irrigation area were studied. The results showed that， compared with polyethylene mulching， soil temperatures at 5 cm， 15 cm and 25 cm depths of biodegradable film mulching were decreased averagely by 1.10 ℃， and the average potato yield was increased by 13.64%（39 073.50 kg/ha）， which indicated that the biodegradable film mulching could meet the heat demand during the potato growth period and could significantly increase the potato yield. In conclusion， biodegradable film that meets the requirements of the national standard （GB 35795-2017） could be used to replace polyethylene film in potato cultivation in Hexi irrigation district when local field management measures are not changed.

Key words： Biodegradable film; Hexi irrigation area; Soil temperature; Potato yield

收稿日期：2023 - 08 - 25

基金項(xiàng)目：國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2021YFD1100501）；農(nóng)業(yè)農(nóng)村部玉米產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（GARS-02-66）；甘肅省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳環(huán)保站項(xiàng)目“甘肅省地膜科學(xué)使用及殘留污染綜合防治關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”。

作者簡介：程萬莉（1989 — ），女，甘肅靖遠(yuǎn)人，助理研究員，碩士，主要從事土壤改良與培肥工作。Email： chwlir@163.com。

通信作者：樊廷錄（1965— ），男，甘肅臨洮人，研究員，博士生導(dǎo)師，主要從事旱作農(nóng)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)研究與科技管理工作。Email：fantinglu3394@163.com。

地膜已成為我國第四大農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料，2021年全國地膜使用量132.03萬t，覆蓋面積1 728.22萬hm2。甘肅農(nóng)田地膜使用量僅次于新疆，居全國第二位，2021年底全省各類作物地膜用量為12.17萬t，覆膜面積139.14萬hm2［1 ］。早在20世紀(jì)80年代初地膜引進(jìn)國內(nèi)起，甘肅就開始在河西地區(qū)試點(diǎn)推廣地膜覆蓋栽培技術(shù)，已使用近40年，為保障甘肅省糧食及主要農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)貢獻(xiàn)巨大，作物產(chǎn)量增產(chǎn)20%～50%［2 - 5 ］，曾被譽(yù)為農(nóng)業(yè)上的“白色革命”。目前以聚乙烯（PE）地膜為主，其在自然界降解周期長達(dá)數(shù)百年，隨著地膜用量和使用年限不斷增加，加之長期未有效治理，土壤中殘膜累積量增加已成為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展面臨的突出問題之一，地膜又成為“白色污染”［6 - 10 ］。2017年起國家各部委連續(xù)出臺了系列意見和辦法加強(qiáng)農(nóng)田地膜污染防治。2018年通過的《中華人民共和國土壤污染防治法》規(guī)定：“國家鼓勵和支持農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者使用生物可降解農(nóng)用薄膜”。因此，使用基于全生物降解聚酯材料的降解地膜及作物栽培技術(shù)，是解決“白色污染”的有效途徑之一［5 ］。

由于地膜因其具有增溫保墑抑草等多種功效，被廣泛用于河西灌區(qū)馬鈴薯生產(chǎn)中。全生物降解地膜作為聚乙烯地膜的主要替代品和治理農(nóng)用聚乙烯地膜殘留污染的主要措施，得到國內(nèi)外高度重視，在地膜污染防控及生產(chǎn)應(yīng)用中取得了明顯的效果，國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)遍及山東、上海、廣州、新疆、吉林和甘肅等工業(yè)發(fā)達(dá)區(qū)域和地膜使用規(guī)模大的地域。但因地膜生產(chǎn)工藝不同、產(chǎn)品生物降解、機(jī)械作業(yè)和增溫保墑等性能差異較大，其使用區(qū)域范圍和作物種類也受制于降水、溫度、光照和土壤等條件，因此，該產(chǎn)品推廣應(yīng)用具有作物選擇性和區(qū)域優(yōu)先性，在推廣使用時需做適應(yīng)性試驗(yàn)?；谌锝到獾啬ご嬖诘囊陨蠁栴}和特性，我們研究了不同覆蓋材料對馬鈴薯田土壤耕作層5、15、25 cm土壤溫度的變化，基于對作物產(chǎn)量的影響，以期明確全生物降解地膜在河西灌區(qū)馬鈴薯栽培應(yīng)用中能否滿足其生育期對熱量的需求，為河西灌區(qū)馬鈴薯種植中全生物降解地膜替代聚乙烯地膜提供數(shù)據(jù)支撐，為區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)綠色發(fā)展提供理論依據(jù)。

1? ?材料與方法

1.1? ?試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)設(shè)在金昌市永昌縣東寨鎮(zhèn)雙橋村豐澤園種植農(nóng)民專業(yè)合作社基地（東經(jīng)102° 3′ 396″、北緯38° 13′ 83″）。試驗(yàn)地屬河西走廊，當(dāng)?shù)睾０? 954 m，屬于溫寒干旱氣候，年均溫4.8 ℃，無霜期131 d，年平均降水量185.1 mm，年平均蒸發(fā)量2 000 mm，年平均日照時數(shù)2 884.2 h。試驗(yàn)地土壤為灰鈣土，質(zhì)地為沙壤。試驗(yàn)地前茬為冬小麥，地塊平整，土壤肥力均勻，其中耕層土壤含有機(jī)質(zhì)12.28 g/kg、全氮0.34 g/kg、堿解氮52.09 mg/kg、速效磷7.08 mg/kg、速效鉀185.34 mg/kg，pH為8.65。

1.2? ?供試材料

試驗(yàn)用全生物降解地膜為“梓雨”牌黑色地膜（BF膜），其主要成分為聚乳酸和聚對苯二甲酸-己二酸丁二醇酯，在土壤微生物作用下降解產(chǎn)物為水和二氧化碳。地膜規(guī)格為幅寬800 mm、厚0.01 mm，且質(zhì)量符合GB 35795 — 2017標(biāo)準(zhǔn)。普通地膜為聚乙烯地膜（PE膜）為“鑫銀環(huán)”牌黑色地膜，地膜規(guī)格為幅寬800 mm、厚0.01 mm，且質(zhì)量符合GB 13735 — 2017標(biāo)準(zhǔn)。試驗(yàn)用地膜均由蘭州鑫銀環(huán)橡塑制品有限公司研發(fā)生產(chǎn)。試驗(yàn)指示馬鈴薯品種為大西洋原原種，由泰尼科園藝有限公司生產(chǎn)。

1.3? ?試驗(yàn)方法

試驗(yàn)設(shè)聚乙烯地膜（PE膜）覆蓋、全生物降解地膜（BF膜）覆蓋2個處理，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，小區(qū)面積60 m2（6 m×10 m）。試驗(yàn)采用壟上覆膜播種栽培方式，壟作間距90 cm（其中壟溝寬20 cm、壟底寬70 cm、壟面寬35 cm），壟高35 cm。種植密度為9.3萬株/hm2，生育期灌溉12次，每次灌水量375 m3/hm2。其余管理與當(dāng)?shù)卮筇镆恢隆?/p>

1.4? ?觀測指標(biāo)及方法

采用杭州路格L93-32全自動地溫記錄儀（測量范圍-40～100℃，分辨率0.1 ℃，測量精度±0.5 ℃），記載馬鈴薯從苗期至收獲期（即2022年5月24日至9月5日）5、15、25 cm土層土壤溫度。為降低設(shè)備探頭系統(tǒng)誤差，試驗(yàn)前使用水銀溫度計(jì)對感應(yīng)探頭進(jìn)行校準(zhǔn)。每處理設(shè)3個監(jiān)測點(diǎn)，每2 h記錄1次，每個監(jiān)測點(diǎn)每層每天記錄12組地溫?cái)?shù)據(jù)，計(jì)算不同處理各土層土壤日均溫、月均溫變化等。因2個試驗(yàn)處理在同一環(huán)境中進(jìn)行，對覆蓋材料影響一致，因此本研究未測定大氣溫度變化。

在地溫監(jiān)測區(qū)域進(jìn)行實(shí)收測產(chǎn)。每個監(jiān)測點(diǎn)選取6行的長方形樣方（54 m2）進(jìn)行機(jī)械實(shí)收測產(chǎn)，測產(chǎn)方法參照《農(nóng)墾系統(tǒng)農(nóng)業(yè)高產(chǎn)攻關(guān)活動測產(chǎn)驗(yàn)收辦法》［11 ］。

1.5? ? 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析采用WPS 2020和SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行處理，采用單因素方差分析（one-way ANOVA）進(jìn)行顯著分析（P < 0.05）。

2? ?結(jié)果與分析

2.1? ?不同地膜覆蓋下各土層土壤溫度變化特征

河西灌區(qū)馬鈴薯從苗期至成熟收獲在5、15、25 cm土層每個處理的監(jiān)測記錄溫度如圖1所示。從圖1可以看出，監(jiān)測期內(nèi)，5、15、25 cm各土層地溫均表現(xiàn)為PE膜覆蓋高于BF膜覆蓋，且變化趨勢相似。在5 cm土層，土壤溫度高溫最高、低溫最低、變異系數(shù)最大，PE膜覆蓋溫度變化范圍為10.4～27.5 ℃，變異系數(shù)為17.23%；BF膜覆蓋為9.2～25.7℃，變異系數(shù)為17.13%。在25 cm土層，土壤溫度高溫最低、低溫最高、變異系數(shù)最小，PE膜覆蓋溫度變化范圍為12.9～22.0 ℃，變異系數(shù)為10.50%，BF膜覆蓋為12.3～20.5 ℃，變異系數(shù)為9.46%。在15 cm土層，PE膜覆蓋下溫度變化范圍為12.2～24.7 ℃，變異系數(shù)為12.95%；BF膜覆蓋下溫度變化范圍為11.5～22.3 ℃，變異系數(shù)為11.79%；且不同覆蓋材料下最高土壤溫度均低于5 cm土層溫度而高于25 cm土層溫度，最低土壤溫度高于5 cm土層溫度而低于25 cm土層溫度，變異系數(shù)小于5 cm土層而大于25 cm土層。

2.2? ?不同地膜覆蓋下各土層土壤日溫度變化特征

不同覆蓋材料下5、15、25 cm土層土壤日溫度差異較大，但變化趨勢基本相同（圖2），且均表現(xiàn)為PE膜覆蓋日均溫高于BF膜覆蓋。隨著土層深度增加，PE膜和BF膜覆蓋日均溫度差異逐漸縮小（圖3）。

從表1可以看出，5 cm土層PE膜和BF膜日均溫差最大，為1.47 ℃；其次為15 cm土層，日均溫差為1.08 ℃；25 cm土層最小，日均溫差為0.75 ℃。同時可以看出，日均溫極差變化與最大值一致，5、15、25 cm土層分別為3.86、3.28、2.51℃。這主要是由于隨土層深度增加，覆蓋材料對土壤溫度的影響逐漸減弱。各土層平均日均溫差（1.10 ℃）和平均極差（3.21 ℃）均與15 cm土層接近。

2.3? ?不同地膜覆蓋下各土層土壤月溫度變化特征

不同覆蓋材料5、15、25 cm土層月均溫變化趨勢相同，均呈下降趨勢（圖4），均以5月份平均溫度最高。在5 cm土層，PE膜覆蓋和BF膜覆蓋分別為20.37、18.65 ℃，其中PE膜覆蓋5月份平均溫度較6、7、8、9月份分別高5.47%、8.75%、12.66%、27.01%；BF膜覆蓋5月份平均溫度較6、7、8、9月份分別高6.66%、8.94%、8.83%、3.23%。在15 cm土層，PE膜覆蓋和BF膜覆蓋分別為19.68、18.57 ℃，其中PE膜覆蓋5月份平均溫度較6、7、8、9月份分別高2.56%、4.01%、7.47%、21.83%，BF膜覆蓋5月份平均溫度較6、7、8、9月份分別高4.00%、6.70%、6.66%、25.68%。在25 cm土層，PE膜覆蓋和BF膜覆蓋分別為18.55、18.05 ℃，其中PE膜覆蓋5月份平均溫度較6、7、8、9月份分別高0.76%、0.55%、3.01%、17.83%，BF膜覆蓋5月份平均溫度較6、7、8、9月份分別高1.85%、4.05%、3.58%、20.95%。由以上差異可知，在5 cm和25 cm土層，6、7、9月份較5月份全生物降解膜覆蓋土壤溫度下降幅度均高于聚乙烯地膜，表層土溫下降幅度高于深層土溫，這可能是因?yàn)?、7月份時馬鈴薯植株地上部較小，未能完全封壟，土壤易受太陽輻射影響。9月份馬鈴薯植株開始衰老，地表覆蓋度降低，加之全生物降解地膜已降解至基本無保溫功能，而聚乙烯地膜因其沒有發(fā)生降解，因此依舊有良好保溫效果好、降溫幅度較小。

2.4? ?不同地膜覆蓋對馬鈴薯經(jīng)濟(jì)性狀及產(chǎn)量的影響

產(chǎn)量是評價栽培措施改變對作物影響最直接的指標(biāo)，采用實(shí)收測產(chǎn)法測定了地溫監(jiān)測區(qū)域馬鈴薯的產(chǎn)量。試驗(yàn)結(jié)果（表2）表明，不同覆蓋材料對馬鈴薯株高有極顯著影響，對莖粗和單株結(jié)薯重?zé)o顯著性影響，對單株結(jié)薯數(shù)和產(chǎn)量影響顯著。覆蓋BF膜時，馬鈴薯株高為54.9 cm，較覆蓋PE膜增加10.02%；莖粗為11.4 cm，較覆蓋PE膜增加0.88%；單株結(jié)薯數(shù)為5.1個，較覆蓋PE膜減少17.74%；單株結(jié)薯重為1 000.95 g，較覆蓋PE膜增加4.57%；折合產(chǎn)量為39 073.50 kg/hm2，較覆蓋PE膜增加13.64%。

3? ?討論與結(jié)論

馬鈴薯是與水稻、小麥和玉米并稱為世界四大農(nóng)作物，發(fā)展?jié)摿Υ蟆⒖商娲骷Z的非禾谷類作物之一［12 - 13 ］。因其生育喜冷涼環(huán)境，在我國適種區(qū)域分布在干旱少雨區(qū)，覆膜成為確保其穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵栽培措施，但聚乙烯地膜環(huán)境潛在污染嚴(yán)重，所以研究降解地膜對馬鈴薯生育期耕層土壤溫度的影響可對馬鈴薯穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)提供技術(shù)支撐，為實(shí)現(xiàn)馬鈴薯綠色輕簡化生產(chǎn)意義重大。

本研究結(jié)果表明，覆蓋全生物降解地膜在河西灌區(qū)馬鈴薯栽培應(yīng)用中能夠滿足其生育期對熱量的需求，可顯著增加馬鈴薯產(chǎn)量。這主要是由于馬鈴薯生長發(fā)育過程對溫度需求特征為塊莖萌發(fā)到出苗期需要較高溫度［14 ］，而塊莖誘導(dǎo)形成期［15 ］、塊莖膨大期［16 ］、干物質(zhì)積累期較低溫度更有利于各生育進(jìn)程［17 - 18 ］，這與全生物降解地膜從“膜面完整—誘導(dǎo)開裂—碎片化”過程中其增溫性能由強(qiáng)到弱的變化基本一致，即全生物降解地膜在馬鈴薯萌發(fā)時膜面完整，提供了滿足于馬鈴薯塊莖萌發(fā)需要的較高地溫的條件；在馬鈴薯塊莖形成期和膨大期，全生物降解地膜開始破裂，增溫、保溫性能開始逐漸降低，但聚乙烯地膜因其不會裂解、膜面完整，增溫、保溫性能未減弱，使土壤溫度較高，不能提供較適宜的馬鈴薯塊莖膨大所需的溫度條件；同時較低的土壤溫度會延緩植株衰老［19 ］，從而延長干物質(zhì)積累的時間，進(jìn)而有利于馬鈴薯產(chǎn)量的增加。綜上，可以看出全生物降解地膜裂解喪失增溫保溫功能的過程，使耕層土壤溫度降低，5、15、25 cm土層土壤日平均溫度比覆蓋聚乙烯地膜低1.1 ℃，較低的溫度有助于馬鈴薯薯塊膨大和干物質(zhì)積累，促進(jìn)產(chǎn)量形成，其產(chǎn)量高達(dá)39 073.50 kg/hm2，較覆蓋聚乙烯地膜增產(chǎn)13.64%，增產(chǎn)差異極顯著。所以認(rèn)為，在不改變河西灌區(qū)馬鈴薯田間管理措施的條件下，可以使用符合或優(yōu)于國標(biāo)（GB 35795 — 2017）要求的全生物降解地膜替代聚乙烯地膜，用以治理“白色污染”問題。另有研究表明，低溫更有利于馬鈴薯淀粉的形成和積累，改善馬鈴薯品質(zhì)［20 - 21 ］，但覆蓋全生物降解地膜和聚乙烯地膜是否對馬鈴薯品質(zhì)有影響尚需進(jìn)一步深入研究。

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