可降解地膜的降解性研究

李学凯，吕廷波，2* ，种法政，石培君，杜继兵，葛 阳

(1.石河子大学水利建筑工程学院，新疆石河子832000;2.现代节水灌溉兵团重点实验室，新疆石河子832000)

地膜是新疆棉花种植过程中不可或缺的生产资料。地膜覆盖技术促进了新疆棉花的种植，提高了棉花的产量。自20世纪80年代新疆引入地膜覆盖技术以来，新疆的棉花生产得到了迅速发展，棉花产量也得到了客观增长。目前，新疆每年棉花播种面积超过133.4万hm2，全部采用地膜覆盖，每年地膜用量将近10万t。随着地膜使用量的不断增加，越来越多的残膜留在土壤中，给农业生产以及农田生态环境带来严重的负面影响，造成耕地地力下降、土壤受到污染、农事操作受阻以及棉花减产等生态环境问题和经济问题［1－2］，对农业生态环境构成了“白色污染”，影响和制约着新疆农业和农村经济的可持续发展［3］。针对田间残膜给棉花产区带来的生态环境问题，新疆生产建设兵团各农作物生态区将开展生物降解农膜的覆膜效应研究，兵团农业技术推广总站将进行46.67万hm2以上生物降解农膜的示范和推广等相关工作。

1 材料与方法

1.1 试验区概况 试验区位于新疆石河子市市郊，是我国两北内陆主要覆膜棉区。新疆石河子位于85°～86°E，43°～45°N，属于典型大陆性干旱气候，该地区光热资源比较丰富，全年日照时数2 526～2 874 h，生长季日照时数为l 900～2 000 h，年均气温6.6℃，≥0℃活动积温3 900～4 100℃，无霜期160 d左右，年均降水量125.0～207.7 mm，年蒸发量1 946 mm。主要农作物为棉花、小麦、玉米、甜菜、油葵，一年一熟。试验地位于新疆生产建设兵团的石河子大学实验站，实验站的土壤有壤土、盐碱土、沙土等不同土质的土壤。

1.2 试验材料 地膜为兵团在准备推广的可降解膜和普通地膜;棉花为石河子大田常见的棉花。

1.3 试验方法

1.3.1 填埋试验。将降解膜试样剪成相同大小的条状，埋入测坑土壤中，埋土深度分别为 5、10、15、20、25、30、35 和 40 cm，每个深度分别埋入5条，埋土后每隔15 d取出并观察降解膜的降解情况。

1.3.2 地表覆盖试验。试验设覆生物降解地膜、普通聚乙烯地膜、不覆地膜3个处理，各有壤土，盐碱土与沙土3种不同土壤的对照，各个测坑随机排列，小区面积3 m×5 m，试验田采用行距为(30+60+30+30)cm，株距10 cm，滴灌带铺设为1膜2管的种植模式。灌水处理分为漫灌与膜下有压滴灌，所有处理灌水次数相同，灌水量相同。试验田4月播种，其他种植管理方式与大田生产相同。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 填埋试验。填埋试验评价采用目测法，将地膜降解过程分为4个阶段:第1阶段，开始出现小裂缝的时间阶段;第2阶段:肉眼清楚看到大裂缝阶段;第3阶段:地膜已经裂解成大碎块，没有完整的膜面，出现膜崩裂的阶段;第4阶段:地面无大块残膜存在，虽仍有微小的碎片的时间阶段，但对土壤和作物已无影响，即为完全降解阶段。通过定期的人为肉眼观测，记录地膜颜色、形态以及表面完整情况的变化情况，以测试不同深度可降解膜的降解效果，完善降解地膜在田间的应用技术。

1.4.2 地表覆盖试验。地表覆盖试验要测量棉花的地温、土壤含水量、棉花出苗率、棉花叶面积和产量，以明确可降解地膜对于棉花的生长开花和产量的作用效果。

1.4.2.1 地温测定。采用地温计每隔固定天数测定各小区膜下5、10、15、20、25 cm 土层深度的地温，测量时间为8:30 ～20:30，每隔1 h测量1次。

1.4.2.2 土壤含水量的测定。采用中子仪定期对土壤含水量进行观测，测定深度为10、20、30、40、50、60、70、90 和110 cm。

1.4.2.3 棉花出苗率的测定。采用目测估计法对使用可降解膜、普通地膜、无地膜覆盖的各个测坑棉花出苗的早晚日期和出苗情况进行估计并记录。

1.4.2.4 棉花叶面积的测定。采用公式法对棉花的叶面积进行估算，使用直尺对棉花的边长大于2 cm的每个叶片进行测量长和宽并记录，并且认为叶片面积=长×宽×0.75，将棉花的所有叶片面积相加即可得到1棵棉花植株的叶面积。

1.4.2.5 棉花产量的测定。将棉花采摘后使用电子秤进行称重，测定棉花产量。

1.5 数据处理 数据分析采用Excel、DPS9.5和SPSS 10.0等软件对试验数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 降解地膜与普通地膜的降解情况对比 降解地膜在埋藏1个多月后即开始显著降解，而此时普通地膜则没有显著降解迹象;在棉花到收获期以后可降解膜已经完成初步降解，而普通地膜仍然有大量残留;在整个试验过程中，可降解膜的降解程度始终高于普通地膜;经过长期观测发现，在地表以下15～25 cm埋藏的可降解膜的降解程度与降解速率最大。

2.2 可降解地膜和普通地膜对地温的影响 土壤温度在棉花前期生长中的作用十分重要。根据4～9月田间温度观测结果，结果表明从2种降解膜土壤温度变化来看，在前期由于降解地膜膜面完整，保温效果与普通地膜相比差异不大，降解膜的保温效果比普通地膜要略好，因而覆盖可降解薄膜的测坑内的棉花出苗率略高于覆盖普通地膜的测坑棉花或者二者相近。到后期，随着降解膜膜面的降解破裂，膜内温度迅速下降，明显低于普通膜，保温效果开始迅速下降。

2.3 不同降解地膜对耕层土壤水分的影响 降解速度不一样，导致其覆盖下土壤水分也不一致。在整个棉花生长前期，降解膜由于膜面完整，保墒效果与普通地膜差异并不显著;在棉花生长后期，由于可降解地膜已大部分降解破裂导致膜面降解破裂从而使得其保墒效果低于普通地膜。土壤含水量的研究结果也表明地膜的完整性对于保水效果具有决定作用。表面越完整，保水效果越好。

3 小结

该研究中地表覆盖试验与填埋试验的结果也表明，与普通地膜相比可降解膜能够起到一定的增温保墒作用。因此，棉花生产可用可降解膜代替普通地膜，以缓解农膜残留所造成白色污染，且需完善配套相应的栽培技术。降解膜在土壤中的降解速度要比地表覆盖部分的降解速度慢，主要是由于不同的环境因子作用所致。地表覆盖部分的膜降解主要受地表温度、水分和太阳光紫外线辐射等因子的影响。一般认为，紫外线越强，地表温度越高，水分越大，降解速率越快，降解程度越高。填埋部分的降解主要受土壤微生物作用和土壤含水量的影响，而微生物的活性和土壤水分和温度有直接的关系。该试验结果也表明，新疆地区由于昼夜温差大，降雨量少，气候干燥，影响了土壤微生物的活性，导致了填埋试验中降解速率的下降。究其原因，可能是因为降解地膜属于新型生物材料，其降解增产作用要通过系统的田间试验验证，今后应在不同的气候条件下进行深入研究。

［1］杨文峰，张建平，齐文亮.降解膜在棉花上的应用效果［J］.农村科技，2012(1):17.

［2］张明荣，向承勇，曾文才，等.棉花覆盖降解膜栽培效应研究［J］.中国棉花，2000，27(6):13 －14.

［3］赵彩霞，何文清，刘爽，等.新疆地区全生物降解膜降解特征及其对棉花产量的影响［J］.农业环境科学学报，2011，30(8):1616－1621.