生物降解地膜对盐碱地棉花生长发育和产量的影响

2017-12-06辛承松罗振唐薇张冬梅岳镇李维江孔祥强

中国棉花 2017年11期

关键词：残膜农用地棉田

辛承松，罗振，唐薇，张冬梅，岳镇，李维江，孔祥强

（1.山东棉花研究中心，济南250100；2.东营棉花研究所，山东东营257100）

生物降解地膜对盐碱地棉花生长发育和产量的影响

辛承松1*，罗振1，唐薇1，张冬梅1，岳镇2，李维江1，孔祥强1

（1.山东棉花研究中心，济南250100；2.东营棉花研究所，山东东营257100）

为探讨生物降解地膜对盐碱地棉花的覆盖效应，指导棉田残留地膜污染治理，分别以普通农用地膜覆盖（CK1）和不覆盖地膜（CK2）为对照，研究了生物降解地膜的覆盖期、降解率及其对盐碱地棉花生长发育和产量的影响。结果表明，生物降解剂添加量1%、2%、3%的生物降解地膜（1%Bd、2%Bd、3%Bd）的有效覆盖期均可稳定在80 d左右，棉花的生育期与CK1基本相同，无显著差异。生物降解地膜的降解率随着埋土时间的延长及降解剂添加量的增多而增加。1%Bd、2%Bd、3%Bd及普通农用地膜覆盖与CK2比较，棉花现蕾期、花铃期的株高、干物质质量差异均达显著水平，但棉花吐絮期的株高、干物质质量均无显著差异。3种生物降解地膜覆盖处理的皮棉产量与CK1差异均不显著，1%Bd、2%Bd覆盖处理的皮棉产量较CK2增产显著。表明生物降解地膜可以部分替代普通农用地膜。

棉花；生物降解地膜；覆盖效应；残膜污染治理；产量

我国是世界上农作物地膜覆盖种植面积最大的国家，在棉花生产上实行地膜覆盖尤为普遍。地膜覆盖栽培具有增温、保墒等良好效果，盐碱地农田覆盖地膜还具有抑盐的显著作用[1]。棉田覆盖地膜有效改善了棉花生长发育的环境条件，克服或缓解了一些严重影响棉花生长发育的不利因素，具有显著的增产效应[1]。而长期覆盖地膜也带来了严重的负面影响，造成农田大面积的残留地膜污染，这已成为土壤及环境污染的严重问题[2-4]。因此，农田残膜污染（通常称为白色污染）治理是现代农业可持续发展的现实要求和战略需要。

解决残膜对生态环境污染的主要技术途径有：生产应用加厚、抗老化及抗拉伸的地膜，提高地膜的质量，便于回收；加强地膜回收机械的研发，提高残膜的回收率，并拓宽残膜的资源化利用途径；研发利用可降解的新型地膜，改进地膜的可降解性，减少普通地膜的用量，大幅度减轻普通地膜造成的土壤环境污染[5-11]。新型可降解地膜主要有生物降解地膜、光降解地膜等，其中生物降解地膜被认为是比较有发展潜力的1种，但目前仍缺乏深入系统的试验研究。因此，在黄河三角洲盐碱地植棉区安排田间试验，就棉田覆盖生物降解地膜的效应进行了探索，以期为生物降解地膜的研发与应用提供依据和技术指导。

1 材料与方法

1.1 试验田基本情况

试验于2015年和2016年在东营区牛庄镇实施，试验田土壤为轻度盐碱地，连续多年种植棉花，地力中上等，耕层（0～20cm）土壤含盐量0.19%，含有机质 0.87%、碱解氮 29.6 mg·kg－1、有效磷 12.9 mg·kg－1、有效钾 120.5 mg·kg－1。

1.2 试验处理及设计

试验共设5个处理，具体处理（代号）如下：塑料生物降解剂添加量分别为1%、2%、3%的3种地膜（厚度均为0.004mm），其代号分别为1%Bd、2%Bd、3%Bd，以普通农用地膜（厚度 0.004mm）作为对照1（CK1），不覆盖地膜（露地直播）作为对照2（CK2），地膜覆盖度55%左右。

供试棉花品种为鲁棉研28，2年的播种期均为4月26日，播种时覆盖地膜。等行距种植，行距为0.76 m，6行区，小区面积 60 m2，随机排列，重复3次，四周设保护行（区）。出苗后放苗，在第2片真叶展开后定苗，留苗密度为5.70株·m－2，缺苗时利用预备苗移栽补齐。各处理棉花均采取简化整枝，其他管理皆按当地常规技术措施进行，并力求处理间保持一致。

1.3 调查、测定项目和方法

播种时观察各种地膜的抗拉强度及其覆盖质量，播种后调查地膜的开裂日期、碎裂日期。在主要生育时期每小区随机选10株 (中间2行除外)棉花，测量株高，自然拔出后带回室内烘干称量；吐絮后调查每小区中间2行的株数，随机选20株，调查统计铃数，分3次收获籽棉，风干称量、测铃重，轧花后计算衣分和产量。现蕾期、花铃期和吐絮期的株高及干物质质量测定日期均分别为6月21日、7月24日和9月7日。

在同一块棉田自然条件下，于棉花播种当天，将3种生物降解地膜和1种普通农用地膜各3份（每份150 g）分别埋入10～15cm土壤深处，在不同时间分别称量地膜干物质质量。为便于试验测定，以质量损失率作为降解率的近似值，用来衡量生物降解地膜的降解性能[12]。

由于2年试验结果趋势基本一致，因此指标数据皆取2年的平均值，应用DPS软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 生物降解地膜的覆盖期及降解性

依据棉花播种之后对各种地膜田间变化和棉花生长发育情况观测，发现降解剂添加量1%、2%、3%的生物降解地膜（1%Bd、2%Bd、3%Bd）的开裂期分别为138、115、89 d，碎裂期分别为167、136、113 d。普通农用地膜的开裂期、碎裂期分别为146、185 d。3种生物降解地膜对棉田的有效覆盖期均可稳定在80 d左右，能够满足棉花播种到开花的生长需要。

据棉花播种过程观察及生育期调查结果：与普通农用地膜（CK1）比较，3种生物降解地膜的抗拉强度及覆盖质量均能满足棉花机械播种对覆膜的要求。生物降解地膜覆盖棉花的生育期与普通农用地膜覆盖基本相同，无明显差异。

在埋土50、100和150 d时，生物降解地膜1%Bd的降解率分别为1.15%、1.51%和1.65%，2%Bd的降解率分别为1.29%、1.78%和1.98%，3%Bd的降解率分别为1.33%、1.83%和2.02%，而普通农用地膜不同埋土时间的干物质质量基本没有变化。说明生物降解地膜的降解率随着埋土时间的延长而增加，且随着生物降解剂添加量的增多其降解率也提高。

2.2 对棉花株高和干物质质量的影响

由表1看出，生物降解地膜1%Bd、2%Bd、3%Bd覆盖与普通农用地膜覆盖（CK1）比较，棉花不同生育时期的株高无显著差异，不同生育时期的单株干物质质量也无显著差异。与不覆盖地膜（CK2）比较，1%Bd、2%Bd、3%Bd及普通农用地膜覆盖处理棉花现蕾期、花铃期的株高、单株干物质质量差异均达显著水平，但吐絮期棉花株高、单株干物质质量均无显著差异。

表1 不同处理对棉花株高和单株干物质质量的影响

2.3 对棉花产量及其构成因素的影响

由表2计算得知，生物降解地膜1%Bd覆盖处理的皮棉产量比普通农用地膜覆盖（CK1）增加1.93%，而2%Bd、3%Bd覆盖处理的皮棉产量比CK1分别减少1.06%和3.24%，无论是不同生物降解地膜之间比较，还是与普通农用地膜比较，各覆膜处理的皮棉产量差异均未达到显著水平。与不覆盖地膜（CK2）比较，1%Bd、2%Bd、3%Bd 覆盖处理的皮棉产量分别增加10.19%、6.97%和4.71%，除3%Bd覆盖处理增产不显著外，1%Bd、2%Bd覆盖处理增产均显著。通过比较分析各处理的棉花产量构成因素看出，1%Bd、2%Bd覆盖及普通地膜覆盖处理较不覆盖地膜处理增产的主要因素是增加了棉花成铃数。

表2 不同处理对棉花产量及其构成因素的影响

3 讨论与结论

3.1 生物降解地膜的覆盖效应

本研究发现，3种生物降解地膜对棉花的有效覆盖期及覆盖质量均能满足棉花机械播种以及棉花生长发育对覆膜的要求，生物降解地膜覆盖棉花的增产效应与普通农用地膜覆盖基本相同。综合分析生物降解地膜的覆盖效应、降解性能及增产效果，以降解剂添加量2%的生物降解地膜（2%Bd）较适用于棉田覆盖，可以部分替代普通农用地膜，减少残膜污染。

生物降解地膜在降解前与普通地膜在提高土壤温度、保持土壤水分等方面有相同的效果，其增温、保墒效应与普通地膜没有显著差异，生物降解地膜覆盖春玉米同样收到了良好效果[12]。说明生物降解地膜的覆盖效应比较稳定，适于多种作物覆盖。

3.2 地膜覆盖与残膜污染治理

地膜覆盖种植是一项在国内外广泛应用并大幅提高作物单产和品质的重要技术，所采用的地膜分为可降解地膜和不可降解地膜。可降解地膜环保无污染，顺应农业可持续发展需求，在国内外均有大量研究，并且取得了重要进展[4,7-9,13-14]。近年来，在降解地膜研发取得重要进展的基础上，世界上应用降解地膜的面积也逐步增加，可降解地膜替代聚乙烯（PE）地膜是大趋势，但可能有相当长的共存期。牛琪等指出[4]，治理农田残膜污染是一个系统工程，涉及法律法规、补贴政策、地膜减量应用、可降解地膜应用、PE地膜机械化回收以及回收的残膜资源化利用等系列问题，应在各项政策的正确引导下，把残膜污染治理和环境保护变成全民的自觉行动。

棉花是我国经济作物中推广地膜覆盖栽培较早、面积较大、效益显著的作物之一。地膜覆盖栽培有效地改善了棉花生长发育环境，一般表现为出苗早、出苗齐、苗势旺、生长快、发育早、结铃多及铃重高等诸多优点，对提高棉花产量和品质发挥了重要作用。同时，随着普通农用地膜使用年限及用量的增加，农田地膜残留污染呈现日趋严重态势[4,15]。农田残膜治理是绕不过去的坎，必须正视和面对[4]。农业部通知[16]要求，实施农业绿色发展，落实新发展理念，大幅度减少农田残留地膜污染，使农田“白色污染”得到有效控制，增强农业可持续发展能力，提高农业发展的质量效益。当前，虽然生物降解地膜的研究取得了一定的进展，但受材料、价格等的影响较大。因此，必须加大研发和试验力度，赋予地膜覆盖栽培更大的增产潜力和环保效应。

综上所述，生物降解地膜具有良好的覆盖效应，以降解剂添加量2%的生物降解地膜（2%Bd）较为适于棉田覆盖。生物降解地膜也具有良好的降解性能和环保效应，可以部分替代普通农用地膜，减少残膜污染。生物降解地膜的研发应用是治理普通塑料地膜引起的农田残膜污染的有效途径。

致谢：

感谢东营区牛庄镇岳家村张丽萍书记在田间试验中给予的多方支持！

[1]唐海明，余筱南.棉花地膜覆盖栽培的研究现状与应用前景[J].棉花科学，2004，26(5)：7-12.

[2]姜益娟，郑德明，朱朝阳.残膜对棉花生长发育及产量的影响[J].农业环境科学学报，2001，20(3)：177-179.

[3]南殿杰，解红娥，高两省，等.棉田残留地膜对土壤理化性状及棉花生长发育影响的研究[J].棉花学报，1996，8(1)：50-54.

[4]牛琪，陈学庚.地膜应用与残膜回收技术的研究现状[J].农机科技推广，2014，26(11)：38-40.

[5]戴敬，陈荣来，李国军.可降解地膜覆盖棉花增产效应的研究[J].中国生态农业学报，2004，12(2)：140-142.

[6]陈和生，孙振亚.生物降解塑料的研究进展[J].塑料科技，2000，12(4)：36-39.

[7]王东山，黄勇，沈家瑞.生物降解塑料研究进展[J].广州化学，2001，26(4)：38-45.

[8]宋若愚，侯勇.生物降解塑料的研究进展[J].环境保护与循环经济，2000，9(3)：6-8.

[9]战勇，魏建军，杨相昆，等.可降解地膜的性能及在北疆棉田上的应用[J].西北农业学报，2010，19(7)：202-206.