生物降解地膜田间应用降解效果及对后茬早稻产量的影响

黄瑶珠 高旭华 谢东 陈明周 张文桦

摘要    为了有效地解决地膜白色污染问题，加快生物降解地膜在马铃薯上的推广应用，通过大田试验研究了在冬种马铃薯上覆盖生物降解地膜的田间降解特性及对后茬作物水稻产量的影响。结果表明，生物降解地膜在覆膜60 d时开始降解，马铃薯收获时（覆膜125 d）的降解失重率达36.26%。马铃薯收获后不回收残膜，生物降解地膜在土壤里继续降解，在种植1茬早稻和1茬晚稻后的降解失重率分别为88.49%和96.41%，在晚稻收获后生物降解地膜已基本全部降解。生物降解地膜残留于土壤中，不会影响下茬作物早稻的生长及产量，与普通地膜残膜处理区比较，早稻产量增加，且差异极显著。因此，生物降解地膜能够从源头上控制农业污染物产生，从而彻底解决地膜白色污染问题。

关键词    水稻;生物降解地膜;残膜;降解效果;产量

中图分类号    S511        文献标识码    A        文章编号   1007-5739（2018）23-0001-03

地膜覆盖栽培技术作为我国农业常规技术之一，不仅扩大了作物种植区，而且增产明显，增产率高达30%～50%，因而使用量也逐年增长。2015年我国地膜覆盖面积1 833.33万hm2，使用量145.5万t。据预测，未来5年内地膜覆盖面积将达到2 200万hm2，年用量将超过200万t。目前，市面上的地膜主要有聚乙烯普通地膜和降解地膜。由于聚乙烯普通地膜在自然条件下降解极为缓慢，降解时间长达200～400年，随着我国地膜使用量逐年增加，又缺乏必要的残膜回收措施，导致农田白色污染日益严重。据2010年我国农业面源污染普查，全国种植业地膜残留量为12.10万t，但地膜回收率不足60%。目前，我国约有670万hm2农田被残膜污染且污染状况日趋严重[1]。据调查，如地膜残留量达到60 kg/hm2，作物将减产10%以上，地膜已成为我国农业面源污染的主要来源物。残膜作为一种持续性农业污染物，能改变土壤物理结构，阻碍土壤水肥运移和空气流通，威胁土壤生存，影响作物生长发育，导致作物减产和果实品质恶化，并妨碍农事操作和破坏环境景观[2]。农田残膜污染引起国家的高度重视，为此，农业部提出“一控、两减、三基本”和《关于打好农业面源污染防治攻坚战的实施意见》，农田残膜污染治理是其中的一个重要方面。农业面源污染具有分散性和隐蔽性、随机性和不确定性、不易监测性和空间异质性等特点[3]，农膜残膜更具有“积累效应、区域差异、逐年增强”3个特征[4]，常规的末端治理技术很难应用于残膜治理中或应用效果不理想。因此，应采用源头治理为对策，从源头上控制残膜的产生量。而使用生物降解地膜替代聚乙烯普通地膜应用于农业生产上，能够有效地减少残膜量，从而有效地解决农田白色污染问题。

目前，生物降解地膜的应用研究主要集中在其覆盖作物的应用效果上[5-8]，对作物收获后遗留在土壤中的残膜后续降解情况及残膜对后茬作物生长的影响鲜有报道。笔者于2015年开展了生物降解地膜在马铃薯覆盖栽培上的应用效果试验，研究生物降解地膜在田間应用的降解效果，并于2016年在马铃薯收获后生物降解地膜和普通地膜处理区种植2季水稻（品种为广丰香8号），探讨生物降解地膜残膜对后茬作物水稻生长的影响，以期对生物降解地膜使用的适用性进行全面综合评价。

1    材料与方法

1.1    试验地概况

试验均在广东省博罗县园洲镇（北纬23°6′55.47″，东经113°57′13.33″）同一块试验地进行。试验地土壤为砂壤土，地力均匀，肥力中等。

1.2    试验材料

2015年生物降解地膜应用于马铃薯覆盖栽培试验：供试马铃薯品种为粤引85-38。供试肥料为鸡粪有机肥（腐熟鸡粪含纯N 30.3 g/kg、P2O5 21.1 g/kg、K2O 27.03 g/kg）和复合肥（含纯N 16%、P2O5 8%、K2O 23%）。供试地膜为生物降解除草地膜[广东省生物工程研究所（广州甘蔗糖业研究所）研制生产，宽度70 cm，厚度0.012 mm];普通地膜（中山天德塑料厂生产，宽度70 cm，厚度0.015 mm）。

2016年残膜对后茬作物水稻生长的影响试验：供试水稻品种为广丰香8号，该品种由广东省广州市农业科学研究所选育）;供试肥料为复合肥（含纯N 15%、P2O5 15%、K2O 15%）。

1.3    试验设计

1.3.1    生物降解地膜应用于马铃薯覆盖栽培试验。试验设2个处理，分别为生物降解除草地膜覆盖栽培、普通地膜覆盖栽培，简单对比，不设重复。普通地膜处理面积为0.33 hm2，生物降解除草地膜处理面积为1.33 hm2。整地前把所有肥料全部作基肥全田撒施，施鸡粪有机肥8 400 kg/hm2、复合肥1 875 kg/hm2。马铃薯种植及田间管理措施按常规地膜覆盖栽培技术进行。于2015年11月11日整地播种，2016年3月15日收获，马铃薯全生育期为125 d。

1.3.2    残膜对后茬作物水稻生长的影响试验。试验前普通地膜处理区在机械犁耙时把普通地膜残膜集中回收，生物降解除草地膜处理区残膜因降解成碎片不回收。2个地膜处理区设置田埂进行分开后整地插秧。整地前不施用肥料，插秧后3 d全田撒施尿素60 kg/hm2，在水稻分蘖期施复合肥（15-15-15）150 kg/hm2，在抽穗期施复合肥（15-15-15）300 kg/hm2。水稻种植管理措施按常规栽培技术进行。本试验于2015年在生物降解除草地膜试验地进行，于2016年4月8日进行整地抛秧，于2016年7月26日收获稻谷，水稻全生育期为109 d。

1.4    调查内容及方法

1.4.1    生物降解地膜的降解情况调查。生物降解地膜的降解情况调查分别从当年降解情况和残膜后续降解情况2个方面调查。

（1）当年降解情况调查。当年降解情况调查在2015年大田示范进行。地膜降解外观变化按照文献[9]的评价方法，按5个阶段进行分级：A阶段始裂期为地膜开始出现1～2 cm的自然微小裂口;B阶段开裂期为膜表面出现2～20 cm的裂缝;C阶段大裂期为出现20～50 cm裂缝，数量增加;D阶段碎裂期为均匀碎裂，无大块地膜存在;E阶段无膜期为畦面无地膜存在。

地膜失重情况：覆膜前分别称取生物降解地膜、普通地膜的初始重量;覆膜后60、90、125 d随机在覆盖生物降解地膜、普通地膜处理区各取3个点，每点取1 m畦面的地膜，洗净晾干称量，计算地膜质失重率。计算公式如下：

失重率（%）=（覆盖前膜质量-覆盖后膜质量）

÷覆盖前膜质量×100

（2）生物降解地膜残膜后续降解情况调查。残膜后续降解情况调查是在2015年大田示范地种植收获水稻后进行，通过早稻种植前、2季水稻收获后的土壤残膜量来探讨生物降解地膜在田间的后续降解。普通地膜处理区农户在早稻机械化整地时进行残膜简单回收。调查方法：在水稻整地插秧前和收获后，分别在生物降解地膜、普通地膜处理区采用梅花点法取5个样点的1 m2耕层土壤（0～30 cm）的全部地膜，洗净晾干称重，计算累积残留率（残留率=1 hm2残膜量/1 hm2累计使用量），同时目测各残膜破碎情况。因该试验地2季水稻没有覆盖地膜，所以地膜累计使用量为马铃薯当年地膜用量。

1.4.2    水稻收获时农艺性状及产量测定。通过在生物降解地膜（不回收残膜）和普通地膜（部分回收残膜）的大田示范区种植水稻，探讨生物降解地膜残膜在自然生长环境下对水稻产量的影响。具体调查方法：水稻收获时分别在生物降解地膜处理区、普通地膜处理区随机取3个点，每点20蔸，计算有效穗数，并折算单位面积的有效穗数;每个点取20蔸平均有效穗数的样品3蔸，在室内进行每穗总粒数、每穗实粒数、结实率、千粒重考查。同时每个处理实收3个点、每点2 m2水稻，计算水稻蔸数，脱粒晒干除去秕谷称重，折算成单位面积实际产量。

2    结果与分析

2.1    生物降解地膜的田间降解情况

2.1.1    生物降解地膜当年降解情况。

（1）生物降解地膜降解进程。从目测结果来看，初步估计生物降解地膜的降解阶段，始裂期为覆膜后60～70 d，开裂期为覆膜后85～90 d，大裂期为覆膜后110～120 d，生物降解地膜的降解未进入碎裂期、无膜期。从马铃薯生育进程看，在覆膜后30 d左右（苗期），生物降解地膜都比较稳定，地膜完整，都达到保证马铃薯出苗、齐苗的要求。覆膜后60 d左右，马铃薯开始进入结薯期，生物降解地膜弹性降低，进入始裂期，膜面开始有小裂纹出现，膜面基本保证完整，还具有良好的增温保墒作用。覆膜后90 d，马铃薯已进入块茎膨大期，生物降解地膜继续降解，出现2～20 cm裂缝，已进入开裂期。覆膜后100～120 d，马铃薯进入成熟期，生物降解地膜降解加速，相继进入大裂期，开始出现大裂缝，裂缝大于20 cm，到收获时生物降解地膜仍处于大裂期中期，未进入碎裂期。

由于南方马铃薯产区冬、春季土壤温度较低，要求生物降解地膜在出苗及结薯期具有良好的增温保墒作用，随着马铃薯齐苗田间郁闭度增加，地膜基本失去增温作用。从增温作用角度考虑，降解地膜有效功能期达到60 d左右即可满足使用要求。但地膜降解过快、过早将导致马铃薯见光露青问题，在马铃薯块茎成熟期地膜覆盖时间越长则越有利于产量的提高。本试验使用的生物降解地膜既能够满足马铃薯生育期增温保墒要求，也具有较好的降解效果，为合适的马铃薯生物降解地膜配方。

（2）生物降解地膜的降解失重。生物降解地膜失重率是衡量其在土壤中降解程度的主要指标。由表1可知，生物降解地膜随着覆膜天数的增加，降解加速，重量损失也增加。盖膜后60 d，生物降解地膜开始降解，失重率为8.28%;盖膜后90 d，失重率为24.30%;到马铃薯收获时（盖膜后125 d），失重率达到36.26%，此时生物降解地膜基本破裂，膜面降解裂口较多。而普通地膜在整个马铃薯生长期内并未发生降解，基本保持完整，可以完整揭膜，由于膜上可能沾有无法完全清洗的杂物，导致残膜较原始膜重，失重率为-7.74%。生物降解地膜在当年的降解情况说明，该地膜是一种环境友好型材料，在马铃薯栽培覆盖使用时具有明显的降解效果，可以有效解决普通地膜引起的环境污染问题。

2.1.2    生物降解地膜残膜后续降解情况。由表2可知，生物降解地膜在当季马铃薯收获时显著降解，失重率为36.26%，不回收残膜，使残膜在田间继续进行生物降解，在水稻种植前生物降解地膜残膜量为51.570 kg/hm2，残留率为41.17%，生物降解地膜已降解58.83%;在早稻种植期间，由于土壤水分充足，生物降解地膜残膜降解加速，到早稻收获后，生物降解地膜处理区的残膜量仅为15.96 kg/hm2，残留率为11.51%，生物降解地膜已降解88.49%。处理区已少见残膜，残膜也基本呈现小碎片、分散状态，碎片面积均已小于4 cm2，一拉即断，对水稻生长无不良影响。再种植1季晚稻，生物降解地膜处理区的残膜量仅为4.980 kg/hm2，残留率仅为3.59%，生物降解地膜已基本全部降解。

普通地膜处理区在早稻种植前进行简单回收，有23.23%殘膜遗留于土壤。在早稻收获后，残膜量为22.455 kg/hm2，残留率为17.93%，降解较慢;在种植1季晚稻后，残膜量仍为13.695 kg/hm2，残留率为10.93%。普通地膜的残膜降解速度极慢，与早稻种植前的残膜量比较，在种植2季水稻后，普通地膜失重率仅为42.50%。虽经简单回收，当年普通地膜使用1年后（1季马铃薯、2季水稻）仍有10.93%残留于土壤，而残膜呈现碎片、分散状态，但部分碎片面积超过4 cm2，仍有一定的拉伸强度。普通地膜如不进行残膜回收，残膜逐年在土壤中累积，残留量加速增加，最终导致作物生长受阻及产量降低。

2.2    生物降解地膜残膜对后茬早稻生长及产量的影响

由表3可知，种植在生物降解地膜处理区的早稻有效穗数、穗粒数及千粒重等经济性状高于普通地膜处理区，结实率稍低于普通地膜处理区，但差异均不显著;生物降解地膜处理区的早稻产量明显高于普通地膜处理区，差异达到极显著水平。由此说明，由于生物降解地膜在马铃薯收获后能够继续降解，对后茬作物生长及产量没有影响;而普通地膜处理的土壤由于存在残膜而影响水稻的生长，水稻经济性状指标差异虽未达到显著水平，但多个产量构成因子的降低效应影响累积，最终导致种植在普通地膜残膜区的水稻产量显著下降，这与邹小阳等[1]、解红娥等[10]人对普通地膜残膜的研究结果一致。

3    结论与讨论

本试验结果表明，生物降解地膜在马铃薯种植时覆盖具有显著的降解效果，在盖膜后60 d，开始出现降解裂口，到马铃薯收获时，其降解失重率为38.26%。之后生物降解地膜残膜无回收，直接残留于土壤，也能继续降解，待2季水稻收获后生物降解地膜已基本全部降解，残留率仅为3.59%，能够在田间自然条件下实现降解彻底。

在广东冬种马铃薯产区，马铃薯在盖膜后60 d基本齐苗封行，此时生物降解地膜开始降解，有利于保持土壤的透气性，更有利于马铃薯产量的增加[11]。通过生物降解地膜的应用，不仅能实现普通地膜的增温、保水、增产功能，更能够从源头上控制农业污染物的产生，从而真正解决农田的白色污染问题。

在南方，冬种马铃薯收获后一般种植2季水稻。如在冬种马铃薯上应用生物降解地膜覆盖，残膜残留于土壤里，能够继续降解，也不会影响到下茬作物早稻的生长及产量。而普通地膜残留于土壤里，随着累积量的增加，导致作物产量降低。在本试验中，普通地膜残膜虽有简单回收，但仍有部分残膜残留于土壤中，且无法实现有效的降解，最终影响后茬水稻产量的提高。

4    参考文献

[1] 邹小阳，牛文全，刘晶晶，等.残膜对番茄苗期和开花坐果期生长的影响[J].中国生态农业学报，2016，24（12）：1643-1654.

[2] 邹小阳，牛文全，刘晶晶，等.残膜对土壤和作物的潜在风险研究进展[J].灌溉排水学报，2017，36（7）：47-54.

[3] 郭廷忠，张超，张丽君.中国农业污染问题研究[J].安徽农业科学，2009（4）：399-401.

[4] 李倩，安潔，石宝翠，等.残膜污染防治与可降解地膜生态环境影响评价[J].山东农业科学，2016，48（12）：111-116.

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[7] 董道瑞，雷海，王宝霞.不同可降解地膜降解性能及对土壤温度和棉花生长、产量的影响[J].能源环保，2018（1）：1-2.

[8] 唐文雪，马忠明.地膜降解特性对土壤水热效应和玉米产量的影响[J].农业环境科学学报，2018，37（1）：114-123.

[9] 杨惠娣，唐赛珍.降解塑料试验评价方法探讨[J].塑料，1996（2）：16-22.

[10] 解红娥，李永山，杨淑巧，等.农田残膜对土壤环境及作物生长发育的影响研究[J].农业环境科学学报，2007，26（增刊1）：153-156.

[11] 黄瑶珠，高旭华，陈明周，等.全生物降解除草地膜覆盖在冬种马铃薯的应用效果研究[J].广东农业科学，2017，44（8）：20-25.