残留地膜对马铃薯生长及产量的影响

黄少辉，李俊良，王继芳，金圣爱*

（1.青岛农业大学资源与环境学院，山东 青岛 266109；2.河北省农林科学院农业资源环境研究所，河北 石家庄 050051）

1979年中国试验应用并推广地膜覆盖技术以来，该技术提高了许多大宗作物的单产，地膜覆盖应用也从经济作物扩大到粮食作物，应用面积最大作物依次为玉米、蔬菜、棉花、烟草和花生等[1]，为中国保障粮棉生产安全和发展现代化农业提供了重要保障。目前中国已成为世界上地膜覆盖应用作物种类最多，应用面积最大的国家之一。随着地膜用量的增大，地膜残留问题日益严重，农田白色污染对环境及作物生长造成不利影响[2]。环境安全、食品安全关注度日益提高，农田地膜残留对作物及环境影响的研究显得尤为重要。地膜的主要成分是聚乙烯类物质，其理化性质较为稳定，残留在土壤中的地膜在百年内很难分解[3]。土壤中残膜长期积累会导致土壤耕作层理化性质的改变[4]，危害农作物生长发育，最终导致减产、品质变差[5]。

土壤中残留地膜影响玉米、棉花、水稻、油菜、番茄等作物生长[6-13]。中国马铃薯种植中大多采用地膜覆盖技术，虽然该技术增产效果显著[14-18]，但随着覆膜年限的增长，马铃薯土壤中地膜残留问题逐渐凸显，残膜对水分、养分、根系生长的机械阻碍作用对马铃薯生长发育及块茎形成势必产生严重影响。本研究采用埋袋法在土壤中掺加残膜种植马铃薯，探究残留地膜对马铃薯生长及产量的影响，以期为农田白色污染对作物的影响提供数据基础。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于青岛市胶州市胶莱镇青岛农业大学科技示范园内。试验地土壤类型为砂姜黑土，质地为沙壤，土质疏松。该地属于暖温带季风气候，降水集中，雨热同季，年平均降水量755.6 mm，年平均气温11～14℃。土壤肥沃，土层厚达8～10 m，水蕴藏量丰富，地表河流多，大沽河、胶莱河穿流而过，为发展马铃薯生产提供了有利条件。

1.2 试验设计

供试品种为‘荷兰7号’，在大面积马铃薯膜下滴灌实验田中，埋入规格一致的尼龙网袋（高30 cm、直径40 cm圆柱状），网袋与垄高相平，网袋中装入已均匀掺杂地膜残片的土壤。土壤含有机质13.4 g/kg、碱解氮82.0 mg/kg、速效磷81.2 mg/kg、速效钾263.6 mg/kg、pH 6.60。试验设计参照董合干等[19]和解红娥等[20]提出的不同覆膜年限与地膜残留量关系变化规律所建立的线性模型，确定地膜残留量为 0（T0）、90（T1）、180（T2）、360（T3）和720（T4）kg/hm25个处理，分别模拟连续覆膜零、三、五、十、二十年后土壤中地膜残留量。每个网袋为1次重复，重复6次，网袋种植2株马铃薯，分布在滴灌管两侧，一垄双行覆膜种植。播种时间为2013年4月14日，收获日期为7月3日。

1.3 试验方法

马铃薯收获时采集植株样品，并分别测定地上部、地下部及块茎的鲜重，然后在烘箱中105℃杀青、75℃烘干至恒重称植株各部干重。用Epson7500根系扫描仪扫描根系，采用WinRHIZO Pro分析程序对图像进行分析，得出总根长、总表面积、根系总体积、根尖数及根长分级等指标。

1.4 数据处理

数据处理应用Microsoft Excel 2007软件，统计分析应用DPS 6.85软件分析其差异显著性。

2 结果与分析

2.1 不同地膜残留量对马铃薯株高、茎粗的影响

在5个处理中T2处理植株最高，高于对照（T0）5.7%，T3处理株高最低，低于对照（T0）8.7%，所有处理差异不显著。随地膜残留量的增加，茎粗先降低，再升高，在T2处达到最低值，T0最高，但各处理间差异亦不显著（图1）。

2.2 不同地膜残留量对马铃薯植株生物量及根冠比的影响

有残膜处理的马铃薯根和地上部鲜重与T0相比都有所下降，除T4外都与T0存在显著差异；马铃薯根的干重除T4处理外，其他3个地膜残留处理都显著低于无地膜残留处理（T0），地上部干重除T1及T4处理高于T0，另2个地膜残留处理则低于T0且差异显著（表1）。T2处理中残膜对马铃薯抑制作用最大，与对照相比，地上部鲜重降低19.6%，根系鲜重降低15.4%；地上部干重降低21.4%，根系干重降低12.2%。比较不同处理马铃薯的根冠比发现，T3处理鲜重根冠比最大，T2处理干重根冠比最大，但所有处理差异不明显。鲜重根冠比除T4外，其他处理均高于T0；干重的根冠比T2、T3高于T0。

图1 不同地膜残留量对马铃薯株高、茎粗的影响Figure 1 Effects of different amounts of residual films on plant height and stem diameter of potato

表1 不同地膜残留量对马铃薯生物量及根冠比的影响Table 1 Effects of different amounts of residual film on biomass and root/shoot ratio of potato

2.3 不同地膜残留量对马铃薯根系的影响

添加残膜处理根系总根长、总表面积和根系总体积（T4除外）均显著低于T0处理（表2）。T2处理上述各指标最小，总根长为T0处理的83.6%、总表面积为79.6%、根系总体积为75.1%。除了T4处理外，随着土壤中残膜数量的增加马铃薯根尖数减少，根尖数最少的T3处理根尖数为对照的71.1%、T2处理根尖数量为76.4%。

将根系按直径分级后各处理0～0.5 mm直径的根系长度占总根长的百分比较大，各处理均在55%以上，0.5～4.5 mm直径根系所占比例次之，大于4.5 mm直径根所占比例最小（表3）。0～0.5 mm直径根系长度随着地膜残留量的增大呈现降低的趋势（T4除外）；0～0.5 mm根系长度所占总根长的比例则呈先升高后降低再升高的趋势，T2最高占总根长的60.77%。0.5～4.5 mm直径根长度有地膜残

留的处理低于无残膜的处理（T0），除T3外差异显著。0.5～4.5 mm根系占总根长的比例残膜数量低的2个处理（T1和T2）低于无残膜处理（T0），而残膜数量高的2个处理（T3和T4）则高于无残膜处理（T0）。大于4.5 mm直径根长随地膜残留量的增加而降低，有残膜处理与无残膜处理存在显著差异，但有残膜处理间差异不显著；有残膜处理的大于4.5 mm直径根长占总根长的比例均高于无残膜处理。考察不同直径根占总根长的百分数结果显示，残膜数量多的处理0～0.5 mm根系较对照下降，0.5～4.5 mm和大于4.5 mm根系较对照升高，残膜数量多少对不同粗细根系长度影响程度不同。

表2 不同地膜残留量对马铃薯根系生长的影响Table 2 Effects of different amounts of residual film on root of potato

表3 不同地膜残留量对根系分级长度的影响Table 3 Effects of different amounts of residual film on root length of different root diameters

表4 不同地膜残留量对马铃薯产量的影响Table 4 Effects of different amounts of residual film on yield of potato

2.4 不同地膜残留量对马铃薯产量的影响

由表4可知，各处理间马铃薯产量差异显著，随着土壤中残膜含量的增加，马铃薯块茎产量呈下降趋势，T4产量最低，T0最高。与T0处理相比，添加残膜处理减产9.7%～14.5%。地膜残留量越大，马铃薯减产越严重。

3 讨 论

残留地膜对土壤性质的影响主要表现在使土壤容重增加、孔隙度和含水量下降，水分渗透系数下降[6,7,21-23]。土壤性质的变化必然影响作物根系的生长，进而影响作物的产量。研究表明，随着土壤中地膜残留量的增加玉米、白菜、大豆的根长地下部鲜重侧根数下降，产量也随之下降[21]，在棉花、番茄、小麦、玉米等作物上的研究也表现出作物地上、地下部生长及产量受到残留地膜的影响[5-13,19-22]。在本试验中残留地膜对马铃薯的生长及产量也产生了明显的不良影响，表现在以下几个方面，马铃薯的地上及地下部干、鲜重受到土壤中残留地膜的影响，与无残膜处理相比差异显著，大致是随着残留地膜数量的增加有下降的趋势；残留地膜对马铃薯根系生长的抑制表现在根长、根总表面积、根体积和根尖数量的减少，地膜残留量为180 kg/hm2时影响最大，根长、根总表面积、根体积和根尖数量分别为无残膜处理的83.6%、79.6%、75.1%、76.4%；直径为0～0.5 mm根和大于4.5 mm根根系长度随着地膜残留量的增大呈现降低的趋势。地膜残留量达360和720 kg/hm2时，直径0～0.5 mm根长占总根长的百分数较无残膜处理下降，而0.5～4.5 mm则较无残膜处理升高，残膜数量多少对不同粗细根系长度影响程度不同。土壤中残留地膜会使土壤水分上渗和下渗系数降低、水分上下移动速度下降[7,23]，可以推断土壤残膜的存在会影响土壤水分及养分的运移，从而影响作物的生长及产量。本次试验采用的是大田网袋栽培的方法，由于网袋的限制没有对土壤的容重、孔性及水分渗透性等进行监测，所以残留地膜的不良影响直接体现在马铃薯产量上，试验结果显示，土壤中因地膜的存在导致马铃薯减产且达显著水平，地膜残留量最高的减产幅度最大，减产14.5%，但是各处理间减产幅度与地膜残留量多少不成线性相关，其原因是否会与残膜大小、残膜片数等有关还有待进一步的研究。