全生物降解膜对南疆棉花产量及土壤理化性质的影响

王斌，万艳芳，王金鑫，孙九胜，槐国龙，崔磊

（新疆农业科学院土壤肥料与农业节水研究所，乌鲁木齐830091）

自20 世纪80年代地膜覆盖栽培技术引入我国后，因其具有增温、保墒、抑制杂草生长和提高作物产量的显著作用而被广泛使用[1-3]。 然而，普通聚乙烯（PE）地膜具有“结构稳定、难自然降解”[4-5]等特性，随着使用年限的延长，农田难以回收干净的残膜对土壤生态环境造成了“白色污染”[6-7]。 因此，使用可降解地膜尤其是全生物可降解地膜是彻底解决“白色污染”的有效途径[8]。

当前，国内关于降解地膜在棉花生产上的应用研究，主要集中在不同类型降解地膜类型比较[2-3，9-10]、降解地膜与裸地栽培对比[9]以及简单的降解地膜与普通地膜棉花产量对比等方面[11]，对PBAT（聚己二酸/ 对苯二甲酸丁二酯）型全生物降解地膜对南疆棉花栽培种植的系统性研究还较少。本研究以南疆喀什地区岳普湖县为试验区，以PBAT 型全生物降解地膜为处理，研究棉花生育期降解地膜的降解特征以及对棉花出苗率、产量、不同剖面层次的土壤温湿度、盐分、pH 和养分等指标的影响，旨在为南疆棉花栽培管理过程中全生物降解地膜的应用与示范推广提供一定的数据支撑和理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验设在新疆喀什地区岳普湖县，属暖温带大陆性干旱气候区。年均降水量52.8 mm，年均蒸发量为 2 584 mm，年均温度 11.7 ℃，极端最高温度41.8 ℃，极端最低温度－23.4 ℃，无霜期 214 d，日照时间2 762 h，≥10 ℃年有效积温4 354.0 ℃。

1.2 试验设计

降解膜为PBAT 型全生物降解地膜 （以下简称“降解膜”），由新疆康润洁环保科技股份有限公司提供，对照（CK）为普通聚乙烯（PE）地膜。膜宽140 cm、膜厚0.010 mm。 供试作物为棉花，品种为新陆中66。

试验设2 个处理、3 次重复，随机区组排列，共6个小区，小区面积为 0.013 hm2。 2017年 4 月 28 日播种，机械覆膜、膜下滴灌、一膜两管四行种植。 肥料用量、种植管理同当地大田，试验地土壤性状见表1。

表1 基础土壤性状

1.3 测定项目与方法

1.3.1地膜降解程度测定。棉花生育期内用数码相机每月定点采集地膜照片，按照文献[12]对照片进行处理分析，最终得到地膜破损率（降解率）。

1.3.2测产。棉花吐絮期测定单位面积棉花株数、铃数及铃重，其中铃重在棉株下、中、上部位分别采收50 个完全吐絮棉铃测得，按公式“产量＝密度×每株铃数×铃重”计算籽棉产量。

1.3.3土壤温湿度测定。土壤温度和湿度采用土壤温度水分记录仪（产自上海发泰精密仪器仪表有限公司），测定位置为小区棉花中间行的膜下5 cm、15 cm 和 25 cm 土层，测定时间为 2017年 5 月 28日至9 月27 日，仪器设置为每2 h 记录1 次数据、连续测定。

1.3.4土壤理化性质测定。在棉花播种前（3 月22日）、生长期（8 月 17 日）和收获期（10 月 22 日），以“S”形取样法取 0～20 cm 和 20～40 cm 土层土样，每个处理重复3 次，测定土壤pH 和总盐、有机质、速效氮、速效磷、速效钾含量，依次采用pH 计法、烘干质量法、重铬酸钾外加热法、碱解扩散法、钼锑抗比色法和火焰光度计法测定[13]。

1.4 数据处理

利用 MS Excel 2016、SPSS 21.0 和 Origin 8.0软件进行数据分析和作图，数据间比较采用独立样本t检验。

2 结果与分析

2.1 降解膜降解特征

降解膜在覆膜40 d 左右开始出现裂纹，70 d左右出现2.0～2.5 cm 裂纹，130 d 左右裂纹达到10 cm 以上、地膜变薄变脆；而对照仅在收获前因机械收获等影响，部分膜面出现破损。 棉花整个生育期，降解膜处理的破损率呈增大趋势，其中5—8月增幅较小（破损率在0.03%～3.30%），到9 月破损率陡然增大，达到28.73%（图1）。

图1 棉花生长期降解膜破损率变化

2.2 对出苗率的影响

由表2 可知，与CK 相比，降解膜处理的棉花出苗率显著降低（P＜0.05）。

表2 棉花出苗率比较

2.3 对土壤温度的影响

从不同土层看，膜下 5 cm、15 cm、25 cm 以及0～30 cm 土层降解膜和CK 处理的平均土壤温度随棉花生育进程逐渐减小（图2）。 由于降解膜降解率随棉花生育进程逐渐增大（图1），因此，其保温作用逐渐减弱，与CK 对不同土壤深度的保温作用差异逐渐拉大（图2）。 从图3 垂直剖面上的平均土壤温度可以得出，膜下5 cm 和15 cm 处的降解膜处理平均土壤温度显著小于CK，而25 cm 处的降解膜处理平均土壤温度与CK 差异不显著，表明随土壤深度增大，2 个处理土壤温度趋于一致。

2.4 对土壤水分的影响

图2 各处理棉花生育期膜下不同土层温度变化

图3 各处理棉花全生育期（5—9 月）膜下不同土层平均温度差异

从图4 棉花整个生育期看，膜下5 cm、15 cm、25 cm 及0～30 cm 土层降解膜处理与CK 的土壤含水率均随棉花生育进程逐渐增大，整体趋势上表现出降解膜处理土壤含水率小于CK（图4）。 从图5棉花生育期膜下不同土层平均土壤含水率数值差异来看，膜下5 cm、15 cm 与25 cm 均为CK＞降解膜，其中，15 cm 和25 cm 土层达到差异显著水平。

2.5 对土壤养分的影响

由表3 可以得出，在棉花整个生育期内，0～20和20～40 cm 土层降解膜处理与CK 的土壤总盐、土壤养分（速效氮、磷、钾）含量和pH 基本无显著差异（P＞0.05）。 表明降解膜处理与普通PE 地膜处理相比，对棉花整个生育期土壤盐分、养分、pH 等无显著影响。

图4 各处理棉花生育期膜下不同土层土壤含水率变化

图5 各处理棉花5－9 月膜下不同土层平均土壤含水率差异

2.6 对棉花产量的影响

从表4 可以看出，降解膜处理棉花产量及产量构成性状，除了单株铃数外均略小于CK，但处理间差异均未达到显著水平，表明降解膜处理与CK相比对棉花产量无显著影响。

3 讨论

降解地膜的诱导期与降解程度主要取决于其材料组成，前人很多研究工作均是针对降解膜类型、降解性能及其在农业生产中的应用展开的[14-16]。降解地膜合适的降解速率、诱导期以及与作物生育期的匹配性是判断其产品质量的重要标准。董道瑞等[17]在北疆棉花试验田应用不同降解地膜后得出，4 个不同省份厂家提供的降解地膜在23～94 d 内不同程度进入诱导期，随后迅速开裂；其中，3 个处理降解地膜开裂过早，紧贴滴灌带的地膜最先出现小裂纹或孔洞，纵向裂开后地膜卷在覆土带边，播种行间基本无膜覆盖[17]。 韩冬梅等[18]发现，北疆棉花播种后降解地膜最快的在第60 天开始出现裂纹，第100 天有25%地膜出现细小裂纹，第160 天出现均匀网状裂纹，无大块地膜存在。本研究中，降解膜在覆膜40 d 左右开始出现裂纹，70 d 左右出现 2.0～2.5 cm 裂纹，130 d 左右裂纹达到 10 cm 以上，地膜变薄变脆、逐渐降解。虽然不同类型降解地膜的降解速率、诱导期各不相同，但其降解原理与历程基本相似。

表3 膜下土层土壤养分变化

表4 不同处理对棉花产量的影响

与裸地栽培相比，降解地膜因能明显提高作物生育期耕层土壤水热条件，所以其在保温保墒等方面的效能与普通聚乙烯（PE）地膜相近[8，19-20]。 申丽霞等[15]发现，降解地膜比普通地膜土壤温度高。王斌等[8，21-23]认为，降解地膜和普通PE 地膜在土壤保墒、保温、增产等方面效果一致。而本试验结论得出，南疆棉花在吐絮期前，降解膜降解较慢；进入吐絮期后由于棉田整体郁闭度降低等原因，降解膜降解速率陡然增大，致使棉花生育期降解膜处理的土壤温湿度显著小于CK。张宇等[23]认为，降解地膜较普通PE 地膜作物产量高。 而本研究结论为降解膜处理产量虽略低于CK，但两者之间无显著差异。

4 结论

（1） 在南疆棉花生产中，PBAT 型全生物降解地膜破损率随棉花生育进程逐渐增大，具体表现为在收获期之前较小，之后显著增大；棉花出苗率显著小于CK。

（2） 降解膜处理与 CK 膜下 5 cm、15 cm 和25 cm，棉花生育期的土壤温度与含水率变化趋势基本一致；垂直剖面上，棉花生育期降解膜的平均土壤温度和土壤含水率均小于CK，其中，降解膜处理在膜下5 cm 和15 cm 平均土壤温度显著低于CK，在膜下15 cm 和25 cm 平均土壤含水率显著低于CK。

（3）棉花生育期内，0～20 cm 和 20～40 cm 土层，降解膜和CK 处理间的土壤养分（速效氮、磷、钾）、盐分含量和pH 基本无显著差异。 表明降解膜与CK 相比对棉花生育期土壤养分、盐分、pH 无显著影响。

（4）与CK 比较，降解膜处理对棉花产量无显著影响。