PPC生物降解渗水地膜覆盖高粱试验

毕昕媛 ，姚建民 ，2，杨三维 ，高 洋 ，李慧杰

（1.山西省农业科学院农业资源与经济研究所，山西太原030006；2.山西微通渗水膜生物科技有限公司，山西太原030006；3.佳县科技局，陕西佳县719200）

20世纪80年代起，地膜覆盖技术因其具有增温、保墒、保肥、早熟、增产、抑制杂草生长以及控制土壤盐碱度等作用被广泛应用于作物栽培上[1]，已经成为我国农业生产的重要物资之一[2]。但由于地膜成分主要为聚乙烯，其分子结构比较稳定，在自然条件下聚乙烯地膜降解周期超过200 a，土壤耕作层残膜不断累积[3]。有数据显示，在长期使用地膜覆盖的农田中地膜残留量一般在60～90 kg/hm2，最高可达165 kg/hm2[4]，会造成土壤板结、通透性变差、农事操作受阻以及作物减产等一系列问题[5]。

可降解地膜是解决残膜问题的一条有效途径[6]，一系列可生物降解材料被开发出来，如聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯（PBAT）、聚乳酸（PLA）[7]、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、聚丁二酸丁二醇酯-己二酸丁二醇酯（PBSA）、聚羟基脂肪酸酯（PHA）、聚己内酯（PCL）、聚碳酸亚丙酯（PPC）等[8]。由于这些材料制成的地膜均存在成本高和性能差等问题，生产上未能大面积推广[9]。PPC是一种成本较高、纵向撕裂强度大、易光氧化和碱分解的全生物降解聚酯材料，单独吹制的膜收缩率高、纵向直角撕裂强度小、易水解、使用寿命短、适应性差[10]；PBAT是一种成本高、收缩率低、纵向强度大、酸和微生物降解性好的全生物降解聚酯材料[11]，但单独吹制的膜成本高、黏性大、抗撕裂强度小[12]。PPC或PBAT等单独生产的降解地膜厚度＜0.01mm时，膜的纵向直角撕裂强度指标达不到≥0.5 N的国家标准。姚建民等[13]将PPC和PBAT进行组合，通过低泡影工艺和加大吹胀比等工艺技术，生产出了物性指标达标、厚度为（0.007±0.002）mm的PPC生物降解渗水地膜产品。

山西省农科院农业资源与经济研究所采用PPC生物降解渗水地膜和多行覆盖旱作高产技术模式，在陕西省佳县旱地种植高粱，与普通地膜进行对比，旨在为促进生物降解地膜的推广提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验于2019年4—9月在陕西省佳县方塌镇谢家沟村旱垣地进行。该地位于陕西省东北部黄河中游，海拔高度1 180 m，属大陆季风性气候；年均降雨365.7 mm，集中在7—9月；年均气温8.3℃，≥10℃有效积温3298.6℃，无霜期195d。土壤类型为沙壤，pH值8.25，前茬作物为高粱，肥力中等，地力均匀。春季深耕整地时公顷施氮磷钾复混肥750 kg、腐熟羊粪15 t。

1.2 试验材料

供试PPC生物降解渗水地膜由山西微通渗水膜生物科技有限公司提供；PE渗水地膜由山西省汾阳兴农塑料厂提供。供试高粱品种为晋杂22号。

1.3 试验设计

地膜覆盖设4个处理：T1.300 mm×0.006 mm PPC生物降解渗水地膜；T2.1 300 mm×0.007 mm PPC生物降解渗水地膜；T3.1 300 mm×0.007 mm PE渗水地膜；CK.无覆盖。小区面积18m2（3m×6m），随机区组排列，每个处理3次重复，一膜3行，行距50 cm、穴距20 cm。于2019年4月20日播种。

1.4 测定项目及方法

使用曲管水银地温计（置于高粱行间）于播种后 8：00、14：00、20：00 定期测定高粱播种后 5 cm 深土壤温度，并记录数据。采用取土烘干法，分期测定0～20、20～40、40～60 cm土壤含水率，在高粱拔节期、孕穗期分别测定株高、干质量、叶片数和根数等植株生长动态，成熟后及时收获计产。

1.5 数据分析

试验数据采用Microsof t Excel 2007和SPSS统计软件处理和分析，对测定结果进行方差分析并采用LSD法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同覆盖处理下高粱产量分析

由表1可知，T1处理平均产量为7519.2kg/hm2，与T2处理（平均产量为7 584.9 kg/hm2）水平相同，与T3处理（平均产量为8 712.2 kg/hm2）产量存在显著差异，低13.69%，比CK增产33.89%；T2处理的平均产量比T3处理低12.94%，但未达到显著差异，比对照增产35.06%。

表1 PPC生物降解渗水地膜高粱试验产量表现 kg/hm2

2.2 不同覆盖处理的高粱产量成因分析

2.2.1 不同覆盖处理的地温效应分析 从表2可以看出，各生育时期8：00和20：00地温差异较小，在14：00的地温差异较大，7月中旬以前T1和T2处理的均低于T3处理，T1、T2、T3处理的地温均明显高于CK；当7月中旬以后进入高温季节5 cm地温超过50℃时，T1、T2处理的14：00地温分别为48.50、53.75℃，分别比T3处理（60.00℃）降低11.5、6.2℃，有降低极端高温危害的作用，说明PPC生物降解渗水地膜有较好的增温和调温效应。

表2 高粱不同覆盖处理不同生育期各观测时间的5 cm地温 ℃

2.2.2 不同覆盖处理的土壤水分效应分析 由表3可知，4月20日至6月4日持续干旱仅有10次小雨累计降雨量为52.2 mm，T1、T2处理0～60 cm土壤含水率基本相同，均高于T3处理和CK，说明PPC生物降解渗水地膜覆盖45 d接纳小雨降水资源的保水效应好于T3处理和CK。在6月11—15日一场63 mm降水后到6月24日连续10 d没有降水情况下，T1、T2处理含水量基本相同，明显低于T3处理，说明PPC生物降解渗水地膜覆盖在大雨后的保水效应不及PE渗水地膜。6月24日至7月14日持续高温干旱，20 d内仅有5次降雨，总量为14.8mm，平均每次降雨不足3 mm，7月16日0～60 cm土壤含水率T1、T2处理分别为8.97%、8.18%，比T3处理（10.06%）分别低 1.09、1.88百分点，比 CK（7.88%）分别高1.09、0.30百分点，说明PPC生物降解渗水地膜覆盖在极端干旱情况下仍有较好的保水效应。

表3 高粱不同覆盖处理不同生育期0～60 cm土壤含水率 %

2.2.3 不同覆盖处理的生育动态分析 由表4可知，6月2日拔节期T1、T2处理的叶片数、根数、株高和干质量均明显高于CK，但低于T3处理；6月24日孕穗期T1、T2处理的叶片数、根数、株高和干质量均明显高于CK。播种到孕穗期T1与T2处理生育进程长势基本相同，不及T3处理，但均明显好于CK。

表4 高粱单株不同覆盖处理的生育动态

2.2.4 PPC生物降解渗水地膜降解速率浅析 目前，降解地膜的大面积推广应用仍存在一定问题，其中，降解速率的不可控是关键难题[14]。通过对PPC生物降解渗水地膜覆盖膜T1和T2测试，50 d开始出现少量裂纹，64 d膜面出现网状裂纹，161 d膜面明显脆化，170 d膜面脆化非常明显。170 d测得T1和T2处理的平均地面残留率为21.5%，土壤中残留率为45.8%，地面和土壤中平均残留率为30.81%。说明PPC生物降解渗水地膜覆盖高粱6个月左右，降解率已经达到70%左右，PPC生物降解渗水地膜降解速率既能保证地膜的增温、保水、防草等功能[15]，又能及时降解，降低农用残膜污染。

3 结论与讨论

厚度0.006、0.007 mm PPC生物降解渗水地膜覆盖高粱的产量水平差异极小，单产仅差65.7kg/hm2，虽然0.006 mm PPC生物降解渗水地膜比同规格PE渗水地膜覆盖单产低13.69%的差异达到了显著水平，但比无覆盖明显增产33.89%。从产品投资成本计算，0.007 mmPPC生物降解渗水地膜覆盖的单位面积用量为45kg/hm2，而0.006mmPPC生物降解渗水地膜覆盖的单位面积用量为38.57kg/hm2，节约6.43 kg/hm2，节约 177 元 /hm2，以减产 65.7 kg/hm2高粱计131.4元/hm2，两者抵消后，节本增效45.6元/hm2，因此，说明 0.006、0.007 mmPPC生物降解渗水地膜覆具有同样的增产增收效应。

PPC生物降解渗水地膜的降解特性是光降解＋碱降解＋微生物降解。在长城沿线半干旱地区旱地种植玉米和高粱的封垄期在播种后的50 d左右，与膜的裂解初始时间吻合，减少了由于膜裂解造成杂草多、增温差和保水差的不利风险。长城沿线多数为石灰性栗钙土，pH值8.0±0.5，适合PPC生物降解渗水地膜的缓慢降解，若pH值≥9.0或≤7.0，就会使分解过快或过慢。土壤有机质含量与土壤微生物数量有一定的正相关，在土壤有机质含量高和田间水分好的沟川地，PPC生物降解渗水地膜的生物降解速度较快，反之较慢。应用PPC生物降解渗水地膜时应综合分析作物与环境的关系，才能取得既增产又能消除白色污染的双重效果。