全生物降解地膜降解特性及其对水稻旱作产量的影响

刘 会，刘宏金，王金玲，武 岩，刘波，孙德华，郭晓宇，春 兰，刘俊鹏

（1.扎赉特旗农村能源工作站，内蒙古 音德尔镇 137600；2.内蒙古自治区农业技术推广站，内蒙古 呼和浩特 010011；3.扎赉特旗农业技术推广中心，内蒙古 音德尔镇 137600；4.兴安盟农村能源管理站，内蒙古 乌兰浩特 137400）

农田地膜污染已成为我国北方地区较为突出的农业环境问题，随着农田覆膜面积的不断扩大和田间残膜的大量积累，地膜不仅对人居环境造成负面影响，也对耕地质量构成潜在威胁，现已成为国家塑料污染防治的重要内容[1-2]。田间残膜的大量积累是农村土壤面源污染的主要来源，引进和应用可以替代传统塑料地膜的全生物降解地膜是解决农田地膜残留污染的重要途径[3-4]。目前，关于全生物降解地膜的实用性研究已有一些报道[5-8]。但是，国内市场全生物降解地膜种类繁多，降解情况差异较大[9-10]。

近年来，我国北方地区水稻种植面积迅速增长，导致用水需求激增，局部地区供需矛盾突出，严重限制了水稻的生产和发展。将覆膜技术与水稻旱作栽培技术结合，既能够高效节水又能够优质高产，为解决北方地区水稻种植问题提供了一种新的发展思路，具有很好的发展潜力。为了明确全生物降解地膜的降解特性及其在水稻旱作栽培模式下的实用效果，本研究根据生产实际在内蒙古扎赉特旗开展了全生物降解地膜在水稻旱作栽培中的应用试验，并对所选用的6种全生物降解地膜的降解特性及其对水稻旱作栽培产量的影响进行了评价，以期提出地膜合理使用和减量替代的综合解决方案，从而为全生物降解地膜的推广应用提供参考。

1 材料和方法

1.1 试验地基本情况

试验在内蒙古扎赉特旗五道河子村旱田进行。试验区海拔174 m，属中温带大陆性季风气候，昼夜温差大，年平均气温4.4℃，年降水量430 mm，无霜期130 d，有效积温3 123.2℃，平均日照时数3 027 h。试验田土壤类型属草甸土，土壤肥力中等，前茬作物为大豆。

1.2 供试材料

供试水稻品种为绥粳18；地膜共选用6种全生物降解地膜，以普通地膜为对照（表1）。

表1 试验地膜基本信息

1.3 试验设计

1.3.1 田间填埋试验 田间填埋试验用于监测全生物降解地膜全过程降解情况，直至完全分解结束。田间填埋试验于2019年5月—2020年5月进行，采用单因素随机区组设计，7个处理均分5个观察期[诱导期（A）、开裂期（B）、大裂期（C）、碎裂期（D）、无膜期（E）]，每个观察期3次重复，共105个小区。按照设定深度挖250 cm×50 cm的长方形平底坑，将6种全生物降解地膜和普通地膜分别裁剪成40 cm（横向）×30 cm（纵向）的膜片，并做好标记，装入0.85 mm空隙防虫网袋，按排列顺序埋藏10 cm。分别在填埋后90、180、365 d 取出填埋的膜样，除杂，观测埋设地膜外观降解变化情况，依据GB/T 1040.1—2018/ISO 527-1：2012[11]对样品进行拉伸性能测定。填埋试验区的肥料、水分管理与水稻旱作覆膜栽培区相同。

1.3.2 水稻旱作覆膜栽培试验

1.3.2.1 水稻旱作覆膜栽培方式 试验于2019年5—10月进行，水稻种植密度43.5 万穴/hm2，垄上8 行，垄距180 cm，播种时施肥，铺膜、铺设滴灌带，全程机械化操作；水稻专用肥（N-P2O5-K2O=15-20-15）作为底肥一次性机械深施10～13 cm，施用量375 kg/hm2，追肥尿素30 kg/hm2、氨基酸液体肥75 kg/hm2。全生育期中耕2次，灌浆期喷施叶面肥1次；灌水采用膜下滴灌，全生育期共灌水8次，每次滴灌600 m3/hm2，灌水间隔10～15 d。

1.3.2.2 水稻生育期垄面地膜降解情况调查 观察记录水稻覆盖地膜栽培各区组地膜达到诱导期（A）、开裂期（B）、大裂期（C）、碎裂期（D）和无膜期（E）的准确时间。覆膜后0～30 d，每10 d 观测1次；覆膜后31～40 d，每5 d 观测1次；覆膜后41 d 起，每3 d 观测1次，至诱导期结束（最多到覆膜后75 d）；以后恢复每10 d 观测1次，当季水稻收获后停止观测。记录各参试地膜破损情况（是否出现裂纹、裂缝，破碎程度，裂纹、裂缝的数量，破碎的块数），并判定降解情况，记录诱导期的出现日期。

1.3.2.3 小区测产 将试验小区内杂株及非试验因素引起的异常植株（如空秆）剔除，并将剔除植株按平均产量补回。在水稻成熟后，每处理随机取3个样点，每个点1 m2（1 m×1 m），现场调查株数、穴数、株高，收割、捆绑、标记。通过脱粒、称重、测水分、扣除水分，折算各处理水稻产量。

1.4 数据处理

采用Excel 软件进行数据整理及表格制作，SAS 9.2 软件进行方差分析，LSD法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 田间填埋试验不同地膜降解特性分析

由表2可知，全生物降解地膜填埋90 d后，各降解地膜中仅有T5处理全部进入碎裂期（D），降解速度较快，已无强度和弹性；T1 和T2处理大部分进入碎裂期（D），已无强度和弹性；T3处理少部分进入碎裂期（D），降解现象明显，已无强度和弹性；T6处理进入大裂期（C），降解速度最慢，仍少有弹性；CK 未出现降解现象，强度和弹性均无变化。填埋180 d后，T1、T3、T4 和T5处理全部降解，进入无膜期（E），其中，T4处理只剩零星碎片、T2 和T6处理仍处于碎裂期（D），6种全生物降解地膜均已无强度和弹性；CK未出现降解现象，强度和弹性均无变化。填埋365 d后，6种全生物降解地膜全部进入无膜期（E），地膜全部降解，且均已无强度和弹性；CK 未出现降解现象，强度和弹性均无变化。

2.2 水稻旱作覆膜栽培试验地膜降解情况

由表3可知，T1 和T2处理在覆膜后45～50 d（6月19日）进入诱导期，T3 和T4处理在覆膜后55～60 d（6月28日）进入诱导期，T5 和T6处理在覆膜后65～70 d（7月7日）进入诱导期，进入诱导期时间最晚；不同降解地膜进入开裂期的时间差异明显，T1 和T2处理在覆膜后55～60 d（6月28日）进入开裂期，T3处理在覆膜后65～70 d（7月7日）进入开裂期，T4 和T5处理在覆膜后85～90 d（7月27日）进入开裂期，T6处理在覆膜后100 d（8月6日）进入开裂期；6种全生物降解地膜中，T4处理于9月11日进入大裂期，T1、T2、T3、T5、T6处理均于9月7日进入大裂期；覆膜后141 d（9月17日）6种全生物降解地膜全部进入碎裂期；10月初收获时6种全生物降解地膜残膜全部无夹带现象，翻耕时残膜降解情况良好，达到消除地膜残留污染的目的。水稻收获时，6种全生物降解地膜均处于碎裂期，因此，未记录无膜期。CK 至10月初收获时仍未降解，但残膜无夹带现象。

表2 全生物降解地膜田间填埋试验调查结果

2.3 不同地膜处理对水稻产量的影响

由表4可知，6种全生物降解地膜处理的水稻产量均高于CK，其中，T1、T5、T6处理的产量显著高于CK（P＜0.05），与CK 相比分别增产18.68%、17.38%和17.06%；以T1处理水稻产量最高，为8 806.99 kg/hm2。T2、T3 和T4处理水稻产量与CK 无显著差异（P＞0.05），与CK 相比分别增产7.14%、11.50%和9.07%。

3 讨论与结论

3.1 全生物降解地膜的降解特性

地膜覆盖作为改善农作物生长环境的栽培技术，在干旱寒冷地区得到了大面积推广，该项技术可以起到增温保墒、压盐抑草、改善土壤水热条件等作用，具有显著的增产效果。随着普通地膜用量的不断增加，覆膜面积不断扩大，残膜累积导致的土壤环境污染已经成为制约农业绿色、健康、可持续发展的瓶颈问题，全生物降解地膜的研发为内蒙古地区农田残膜污染治理提供了有效途径。本试验结果表明，全生物降解地膜具备与普通地膜类似的增温保墒和作物增产效果，并且可以自然降解。

不同厂家生产的全生物降解地膜降解速度略有差异。申丽霞等[12]对光-生物降解地膜的研究发现，降解地膜在30～40 d 进入诱导期，90 d后进入大裂期；张妮等[13]研究发现，以聚乳酸为原料的生物降解地膜在覆膜后20 d 进入诱导期，60 d 进入碎裂期，降解速度较快。本研究田间填埋试验表明，在填埋365 d后，6种全生物降解地膜全部进入无膜期，且均已无强度和弹性。水稻旱作覆膜栽培试验表明，T1 和T2处理在覆膜后45～50 d（6月19日）最早进入诱导期，T5 和T6处理在覆膜后65～70 d（7月7日）进入诱导期；T1 和T2处理在覆膜后55～60 d（6月28日）进入开裂期，T6处理在覆膜后100 d（8月6日）进入开裂期；9月初6种全生物降解地膜全部进入大裂期。本研究选用的6种全生物降解地膜的诱导期为45～70 d，降解时间长于光-生物降解地膜和聚乳酸生物降解地膜，这不仅有利于满足水稻的种植需求，对于减少农田残膜污染、保护生态环境还具有明显效果。

表3 水稻旱作覆膜栽培试验不同地膜降解情况调查 单位：月-日

表4 不同地膜处理下水稻产量

3.2 全生物降解地膜对水稻的增产效果

全生物降解地膜覆盖技术与水稻旱作栽培技术的结合，不仅解决了局部地区水分供需的矛盾，又建立了我国北方地区水稻旱作种植产业绿色高质量发展与生态环境保护并重的种植模式，具有很好的发展潜力[13-14]。本试验结果表明，全生物降解地膜与普通地膜（CK）相比具有明显的增产效果，T1、T5、T6处理对水稻产量有显著提升作用（P＜0.05），增产幅度分别为18.68%、17.38%和17.06%。前人关于全生物降解地膜对不同农作物增产情况影响的研究结论不一，贺鹏程等[15]研究发现，在马铃薯种植中全生物降解地膜可显著提高产量（P＜0.05），与普通地膜相比增产率可达15.76%；刘群等[16]在玉米种植中发现，与裸地相比，全生物降解地膜可显著提高玉米产量（P＜0.05），增产18.7%，但与普通地膜相比玉米产量处于同一水平，无显著差异（P＞0.05），产生这种情况的原因可能与全生物降解地膜的种类以及农作物生长环境不同有关。本试验仅对全生物降解地膜对水稻旱作产量的影响进行了研究，下一步将重点开展不同全生物降解地膜对水稻生理生态指标观测及经济可行性的研究，以期为全生物降解地膜在水稻旱作栽培中的应用推广提供更进一步的理论支撑。

结合6种全生物降解地膜的降解情况及其对水稻产量影响的综合评价认为，对水稻旱作体系而言，在本试验条件下，T1 和T5 全生物降解地膜降解速度较快，且在提高水稻产量、保护耕地生态环境方面具有较好的效果。