生物降解膜对甘薯干物质分配及产量构成的效应分析

王文静，刘亚军，胡启国，储凤丽

（商丘市农林科学院，河南商丘 476000）

0 引言

【研究意义】华北平原是我国粮食主产区，其区域降水分布不均，春季降水少，蒸发旺盛，容易发生春旱[1-3]。甘薯是我国重要粮食作物[4-6]。近年来随着甘薯新型产业的快速发展，甘薯需求量逐年加大，甘薯早收获早上市选择种植春薯，甘薯生长前期需要较多水分和适宜温度进行返青和生长[7-8]，而春薯栽培期大多集中4月中下旬，此时期华北平原也较易发生倒春寒等天气，利用地膜覆盖提高土壤含水量和地温对甘薯生长发育具有重要的研究意义。【前人研究进展】地膜覆盖可改善耕层土壤水热状况，有效减轻春旱和早期低温对作物生长发育的危害，显著提高作物产量[9-11]，但随着地膜覆盖的使用，地膜残留量逐年增加[12]。【本研究切入点】普通聚乙烯地膜的高分子聚合性，使其难以在土壤中自然降解[13]，生物降解膜在自然环境下通过地下微生物和水肥气热等影响分解为二氧化碳和水，不仅能够具有普通聚乙烯地膜增温保墒的作用，也能够降低农业地膜残留量，缓解了农业生态环境的压力[14-18]。生物降解膜在蔬菜和玉米种植方面已经取得一定的研究进展[19-21]，但在甘薯栽培领域还未见其可行性研究报道，需开展甘薯生物可降解地膜覆膜种植试验研究。【拟解决的关键问题】研究不同地膜覆盖对甘薯生长发育、干物质分配与产量形成的影响以及进行甘薯产量形成因素与其它主要农艺性状之间的相关性分析，研究生物降解膜在甘薯种植领域的可行性，为生物降解膜在甘薯领域的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验于2020年5～10月在商丘市农林科学院试验示范基地进行。N39°93′，E116°38′，海拔大约53 m。商丘市属于典型暖温带季风气候，夏季炎热多雨，秋季凉爽干燥，无霜期大约210 d，年降水689.5～889.6 mm，年日照时长大约2 200 h，年平均积温（≥10℃）4 250～5 210℃。供试土壤为黄潮土，质地为黏土质，基础土壤养分含量：速效磷47.65 mg/kg，速效氮87.56 mg/kg，速效钾123.83 mg/kg，有机质1.72%，pH8.0。供试甘薯品种为商薯17，由国家甘薯体系商丘综合试验站选育；供试地膜：生物降解膜宽度为1 100 mm，厚度为0.01 mm，由国家甘薯体系提供，普通膜宽度、厚度与生物降解膜一致，购买于市场。

1.2 方法

1.2.1 试验设计

试验采用单因素随机区组设计。覆膜方式分设3个水平，MOPLA完全生物降解地膜（以下简称：降解膜）、普通聚乙烯地膜（以下简称：普通膜）、不覆膜，3个处理、4次重复，共计12小区。甘薯行距80 cm，株距26 cm，试验周围设置3 m保护行，小区面积为62.4 m2。甘薯种植时间为5月1号，收获时间10月15日，甘薯水平栽培，所用秧苗节数均为6节，3节地下放平、1节斜入土、2节留地上，秧苗粗细水平相当。试验地前茬种植甘薯，冬季闲置恢复。施肥量为红薯专用肥750 kg/hm2，K2SO4150 kg/hm2，P2O5150 kg/hm2，农药喷洒多菌灵45 kg/hm2，毒锌颗粒75 kg/hm2，甘薯种植前进行滴灌带和地膜的铺盖，地膜全垄覆盖，统一浇水量。

1.2.2 指标测定

薯苗栽培30、60、90、120和150 d时进行地上部与地下部干物重的测定，测定时分别随机选取中间行5株进行烘干测定；收获期每个小区选取3个4×2.6（m2）大小样方测产、商品薯率测定（为100～500 g，外观良好，无破损，无病虫害），每个小区随机选取3个薯块测定干物率，折算淀粉率和薯干产量；收获期调查结薯习性，T/R值：地上部植株蔓茎鲜重与地下薯块鲜重比值；薯块平均尺寸为甘薯尺寸最长值。

1.3 数据处理

利用office 2010进行数据统计，利用SPSS 17.0进行差异显著性检验和相关性分析。

2 结果与分析

2.1 地膜覆盖对甘薯地上部与地下部干物重的影响

研究表明，不同地膜覆盖对甘薯干物质分配有不同的影响。薯苗栽培15 d时，各处理蔓茎干物重差异均不明显；从栽培30 d时，生物降解膜与普通膜处理的蔓茎干物重开始明显高于不覆膜处理，生物降解膜处理高于普通膜处理，直到栽培100 d左右时，普通膜处理开始高于生物降解膜处理，栽培150 d时，蔓茎干物质重量为普通膜＞生物降解膜＞不覆膜。覆膜处理显著高于不覆膜处理（P＜0.05）。图1

图1 地膜覆盖下地上部植株蔓茎干物重变化Fig.1 Effect of plastic film mulching on the dry matter weight of stems

薯苗栽培30 d时，地下薯块干物重差异不明显，栽培30～60 d时，地下干物重开始增长，但增长速率较缓，栽培60 d后，地下薯块开始快速增长，直到生育期结束，覆膜处理薯块干物重显著（P＜0.05）高于不覆膜处理，而生物降解膜处理明显高于普通膜处理。覆膜对甘薯生长发育有明显的促进作用，而生物降解膜随着栽培时间的延长大片裂解，腐烂化成生物肥料可供地下薯块吸收利用，而普通膜处理生育后期由于对甘薯根部的密封，透气性明显弱于生物降解膜处理，对甘薯生理生长以及干物质的分配有较大的影响。图2

图2 地膜覆盖下地下部薯块干物重变化Fig.2 Effect of plastic film mulching on the dry weight of underground tubers

2.2 地膜覆盖对甘薯结薯习性的影响

研究表明，降解膜处理单株薯重、单株结薯数均最高，普通膜处理其次，不覆膜处理最低，其中降解膜处理单株结薯数较普通膜、不覆膜处理显著（P＜0.05）增加15.75%、36.62%；不覆膜处理单块薯重、平均尺寸最高，降解膜处理其次，普通膜处理最低，其中降解膜与普通膜处理的单块薯重、平均尺寸差异不显著，而普通膜处理单块薯重较不覆膜处理显著减低12.50%，降解膜、普通膜处理平均尺寸较不覆膜处理显著降低10.91%、20.50%；降解膜处理T/R值最低，普通膜处理其次，不覆膜处理最高，其中降解膜处理T/R值较普通膜、不覆膜处理分别显著降低23.20%、30.43%。表1

表1 地膜覆盖下甘薯结薯习性Table 1 Effects of plastic film mulching on tuber setting habit of sweet potato

2.3 地膜覆盖对甘薯产量构成因素的影响

研究表明，地膜覆盖对甘薯鲜薯产量、商品薯率，干物率等有较大的影响。降解膜处理的干物率、淀粉率、商品薯率、鲜薯产量和薯干产量均高于其它两个处理，不覆膜处理的干物率、商品薯率、鲜薯产量和薯干产量均最低，普通膜处理商品薯率最低，其中降解膜处理干物率、淀粉率、鲜薯产量和薯干产量较不覆膜处理显著（P＜0.05）增加7.40%、9.90%、15.70%和24.45%，商品薯率较普通膜增加11.76%，但结果差异不显著；普通膜处理的干物率、淀粉率、鲜薯产量较不覆膜处理显著增加3.13%、4.18%、8.19%。地膜覆盖对甘薯产量、薯干产量、干物率、淀粉率、商品薯率均有一定的影响，其中生物降解膜表现较优。表2

表2 地膜覆盖下甘薯产量形成因素变化Table 2 Effects of plastic film mulching on yield formation factors of sweet potato

2.4 地膜覆盖条件下鲜薯产量与其它主要农艺性状的相关性

研究表明，鲜薯产量与薯块干物率、薯块干物重、单株结薯数呈显著（P＜0.05）正相关关系，与T/R值、蔓茎干物率呈负相关关系，但均为显著相关性；薯块干物率与薯块干物重、单株结薯数呈显著正相关关系，与T/R值、蔓茎干物率呈负相关关系，其中与T/R值呈显著负相关关系。表3

表3 鲜薯产量与其它主要农艺性状相关性Table 3 Correlation Analysis of yield formation factors,agronomic traits and soil water and heat environment

3 讨论

土壤水分与温度是作物生长的重要环境因子[22]，华北平原春旱和早期低温对甘薯返青与生长造成了较大的影响。有研究表明，地膜覆盖可明显降低作物根系表面土壤水分蒸发，改善土壤水热环境，对干旱和春季早期低温有较好的缓解作用，促进作物生长发育[23-24]。试验研究结果表明，覆膜处理蔓茎干物重均显著（P＜0.05）高于不覆膜处理，而生物降解膜处理蔓茎干物重略低于普通膜处理，但无显著性差异；薯块干物重表现为：生物降解膜处理＞普通膜处理＞不覆膜处理。分析认为，栽后种植45 d左右时，生物降解膜由于材质较脆，有部分薄膜开始大片破裂，其温度及湿度的保持弱于普通膜处理，进而使得普通膜植株生长明显强于生物降解膜处理及不覆膜处理，但生物降解膜腐烂后化成生物肥料可供地下薯块吸收利用，而普通膜处理生育后期由于对甘薯根部的密封，透气性明显弱于生物降解膜处理，对甘薯生理生长以及干物质的分配有较大的影响，从而使得生物降解膜薯块干物重明显高于普通膜处理。

甘薯农艺性状与产量形成因素受地膜覆盖影响较大，研究结果可知，覆膜处理的单株结薯数与单株薯块重、鲜薯产量、干物率均显著高于不覆膜处理，而T/R值显著低于不覆膜处理，商品薯率高于不覆膜处理。分析可知地膜覆盖有利于提高甘薯单株结薯数与单株薯块重，而T/R值的降低可说明地膜覆盖有利于提高表面土壤温度和含水率，降低作物根系土壤水分蒸发，提高水分利用效率，使有限的水分用于蒸腾性生产，减弱甘薯地上部蔓茎的疯长与干物质的浪费，促使光合作用产物向薯块转移，从而促进鲜薯产量与干物率的提高，对甘薯商品薯率也有一定的影响。生物降解膜处理的单株薯块重、单株结薯数、鲜薯产量、干物率、商品薯率、薯干产量均高于普通膜处理，T/R值低于普通膜处理，说明生物降解膜在保温方面不显著低于普通膜处理的情况下，相比于不覆膜处理能够提高地膜保墒效果，改善甘薯的农艺性状，提高甘薯的产量形成因素。在分析鲜薯产量与其它农艺性状之间的相关性发现，鲜薯产量与薯块干物率、薯块干物重、单株结薯数呈显著（P＜0.05）正相关关系，与T/R值、蔓茎干物率呈负相关关系，鲜薯产量与其它甘薯农艺性状有着较为紧密的联系。说明地膜覆盖有利于提高甘薯表面土壤温度和含水率，降低土壤水分蒸发，使有限的水分主要用于蒸腾性生产[25-26]，减弱甘薯地上部植株疯长，促使光合作用产生的干物质向地下部营养器官转移，促进薯块干物质的积累，提高单株结薯数，进一步提高鲜薯产量、薯块干物重及干物率。综上所述，生物降解膜的表现优于普通膜与不覆膜处理。但生物降解膜在甘薯种植过程中破碎较早，没有起到最大作用，如何延迟降解膜破裂的时间以及生物降解膜破碎后对土壤肥力、微生物群落的变化均没有详细的机理，需要进一步探究。

4 结论

覆膜处理蔓茎干物重均显著（P＜0.05）高于不覆膜处理，而生物降解膜处理蔓茎干物重略低于普通膜处理，但无显著性差异；地下薯块干物重表现为生物降解膜处理＞普通膜处理＞不覆膜处理；生物降解膜处理的单株薯块重、单株结薯数、鲜薯产量、干物率、商品薯率、薯干产量均高于普通膜处理和不覆膜处理，T/R值最低；鲜薯产量与薯块干物率、薯块干物重、单株结薯数呈显著（P＜0.05）正相关关系；生物降解膜处理表现较优。