全生物降解地膜降解性能对土壤温度、豇豆生长及产量的影响

翁小倩 谢 茵

（海南省农业生态与资源保护总站 海南 海口 571100）

地膜覆盖技术具有明显的保墒增温作用，并具有防治病虫害、抑制杂草生长等作用，可显著提高粮食、蔬菜等农作物的产量，在我国被广泛应用[1-2]。海南省农用地膜使用量每年高达数万吨，大量使用以聚乙烯为主要成分的普通化学地膜，这种普通地膜难以在自然条件下降解，导致田间残膜污染严重，造成土壤性质恶化，最终可破坏整个农业生态环境，给农作物生产带来较大的负面影响。全生物降解地膜是由新型环保可降解材料通过吹塑工艺制作而成的，可利用土壤中的微生物和光热氧化作用进行完全降解，最终分解成二氧化碳和水，一定程度上可减少残膜污染。胡跃翠等的研究表明，可降解地膜和普通地膜具有相似的作用，对作物的产量和生长具有一定的影响，降解地膜处理的产量与普通地膜无明显差异[3-8]。2020年12月1日起海南岛实施“禁塑令”，全生物降解地膜可作为传统普通化学地膜的替代产品，其研发、筛选及推广具有广阔的前景。本文作者在海南省澄迈县开展了豇豆覆膜栽培和地膜填埋试验，通过观测各参试全生物降解地膜的农田覆盖效应、作物生长状况、产量及其降解性能，以期筛选出适合海南豇豆栽培的全生物降解地膜类型。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

本试验选择的地块位于海南省农业科学院永发基地，0～20 cm土层土壤理化性质见表1。基地所处区域属热带季风气候区，高温多雨，干湿季节明显。年平均气温23.5℃，其中平均气温最高的为6～7月，月平均气温约28℃，最低月平均气温（1月）约17℃，年均降水量1 882 mm，4～10月为雨季，约占全年降水量的90%，其中8月、9月降水量均在300 mm左右。生产上主要受“清明风”“干热风”“寒露风”“台风”和早春连续阴雨、暴雨等天气影响。

表1 试验地土壤理化性质

1.2 供试材料

供试的全生物降解地膜分别由国内6家不同企业提供，编号设为A、B、C、D、E、F（表2），设普通PE地膜（CK1）和裸地（CK2）为对照组，共计8个处理。

表2 供试地膜产品情况

1.3 试验设计

1.3.1 覆膜栽培试验 供试作物为豇豆，品种为乐豇1号，2020年12月31日 人工 覆膜，2021年1月13日播种，3月19日开始收获测产。试验设6种全生 物 降 解 地 膜A、B、C、D、E、F和 普 通PE地 膜（CK1）、裸地（CK2）共8个处理，每个处理设3次重复，共24个处理，随机排列。每个处理覆膜长度为21 m，起垄种植，垄宽140 cm、垄间距50 cm、垄沟深20 m，每垄2行，株行距30 cm×50 cm，作物栽培区四周设置保护行。

1.3.2 填埋试验 试验设6种全生物降解地膜A、B、C、D、E、F和普通PE地膜（CK1）共7个处理，每个处理设3次重复，共21个处理，随机排列。将地膜试验样品分别裁剪成40 cm×30 cm大小，称量后填埋入农田土壤深度10 cm处，埋土后于90 d、180 d、365 d分别取样观察其表面降解情况，并称量计算其失重率。

1.4 观测记载指标

1.4.1 地膜降解性能 通过田间覆盖栽培试验和填埋试验对全生物降解地膜降解性能进行评价。田间覆盖栽培试验使用目测法通过定期观察地膜表面不同的变化进行降解性能评价[9]，在每个处理处设观测点，定期观察记载地膜破裂程度,通常为5个阶段：诱导期，地膜表面开始出现小裂缝时期；开裂期，地膜表面开始出现大裂缝时期；大裂期，地膜表面降解为大碎块；碎裂期，地膜表现已经无完整大面积残膜存在，仍有小碎块时期；无膜期，已经完全降解无可见地膜时期[10-12]。填埋试验采用目测法和计算膜失重率法来进行评价。失重率计算公式：

1.4.2 土壤温度 采用铂电阻地温传感器配套数据采集系统测定土壤温度，设备为美国产HOBO温度自动记录探头装置。每个小区埋设一个地温仪，探头埋设深度10 cm，每60 min记录1次数据。

1.4.3 豇豆生育期和产量 在豇豆生长过程中记录生育期，包括播种、发芽期、幼苗期、伸蔓期、开花结荚期和收获期，生育期的日期以小区50%以上植株进入该生育期为标志作物。以试验小区实收的豇豆产量折算为每公顷豇豆产量。

1.5 数据分析

采用WPS Office和SPSS 26进行数据处理分析并作图。

2 结果与分析

2.1 不同处理地膜降解情况

由表3可知，6种不同全生物降解地膜均在豇豆收获期后进入诱导期，D处理最早进入诱导期，在覆膜68 d；其他依次是B、E、F、C处理，在覆膜70 d左右进入诱导期；诱导期最长的是A处理，需要85 d。E处理最早进入碎裂期，在覆膜145 d；其次是F处理，在覆膜155 d进入碎裂期；A和D处理在覆膜175 d后进入碎裂期；B和C处理在覆膜184 d后进入碎裂期。除了A、B、E处理在下茬作物整地种植前未出现无膜期外，D、F处理在覆膜184 d和C处理在覆膜215 d均出现无膜期。

表3 不同覆膜栽培试验降解时间（单位:d）

由表4可知,6种不同全生物降解地膜均在填埋90 d左右出现不同程度的降解，降解程度达到碎裂期，失重率在14%～89%之间；在填埋180 d进入无膜期，达到完全降解程度。

表4 不同地膜填埋试验降解情况

2.2 不同处理对豇豆生育期和产量的影响

由表5可知，不同处理对豇豆生育期的影响无显著差异，均在播种后7 d进入发芽期，在播种后65 d后进入收获期。表明全生物降解地膜、普通PE地膜、裸地对豇豆生长周期的影响基本一致。

表5 不同处理豇豆的生育期(单位：d）

由图1可知，豇豆产量表现为D﹥B﹥F﹥E﹥C﹥A﹥CK1﹥CK2，虽然6种不同全生物降解地膜处理的豇豆产量均略高于CK1，但差异不显著，表明全生物降解地膜与普通PE地膜对豇豆的产量一样具有促进作用；7种不同覆膜处理的豇豆产量均高于CK2，其中D处理的豇豆产量显著高于CK2，达到差异极显著水平，其他6种不同覆膜处理的豇豆产量虽均略高于CK2，但差异不显著，表明D处理具有一定的增产效果。

图1 不同处理豇豆的产量

2.3 不同处理对土壤温度的影响

由图2可知，在播种1～65 d，6种全生物降解地膜与CK1处理的土壤温度均明显高于CK2，但差异较小，而6种全生物降解地膜与CK1处理的土壤温度差异不大。在播种1～19 d，6种全生物降解地膜与CK1处理的土壤温度差异不大，但均明显高于CK2；在播种19～65 d，6种全生物降解地膜、普通PE地膜（CK1）、裸地（CK2）处理的土壤温度变化趋势大体一致，差异并不明显。

由图3可知，覆膜当天,6种全生物降解地膜处理的土壤温度均高于CK1和CK2，达到差异显著水平，CK1和CK2的土壤温度略有差异，未达到差异显著水平；播种时，6种全生物降解地膜与CK1处理的土壤温度无显著差异，但B和CK1处理的土壤温度明显高于CK2，均达到差异极显著水平，A处理的土壤温度也明显高于CK2，达到差异显著水平；在发芽期，A处理的土壤温度明显高于CK1，B处理的土壤温度明显低于CK1，均达到差异极显著水平，D处理的土壤温度高于CK1,达到差异显著水平,其他3种全生物降解地膜处理的土壤温度与CK1虽略有差异，但未达到显著水平，7种覆膜处理的土壤温度均明显高于CK2，且达到差异极显著水平；在幼苗期，A处理的土壤温度显著低于其他6种覆膜处理，均达到差异极显著水平，除了A处理以外的其他5种全生物降解地膜处理的土壤温度与CK1无显著差异，除了A处理以外其他6种覆膜处理的土壤温度明显高于CK2，均达到差异极显著水平，A处理的土壤温度明显低于CK2，达到差异极显著水平；在伸蔓期，除了B处理的土壤温度明显低于CK1且达到差异显著水平外，其他5种全生物降解地膜土壤处理的温度与CK1未达到差异显著水平，7种覆膜处理的土壤温度明显高于CK2，其中A、B、E、F、CK1处理均与CK2达到差异极显著水平，C、D处理均与CK2达到差异显著水平；在开花结荚期，CK1处理的土壤温度明显高于除了E处理外的其他处理，CK2的土壤温度明显最低，其中CK1均与B、C、D处理达到差异极显著水平，CK1均与A、F处理土壤达到差异显著水平，CK2除了与D处理的土壤温度达到差异显著水平外，均与其他6种覆膜处理间的土壤温度达到差异极显著水平；在收获期，除了E处理与CK1的土壤温度未达到差异显著水平外，其他5种全生物降解地膜处理均与CK1的土壤温度达到差异极显著水平，在这时CK2仍然比其他覆膜处理的土壤温度较低，其中CK2均与E、CK1的土壤温度达到差异极显著水平，CK2均与D、F处理间的土壤温度达到差异显著水平，CK2均与A、B、C处理间的土壤温度未达到差异显著水平。

图3 不同处理不同时期的土壤温度

3 讨论与结论

全生物降解地膜可在自然条件下自行降解，减少残膜污染，保护土壤环境[13]。根据地膜的组成成分、分解方式和降解时间，比较崩解型地膜，生物降解地膜降解较慢，在生育期较长作物覆膜推广应用上更推荐使用生物降解地膜[14]。本研究表明，该地区种植豇豆生育期较短为90 d左右，6种不同全生物降解地膜分别在覆膜后68～85 d出现诱导期，在覆膜145～184 d后陆续出现碎裂期，此时豇豆已完全收获，且填埋试验中6种不同全生物降解地膜在97 d左右进入碎裂期，因此这6种不同全生物降解地膜能够满足该地区豇豆生育期的需求，但是否能满足生育期较长的作物仍需进一步试验。

王绍明等的研究表明，全生物降解地膜与普通地膜具有一样的增温、保墒、抑草、提高作物产量等作用[15-17]。本研究结果表明，6种不同全生物降解地膜处理分别较普通PE地膜（CK1）处理产量略增高，但未达到差异显著水平，7种不同地膜处理的豇豆产量均高于裸地（CK2）处理，其中D处理的豇豆产量显著高于裸地（CK2），达到差异极显著水平，其他不同覆膜处理的豇豆产量虽略高于CK2，但未达到差异显著水平，表明全生物降解地膜提高作物产量的效果同普通PE地膜相当，全生物降解地膜替代普通PE地膜在海南豇豆种植生产中推广应用是可行的，且意义重大。

赵彩霞等的研究表明，在棉花生育前期，由于降解地膜尚未降解，膜面完整性好，其增温保墒作用、棉花生长状态与普通PE地膜并无明显差异[18-19]。王星等的研究表明，生物降解地膜覆盖在玉米生育前期保温效果明显，但在生育中后期保温效果不明显[20-21]。戴敬等的研究表明，由于受作物冠层覆盖大、光合面积区域稳定和外界环境条件不同的影响，覆膜栽培的增温保墒作用存在区域的差异性，地膜增温效果不明显，可降解地膜处理与裸地处理的土壤温度无显著差异[22]。本研究发现，在豇豆覆膜播种到幼苗期左右，裸地（CK2）的土壤温度明显低于其他覆膜处理，当时正值海南冬季，气温较低，地表覆盖稀疏，全生物降解地膜起到了和普通PE地膜一样的保温作用，但随着豇豆的生长及气温的回升，作物对光有部分遮挡，在生育中后期全生物降解地膜、普通PE地膜、裸地处理间的土壤温度差异较小，地膜覆盖保温的作用基本消失。

综上分析，在该地区豇豆种植中，全生物降解地膜覆盖栽培在土壤保温和提高产量方面与普通PE地膜作用相当，全生物降解地膜既能发挥普通地膜的保温性能，满足作物生长发育需求，提高作物产量，又因其可降解的性能可减少田间农膜残留污染现象，因此全生物降解地膜替代普通地膜在海南农业生产中推广应用意义重大。本研究实施结果为1年的数据，虽然具有一定的代表性，但不能完全反映不同全生物降解地膜的实际表现，需要在不同地区和不同作物上开展连续的试验，才能取得可靠的数据。虽然全生物降解地膜可有效解决农膜残留问题，但全生物降解地膜的价格高于普通地膜，农民对全生物降解地膜经济成本的接受程度仍然需要一个过程，其降解后碎片的成分对生态环境的影响也还待于进一步研究。