干旱区降解地膜对辣椒产量·收获期土壤养分及酶活性的影响

董秀丽，闫靖华，张玉霞，李俊杰，聂爱湘

(新疆博州农业技术推广中心，新疆博乐 833400)

地膜是我国特别是干旱半干旱地区农业生产中不可缺少的生产资料，地膜覆盖栽培可显著提高地温并起到增产增收的作用。自然条件下普通地膜不易降解，随着地膜使用年限的延长，大量的残膜不仅破坏了土壤结构，还造成了作物的减产和耕地质量的下降，污染了次生环境。自20世纪70年代，欧美等国的科学家提出了降解塑料，并认为它是解决“白色污染”的理想途径，成为世界各国研究的热点。

土壤养分不仅是评价土壤肥力的重要指标，也是土壤微生物主要的能量来源，土壤酶的活性是土壤微生物多样性的重要参数。目前国内覆盖降解地膜对作物生长、品质和产量影响的报道较多，对土壤养分和酶活性的影响鲜见报道。该研究通过覆盖生物降解膜对露地辣椒产量、收获期耕层土壤养分的影响及酶活性的变化，旨在为干旱地区地膜污染治理及陆地辣椒收获期施肥量提供科学依据。

1 材料与方法

试验地点设在新疆博乐市乌图布拉格镇博州高科技示范园区。土壤类型为灌漠土，其耕层养分含量为有机质12.93 g/kg、碱解氮64 mg/kg、速效磷12 mg/kg、速效钾291 mg/kg。2019年5月7日人工点播，5月12日滴水，播前施入基肥(有机肥90 m/hm，磷酸二铵150 kg/hm)，全生育期共追施腐殖酸铵90 kg/hm、尿素210 kg/hm，滴灌磷酸一铵120 kg/hm。

试验采取随机区组设计3次重复，小区面积7.0 m×1.2 m。设3个处理：淀粉基全生物降解膜、普通膜(聚氯乙烯地膜)、对照(不覆膜)。生物降解膜由新疆乌鲁木齐新惠农环科技有限公司提供，规格为80 cm×0.01 mm。普通地膜由当地供销商提供，规格为80 cm×0.01 mm。

计产及考种。从辣椒成熟期开始每隔7 d左右采收一次，每次将达到商品采收期的辣椒全部采收，采收至2019年10月9日，各次采收的重量之和为各小区辣椒产量。在辣椒采收中期，选取有代表性的10个辣椒进行室内考种和测产，测量椒果长度、柄长、椒果直径。

土样采集。各小区分别于辣椒始收期和收获末期，采取五点混合取样法,用土钻取0～20、20～40 cm土层样,每个样品3次重复，分别混匀后带回化验室。土样经自然风干后研磨过1.00和0.25 mm筛，测定土壤养分及土壤酶活性。

土样测定方法。

土壤养分。土壤有机质采用重铬酸钾氧化容量法测定；土壤碱解氮采用扩散吸收法测定；土壤速效磷采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定；土壤速效钾采用乙酸铵浸提-火焰光度计法测定。

土壤酶活性。过氧化氢酶活性采用高锰酸钾滴定法测定；脲酶活性采用苯酚钠比色法测定；蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水杨酸比色法测定。

采用Excel 2000和SPSS 19.0统计软件对试验数据进行统计分析。

2 结果与分析

由表1可知，覆普通膜的处理其辣椒平均单果重显著高于对照，降解膜与普通膜和降解膜与对照间差异均未达到显著水平。覆降解膜的处理产量较对照增加6.28%，覆普通膜的处理产量较对照增加17.44%，3个处理间的产量差异均达显著水平，这可能是由于降解膜在辣椒蕾期进入破裂期，初花期进入崩裂期，裂解的时间过早，不能很好地发挥增温保墒功效，影响了辣椒果实的生长。

表1 不同处理辣椒农艺性状及产量差异

由表2可知，收获末期较始收期在0～20 cm土层中覆降解膜和CK处理的土壤有机质分别减少了1.90和2.47 g/kg，覆普通膜处理的土壤有机质增加了1.61 g/kg，可能是由于覆降解膜和对照处理的土壤通透性较好，适宜微生物的活动，微生物活动的同时加速了有机质的分解。

随着收获的进行，3种处理的土壤碱解氮、速效磷和速效钾含量在0～20和20～40 cm土层中均呈降低趋势，这可能是由于辣椒收获期追肥量偏少，不能满足辣椒的正常生长，植株根系吸收了土壤中的基础养分造成的。

总体来看，辣椒收获期覆普通膜处理的0～20和20～40 cm土层中土壤含水量高于覆降解膜处理的；相同时期相同土层中覆普通膜处理的土壤pH较覆降解膜和CK的高。可能是进入收获期地表的降解膜已经完全裂解丧失了增温保墒的作用，普通膜可有效阻碍了地表的蒸腾作用，相同水肥管理条件下普通膜处理的土壤含水量高，土壤中的盐分浓度低，pH高。

表2 不同覆盖材料对辣椒收获期土壤理化性质的影响

从图1可以看出，覆普通膜处理的在始收期0～20 cm土层中过氧化氢酶活性高于覆降解膜处理和对照处理，始收期20～40 cm土层中过氧化氢酶活性低于覆降解膜处理和对照处理，收获末期0～40 cm土层中覆普通膜处理的过氧化氢酶活性低于覆降解膜处理和对照处理，可能是普通地膜的保水性好，耕层土壤含水量高，土壤通透性变差，导致辣椒根系和土壤的呼吸加剧，CO的分压增高,还原性增强,氧化还原电位下降，抑制了土壤中过氧化氢酶的活性；也可能是大量微生物参与了降解膜的降解，覆降解膜处理的土壤中微生物丰富度高，微生物的活动增加了过氧化氢酶的活性。

从图2可以看出，总体上覆普通膜的脲酶活性的耕层土壤脲酶活性低于覆降解膜处理和对照，其原因可能是由于覆普通膜的小区土壤含水量增加,而使土壤中尿素浓度降低所致。

从图3可以看出，总体上覆降解膜处理的土壤蔗糖酶活性高于覆普通膜处理。辣椒进入收获期降解膜已经完全裂解，土壤的呼吸强度增加，从而影响了土壤蔗糖酶的活性。

图1 不同覆盖材料对始收期(a)和收获末期(b)土壤过氧化氢酶活性的影响Fig.1 Effects of different mulching materials on soil catalase activity at the beginning of harvest (a) and at the end of harvest (b)

图2 不同覆盖材料对始收期(a)和收获末期(b)土壤脲酶活性的影响Fig.2 Effects of different mulching materials on soil urease activity at the beginning of harvest (a) and at the end of harvest (b)

图3 不同覆盖材料对始收期(a)和收获末期(b)土壤蔗糖酶活性的影响Fig.3 Effects of different mulching materials on soil invertase activity at the beginning of harvest (a) and at the end of harvest (b)

从表3可以看出，0～40 cm土层中蔗糖酶与脲酶、碱解氮呈极显著正相关，与速效磷呈显著正相关，与速效钾呈显著负相关，有机质、碱解氮、速效磷和速效钾与过氧化氢酶的相关性均未达到显著水平；脲酶与速效钾呈极显著负相关,脲酶与有机质、碱解氮和速效磷相关性不显著。说明随着辣椒不断采收耕层中碱解氮和速效磷的减少抑制了蔗糖酶的活性，随着耕层中速效钾的减少促进土壤蔗糖酶和脲酶的活性的增加，速效钾与碱解氮、速效磷呈极显著正相关，速效磷与碱解氮呈极显著正相关，土壤有机质含量与其他土壤养分之间相关性不显著。

3 结论与讨论

新疆干旱少雨，紫外线强，特殊的气候条件使降解膜诱导期缩短，在辣椒蕾期进入破裂期，初花期进入崩裂期，裂解的时间过早，辣椒生长中后期不能很好地发挥增温保墒的功效是产量没有覆普通膜处理的小区高的主要原因。建议适当调整配方使该降解膜的崩裂期延后至辣椒进入始收期，则应该对辣椒的产量影响不大。

土壤中的一切生化过程都有酶的参与，酶的活性代表着土壤中正在进行着各种生化过程的方向和强度，是土壤养分转化的媒介，直接影响土壤养分的有效性和供给状态，是评价土壤质量的重要指标之一。相同处理下的0～20 cm土层中过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶的活性均高于20～40 cm土层，与田露等的研究结果相同。0～20 cm土层中植物的根系、微生物、其他动物(如蚯蚓)等较20～40 cm土层多，且0～20 cm 土层的呼吸强度高于20～40 cm土层，春季基施的有机肥也主要集中在0～20 cm土层中，以上因素均影响着0～20 cm土层中土壤酶的活性。在辣椒整个收获期0～20 cm 土层覆降解膜处理的土壤蔗糖酶和脲酶活性高于覆普通膜处理，可能是土壤微生物参与了降解膜的降解，随着降解的进行土壤中微生物的多样性发生变化，影响了土壤酶的活性，与何文清等的研究结果相同，土壤中速效养分的变化也直接或间接地影响土壤酶活性的变化。

表3 收获期土壤养分与酶活性的相关性