全生物降解地膜及强化耐候地膜在大蒜地膜减量替代试验中的应用效果分析

孙振业，姜新菊，王秀梅，鲁守强，曾晓萍，张洪永*

（1.徐州市农业农村综合服务中心，江苏 徐州 221004；2.邳州市农业技术推广中心，江苏 邳州 221300；3.江苏省农业技术推广总站，江苏 南京 210003）

地膜覆盖技术具有增温、保墒、抑制杂草生长和缩短作物生长期等作用，是农业生产的重大技术措施，被誉为“白色革命”。但是由于其很难降解，造成长期的、深层次的生态环境问题即“白色污染”，已经对农业生态环境构成了严重威胁。全生物降解膜在使用后分解成二氧化碳和水，不需要回收，对环境不会造成任何污染。强化耐候膜在大蒜采收后强度依然比较大，不会破碎成碎片，便于人工或者机械捡拾，大大减少甚至消除对环境的污染。

近年来，徐州市大蒜种植面积常年稳定在7.3万hm2，且全部为100%覆盖地膜栽培。2019年全市大蒜栽培地膜使用量在3 000 t以上，地膜回收率为74%，地膜在土壤中的残留量仍然很高。本试验采用全生物降解膜和强化耐候膜进行大蒜地膜减量替代栽培试验，旨在研究全生物降解地膜替代现有PE地膜的可行性，消除PE地膜对土壤环境产生的污染，省去人工或机械捡拾废旧地膜的成本，同时保持大蒜应有的产量和品质。通过在2019—2020年连续2年开展地膜减量替代试验，以期为大蒜生产中地膜减量替代提供技术依据，为全生物降解地膜生产厂家提供借鉴。

1 材料和方法

1.1 试验地点

根据大蒜种植在江苏省及邳州市分布的特点，结合不同土壤生态特征，2019年试验地点选在邳州市宿羊山镇，2020年选在邳州市碾庄镇。

1.2 试验材料

1.2.1 试验作物

供试大蒜品种采用徐州市农业科学院选育的徐蒜917[1]。

1.2.2 试验地膜

2019年选用3家企业提供的4种全生物降解地膜[2]和1种强化耐候地膜，2020年选用3家企业提供的7种类型的地膜，其中包括5种全生物降解地膜[3]、1种强化耐候地膜和1种液体膜，不同地膜特性详见表1。

1.2.3 试验设计

2019年设置7个处理，2020年设置9个处理，其中均以普通PE地膜为常规地膜对照，以不覆盖地膜为空白对照（表1），均采用随机区组设计，3次重复。大蒜种植行距为22 cm、株距为15 cm，平均密度均约30万株/hm2。小区面积均为20 m2，各小区田间管理措施一致。

表1 2019、2020年供试地膜种类与特性及试验设计

2019年和2020年试验大蒜播种日期均在10月6日，次日喷施除草剂后覆膜。整地时每667 m2施硫酸钾型复合肥（15-15-15）100 kg[4]；分别在返青期和膨大期每667 m2追施尿素10 kg[5]；结合土壤墒情浇水2次。

1.3 指标调查

2年试验调查指标与方法均相同。大蒜长势及产量调查：3月30日调查大蒜株高和假茎粗；5月20日采收时调查30个蒜头的平均质量及纵径和横径，同时统计每个处理小区全部鲜蒜产量，折算每667 m2产量[6]。

地膜降解情况调查：1.诱导期，即从覆膜到垄（畦）面地膜出现多处（每米3处以上）≤2 cm自然裂缝或孔洞（直径）的时间；2.开裂期，即垄（畦）面地膜出现≥2 cm、＜20 cm自然裂缝或孔洞（直径）的时间；3.大裂期，即垄（畦）面地膜出现≥20 cm自然裂缝或孔洞（直径）的时间；4.碎裂期，即垄（畦）面地膜出现碎裂，最大地膜残片面积≤16 cm2的时间。5.无膜期，即垄（畦）面基本见不到地膜残片。覆膜后30 d开始调查，时间间隔为7～10 d，每小区选择3个点。

土壤环境指标测定：分别在2019年11月—2020年4月和2020年12月—2021年4月的每月1日，将RC-4HC温度自动记录仪（江苏省精创电气股份有限公司生产）的温度计探头置于地表下10 cm处和地表与地膜之间，记录当日5：00及13：00土壤温度，每个处理均选取3个点测量，然后取其平均值[7]。

1.4 数据分析

采用DPS软件进行数据统计及差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同覆膜处理对大蒜长势的影响

如表2所示，2019年试验中处理4、处理5、处理6（CK1）大蒜长势较其他处理长势旺盛，株高以处理4最高，处理6次之，再次是处理5，处理7（CK2）最低；假茎粗也以处理4最大，其后依次为处理5、6、3、1、2，处理7（CK2）最小。2020年试验中，处理5、处理8生长势较强，株高、假茎粗均以处理8最大，处理5次之；处理7、处理9较差，长势弱，田间缺苗严重（冻死率高）。

2.2 不同覆膜处理对鲜蒜产量及其相关性状的影响

从表2可以看出，2019年试验中，不同地膜处理对大蒜产量的影响存在显著差异。处理5鲜蒜667 m2产量最高，为2 034.7 kg，较CK1增产13.64%；其次是处理4，较CK1增产10.34%，但处理4、处理5与CK1之间均未达到显著差异；其余处理都比CK1减产30%以上，且均与CK1之间达到极显著差异。

2020年试验中，各处理鲜蒜产量较CK3都有不同程度的减产，处理5减产最少，减产率为5.84%，其次是处理3、处理4；处理2、处理1分别显著减产9.07%、14.99%；处理7、处理6分别极显著减产50.24%、20.33%；处理9（CK4）较CK3极显著减产41.55%（表2），分析原因是其没有覆盖地膜，而且2020年冬天又有极端低温天气，所以减产在预料之中；但生物降解地膜和强化地膜的减产量之高是出乎意料的，2020年度试验中生物降解地膜及强化地膜没有达到预期效果。生物降解膜（除处理7外）产量均高于处理9，说明其效果好于不覆膜对照。

从表2可以看出，2019年试验中，平均单个蒜头质量从大到小依次是处理5＞处理4＞处理6（CK1）＞处理2＞处理3＞处理1＞处理7（CK2）；2020年则依次是处理3＞处理5＞处理8（CK3）＞处理6＞处理1＞处理2＞处理4＞处理7＞处理9（CK4）。说明平均单个蒜头质量与产量基本是一致的，比较厚的生物膜处理的蒜头质量与667 m2产量均相对较高；同时可以看出，2019年不覆膜的大蒜纵径为3.81 cm，横径为5.65 cm，均小于覆膜处理，2020年也是如此，说明生物降解地膜与强化耐候地膜效果较不覆膜对照效果好。

2.3 不同地膜的降解情况

从表3可以看出，在2019年试验中，覆膜后34 d，即2019年11月28日，处理1最先进入诱导期，较处理2、处理3分别提早11、9 d，而处理3比处理2提早2 d；覆膜后42 d（2020年1月6日），处理1发生开裂，开裂期比其他降解膜（处理2、处理3和处理4）提早2～51 d；处理1大裂期较处理2、处理3提早11、6 d，而处理3比处理2提早5 d；3月22日处理1显示达到碎裂期，比处理2、处理3分别提早25、5 d，而处理3比处理2提早20 d。2020年2月26日处理4才出现开裂，韧性较强。5月20日，大蒜收获时将全部地膜破开，部分回收。从回收时膜面完整度看：处理1严重破裂，处理2破裂，处理3破裂较重，处理4较完整，处理5完整（未出现破裂），PE膜（CK1）基本完整。在翻耕时处理1和处理3残膜量最少，残膜小；处理4的残膜量较多，碎片较大，部分可回收；处理6（PE膜）和处理5（强化耐候膜）残膜大部分已回收。

在2020年试验中（表3），处理1和处理6降解最快，至2021年1月27日均已达到大裂期；其次是处理4，在2月23日达到大裂期；处理2和处理3分别在1月20日和27日才到开裂期；处理5则在4月2日才到诱导期，裂解最慢。对照表2可见，地膜的裂解程度和裂解早晚与大蒜的产量呈正相关；裂解越早的处理小区的大蒜产量越低，分析原因是地膜裂解影响了其本身的保温和保墒能力，进而影响到了产量。2021年2月23日—5月13日，所有全生物降解膜的裂解情况变化不明显。4月下旬需要人力进入田间收获蒜薹以及套种玉米、辣椒等操作，对地膜踩踏严重，因此所有生物降解地膜均基本进入大裂期。2021年5月22日采收时，经过人工踩踏、起蒜头、机械碾压，全部生物降解地膜已经全部进入碎裂期（表3）。

表2 2019、2020年不同处理对大蒜长势、鲜蒜产量及相关性状的影响

表3 2019、2020年大蒜地膜降解期监测记录

2.4 不同覆膜处理对土壤温度的影响

从表4可以看出，在2019年试验中，越冬期所有覆膜处理（处理1—6）的地表土壤温度日变化幅度较未覆膜（CK2）处理稍小，例如在12月1日，所有覆膜处理的地表土壤温度日变化幅度为3.2～6.7 ℃，CK2日变化幅度为7.8 ℃；地下10 cm土壤温度变化则相反，如12月1日所有覆膜处理的日变化幅度为1.6～2.8 ℃，CK2则为1.4 ℃。在12月1日地膜降解进入诱导期后，由于地膜有破裂，其保温性变差，导致土壤温度相对较低，例如1月1日的地下10 cm土壤温度以地膜较完整的处理4、处理5、处理6（CK1）较高。

如表4所示，在2020年试验中，各处理地膜都具有保温性，其中处理2、处理3、处理4、处理5、处理8（CK3）保温性都比较好，其中在12月1日地膜降解进入诱导期后，由于地膜有破裂，保温性变差，导致温度较低；土壤温度以地膜较完好的处理4、处理5、处理6、处理8较高，进入4月中旬后，由于光照增强，气温回升快，再加上灌水、采摘蒜薹、套种玉米等农事操作，造成地膜损坏；因此，5月1日13：00之后的数据不能反映各处理的真实情况。

表4 2019、2020年土表及地表下10 cm的温度统计 ℃

2.5 不同覆膜地膜处理病虫草害发生情况

整个生长期间除不覆膜的处理外无病虫害发生，覆膜地块只在生长后期（4月中旬）以后有少量草害发生。

2.6 不同覆膜地膜处理用工比较

在2年试验中，覆膜时由于常用地膜为4 m宽度，覆膜用工少，而试验地膜大多为1.2 m宽度，每667 m2增加用工成本100元（此成本在使用2～4 m宽地膜情况下不会产生）；而降解膜在后期直接深翻入土，每667 m2减少了捡拾成本100元。强化耐候膜较普通地膜捡拾方便且捡拾率高。全生物降解膜不需要捡拾，故省去捡拾费用，且减少了对土壤及周围环境的污染[7]。

3 结论与讨论

在连续2年试验中，从田间裂解速度看，4个厂家提供的地膜裂解都较快。在大蒜进入越冬期时地膜就已经进入诱导期甚至裂解期，失去了对大蒜的保温保墒作用，造成产量减少。从田间生长情况及产量分析看，对全生物降解膜来说，2019年试验中PBAT全生物降解膜处理表现为增产，但是2020年数据却是减产的，说明该地膜有一定效果，但有可能是2020年的极端低温天气在一定程度上影响了试验结果，这有待进一步验证；其他全生物降解膜的产量都低于普通PE地膜，说明供试生物降解地膜不适合在大蒜生产中应用。对于强化耐侯地膜来说，2019年的产量高于对照，表现较好，2020年的产量低于对照，分析主要有2个原因：一是参试地膜宽度为1.2 m，比对照PE地膜（幅宽4.0 m）窄了很多，且每个处理间有22 cm裸露土地间隔，在2020年冬季极寒冷天气下，保温效果比对照地膜差很多；因此，生产上强化耐候膜可以在一定范围内加大宽幅。二是2019年强化耐候膜颜色为银黑色，而2020年为白色（因为生产上地膜颜色主要为白色，调整为白色），颜色不同对试验结果可能也会造成影响。液体膜在大蒜覆膜栽培中基本没有效果，田间长势与产量结果均低于对照PE地膜，甚至产量及商品性状还不如未覆膜处理，反而增加了人工覆膜成本。另外，对于因全生物降解膜与强化耐候膜较厚造成自主破膜率较低的问题，蒜农在使用中要注意2点：一是整地时耙碎整平，覆膜时拉紧膜，膜上多撒一些碎土，二是大蒜出苗后对不能破膜的要及时进行人工辅助破膜。

大蒜全生育期为7个月，降解地膜至少需要坚持5个月以上进入诱导期才能符合大蒜覆膜栽培的需要。综合试验结果，建议全生物降解地膜参数规格要求为：采用透明薄膜，规格为厚度0.008～0.010 mm，宽度为4 m；覆盖降解诱导期为145～155 d，开裂期为150～180 d，功能期在180 d以上。

目前，供试全生物降解地膜规格型号不适应当前江苏省大蒜生产的需要。地膜生产厂家应根据大蒜栽培的特点，开发相应适合于大蒜栽培的缓慢降解性地膜，保证在大蒜越冬期能够起到保温保墒作用，从而达到增产和减少捡拾费用及环境污染的效果[8]。

据谢亚楠[9]的研究结果，全生物降解地膜比普通地膜的蒜头产量增产，本研究结果与其不一致，分析原因是与地膜厂家、规格型号及试验环境条件不同有关，有待在下一步试验中进行验证。