可降解膜覆盖对土壤温、湿度及甘薯生长发育的影响

马春业，孟凡奇，刘志坚，秦素研，王清，张勇跃

（漯河市农业科学院，河南 漯河 462000）

甘薯抗旱耐瘠，收获产量高，是重要的粮食作物和经济作物[1]，与其他作物相比，具有低投入、高产出的特点[2]。我国是甘薯种植大国，据FAO 统计，2020 年我国甘薯总面积为225 万hm2，占世界总面积的30.4%。研究表明，地膜覆盖通过提高土壤温度、保墒防涝，可以达到提质增产的目的。江燕等[3]研究表明，种植甘薯覆盖地膜可以提高栽后0～20 d耕层的土壤温度1～6.5 ℃，提高0～20 cm 土层的含水量，增加单株结薯数和单薯质量，显著提高收获期块根产量。刘莉莎等[4]研究表明，在春季雨水充足时，覆膜处理的甘薯地土壤含水量比不覆膜低10%以上，且温度高于不覆膜处理1～2 ℃，不同土层温度变异幅度大小也不相同，浅土层覆膜处理温度变异范围大，覆膜处理的产量显著高于不覆膜处理。张磊等[5]研究认为，覆膜可以提高单株薯质量。在北方春薯区采用覆膜栽培种植甘薯，可增产20%～30%[6-7]。但是，目前生产上最常用的普通聚乙烯透明地膜难以降解，大量残膜残留在农田中，对土壤生态造成危害，降低作物产量[8]，且捡拾地膜会增加人工成本。因此，可降解地膜的研发和应用尤为重要。刘利平等[9]研究了几种不同降解地膜对甘薯覆膜后土壤温、湿度的影响，认为可降解地膜具有和常规地膜一样的增温保墒效果，且比常规地膜增产22%以上。赵桂涛[10]、汪洪[11]等研究认为，降解膜铺膜方式与普通膜一致，合理控制降解时间，对甘薯长势和产量无不良影响。张现民等[12]研究不同地膜类型对甘薯生长的影响，结果表明，白色氧化生物双降解地膜的效果最优，综合效益最高。

本研究采用一种新型黑色完全生物降解地膜，以普通PE 膜和不覆膜为对照，研究其对豫中南地区春薯田土壤温、湿度，以及甘薯生长发育及产量的影响，以期研究可降解膜的增温保墒和提质增产效果，为可降解膜在甘薯覆膜栽培上的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

本试验为单因素随机区组试验，分3 个处理，分别为不覆膜、覆盖普通PE 透明膜(厚度10 μm，宽度0.1m）、覆盖黑色可降解地膜（厚度10 μm，宽度0.12 m）。可降解地膜由国家甘薯产业技术体系种植机械化岗位张文毅老师课题组研究提供，普通PE 透明膜为市场上所购买。覆膜方式为垄顶垄沟全覆膜。每个处理3 次重复。试验于2021 年在漯河市郾城区孟庙镇五里岗村107 国道旁漯河市农业科学院试验基地进行。试验地前茬作物为小麦。试验小区采用5 行区，行长6 m，走道0.8 m，垄距0.9 m，试验品种为‘漯薯15 号’，5 月12 日覆膜，5 月13 日栽插，株距0.3 m，每行20 株，每个小区100 株。整地起垄时，施入硫酸钾基肥450 kg·hm-2。人工除草，其他管理措施同大田。

1.2 测定项目及方法

1.2.1 降解膜降解性调查 分别在发根分枝期、蔓薯并长期、薯块盛长期、收获期（以栽苗后40 d 为间隔计算）4 个时期调查记录。每个小区选取5 个固定观测点，采用肉眼观察表膜的裂解性，记录地膜降解情况。

1.2.2 土壤温、湿度调查 土壤温度测定：在测定的前1 d，把温度计插入垄顶膜下5、15、25 cm 3 个不同土层。每个小区不同土层选取3 个点观察记录。测定当天，分别测定每个小区垄顶下5、15、25 cm 处土层在上午9：00、中午2：30 和傍晚6：30 的土壤温度。不同土层日平均气温用此3 个时间点的平均温度计算。

土壤含水量测定：测定当天，用土钻取垄顶膜下0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm 的土样，采用烘干法测定土壤含水量。每个小区选取3 个点测定。

1.2.3 田间性状观测 在4 个不同时期，每个小区选取5 株具有代表性的健康甘薯苗，在田间用卷尺和游标卡尺分别测定单株最长蔓长、最长蔓长的茎粗（直径）和分枝数（以地上单茎长＞30 cm 为1 个有效分枝），测定后摘取叶片，割取茎秆，分株称量地上部叶片鲜质量和茎秆鲜质量，并挖根调查地下部性状，称取地下部鲜薯质量。根冠比计算为：地下部块根鲜质量/地上部总质量。收获时，选取3 行测产。

1.3 数据统计分析

采用Microsoft Excel 2003 进行数据处理和绘图，采用SPSS 24.0 软件进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 降解膜降解程度调查

由表1 可知，降解膜在甘薯生育期的前80 d，性状比较稳定，地膜完整性比较好，在80～120 d 之间，逐渐开始裂解，120 d 调查时，已观测到大小不等的裂缝，160 d 观察时，土壤表面已不存在大片地膜，降解膜已降解破裂为小碎片，不影响机械收获。由此表明，降解膜在生育前期基本不降解，保留了膜的完整性，具有增温保墒效果，后期降解较快，收获时不影响机械操作，且省去了人工捡拾地膜的成本，减轻了对土壤的生态危害。

2.2 对土壤不同土层温度和含水量的影响

由图1 可知，整个生育期，土壤温度逐渐降低。在不同调查时期，随着土层的加深，温度逐渐降低。覆普通地膜时，在4 个调查时期，3 个测量土层温度均表现为最高。在40 d 调查时，降解膜3 个土层的温度最低。原因可能是降解膜为黑色，与普通透明膜和不覆膜比，其透光率低，吸收光能少。在栽后80、120、160 d 调查时，同一覆膜类型不同土层之间的温差变小，不同的覆膜类型之间的温差也变小，普通透明膜的温度最高，降解地膜温度略高于不覆膜处理。原因可能是随着地上部的旺长，地表透光性降低，还有黑色降解膜的遮荫性和裂解性。

图1 不同处理对不同土层温度的影响

由图2 可知，在栽后40、80、120 d 时，同一处理不同的土层，随着土层深度的加深，含水量逐渐变大。栽后160 d 时，土壤含水量表现为降解膜＞普通膜＞不覆膜。原因可能是降解地膜的裂解改变了土壤的微生物环境，进而影响了含水量；20～30 cm 含水量低于10～20 cm 土层含水量。原因可能是收获期前期，薯块主要聚集在20～30 cm 土层，吸收了土壤中的含水量。在栽后40、80 d 调查时，0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm 土层，土壤含水量均表现为普通地膜＞降解地膜＞不覆膜，说明该时期覆膜具有保墒效果，普通地膜保墒效果更好。在80 d 时，土壤含水量明显高于其他3 个时期，原因可能是该时期长期阴雨天气。在4 个不同测定时期，不覆膜处理的土壤含水量均最低，且前期不同土层土壤含水量变异幅度大，随着生育期推进，变异逐渐变小。原因可能是植株地上部旺长遮光，减弱了地膜对含水量。

图2 不同处理对不同土层含水量的影响

2.3 对甘薯生长动态的影响

2.3.1 对甘薯茎蔓性状生长动态的影响 由表2 可知，随着生育期的延长，甘薯的蔓长逐渐增长。栽后40 d，覆膜可以显著提高甘薯蔓长，但2 种膜之间蔓长无差异。在栽后80、120、160 d 时，普通地膜处理的蔓长显著大于降解膜处理和不覆膜处理，降解膜处理与不覆膜处理无明显差异；甘薯的茎粗随着生育期的延长总体逐渐变大。覆盖不同的地膜对甘薯茎粗无明显影响。从40 d 到120 d 时，甘薯的分枝数逐渐增多；而后到收获期，分枝数逐渐减少。在前2个时期，降解膜处理与普通PE 膜处理的分枝数显著多于不覆膜，但二者之间无明显差异，在后2 个时期，不同处理间的分枝数差异不大，说明覆膜对后期分枝数的影响逐渐减弱。

表2 不同处理对甘薯不同时期生长发育的影响

2.3.2 对不同部位生物量的影响 由表3 可知，整个生育期，覆膜处理的生物量不低于不覆膜，说明覆膜可以提高甘薯地上和地下部各生物量。整体而言，0～80 d 时，甘薯地上部鲜茎秆质量和鲜叶片质量，随着生育期延长逐渐增加；80～120 d 时，不覆膜处理增加速度变慢，覆膜处理的地上生物量增速变慢或者降低，但是地下部块根质量增长变快，说明该时期正处于地上部物质向块根转化的时期，地上部生物量降低越快，地下部块根质量增长越快；120 d 后，单株茎秆鲜质量、单株叶片鲜质量和地下部块根鲜质量均快速增长。在后3 个调查时期，覆膜可以显著提高甘薯地下块根质量；根冠比随着生育期的推进逐渐增加，根冠比增加的幅度为可降解膜＞普通膜＞不覆膜，在120、160 d时，可降解膜处理的根冠比极显著高于普通膜和不覆膜处理。

表3 不同处理对甘薯不同时期鲜生物量的影响

2.4 可降解膜处理对甘薯产量的影响

由表4 可知，春薯地覆膜可以提高甘薯产量，但覆盖普通PE 膜增产效果不明显，覆盖可降解膜比不覆膜处理增产33.87%，增产效果显著，但2 种膜之间的产量结果差异不显著。覆盖普通膜增产效果不显著的原因可能与2021 年7 月份该地区遭受连续阴雨天气，覆膜减弱了土壤透气性，甘薯受涝害更严重有关。覆盖可降解地膜，前期增温保墒，后期地膜降解破裂，增强土壤透气透水性，增产效果显著。

3 讨论与结论

本研究表明，土壤温度随着土层的加深逐渐降低。覆膜可以提高土壤温度。栽后40 d，0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm 3 个不同土层，均表现为普通膜温度略高于不覆膜处理，可降解膜温度最低。在后3 个调查时期，普通膜覆盖土壤温度最高，降解膜的增温效果逐渐减弱，这与邓路[13]等的研究结果相似。在前3 个调查时期，土壤含水量随着土层的加深逐渐升高。在收获期，20～30 cm 土层的含水量低于10～20 cm 土层，原因可能是‘漯薯15 号’品种甘薯薯块大，结薯层在20～30 cm 居多，后期薯块膨大生长吸收了土壤中的含水量，使得该土层土壤含水量降低。覆膜可以提高不同土层土壤含水量，生育前期普通膜的保墒效果优于可降解地膜，这与梅丽[14]等结果类似。随着生育期的推进，2 种膜之间的差距逐渐变小，直至收获期，可降解膜处理的含水量高于普通膜，原因可能是可降解膜的降解到土壤中，加速了周围微生物的活动，进而提高了土壤含水量。覆膜影响甘薯的生长发育。

春薯覆盖地膜可以使甘薯蔓长增长，分枝数增加，地上部茎秆鲜质量和叶片鲜质量增多，薯块膨大期根冠比显著大于不覆膜处理。覆膜显著提高了各时期的单株薯质量，这与江燕[3]、张磊[5]等研究结果类似。可降解地膜的甘薯产量显著高于不覆膜处理（P＜0.05)，与普通PE 透明膜差异不显著。原因可能是2021 年7 月份长时间阴雨和极端暴雨天气，普通地膜的透气性差，甘薯遭受涝害更加严重，而可降解地膜相对容易裂解和断裂，增加了土壤的透气性，改变了土壤环境，有利于块根产量的积累。

本研究认为，覆盖可降解地膜与普通膜相比，显著降低了收获时期的甘薯蔓长、地上部茎秆鲜质量，显著增加了根冠比，对甘薯生长无不良影响，与普通膜相比，增产效果显著，且可降解地膜在收获期已经降解，减少后期人工捡拾费，减轻对土壤的污染。因此，可降解地膜可以在本地区春薯区推广使用。