全生物降解地膜对饲用玉米的影响及降解效果研究

杜健　王托和　邹悦　赵安宇　何淑萍

关键词：全生物降解地膜；饲用玉米；土壤温湿度；生长指标；产量

中图分类号：S513 文献标志码：A 文章编号：2097-2172（2023）07-0639-06

地膜覆盖广泛应用于农作物生产。地膜具有促进玉米生长发育、缩短生育期、增加产量等作用，在农作物的生长发育阶段主要起到增温保墒、抑制杂草的作用。目前在农业上应用较多的地膜为普通聚乙烯地膜，在土壤中极难降解，所引发的“白色污染”对生态环境的影响已受到普遍关注。全生物降解地膜是一种新型的环保可降解地膜，采用聚乳酸或其他全生物降解改性树脂生产，使用后可自动降解为二氧化碳和水，对土壤无毒害，是一种被全球公认真正绿色的环保材料。近年来，生物降解地膜作为普通农用地膜的替代品，其增温、保墒和增产作用已被大量研究证实。为此，我们利用兰州金土地集团生产的全生物降解地膜与2种PE膜（普通聚乙烯地膜和渗水聚乙烯地膜）在饲用玉米上进行地膜覆盖对比试验，研究其保温、保墒性能，并观察玉米不同时期地膜破损和降解情况，为全生物降解地膜在河西地区玉米生产上推广应用提供参考。

1材料与方法

1.1供试材料

指示饲用玉米品种为金凯3号。供试地膜为国内市场出售的普通农用地膜、甘肃福雨塑业有限责任公司生产的聚乙烯渗水地膜和兰州金土地公司生产的全生物降解地膜（表1）。

1.2试验地条件和试验方法

试验设在张掖市甘州区新墩镇园艺村3社。当地海拔1588m，属典型温带大陆性气候，日照时间长，昼夜温差大；试验地平坦，排灌便利，土壤为耕灌灰棕漠土；前茬为大田玉米。试验采用单因素试验设计，共设3个处理（表1）。随机区组排列，3次重复，小区面积68m²（17 m×4 m）。4月初结合春耕基施尿素75 kg/hm²、磷酸二氢铵300 kg/hm²、氮磷钾复合肥（N-P₂O₅-K₂O为16-18-6）300 kg/hm²。4月上旬以Im间距划行覆膜，膜面留50 cm。4月28日机械播种，株距21 cm，播种密度79 000株/hm²。于玉米大喇叭口期和抽穗期结合灌水分别追施尿素300 kg/hm²。全生育期灌水5次，中耕除草2次。9月下旬收获，11月室内考种、脱粒计产。其余管理同大田。

1.3 测定项目与方法

1.3.1膜下温湿度 从播种期开始，每隔10 d在9：00、15：00、19：00时分别测量膜下0～5、5～10、10～15 cm土层的土壤温度（用土壤温度计测定）和膜下10 cm土层的土壤湿度（用湿度计测定）。测定周期为玉米生育期。

1.3.2农艺性状和产量性状 7月中旬标记观察5株玉米植株的生长状况，观测记录地膜玉米出苗数、株高、叶长、叶宽、叶绿素等生长性状。玉米成熟后按小区随机选取3个取样点，每点连取10株，测定穗重、穗长、穗粗、秃尖长、穗行数、行粒数、单穗粒重、千粒重，收获小区中间4行（34m²）计产。

1.3.3地膜降解情况观测 记录地膜降解各阶段出现的时间。诱导阶段，即覆膜出現小裂缝（裂缝小于1 cm）的时间，记录出现小裂缝的时间。破裂阶段，即肉眼清楚看到大裂缝（裂缝大于3 cm）的时间，记录出现大裂缝的时间。崩解阶段，即地膜已经裂解成大碎块，没有完整的膜面（出现大于5 cm的裂缝，或者有的裂口合并出现碎块），记录出现膜崩裂的时间。完全崩解阶段，即地面无大块残膜存在，但仍有小碎片的时间阶段。完全降解阶段，即地膜在地表基本消失的阶段。在每个时期，对每个处理地膜的膜表、膜侧进行拍照，并标注好地膜种类和拍照日期。

1.4数据处理

用Microsoft Excel 2010进行数据整理，采用SPSS 20.0软件进行方差分析。

2结果与分析

2.1不同覆膜处理对土壤温度的影响

2.1.1

9：00时膜下不同深度的土壤温度从图1～3可以看出，不同覆膜处理9：00时膜下0～5、5～10、10～15 cm土层的土壤温度变化趋势总体呈“M”形变化，且温度均在5月6日最低、5月26日最高。0～5 cm土层的土壤温度为16.0～21.4℃，6月15日之前处理1温度均高于处理2和处理3，之后处理3均高于处理1和处理2，7月15日之后各处理温度基本趋于一致。5～10 cm土层的土壤温度为13.8～20.7℃，3种覆膜处理5月6—26日的温度基本一致，5月26日之后处理2和处理3趋于一致且高于处理1。10～15 cm土层的土壤温度为14.0～21.7℃，在6月15日之前，处理1温度均高于处理2和处理3，之后各处理温度趋于一致。综合来看，9：00时全生物降解地膜膜下土壤温度在监测前期略低于聚乙烯地膜，而在中后期各处理趋于一致。

2.1.2 15：00时膜下不同深度的土壤温度 从图4～6可以看出，各处理0～5、5～10、10～15 cm土层对应的土壤温度变化总体呈先下降后上升再下降然后逐渐平稳的趋势。0～5 cm土层的土壤温度为20.8～36.7℃，6月5日之前，处理1温度均高于处理2和处理3且处理2、3基本一致，之后3个处理温度趋于一致。5～10 cm土层的土壤温度为20.6～31.4℃，6月25日之前处理1和处理2的温度总体均高于处理3（除5月16日左右外），之后处理2和处理3趋于一致且均高于处理1。10～15 cm土层的土壤温度为21.1～29.0℃，在7月5日之前处理1和处理2温度均高于处理3，7月15日之后各处理温度趋于一致。可见，15：00时全生物降解地膜膜下土壤温度与聚乙烯地膜基本持平。

2.1.3 19：00时膜下不同深度的土壤温度 从图7～9可以看出，不同覆膜处理在0～5、5～10、10～15 cm土层对应的土壤温度变化趋势总体呈“W”形变化，且温度均在5月26日最高、6月15日最低。0～5 cm土层的土壤温度为20.1～31.3℃，6月15日之前处理3温度均低于处理1和处理2，之后3种覆膜处理温度趋于一致。5～10 cm土层的土壤温度为20.4～30.7℃.6月15日之前处理1和处理2温度基本一致且高于处理3，6月15至7月15日3种覆膜处理温度交替变化，7月15日之后处理3温度高于处理1和处理2。10～15 cm土层的土壤温度为20.8～30.0℃，在5月26日之前处理1温度均高于处理2和处理3，5月26日至6月15日处理1和处理2温度基本一致，之后处理1和处理3温度基本一致且均低于处理2。说明在适宜温度范围，全生物降解地膜保温性能与聚乙烯地膜相当。

2.2不同覆膜处理对土壤湿度的影响

从不同处理膜下10 cm土层的土壤湿度变化（图10～12）可知，不同覆膜处理9：00、15：00、19：00时对应的土壤湿度变化趋势基本一致，总体呈曲折式上升，且湿度均在6月5日最低、7月5日最高。9：00时土壤湿度变化为10.8%～23.2%，6月5日之前处理1土壤湿度总体大于处理2和处理3，6月5—25日处理1和处理2基本一致且大于处理3，6月25日至7月5日3种覆膜处理湿度趋于一致。15：00时土壤湿度为11.4%～22.2%，6月5日之前处理1土壤湿度总体大于处理2和处理3，6月25日之后各处理土壤湿度基本趋于一致。19：00时土壤湿度为10.7%～22.2%，在整个监测期，处理1和处理3湿度基本一致且总体上均大于处理2。综上所述，随着地膜覆盖时间延长土壤湿度增加，全生物降解地膜与聚乙烯地膜具有相同的保湿效果。

2.3不同覆膜处理对饲用玉米农艺性状的影响

从表2可以看出，处理3的玉米株高、叶绿素含量（SPAD值）和叶长均优于处理1和处理2，而叶片数、叶宽略低于处理1和处理2。其中株高分别高4.46、5.00 cm，叶绿素含量分别增加4.9%、4.7%，叶长分别长2.40、3.07 cm。说明采用全生物降解地膜覆盖处理的玉米株高、叶绿素含量和叶长均优于聚乙烯地膜覆盖处理，而叶片数、叶宽略低于聚乙烯地膜覆盖处理。

2.4不同覆膜处理对饲用玉米产量性状的影响

从表3可以看出，处理3的穗长、穗行数、行粒数、轴粗、穗重、单穗粒重和千粒重均优于处理1和处理2，3种覆膜处理的秃尖长差异较大，分别为处理2>处理3>处理1，各处理穗粗无明显差别。说明采用全生物降解地膜覆盖处理在穗长、穗行数、行粒数、轴粗、穗重、单穗粒重和千粒重均优于2种聚乙烯地膜覆盖处理。

由表4可知，3种覆膜处理饲用玉米的折合产量为6 776.47～7 017.65 kg/hm²，其中处理3最高，其次是处理1，处理2居第3位，各处理间产量差异不显著（P>0.05）。与处理1相比，处理2减产3.19%；处理3略有增产，增幅为0.25%。

2.5不同处理地膜的降解

对不同处理地膜降解情况观测可知，处理3（全生物降解膜）从覆膜后第47 d开始出现降解并进入诱导期，57 d进入破裂期，87 d进入崩解期，110 d进入完全崩解期；在玉米生育期内观察到全生物降解膜未完全降解，待翻入土中降解，且在后期翻耕整地时，观察到土壤中有极少量的农膜残片，未出现薄膜缠绕翻耕机器现象。而处理1（普通聚乙烯地膜）和处理2（渗水聚乙烯地膜）在玉米生育期内，膜面仅出现小裂口，膜本身的弹性、韧性较好，未出现脆化现象，无法用机器翻耕，需事先人工清理。

3讨论与结论

土壤温度及土壤水分对于作物生长具有重要的影响，生物降解地膜覆盖对于土壤耕作层的水热状况有明显改善，其作用与普通地膜相当。申丽霞等研究发现，采用厚0.005 mm和0.008mm的可降解地膜的保水、保温效应及对玉米生长的影响作用基本相似。李振华等研究了降解地膜覆盖对旱地马铃薯影响，结果表明普通地膜与降解地膜的保温效果无显著差异。本研究中，不同处理膜下土壤温度在5月底达到最高，而在6月和7月有所降低，可能是因为该试验年份5月底以晴天为主，6月和7月多以阴雨天为主、气温较低造成的。综合来看，覆盖全生物降解地膜在提高土壤的温度与湿度方面效果明显，随着时间增加，对土壤的保温保墒作用更加显著，且与聚乙烯地膜的保温保墒作用相当。

覆膜能够改善土壤水、肥、气、热等条件，会进一步影响土壤理化性质与作物生长状况，从而对作物生长发育和产量产生影响。在玉米研究方面，刘群等研究发现，与不覆膜相比，覆蓋生物膜能显著增加玉米穗上叶、穗位叶、穗下叶叶面积等和产量，其效果与普通膜之间差异不显著。白雪等研究了旱地玉米不同类型地膜覆盖模式对农田水热效应和玉米产量的影响，结果表明，生物降解地膜能够显著提高玉米的产量。

生物降解地膜的降解速率和强度因原材料组成、气候条件、土壤环境、作物类型等因素的差异而表现不同。何文清等研究发现，覆膜后30天左右的淀粉基全生物降解地膜已经出现严重的裂缝，覆膜60 d后已完全降解为大的碎片，完全失去了增温保墒的功能。赵爱琴试验结果表明，覆膜20 d后的生物降解地膜表面开始出现裂缝且韧性下降，覆盖30 d后地膜逐渐裂解成块状并粘附于土壤表面。有学者在研究中发现，生物降解地膜覆盖30 d后开始出现裂缝和裂口，膜面变薄、韧性变差，而且随着地膜厚度增加，其降解速度减缓。在本研究中，全生物降解地膜的降解时期迟于其他学者研究中的生物降解膜，可能与种植地域环境有关，即因为甘肃张掖气候干燥，气温相对较低，降解地膜诱导期发生相对比较迟缓，对应的降解速度和降解强度也较低，增温保墒的功效期有所延长，因此全生物降解地膜的碎裂期基本满足本试验饲用玉米生长的要求。

本研究结果表明，在饲用玉米生长前期，全生物降解地膜处理的保温保湿能力略低于普通聚乙烯地膜处理；而在玉米生长的中后期，全生物降解地膜处理与聚乙烯地膜处理的温湿度没有明显差异。从作物生长情况看，全生物降解地膜覆盖处理可以提高饲用玉米株高、叶绿素含量和叶长，但产量与聚乙烯地膜处理差异不显著。全生物降解地膜处理在饲用玉米播种后47 d开始进入诱导阶段，随着生育进程地膜逐渐变薄、脆化，收获时大部分地膜完全崩解，虽然地膜未完全降解但降解趋势明显。普通聚乙烯地膜处理在饲用玉米整个生长阶段都维持着较好机械性能和膜面的完整性。全生物降解地膜降解趋势明显，可作为一种环境友好型材料，有效解决农田白色污染，免去农膜回收工作，在一定程度上可以替代普通地膜。综合来看，全生物降解地膜在饲用玉米上使用效果较好，具有较好的推广应用前景。