可降解地膜在马铃薯上的应用效果研究

陈瑞英，赵培荣，刘宏金，张 雷，郭晓宇

（1四子王旗农业技术服务中心，内蒙古乌兰察布 011899；2内蒙古农牧业生态与资源保护中心，呼和浩特 010010）

0 引言

地膜覆盖技术作为一种高效抗旱节水技术，可有效提高地温，保持土壤墒情[1-2]，有效提高水分利用效率[3-4]，促进肥料、土壤中有机物的腐熟和分解，提高土地肥力，同时可促进马铃薯生长发育和产量形成[5-6]，为当地农业生产和农民增收做出了显著贡献。但是，长年大量使用地膜也给农业生产和人居环境带来了严重危害，普通PE地膜回收率低，残膜在土壤中很难降解，地膜污染现象严重发生[7-8]，长期积累对农田土壤和生态环境造成了一系列潜在危害[9-10]，同时对作物生长也有一定影响[11-12]。可降解地膜的问世有望缓解和解决地膜污染的问题，是未来地膜发展的主要方向之一。目前，对可降解地膜对作物产量及降解特性的影响方面的研究已经取得明显进展[13-14]。钱亚光等[15]的研究表明，可降解地膜对玉米地温的影响与普通地膜相似，且增产潜力优于普通地膜。贺鹏程等[16]和李海萍等[17]也指出，降解地膜可提高马铃薯产量，具有普通地膜的增产增温特性。本研究立足于中国北方马铃薯主产区——阴山北麓，全面分析了在膜下滴灌种植模式下降解膜对地温和马铃薯产量的影响，以及在栽培和填埋条件下降解膜的降解特性，综合评价了可降解地膜在当地马铃薯生产上的应用效果和推广潜力，为可降解地膜推广应用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 时间和地点

试验于2018—2019年进行，试验田位于内蒙古自治区乌兰察布市四子王旗忽鸡图乡麻黄洼二队自然村，地理位置：北纬41.661°，东经111.798°；该地昼夜温差大，多年平均降水量在270 mm左右，多集中于7、8、9月份，无霜期110天左右；土质为砂壤土，肥力中等，土壤为栗钙土，有机质含量11.60 g/kg，碱解氮52.43 mg/kg，有效磷35.02 mg/kg，速效钾151.46 mg/kg，pH 8.4。

1.2 试验材料

选取7个来自不同省份的降解膜品种参加试验，T1（山东）、T2（广东）、T3（浙江）、T4（内蒙古）为全生物降解膜，T5（山东）、T6（河北）、T7（山东）为氧化生物降解膜，马铃薯品种为‘希森6号’。

1.3 试验设计

栽培试验：采用随机区组设计，试验设7个可降解地膜处理，分别以T1、T2、T3、T4、T5、T6和T7表示，以普通地膜CK1和裸地CK2作为对照，共9个处理，3次重复，共27个小区。播种时间为5月19日，大行距90 cm，小行距40 cm，株距30 cm，采用半高垄膜下滴灌种植方式。填埋试验：采用随机区组设计，试验设T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7共7个降解地膜处理和1个普通地膜CK1处理，设置90、180、365天3个观察期，3次重复，共72个处理。将试验处理地膜裁剪成40 cm（横向）×30 cm（纵向）的膜片，做好标记，装入20目防虫网袋中，挖深度为10 cm的长方形平底坑，按排列顺序平展放入平底坑中，回填土壤。

1.4 观测项目（指标）及方法

1.4.1 马铃薯产量测试 测产时每小区随机取3段，每段长5.15 m、宽1.3 m、面积为6.7 m2，分大小薯分别测定马铃薯质量。大薯指质量大于等于150 g的马铃薯，小薯指质量小于150 g的马铃薯。

1.4.2 栽培试验地膜降解情况观测 在每个处理中选取3个固定观测点，定点观察拍照记载降解膜的降解情况。

1.4.3 填埋试验地膜降解情况观测 到特定观察期，取出埋设膜片，小心清理表面土壤，观察记录降解情况。

1.4.4 土壤温度监测 采用美国产HOBO water Temp Pro v2温度记录仪测定，温度记录仪埋设深度为10 cm，每60 min记录一次数据，每个处理埋设3个地温计。

1.4.5 降解时期说明 诱导期，即从覆膜到垄面地膜出现≤2 cm自然裂缝或孔洞（直径）的时间；开裂期，即垄面地膜出现≥2 cm、＜20 cm自然裂缝或孔洞（直径）的时间；大裂期，即垄面地膜出现大于20 cm自然裂缝的时间；碎裂期，地膜柔韧性尽失，垄面地膜出现碎裂，最大地膜残片面积≤16 cm2的时间；无膜期，垄面地膜基本见不到地膜残片的时间。

1.5 数据处理

利用WPS表格和SPSS17.0进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对马铃薯产量的影响及分析

由表1可知，9个处理中以裸地处理CK2产量最低为37.95 t/hm2，其他处理产量均高于CK2的产量，不同覆膜处理较CK2增产4.35%～14.62%，说明覆膜有利于马铃薯产量的形成。普通地膜处理CK1的产量为40.65 t/hm2，其中降解膜处理T6、T1、T7、T3的产量依次为43.50、42.90、41.70、41.25 t/hm2，分别较CK1增产2.85、2.25、1.05、0.60 t，增产率分别为7.01%、5.54%、2.58%、1.48%。T2的产量为40.65 t/hm2与CK1的产量持平，T5和T4的产量分别为40.20、39.60 t/hm2，略低于CK1的产量。

表1 不同处理下马铃薯产量结果表

2.2 不同处理对农田月均地温的影响及分析

根据不同处理下土壤月均温度监测结果可知（见图1），整个生育期地温整体呈先升高后降低的趋势，5月份，不同覆膜处理地温均高于CK2的地温，覆膜后地温提高了0.42～1.29℃。6月份，覆膜较CK2的提温辐度为0.39～1.09℃。进入7月份，不同处理地温达到最高值，CK1地温较其他降解膜处理地温高0.52～1.36℃。之后，地温又呈不断下降趋势，且各处理间地温差异变小。

图1 不同处理月平均地温变化情况图

2.3 栽培条件下降解膜降解情况

由表2可知，T6处理在覆膜后12天最早进入诱导期，覆膜后32天进入大裂期，直至最后一次调查依然处于大裂期，从诱导期到大裂期历时最短，仅为20天。其他降解膜的诱导期均出现在覆膜后22天，大裂期出现的时间依次为：T4为覆膜后50天，T2、T5为覆膜后53天，T3、T7为覆膜后56天，从诱导期到大裂期历时27～33天；而T1进入大裂期时间最晚，为覆膜后90天，从诱导期到大裂期历时最长为67天。所有参试降解膜到测产调查时均处于大裂期，未进入碎裂期和无膜期。

表2 参试地膜覆膜后进入不同降解阶段的天数 d

2.4 填埋条件下降解膜降解情况

由表3可知，在填埋试验中，降解膜的降解速度更慢。到90天观察期，T1、T2、T3均处于降解开裂期，但T2降解现象不如T1、T3明显，其余4个降解膜处理T4、T5、T6、T7均未出现降解现象。到180天观察期，T1、T2、T3降解膜依然处于降解开裂期；T4降解膜出现降解现象，产生了小裂缝，处于降解的诱导期；其余3个降解膜T5、T6、T7均未出现降解现象。到365天观察期，T1和T3降解膜进入降解大裂期，且T3降解膜进入加速降解阶段；T2、T4降解膜进入降解开裂期，也出现明显的降解现象；其余3个降解膜T5、T6、T7为氧化生物降解膜，在达到一年观察期后依然未出现降解现象。但随着观察时间的延长，降解膜的降解程度越来越大。

表3 降解地膜在不同填埋时间下降解情况

3 结论

马铃薯历来是当地种植面积最大的农作物，随着节水技术的大力推广，膜下滴灌成为当地主要的节水种植模式之一。可降解地膜是在自然条件下可以降解分化的一种地膜类型，可降解地膜的使用是解决地膜污染的重要途径之一。所以，在当地膜下滴灌马铃薯种植上开展可降解地膜试验对指导农业生产具有重要的意义。

在本试验中，参加试验的8个覆膜处理马铃薯产量均高于CK2马铃薯产量，覆膜处理较CK2增产4.35%～14.62%，此外，有4个降解膜处理马铃薯产量高于CK1马铃薯产量，增产幅度为1.48%～7.01%，有1个降解膜处理与CK1持平，其他2个处理略低于CK1处理。综合来看，降解地膜的利用有利于马铃薯产量提高，这与林力夫[18]和高旭华等[19]的研究结果相同，但在本试验中增产差异不显著。

整个生育期地温整体呈先升高后降低的变化趋势。5月份播种初期，外界气温较低，不同覆膜处理地温均高于裸地地温，覆膜可提高地温0.42～1.29℃。之后随着外界气温升高，覆膜的增温幅度开始降低。7月份，外界气温达到最高时，各降解膜处理地温却明显低于普通地膜处理，有效的避开了高温对马铃薯生长和产量形成造成的不利影响，这与贺鹏程等[16]的研究结果相似。之后，地温又呈不断下降趋势，且各处理间地温差异变小。到9月份，除T2处理外，CK2地温基本低于其他处理。可降解地膜只要未进入降解阶段就可提高土壤地温，保温性能与普通地膜相似[20-21]，前期提温作用可促进马铃薯生长，为后期马铃薯生长和产量形成提供基础。

在栽培试验中，7个降解膜降解速度都较慢，这与刘姝彤等[22]的研究结果相似，这可能与当地气候冷凉的特征及马铃薯特殊的耕作过程有关。马铃薯种植需要膜上覆土以保证植株顺利破土出苗，在整个生育期需中耕覆土2次，地膜被大面积埋在土里，遮住了光照，影响了其降解速度。同时，膜下滴灌种植需经常滴水灌溉导致地温偏低，也影响降解膜的降解速度。参试降解膜诱导期出现在覆膜后12～22天之间，除T1处理外诱导期到大裂期历时均在20～33天之间，所有参加试验的降解膜在当季最多可降解到大裂期，未能进入碎裂期和无膜期。在填埋试验中，不同类型降解膜的降解情况并不相同，4个生物降解膜均出现了不同程度的降解，虽然降解速度慢于栽培试验，但随着观察期的延长，降解现象越来越明显，降解程度也越来越大，到365天观察期时，均降解到开裂期和大裂期。但是到365天调查时，T5、T6和T7降解膜依然未出现降解现象，这与栽培试验中的表现完全不同，因为氧化生物降解膜降解受外界光照和风化影响较大，在填埋试验中，地下10 cm完全遮光条件下，降解膜降解受到了很大影响。

4 讨论

在本试验年度中，参加试验的降解膜对前期地温和最终产量的提升均起到了相应作用，虽然在收获时均未降解到碎裂期或无膜期，但随着时间的延长，不论在当地自然条件下还是填埋在地下，降解膜完全降解还是可以实现的。此外，在秋季机械收获中，降解膜的韧性明显下降，且对农机的缠绕明显少于普通地膜，所以生物降解膜的利用对于改善当地人居环境和保持农业可持续绿色发展还是有利的。

马铃薯生长前期地膜主要作用是保墒、提墒、提高地温、抑制杂草生长等，降解膜诱导期出现的时间不能太早，综合考虑外界气温影响及马铃薯生长特点等多方面因素，在当地马铃薯生产上应选择诱导期在20天以上的降解膜。在满足当地机械操作并保证防风防裂的基础上，可以推广使用厚度为0.008 mm的降解膜，可以节省成本，加快降解，降低污染。

在本试验中，在7月份外界气温达到最高的时期，各降解膜处理下地温却低于普通地膜处理地温0.52～1.36℃，这可能与降解膜的降解性和透气性有关，需下一步继续深入研究。

不同降解地膜的降解情况受多种因素的影响，在田间降解情况表现不同。阎晓光等[23]和李文霞[24]都曾指出可降解地膜的降解速度受外界条件、生产厂家、制作原材料和诱导期设计等多种因素的影响。同一厂家的同类型降解膜可能由于不同试验年度气温、日照和地温等的影响，表现出不一致的降解性能。在今后的试验中，在降解膜能满足马铃生长发育的同时应充分考虑降解膜的降解特性，根据影响可降解地膜降解性能的因素将这些因素设计在降解膜试验中，进一步分析降解膜在不同因素影响下的降解特性。此外，应加大力度开展降解膜在当地其他种植模式下、其他作物生产上的应用效果研究，以期实现根据不同地区、不同种植模式、不同作物来针对性的选择降解地膜。

在本试验中，从降解膜类型、降解性能分析和对马铃薯产量的影响等多方面考虑，认为全生物降解膜可以替代普通地膜在马铃薯上推广利用，这与叶飞华等[25]的研究结论相似。T1生物降解膜分别较裸地处理和普通地膜处理增产13.04%和5.54%，而且增温性能和降解性能也能满足当地马铃薯生产，是适宜在当地示范推广的降解膜品种。