麻地膜覆盖栽培对土壤生态环境的影响

易永健，许香春，王朝云，吕江南，汪洪鹰，聂兆君

（中国农业科学院麻类研究所，湖南 长沙 410205）

1 引言

农用地膜是现代农业的重要生产资料。地膜覆盖技术的广泛应用极大地促进了农作物产量的提高和农业生产的发展，同时，也带来了越来越严重的“白色污染”[1]。由于塑料地膜以化纤作原料，其主要成分为聚丙烯、聚氯乙烯，可在田间残留几百年不降解。随着塑料地膜使用年数的增加，土壤中残留的塑料薄膜碎片越来越多，长此以往造成了土壤板结、通透性变差、地力下降，严重影响了作物的生长发育，造成农作物减产，有些地方减产幅度达20%以上，并且这一情况正在进一步恶化[2]。据报道，我国农膜每年残留量35万吨，残留率达42%，近一半的塑料地膜残留于土壤中[3]。目前地膜覆盖面积发展迅速。随着塑料地膜覆盖面积的增长，它带来的污染问题也越来越严重[4]。因此，塑料地膜造成的严重污染已引起社会各界的严重关注和忧虑。为了充分利用地膜的增产作用，同时又消除塑料地膜带来的农田地力下降和环境污染等不良影响，近几十年来，国内外科技工作者针对这一难题开展了广泛研究，开发出了多种新型可降解塑料以取代传统的塑料，主要包括生物降解地膜、光降解地膜、光/生物双降解地膜和植物纤维地膜等[5-11]。麻地膜是由中国农业科学院麻类研究所研制出的一种可完全降解植物纤维地膜专利产品，用于农作物覆盖栽培具有极显著的增产效果[12，13，14]，2005年被科技部门列为国家科技成果重点推广计划。据试验，在适宜的条件下，配套应用麻地膜覆盖多种蔬菜等作物，甚至比塑料地膜覆盖还多增产10%-50%[8]。麻地膜除了具有增产效果之外，还具有保水、降温、除草等作用[15，16]。目前麻地膜在农业生产上的应用尚缺乏广泛深入的研究，存在不少空白[17]。本试验通过研究麻地膜对土壤生态的影响，以明确麻地膜对农作物增产作用的机理，促进麻地膜的推广应用。

2 材料与方法

2.1 试验材料

试验用麻地膜由中国农业科学院麻类研究所提供，共有两种，分别是以苎麻纤维为主要原料试制成的RC麻地膜和以黄麻纤维为主要原料试制成的JC麻地膜，供试塑料地膜是市售的聚氯乙烯农用地膜。

2.2 试验设计

采用田间试验，种植品种为“丰抗90”大白菜，设RC麻地膜覆盖、JC麻地膜覆盖、塑料地膜覆盖（P）和无覆盖（CK）共4个处理，每个处理3个重复，共12个小区，小区面积为2.0 m×5.2 m＝10.4 m2。采用单因素随机区组设计。

试验于2005～2006年在中国农业科学院麻类研究所长沙所部进行。供试土壤为红壤土，pH6.96，有机质 13.30 g·kg-1，全氮 1.02 g·kg-1，全磷 0.77 g·kg-1，全钾 18.20 g·kg-1，碱解氮 49.8 mg·kg-1，速效磷 12.3 mg·kg-1，速效钾 128.4 mg·kg-1。2005 年 9 月 19 日播种育苗，10 月 10 日试验区进行地膜覆膜处理，10月30日打孔移栽，密度为62 490 plant·hm-2，移栽后（11月7日）施225 kg·hm-2尿素，11月底再施225 kg·hm-2尿素。试验早期进行灌溉，后期用水全部以自然降水供给。各小区间田间操作和管理水平均一致。2006年2月17日收获。试验期间，每隔2天分别于8：00、14：30和20：00用温度计测定土壤0cm和地下5cm处的土壤温度；在雨天和晴天14：30用湿度计测量膜下湿度；分别在雨后第一天和连晴5天后取膜下0～10cm耕层和10～20cm耕层的土壤，测定土壤含水量；于1月10日取耕作层土壤样品分析土壤理化性状；收获后取耕作层土壤测定细菌、真菌和放线菌等微生物的数量。土壤理化性状和土壤微生物按照常规分析方法测定[18][19]。

3 结果与分析

3.1 麻地膜覆盖对土壤温度的影响

表1 麻地膜覆盖对土壤温度的影响Table 1 Effect ofbast fiber filmmulchingon soil temperature（℃）

RC和JC在晴天比CK能显著提高地表（0 cm）温度，但两麻地膜之间差异不显著，P比CK、RC和JC则能显著提高地表和地下5 cm土壤温度；在阴天，RC和JC比CK有提高地表温度和地下5 cm土壤温度的趋势，但差异不显著，P比CK能显著提高地表和地下5 cm土壤温度，但与RC和JC差异不显著；在雨天，RC、JC和P相对于CK有提高地表温度和地下5 cm土壤温度的趋势，但差异不显著（表1）。

图1 麻地膜覆盖土壤温度变化Fig.1 The fluctuation ofsoil temperature under treatment with bast fiber filmmulching（℃）

由图1可知，两种麻地膜覆盖土壤温度在早中晚均高于CK，尤其在中午时最明显，其次是晚上，早晨增温效果最差；两种麻地膜的增温效应比P平稳，增温幅度低于P，麻地膜的早晨和中午间温差为14℃左右，比塑料地膜覆盖低5℃左右。说明麻地膜膜内温度变化很平稳，在晚春季节出现高温时，麻地膜覆盖不会出现烧苗等高温危害现象。

3.2 麻地膜覆盖对膜下湿度的影响

表2 麻地膜覆盖对膜下湿度的影响Table 2 Effect ofbast fiber filmmulchingon humidityunder the film（%）

由表2可知，RC、JC和P在晴天比CK能显著提高土壤湿度，具有明显的保湿作用，这可能是和地膜覆盖能减少土壤水分蒸发有关；在阴雨天各处理之间差异不显著。

3.3 麻地膜覆盖对土壤含水量的影响

表3 麻地膜覆盖对耕作层土壤含水量的影响Table 3 Effect ofbast fiber filmmulchingon soil water content in cultivation layer（%）

由表3可知，麻地膜覆盖在干旱天气具有很好的保水效应，两种麻地膜覆盖在不同的气候及不同的耕作层土壤含水量变化基本一致。天晴数日后两种麻地膜和塑料地膜覆盖不同耕层土壤含水量明显高于CK，在0-10 cm差异显著，在10-20 cm差异不显著，这可能是因为地膜可以减少土壤水分的蒸发有关；阴雨天则相反，0-10 cm土壤含水量两种麻地膜和塑料地膜覆盖相对于CK有降低的趋势，但差异不显著。麻地膜覆盖晴雨天的含水量变化幅度均比CK和塑料地膜覆盖低，麻地膜覆盖下土壤耕作层水分垂直分布较为均匀，晴天麻地膜覆盖0-10 cm含水量低于P，但10-20 cm则略高于P。这可能是因为麻地膜膜下不结水珠，而塑料地膜膜下经常结露，使膜下湿度及土壤表面含水量更高。

3.4 麻地膜覆盖对土壤化学性状的影响

表4 麻地膜覆盖冬季白菜对土壤养分含量的影响Table 4 Effect ofbast fiber filmmulchingon soil mineral elements content

覆膜后（92d）RC、JC和P覆盖的土壤有机质、全氮、全磷和全钾的含量均低于CK，而碱解氮、速效磷和速效钾的含量均高于CK，但差异不显著（表4）。这可能是因为地膜覆盖通过改变土壤温度和水分等生态环境，促进了养分的分解和作物对养分的吸收。另外，麻地膜和塑料地膜覆盖能降低土壤pH值，并且有随着覆盖时间的延长而下降幅度变大的趋势，这种影响在前期差异不显著，在后期则能达到显著性差异（表5）。

表5 麻地膜覆盖对土壤pH值的影响Table 5 Effect ofbast fiber filmmulchingon soil pH

3.5 麻地膜覆盖对土壤微生物的影响

表6 麻地膜覆盖对土壤耕作层微生物数量的影响Table 6 Effect ofbast fiber filmmulchingon amount ofmicroorganismin cultivation layer（104g-1fresh soil）

相对于CK，RC、JC和P覆盖后能显著提高土壤真菌的数量，RC、JC和P覆盖后土壤细菌、放线菌和微生物总数的数量均有所增加，但差异不显著（表6）。

4 讨论

很多研究结果表明，地膜覆盖有明显的增温和保温效应[11，20-22]。麻地膜覆盖白菜可显著提高产量，增幅为46.3%-50.3%，但与塑料地膜覆盖差异不显著[14]；本研究中麻地膜覆盖有明显的增温和保温效应，其增温效果略低于塑料地膜覆盖；麻地膜的增温效果比塑料地膜覆盖平稳，塑料地膜覆盖升温迅速。如11月4日麻地膜的早晨和中午间温差为14℃左右，比塑料地膜覆盖低5℃左右。在晚春季节出现高温天气时，麻地膜覆盖不会出现烧苗等高温危害现象，而塑料地膜升温非常快，不利于作物的生长。在干旱、少雨时，麻地膜覆盖具有明显的保水保墒以及保湿的作用，如晴天，土壤耕作层含水量显著高于不覆盖对照，略低于塑料覆盖处理；麻地膜覆盖下土壤耕作层含水量垂直分布较为均匀，0-10 cm含水量略低于塑料覆盖，但10-20 cm耕作层土壤含水量略高于塑料地膜覆盖，塑料地膜膜内经常结露而形成很多水珠，这也是塑料地膜覆盖的表层土壤含水量和膜下湿度比麻地膜处理高的原因之一。

已有研究结果表明，塑料地膜覆盖栽培明显降低土壤全氮磷钾养分和有机质的含量，同时也降低土壤pH[23，24]。本研究中麻地膜覆盖也能有效提高土壤养分含量。麻地膜覆盖在一定程度下有提高土壤碱解氮、磷和钾含量的趋势，麻地膜覆盖作物在生长过程中吸收的营养多于不覆盖对照，略低于塑料覆盖。麻地膜覆盖降低了土壤pH值，并且随着覆膜时间的延长pH降低得越多，其原因可能有以下两种解释，第一是因为覆膜提高了膜内的CO2浓度而造成膜下土壤酸性的增加；第二是因为土壤肥料转化利用过程中产生一些如氯离子、硫酸离子等酸性物质，不覆盖处理可以靠雨水降低其酸性物质的浓度，但是地膜覆盖处理的土壤中会累积此类酸性物质而造成土壤酸性增加。具体原因有待于深入研究。

地膜覆盖通过影响土壤的水热状况进一步影响土壤生物活性。对生物活性的影响首先反映在对土壤微生物数量的影响。麻地膜覆盖土壤微生物总数高于CK，这可能是和麻地膜的增温、保水以及土壤其他物理性状的改善等综合效应的结果；麻地膜覆盖土壤微生物总数均低于塑料覆盖，这可能与土壤温度有关，本研究结果表示，在低温季节麻地膜的增温效果不如塑料地膜。有关地膜覆盖的大多研究[20，22，23]结果也表明，塑料地膜覆盖显著增加土壤微生物数量。

5 结论

麻地膜覆盖同塑料地膜覆盖一样能够改善土壤环境，提高土壤养分含量及微生物含量，培肥土壤，从而提高作物的产量。但是从长远来看，长期使用塑料地膜而造成的污染导致的减产幅度将逐步达到和超过其保温、保湿等作用带来的增产幅度。而麻地膜不仅具有用于覆盖作物的巨大增产作用，而且在使用后埋入土壤还可完全降解，增加土壤有机质。因此，麻地膜的应用能促进生态系统的良性循环、有利于农业的持续发展。

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