残膜对土壤水分运移的影响

张富林+蔡金洲+吴茂前+段小丽+熊桂云+范先鹏

摘要：采用室内模拟的方法对残膜影响土壤水分运移进行了研究。结果表明，残膜会阻碍土壤水分向上移动，而且残留量和残膜面积越大，阻碍作用越明显。此外，残膜对土壤水分下渗有一定的促进作用。

关键词：残膜；土壤水分；运移

中图分类号：S152.7 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）24-6418-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.24.024

地膜覆盖对增加作物产量和提高经济效益有重要作用，地膜已在中国农业生产中得到了广泛使用。但由于地膜在自然环境中难以降解，因而长期使用会使土壤中残留大量地膜。关于地膜残留对土壤、作物等的影响已有比较多的研究，如地膜会对土壤物理性质[1-3]、土壤微生物[4，5]、农作物的生长[3，6，7]和产量[8-10]等产生不利影响，地膜残留还会影响土壤水分向上和向下移动[11，12]等。但以往相关研究采用的残膜面积都较大，以面积在50 cm2以上的残膜为主。实际调查结果显示，残留在土壤中的地膜多数都以小块膜为主（残膜面积小于4 cm2）[13-15]，少数以中块膜（残膜面积为4～25 cm2）为主[16]，而且随着年限的增加，大块膜还会逐渐破碎成为小块膜，增加土壤中小块膜的片数[13]。因此，有必要进行残膜面积特别是小面积残膜残留对土壤和作物影响的研究。本研究采用室内模拟的方法重点对地膜残留量和残膜面积对土壤水分移动的影响进行研究。

1 材料和方法

1.1 供试材料

供试土壤为0～20 cm的黄棕壤，采自湖北省农业科学院南湖实验站，质地较粘，属重壤。采集的土壤风干过5目筛后备用。供试土壤pH 7.16，有机质23.15 g/kg，全氮2.20 mg/kg，全磷0.60 mg/kg，碱解氮156.51 mg/kg，速效磷21.79 mg/kg，速效钾173.38 mg/kg。

供试地膜为市场购置的厚度为0.005 mm的白色聚乙烯地膜，剪成不同面积大小后进行试验，残膜近似正方形。

1.2 试验方法

本研究采用室内模拟的方法分别研究了残膜对水分向上和向下移动的影响。每个类型试验都设置<4、4～25和25～30 cm2共3种残膜面积，每种残膜面积分别设0、20、100、400、800和1 600 kg/hm2共6个残膜量水平，共计18个处理，每个处理3次重复。

模拟水分移动的装置为带有底座的有机玻璃管，有机玻璃管外径100 mm，内径90 mm，高300 mm，底部封口并布满小孔，具体装置见图1。

在研究地膜残留对土壤水分向上移动的影响时，试验过程如下：先在土柱底部垫一张9 cm的定量滤纸，然后装入2 cm厚的石英砂，再垫一张9 cm的定量滤纸。待上述过程结束后，将过5目筛的风干土壤样品1 550 g与不同处理的残膜混合均匀后装入土柱，最终土柱高度为20 cm。在密封的有机玻璃底座中加入足量的水（以将有机玻璃柱放入底座中水不溢出为准），然后将有机玻璃柱放入底座中，于第七天记录并分析土柱中土壤水分向上移动的距离。

在研究地膜残留对土壤水分向下移动的影响时，试验过程如下：先在土柱底部垫一张9 cm的定量滤纸，防止土壤样品将土柱底部的小孔堵塞，然后将过5目筛的风干土壤样品1 550 g与不同处理的残膜混合均匀后装入土柱，最终土柱高度为20 cm。装柱后在土柱上部垫一张9 cm的定量滤纸，然后装入2 cm厚的石英砂。在土柱的上部空间加入足量的水并每隔1 h对水量进行补充（以水不溢出土柱为准），于5 h后记录并分析土柱中土壤水分向下移动的距离。

1.3 数据处理与分析

用Excel软件进行数据整理和作图，用SPSS 11.5软件进行统计分析。

2 试验结果

2.1 残膜对土壤水分向上移动的影响

土壤水分向上移动的结果表明，残膜会阻碍土壤水分向上移動，而且残留量越大，阻碍作用越明显。当残膜面积为4～25 cm2时，1 600 kg/hm2残留量的土壤水分向上移动距离为14.4 cm，仅为20 kg/hm2添加量的76.9%。此外，残膜面积大小也是影响土壤水分移动极其重要的因素。残膜面积越大，对土壤水分向上移动的阻碍作用越大，比如，当残留面积为<4 cm2时，20 kg/hm2残留量的水分向上移动距离可达对照的94.9%，即使残留量达到1 600 kg/hm2，其移动距离也为对照的89.1%；但当残留面积为4～25 cm2时，20和1 600 kg/hm2残留量的移动距离分别仅为对照的94.4%和72.6%，而当残留面积为25～30 cm2时，两个残留水平的移动距离更是分别为对照的89.6%和59.5%（图2）。

2.2 残膜对土壤水分下渗的影响

残膜对土壤水分下渗影响的结果见图3。研究结果表明，无论残膜面积是<4 cm2，还是4～25或者25～30 cm2，添加残膜的土壤的水分下渗速度均有高于不添加残膜处理的趋势。当残膜面积<4时，无残膜土壤的水分5 h下渗距离为11.8 cm，而20、100、400、800、1 600 kg/hm2残膜添加量土壤的水分下渗距离分别是其的1.5、1.6、1.2、1.1、1.1倍，而且20、100 kg/hm2添加量的下渗距离与其存在显著差异。这表明，残膜在一定程度上能够促进土壤水分下渗，但残膜对土壤水分下渗的影响没有表现出随残膜量增加而规律性变化的特点。

3 小结与讨论

地膜是中国农业生产重要的生产资料，但长期使用会使土壤中残留大量地膜。残膜不仅会对土壤物理和生物性状以及农作物的生长产生不利影响，也会影响土壤水分运移。武宗信[11]和南殿杰[12]对大面积残膜（50 cm2以上）对土壤水分移动影响进行研究表明，残膜存在于土壤中会对水分的上移产生一定影响，残留量越大，水分移动速度越慢。本研究中不同面积残膜对土壤水分上移的结果也表明，残膜会阻碍土壤水分向上移动，而且残留量和残膜面积越大，阻碍作用越明显。残留地膜对土壤水分向上移动的影响可能主要是阻碍了土壤毛细管水的移动，导致土壤水分向上移动的路径被阻断，从而降低土壤水分向上移动的速度。

本研究显示，残膜有一定的促进土壤水分下渗的作用，但解红娥[17]和南殿杰[12]研究表明，土壤中残膜会降低土壤水分下渗的速度。本研究与两位研究者的结果之所以不同，可能主要是因为他们研究选用的残膜面积为50～300 cm2，大于本研究中所采用最大残膜面积25～30 cm2。残膜面积过大，几乎切断了土壤水分下渗的孔隙，使得土壤水分无法下渗。此外，残膜对土壤水分下渗的影响没有表现出随残膜量增加而规律性变化的特点。因此，残膜对土壤水分下渗的影响尚需进一步研究。

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