田亨达,陈雍旭,刘芳君,郝明远,王培真,阚晓松,张 畅,宋 凤,李 辛
(长春市农业科学院,吉林长春 130111)
中国北方干旱地区的农业生产中,由于地膜覆盖具有增温、保墒、早熟、增产、防止土壤流失等作用,已成为一项广泛的农业增产措施。普通地膜是由聚乙烯生产的高分子化合物,具有不易腐烂、难以分解的特性,其残膜在土壤中不断积累。使土壤水分渗透能力降低,含水量下降,削弱了耕地的抗旱能力;造成土壤板结、造成土壤中水分养分运移不畅,甚至导致雨水难以下渗。不仅影响播种出苗率,还导致农作物根系生长受阻,降低作物获得水分养分的能力,影响作物对水分和养分的吸收,致使产量下降。逸散的残留地膜与青草或干草混在一起很容易被牛羊等家畜误食,甚至造成牲畜死亡,给农民带来巨大的损失。长春地区使用的地膜均在0.004~0.008,使用量在2.5~4.5kg/667m2,由于地膜过薄,给回收带来相当的难度,增加了农民的生产成本。
应用可降解地膜可以解决传统地膜造成的环境危害和农业生产问题。市场上主流的降解地膜品种主要有:光降解地膜、完全生物降解地膜、添加型光合生物降解地膜。目前对于可降解地膜的研究重点多集中于地膜材料的降解性能、地膜覆盖效果的研究上,对北方地区不同种类可降解地膜田间应用效果的对比研究较少。本试验基于吉林省农业生产,针对市场上多种类可降解地膜对玉米出苗率、生长特性和土壤水分、温度的影响进行研究,为长春地区玉米生产中的可降解地膜使用提供理论依据。
田间试验于2016年5月至10月在吉林省长春市农安县陈家店村进行。北纬 44°06',东经118°13',属温带季风气候。无霜期145d,有效积温2 800℃,试验田为旱地,地势平坦,土壤养分速效氮155.42mg/kg,速效磷27.5mg/kg,速效钾172mg/kg,有机质2.32%。
供试玉米品种为先玉335,由先锋种业生产,生育期127d,是吉林省最具代表性的品种。试验设计:处理1可降解地膜(包含F16、F18、F20、F22四种可降解地膜)、处理2传统地膜、处理3无地膜对照,3次重复。采用裂区试验,共18个小区随机排列,小区面积 25m2。施用磷酸氢二铵600kg/hm2做为底肥,5月12日播种,采用约翰迪尔1750平播机播种,理论留苗密度为 50 000株/ hm2。播种次日上午人工覆盖地膜,生育期中耕除草两次,无追肥、灌溉和施药。
土壤温度测量采用地温计,每盆两个温度计,插入土下深度分别为5cm、10cm和15cm。在实验期间,每天上午8:30~9:30、中午13:30~14:30、下午17:30~18:30读取土下5cm、10cm、15cm土温;从地膜覆盖当天开始,每隔 7 天测定1次土温,持续2个月。
土壤水分:采用烘干法对不同处理的耕层土壤水分进行测定,测定层次为 0~20cm、>20~40cm,测定时间为玉米播种当天、播种后 7d、三叶期(播种后 30d)、拔节期(播种后 46d)和大喇叭口期(播种后 72d)。生育期以可降解地膜处理为参照。
玉米农艺指标、玉米生长发育指标、产量构成:观察记录不同地膜处理下的玉米生长发育指标,考察玉米出苗率,在玉米拔节期、玉米大喇叭口期、抽雄期和灌浆期,测株高、测叶面积和玉米地上部植株干物质量。
不同处理的小区于成熟期选取 8行测产(排除边际效应),取代表性的玉米20穗考种,考察玉米穗长、玉米穗粗、秃尖长度、玉米穗粒数、千粒重等产量构成因素。
露地对照、普通地膜、可降解地膜0~20、20~40cm土壤水分变化见图1和图2。从图 1、2 可以看出,在6月3日露地对照、普通地膜、可降解地膜 0~20、20~40cm土壤水分含量相近,差异不显著。在6月27日普通地膜、可降解地膜处理 0~20、20~40cm耕层土壤水分含量,显著高于无地膜对照处理。普通地膜处理与可降解地膜之间差异不显著。8月7日可降解地膜 0~20cm土壤水分含量比普通地膜高1.08%~3.90%;8月7日可降解地膜 20~40cm土壤水分含量比普通地膜高0.91%~2.13%。
图1 不同地膜覆盖处理0~20耕层土壤水分含量变化
图2 不同地膜覆盖处理 20~40cm 耕层土壤水分含量变化
可降解地膜处理、普通地膜处理、无地膜对照的不同耕层土壤温度变化见图 3、图4和图5。在6月3日覆膜的前期阶段,不同种类的可降解地膜、不同深度(0~15cm)的土壤温度比露地对照(CK)高2.1~4.2℃;在8月7日覆膜后期阶段,不同种类的可降解地膜、不同深度(0~15cm)的土壤温度比露地对照(CK)平均高0.4℃。总体上普通地膜不同深度(0~15cm)的土壤温度高于可降解地膜,但差别较小。
图3 不同地膜覆盖处理5cm深度耕层土壤温度
图4 不同地膜覆盖处理10cm深度耕层土壤温度变化
图5 不同地膜覆盖处理15cm深度耕层土壤温度变化
普通地膜、可降解地膜玉米的出苗率见表 1,从表 1 可知,玉米出苗率表现为可降解地膜>普通地膜。4种不同种类的可降解地膜在播种后10天的出苗率比普通地膜的出苗率高38.1%、 37.3%、 38%和47.6%。4种不同种类的可降解地膜在播种后20天的出苗率比普通地膜的出苗率高33.6%、18.1%、 19.5%和18.5%。
表1 不同地膜处理对于玉米出苗率的影响
普通地膜、可降解地膜玉米的根系残膜穿透率见表 2,从表 2 可知,玉米根系残膜穿透率表现为可降解地膜>普通地膜。4种不同种类的可降解地膜在播种后10d的根系残膜穿透率比普通地膜的出苗率高46.9%、40.1%、26%和 52.6%。4种不同种类的可降解地膜在播种后20d的出苗率比普通地膜的出苗率高27.1%、20.1%、22.5%和22.5%。
无地膜覆盖对照、普通地膜覆盖、可降解地膜覆盖玉米产量及产量构成因素见表 3。由表 3可知,玉米穗长、玉米穗粒数、百粒重、玉米容重均表现为普通地膜>可降解地膜>无地膜对照,玉米秃尖长度方面,表现为无地膜对照处理>普通地膜处理>可降解地膜处理,但普通地膜处理的玉米产量构成因素与可降解地膜处理差异不显著,而普通地膜处理、可降解地膜处理与无地膜对照处理相比差异显著。玉米产量方面,普通地膜处理比露地对照处理玉米产量高17.7%,可降解地膜处理比露地对照处理玉米产量高21.2%,可降解地膜处理比普通地膜处理玉米产量高3.1%。
表2 不同地膜处理对于玉米根系残膜穿透率的影响
表3 不同地膜处理对于玉米的产量及相关因子的影响
综上分析,施用可降解地膜覆盖处理,在玉米耕层土壤温度的保持、玉米耕层土壤水分的保持上,与普通地膜处理相同,可降解地膜覆盖处理不仅能发挥普通地膜的增温保墒功能,还能避免传统地膜对于玉米根系生长发育的影响,从而提高产量。
如果以玉米专用降解地膜16 250元/t,用量4.43kg/667m2,购膜成本72.0元/667m2,比普通地膜38.0元/667m2成本高。但可降解地膜,在收获以后残留地膜会自动降解,不会像传统地膜一样影响出苗,对农业生产活动无影响,更无需回收残膜从而节省了人工成本。据统计,使用玉米专用降解地膜可以节约劳动成本10.0元/667m2左右。可降解地膜逐步替代普通地膜在北方农业生产中推广意义重大,其农业生产性能如防病虫害等,多种作物的应用方面,有待进一步研究。
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