鲜食玉米应用不同厚度PBSA降解膜效果研究

安颖蔚+史书强+冯良山+张鹏

摘要：共聚物聚丁二酸/己二酸-丁二醇酯（PBSA）是当前一种较为理想的降解地膜材料，对4、6、8、10、12 μm 5种厚度PBSA降解膜在鲜食玉米生产中的应用效果进行了研究。结果表明，随着降解地膜厚度的增加，地膜降解时间不断延后，降解速率不断下降，且下降幅度逐渐增大。鲜食玉米收获时，4 μm地膜破损严重，降解基本完成；6、8 μm地膜降解现象明显；10、12 μm地膜出现降解现象，但并不明显。地膜厚度对0～50 cm土壤水温影响较小，但降解时间和降解程度对土壤水温具有明显影响。覆盖4、6 μm地膜处理在鲜食玉米生长后期，其土壤温度和水分明显低于覆盖8、10、12 μm地膜处理。5种处理中，覆盖4 μm地膜鲜食玉米产量最低，且穗长最短、秃尖最大、穗粗最细、行粒数最少、鲜百粒质量最低；覆盖6 μm地膜的鲜食玉米产量也较低，其秃尖长度、穗粗和百粒鲜质量3项产量性状指标均低于覆盖8、10、12 μm地膜处理；覆盖8、10、12 μm地膜处理间鲜食玉米产量差异不显著。综合地膜生产成本因素，鲜食玉米应用PBSA降解地膜的理想厚度为8 μm。

关键词：降解地膜；地膜厚度；降解速率；土壤温度；土壤含水量；鲜食玉米

中图分类号： S513.04文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2017）10-0045-03

随着我国鲜食玉米消费市场和鲜食玉米产业的迅速发展，鲜食玉米生产已成为农民增收的重要途径[1-2]，尤其当前我国正在实施农业“调结构、稳增长、促发展”重大战略，部分地区普通粒用玉米的种植面积将被压缩[3]，这为鲜食玉米产业提供了巨大的发展空间[4]。但是鲜食玉米对上市时间要求较高，一般采用复种方式种植，多数采用地膜覆盖的方式进行生产。地膜覆盖具有增温、保水、促进作物提前成熟等作用，据相关数据统计，我国农作物地膜覆盖种植面积从1981年的1.5万hm2增加到2012年的1 758.2万hm2，地膜用量达到131万t[5]。由于我国当前使用的地膜较薄、作物收获后机械回收较为困难、人工回收成本较高，造成农田残膜污染问题越来越严重[6]。严昌荣等调查发现，新疆石河子地区农田地膜残留量平均达到300.65 kg/hm2，并且残留量还呈增加趋势[7]，有研究表明其年均增加速度约为11.2 kg/hm2[8]。严重的农田残膜污染问题不仅影响了环境，而且还影响作物生长、阻碍土壤水肥运移，降低土壤肥力。应用降解地膜是治理农田残膜污染的有效措施，根据降解地膜的降解机理和效果，可以将降解地膜分为添加剂型可降解地膜和完全生物降解地膜2种，其中添加剂型可降解地膜是在普通塑料材料的基础上添加具有生物降解特性的材料或助剂，典型的为聚乙烯淀粉生物降解地膜。完全生物降解地膜由完全能够被微生物分解代谢的物质组成，其最终的产物为CO2和H2O，对生态环境无任何污染。目前有聚乳酸（PLA）、聚己内酯（PCL）、聚烃基丁酸酯（PHB）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）及其共聚物聚丁二酸/己二酸-丁二醇酯（PBSA）等，其中PBSA地膜相对PBS地膜等材料具有更好的生物降解效果[5，9]。尤其近年来PBSA价格一直呈下跌趋势，使PBSA地膜的优势逐渐呈现。尽管目前PBSA地膜已得到较好的应用，但是关于其适宜的覆盖厚度，尤其对鲜食玉米的适宜覆盖厚度鲜有研究。所以，本研究通过对不同厚度PBSA地膜在鲜食玉米上的应用效果进行研究，以期为PBSA降解地膜的大面积应用提供技术参考。

1材料与方法

1.1试验地点与方法

试验于2016年在辽宁省阜蒙县阜新镇桃李村进行，试验设5个处理，分别为不同厚度的降解地膜，T1～T5厚度分别为12、10、8、6、4 μm，每个处理3次重复，每个试验小区面积为60 m2。PBSA降解地膜购自广州金发科技股份有限公司，颜色为白色。玉米品种为黑龙江省农垦科学院农作物开发研究所选育的垦黏1号，播种期为2016年4月12日。玉米采用大垄双行地膜覆盖种植，大垄垄距为100 cm，种植密度为52 500株/hm2，播种时施入450 kg/hm2三元复合肥（N、P2O5、K2O含量均为15%），同时深施450 kg/hm2尿素（N含量46%）。

1.2调查内容与方法

1.2.1降解膜田间降解过程观察与测定

采用目测法，在每种地膜处理设置5个固定观测点（1 m×1 m），从覆膜开始，每隔7 d观察1次膜表面的变化，通过定期的人为目测，记录地膜颜色、形态以及表面完整情况，并判断其降解程度。

1.2.2土壤水分与温度

在每个试验小区中安装一套美国DECAGON公司的ECH2O土壤水温监测系统，记录0～50 cm土壤体积含水量和土壤温度（10 cm为1个测定层次）。

1.2.3鲜食玉米产量

对收获的玉米进行及时测产，测产小区面积为20 m2，单打单收测定不同玉米品种鲜穗产量，每个小区选择具有代表性的10个玉米鲜穗进行室内考种。

2结果与分析

2.1不同厚度降解地膜降解时间比较

由表1可知，降解地膜覆盖厚度直接影响其降解速度，T5处理覆盖地膜最薄，降解速度最快，在5月11日地膜出现裂痕、颜色变灰、质地变脆等降解现象，5月26日降解现象明显，地膜出现大面积破损现象，鲜食玉米收获时地膜破損十分严重，基本完全降解；T4地膜在5月17日出现降解现象，6月15日出现大面积破损现象；T3地膜在6月2日出现降解现象，7月14日出现大面积破损现象；T2地膜在6月21日出现降解现象，直至玉米收获地膜未出现大面积破损；T1地膜在7月14日出现降解现象，同样在玉米收获时未出现大面积破损现象。由此分析可知，由4 μm增加到6 μm，地膜出现降解现象推迟6 d，出现降解现象至降解现象明显的时段间隔由15 d增加到29 d；由 6 μm 增加到8 μm，地膜出现降解现象推迟16 d，出现降解现象至降解现象明显的时段间隔增加到42 d；由8 μm增加到 10 μm，地膜出现降解现象推迟19 d；由 10 μm 增加到12 μm，地膜出现降解现象推迟23 d，随着降解地膜厚度的增加，地膜出现降解现象的时间不断延长，同时出现降解现象至降解现象明显的时段间隔也有延长趋势。[FL）]

通过对覆盖不同厚度地膜的土壤地膜温度进行监测，结果如图1、图2所示，发现地膜覆盖初期（4月）不同处理间 0～50 cm土壤月平均溫度差异不显著，说明不同厚度地膜对0～50 cm土壤温度影响不显著。5月之后T5处理0～50 cm土壤日平均温度最低，月平均温度显著低于T1、T2、T3处理。T4处理0～50 cm土壤日平均温度从5月中下旬开始低于T1、T2、T3处理，但4—6月0～50 cm土壤月平均温度与其他处理间差异不显著，7月0～50 cm土壤月平均温度显著低于T1、T2、T3处理，但与T5处理差异不显著。T1、T2、T3处理0～50 cm土壤温度一直相对较高，但三者之间0～50 cm土壤月平均温度差异不显著。

[FK（W11][TPAYW1.tif][FK）]

2.3不同厚度降解地膜对土壤水分的影响

通过对覆盖不同厚度地膜的土壤含水量进行监测，结果如图3、图4所示，4月和5月不同处理间0～50 cm土壤月平均含水量差异不显著，说明地膜厚度对0～50 cm土壤水分影响不显著。由图3可以看出，5月下旬开始T5处理的0～50 cm 土壤含水量最低，T4处理的0～50 cm土壤含水量从6月[CM（25]上旬开始低于T1、T2、T3处理。6月和7月T5、T4处理的

0～50 cm土壤月平均含水量低于T1、T2、T3处理，T5和T4处理间0～50 cm土壤月平均含水量差异不显著。T1、T2、T3处理0～50 cm土壤月平均含水量一直较高，且三者之间差异不显著。

2.4不同厚度降解地膜对鲜食玉米产量的影响

不同处理鲜食玉米产量及其产量相关性状见表2。T1、T2、T3处理的鲜穗产量最高，且三者之间差异不显著，其次为T4[CM（24*2/3]处理，T5处理的产量最低。对产量相关性状进行比较，各

3讨论

覆盖地膜是增加土壤温度，保持土壤水分，促进鲜食玉米生长发育，并提高玉米产量和提早上市的重要措施[9-11]，选择适宜的降解地膜产品是降低农田残膜数量、保障可持续生产的有效途径[12]，选择适宜降解时间和降解速度的降解地膜产品则是确保作物高产的重要因素[13]。董立国等发现降解膜过早裂解对土壤温度的影响主要体现在苗期，降解地膜处理的土壤温度比PE膜的低14.1%；对土壤水分的影响主要体现在喇叭口期，降解膜处理的土壤水分比PE膜的低131%。同时，降解地膜过早裂解后玉米在株高、秃尖、穗行数、百粒质量和产量等方面明显低于PE膜处理，减产达272%[14]。严昌荣等曾提出地膜安全期的概念，并从其主要功能和作物郁闭度等角度提出了估算方法，降解地膜因其原材料组成和制作工艺不同，其降解速度也不同[13]。张妮等发现聚乳酸生物降解地膜在覆膜20 d左右就开始降解，在棉花收获期能够降解80%左右[6]。同时应用降解地膜时，不同区域光照、温度、水分及微生物的不同对降解地膜的降解速度和效果也有重要影响[6，12]。因此，降解地膜的最佳降解时间和降解速度需要根据具体区域的特定作物进行确定。本项研究通过对不同厚度PBSA降解膜的降解时间及其水分、温度和作物产量效应进行研究，发现地膜越薄降解速度越快，这与申丽霞等对光-生物双解膜的研究结果[12]一致。同时，有研究结果还表明，在一定范围内降解速度越慢其保水和增温效果越好，鲜食玉米产量越高，这不同于普通粒用玉米在大喇叭口期揭膜能够促进玉米生长发育的研究结果[15-16]。因此，认为鲜食玉米应用降解地膜的选择标准应是不降低当季玉米产量，同时不影响下茬作物播种。目前PBSA降解膜已克服了降解膜韧性等性能缺陷，能够满足覆膜机作业的质量要求，因此，在考虑成本因素条件下，在适宜的降解地膜产品中，厚度越低其生产成本越小。

4结论

随着降解地膜厚度的增加，地膜降解时间逐渐延后，降解速率不断下降，出现降解现象的推迟程度不断延长，同时出现降解现象至降解现象明显的时段间隔也有延长趋势。本研究中，鲜食玉米收获时，T5地膜破损严重，降解基本完成；T4和T3降解现象明显；T2、T1处理出现降解现象，但并不明显。研究结果表明，地膜厚度对0～50 cm土壤温度和水分的影响较小，但地膜降解时间和降解程度对土壤温度和水分具有明显的影响。T1、T2、T3处理土壤温度和水分一直相对较高，后期T4、T5处理温度和水分明显降低，因此导致T5鲜食玉米产量最低，并且穗长最短、秃尖最大、穗粗最细、行粒数最少、百粒鲜质量最低；其次为T4，并且秃尖长度、穗粗和百粒鲜质量等3项产量性状指标显著低于T1、T2、T3处理。T1、T2、T3处理之间产量差异不显著，考虑地膜生产成本等因素，T3处理是理想的PBSA降解地膜产品，即PBSA降解地膜厚度选为 8 μm。

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