全生物降解地膜对南疆花生产量及土壤理化性质的影响

王 斌，万艳芳，王金鑫，孙九胜，槐国龙，吕彩霞，崔 磊

(新疆农业科学院土壤肥料与农业节水研究所，新疆 乌鲁木齐 830091)

自1979年地膜覆盖栽培技术在我国试验、应用、推广以来，我国农作物的产量和效益得到显著提高[1]。我国每年地膜的生产和使用量都在持续攀升，地膜已成为我国化肥、农药之后的第三大农业生产资料[2]。然而，地膜覆盖栽培在极大地促进农业生产发展的同时，其对我国生态环境的负面影响也越来越明显：土壤中的残膜累积越来越多，耕层土壤结构、透气性越来越差，残膜累积对作物根系发育及对水分、养分的吸收造成严重影响，严重污染生态环境[3-6]。因此，使用降解地膜成为解决农田土壤残膜污染问题的重要手段[7-9]。

在花生栽培生产中，使用地膜栽培具有保肥、保墒、增温、防杂草和缩短花生生育期及时收获抢占市场、提高经济收益等优点[10]。据报道，地膜花生比裸地花生栽培平均增产900～1350 kg/hm2、增收3000～4500元/hm2[11]。目前，降解膜研究主要集中在原材料组成、降解性能、应用作物以及降解地膜种类对比等方面，对南疆干旱区降解地膜大田应用的系统化研究较少[12-14]。本研究针对南疆降解地膜覆盖对花生产量和土壤理化性质的影响展开系统研究，以期为全生物降解地膜在新疆的大面积应用提供一定数据支撑。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验区位于阿克苏地区拜城县农业试验站。该区域位于天山中部南麓、却勒塔格山北缘山间盆地、渭干河流域上游，属于温带大陆性干旱气候，夏季凉爽、冬季寒冷，极端最高与最低气温分别为38.3℃和-28℃，年平均气温7.6℃，无霜期133～163 d，年均降水量171 mm，年均日照时长2790 h。试验区不同土层土壤基础理化性状见表1。

表1 基础土壤性状

1.2 试验设计

试验处理为PBAT型全生物降解地膜(产自新疆康润洁环保科技股份有限公司，以下简称为“降解膜”)、普通聚乙烯PE地膜为对照(CK)，设置2个处理，重复3次。试验区面积1333 m2，处理膜宽80 cm，膜厚0.01 mm；垄宽70 cm，垄高20 cm，沟宽50 cm；一垄一膜一管两行、膜下滴灌、机械覆膜。试验播种方式、肥料用量、种植与管理等同当地大田一致。2017年5月10日播种，10月10日收获。试验灌水方案见表2。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 地膜降解程度

花生生育期每15d定点采集地膜照片，用《地膜孔洞面积提取软件V2.0》对采集的照片进行图像处理，得到地膜自然降解破损率(即降解率)。

表2 花生田间灌水时间与用量

1.3.2 测产

每个处理随机选取5个点，每点按照1垄宽、5 m长测定所有花生质量。

1.3.3 土壤温湿度

采用L99-TWS-3型号的土壤温度水分记录仪(产自上海发泰精密仪器仪表有限公司)，对膜下5 cm、15 cm和25 cm土层的土壤温度和水分进行连续不间断测定、监测时间间隔为2 h，测定时间段为6月2日-10月11日。

1.3.4 土壤理化性质测定

花生播种前及不同生育期，以“S”形取样法在每个试验地取0～20 cm和20～40 cm土层土样，每个处理3次重复，测定土壤速效氮磷钾、土壤总盐、土壤有机质和土壤pH。土壤pH、有机质、速效氮、速效磷、速效钾和总盐分别用pH计法、重铬酸钾外加热法、碱解扩散法、钼锑抗比色法、火焰光度计法和烘干质量法测定[15]。

1.3.5 数据分析与处理

采用SPSS 16.0和Excel 2016对数据进行处理与分析，处理间比较采用独立样本T检验法。

2 结果与分析

2.1 花生不同生育时期降解膜降解率

南疆栽培花生铺设降解地膜后，第30 d开始出现破损裂解，到第166 d收获期时，降解膜已大部分破损。图1显示，随着花生生育进程，降解膜的破损率(降解率)逐渐增大。其中，6-8月降解率相对较小，介于3.1%～13.6%；到10月收获期降解率达到28.59%最大值。花生生育期内，对照PE膜没有发生降解破损，故图1仅显示降解膜处理破损率。

图1 花生不同生育时期降解膜破损率Fig. 1 Degradation rate of biodegradable mulch film in peanut at different growth stages

2.2 降解膜对土壤温湿度的影响

2.2.1 花生生育期土壤温度变化

降解膜和CK在花生生育期0～30 cm土层的土壤温度变化趋势基本一致，即均随花生生育进程逐渐减小(图2)。总体来看，降解地膜覆盖下的土壤温度略高于CK，降解膜的平均土壤温度较CK高0.35℃。

从膜下5 cm、15 cm和25 cm不同土层来看，两处理的平均土壤温度均随花生生育进程逐渐减小，且均为降解膜略高于CK(图2)。其中，降解膜处理在膜下5 cm、15 cm和25 cm的平均土壤温度分别较CK高0.38℃、0.39℃和0.27℃。

图2 各处理花生生育期不同土层温度变化Fig. 2 The temperature variation in different soil layers of peanut growth period

2.2.2 花生生育期不同土层土壤温度变化

随着土层深度(5 cm、15 cm和25 cm)的增加，花生6-10月生长发育期间，降解膜处理与CK的平均土壤温度均无较大变化，且两处理间平均土壤温度均无显著差异(p>0.05)(图3)。

2.2.3 花生生育期土壤湿度变化

降解膜和CK覆盖下的花生生育期0～30 cm土层平均土壤含水率变化基本一致，降解膜覆盖处理的平均土壤含水率略高于CK(高2.08%)(图4)。

从不同土层看，两处理下，5 cm、15 cm和25 cm土壤平均土壤含水率均随着花生生育进程、变化趋势基本一致(图4)。膜下5 cm和25 cm处的土壤平均含水率，降解膜分别高出CK3.39%和4.74%；而膜下15 cm处则较CK低1.89%。

2.2.4 花生生育期不同土层土壤湿度变化

随土层深度增加，降解膜和CK下的花生平均土壤含水率呈逐渐增大趋势，即花生生育期平均土壤含水率表现为膜下25cm>15cm>5cm(图5)。膜下5 cm和25 cm的平均土壤含水率，降解膜处理显著高于CK(p<0.05)，而膜下15 cm处，降解膜处理显著小于CK(p<0.05)。

2.3 降解膜对土壤容重的影响

表3可得出，花生生育期内(7月6日、10月11日)，降解膜与CK处理在0～20 cm和20～40 cm土层的土壤容重无显著差异(p>0.05)。表明降解膜处理对花生生育期土壤容重无显著影响。

图3各处理花生全生育期不同土层平均温度变化

Fig.3 Theaveragetemperaturevariationofthedifferentsoillayersinthewholegrowthperiodofpeanut

图5各处理花生全生育期不同深度平均土壤含水率变化

Fig.5 Theaveragesoilmoistureratevariationofthedifferentsoillayersinthewholegrowthperiodofpeanut

图4 各处理花生生育期不同土层深度平均土壤含水率变化Fig. 4 The average soil moisture rate variation in different soil layer and growth periods of peanut

土层Soil layer时间Time处理Treatment 容重/(g·cm-3)Bulk density 7月6日 降解膜 Biodegradable mulch film1.31±0.10 a0～20July, 6CK1.31±0.07 a/cm10月11日 降解膜 Biodegradable mulch film1.50±0.16 aOctober, 11CK1.37±0.07 a 7月6日 降解膜 Biodegradable mulch film1.53±0.01 a20～40July, 6CK1.51±0.01 a/cm10月11日 降解膜 Biodegradable mulch film1.57±0.04 aOctober, 11CK1.54±0.05 a

注： ① 平均值±标准差； ② 不同字母表示差异显著(p<0.05)。下同。

Note: ① Mean value ± standard deviation; ② Difference letters indicates significant difference (p<0.05). The same below.

2.4 降解膜对土壤养分等指标的影响

表4可得出，花生生育期内，降解膜与CK处理在0～20 cm和20～40 cm土层的土壤养分(土壤速效氮、速效磷、速效钾)、土壤pH和土壤总盐间均无显著差异(p>0.05)。表明降解膜处理对花生生育期土壤速效养分、盐分、土壤pH等均无显著影响。

2.5 降解膜对花生产量的影响

与CK相比，降解膜处理花生产量略有降低，减产率为1.18%，处理间差异不显著(p>0.05)(表5)。表明与普通PE膜比较，降解膜覆盖对花生产量无显著影响。

表4 不同处理花生0～20 cm和20～40 cm土层土壤养分变化

注：取样时间分别为2017年6月8日(地膜破损时)和10月11日(收获期)。

Note: The sampling time were June 8 (when the film was damaged) and October, 11 (harvest period), respectively.

表5 不同处理花生产量

3 讨 论

降解地膜的降解程度和速度受原材料组份、生产加工工艺、诱导期时间设计等差异而有所不同[16]。选择降解速度和时间合适的降解地膜产品类型是保障作物高产、高效并且降低农田地膜残留污染的重要手段和方法[17]。赵爱琴等[13]表明，覆盖降解地膜20 d后地膜出现裂纹，30～40 d后地膜降解成碎块状且粘在土壤表面；到作物成熟期土壤表面已无明显地膜存在。沈宏等[18]研究表明，诱导期时间短的降解膜，当覆膜26 d时即出现裂解，随后地膜裂解程度逐渐增大，到120 d左右时地膜基本无大块存在。本研究中，覆盖降解膜30 d时膜面出现裂隙，随后地膜膜面韧性强度下降，地膜裂解成大的碎片，当花生生长166 d时，地膜膜面大部分裂解。虽然不同降解地膜的降解强度和速度各有差异，但其降解原理与过程基本类似。

降解膜覆盖因能显著改善农田耕作层土壤的水热状况，所以其保墒、保温效果与普通聚乙烯地膜相近[2，19-23]。申丽霞等[16]研究发现，覆盖降解地膜相比普通聚乙烯地膜土壤温度增高。王星等[22-24]研究表明，降解地膜和普通聚乙烯地膜在土壤保温、保墒和作物增产方面效果基本一致。王鑫等[25]研究显示，玉米生育前期，降解膜有显著的土壤保温、保墒效果。此结论与本试验结果相似，即降解地膜0～30cm平均土温较PE地膜高0.35℃、土壤含水率较PE地膜高2.08%。然而，赵彩霞等[26]研究显示，生物降解地膜较普通聚乙烯地膜平均土温低2～3℃。李荣等[27]研究发现，玉米苗期土壤平均温度生物降解膜较普通膜低0.4℃。这一结论应该与降解地膜材料、厚度以及当地降雨、太阳辐射、作物类型等对土壤和地膜的作用有关[28]。降解地膜降解期适中，能保持较好的水热状况，维持较好的土壤养分环境，满足花生不同生育时期对土壤温度、水分的需要，使作物产量与普通地膜差异不显著，具有广阔的应用前景。

4 结 论

① 降解膜在花生生育期6-8月破损率较小(3%～14%)，到10月显著增大(29%)。

② 花生生育期，降解膜与普通PE地膜的土壤温度和水分变化趋势基本一致。降解膜0～30 cm平均土壤温度较普通PE地膜高0.35℃，其中，5cm、15cm和25cm分别较普通PE地膜高0.38℃、0.39℃和0.27℃，但两处理间的平均土壤温度均无显著差异。降解膜0～30 cm平均土壤含水率较普通PE地膜高2.08%，其中，5 cm和25 cm分别较普通PE地膜高3.39%和4.74%(p<0.05)，而膜下15 cm的低1.89%(p<0.05)。

③ 与普通PE地膜比较，降解膜对花生不同生育期(7月和10月)和不同土层(0～20 cm和20～40 cm)的土壤容重无显著影响。

④ 与普通PE地膜对比，降解膜对花生不同生育期(6月和10月)、不同土层(0～20cm和20～40cm)的土壤速效氮磷钾养分、盐分及土壤pH均无显著影响。降解膜对花生产量也无显著影响。