旱作区不同降解地膜对马铃薯产量及降解的影响

梁伟琴，郭黎明，李继明

（甘肃省定西市安定区农业技术推广服务中心，甘肃 定西 743000）

安定区位于甘肃省中部，干旱少雨、十年九旱是该地典型的气候特征[1]。马铃薯是当地的主栽作物，播种面积在6.7 万hm2以上[2]，其中黑色地膜覆盖面积有5.3 万hm2，使用地膜6 400 多t，地膜覆盖栽培技术实现了马铃薯的稳产高产，为农民脱贫致富和粮食安全做出了极大贡献[3]，但是现有地膜不可降解性、回收利用率低等问题也造成了环境污染[4]。因此，解决残膜污染土壤问题已成为地膜覆盖栽培技术的当务之急。生物降解地膜最早产生于1973 年，由于受降解时间影响因素多，破裂时间和降解可控性差，机械强度不够，铺膜易断裂，增温保墒性能差，难以满足不同气候条件和作物的生长需要，成本较高等影响，推广应用缓慢，但从发展趋势看来，发展完全生物降解地膜能有效解决残膜的环境污染问题[5]。安定区马铃薯生产中黑色地膜除一部分回收利用外，其余堆放在田间地头或以碎片留存在土壤中。这样，随着连年使用，地膜污染问题日益凸显，如何实现既发挥地膜的抗旱保墒增产功能，又不造成环境污染[6]就显得尤为重要。为此，开展了降解地膜在马铃薯生产上的应用试验，为旱作农业可持续发展提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验设在香泉镇香泉村，试验地海拔2 100 m，年平均降雨量400 mm，年平均气温6.3 ℃，≧10 ℃有效积温2 239.1 ℃，土壤类型为黑垆土，前茬为马铃薯，肥力中等，地力均匀，秋季深耕整地时施用农家肥（鸡粪）6 000 kg/hm2，春季播种时施用撒可富马铃薯配方专用肥（N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15）1 200 kg/hm2，尿素（N 46%）150 kg/hm2，钙镁磷肥（P2O514%～18%、MgO 10%～15%、CaO 25%～30%、Si0240%）150 kg/hm2。

1.2 试验材料

参试马铃薯品种‘青薯9号’（甘肃百泉种业有限公司）。普通聚乙烯黑色地膜，厚0.012 cm（甘肃宏鑫农业科技有限公司）。全生物黑色降解地膜6号、7 号、8 号、9 号和11 号（兰州鑫银环橡塑制品有限公司）。

1.3 试验方法

采用随机区组设计，设6个处理，3次重复。分别为：（1）降解地膜6号；（2）降解地膜7号；（3）降解地膜8号；（4）降解地膜9号；（5）降解地膜11号；（6）黑色全膜覆盖（对照），小区面积60 m2（长10 m×宽6 m），各处理采用全膜双垄侧播方式覆膜播种，播种密度60 000株/hm2。试验于2017年4月22日播种，10月15日收获。其他田间管理措施同大田。

1.4 数据处理

1.4.1 生育期和形态指标观测

主要生育时期情况：每一小区选1个点，3次重复，每个点定位30 株，进行定位观测。当30 株的10%进入某一发育阶段时，即为该生育期的始期，当50%进入某一发育阶段时，即为进入该生育期[7]。采用以上的定位株，在马铃薯生长的各个生育时期进行株高和干物质积累量（包括块茎）的测定[8]。

1.4.2 土壤温度测定

在出苗期、开花初期、淀粉积累期、收获期，每一小区分10，20和30 cm共3个土层使用直角地温计分别测定。出苗期将地温计埋入种植带2 行间，全生育期均在固定地方读取地温。各生育期地温测定均选在干燥晴天进行[9]。

1.4.3 土壤水分测定

在出苗期、开花初期、淀粉积累期、收获期，各小区分0～10，10～20和20～30 cm共3个土层分别取土样，取样位置均在种植带2行间，用烘干法测定土壤含水量[10]。

土壤含水量（%）=（土壤鲜质量-土壤干质量）/土壤干质量×100

1.4.4 降解膜降解测定内容

通过定期的肉眼观测，记录地膜颜色、形态以及表面完整情况的变化。分为诱导阶段、破裂阶段、崩解阶段、完全崩解和完全降解阶段5 个阶段。第一阶段：诱导期，即开始铺膜到出现小裂缝的时间（小裂缝的标准为小于1 cm的裂缝）；第二阶段：破裂期，即肉眼清楚看到大裂缝的时间（大裂缝为大于3 cm的裂缝）；第三阶段：崩解期，即地膜已经裂解成大碎块，没有完整的膜面（出现大于5 cm的裂缝，或者有的裂口合并出现碎块）；第四阶段：完全崩解期，地面无大块残膜存在，仍有小碎片：第五阶段：完全降解期，地膜在地表基本消失[11]。观测时，每一小区定位10个观测点，如果有5个都出现了该阶段的特征时，即可认为是达到了该阶段。

1.4.5 裂口大小测定

在马铃薯收获期，每一处理随机选择一个小区，按0～5，5～10，10～20，20～30 和30 cm 以上标准用直尺测量裂口大小和数量，统计裂口总长度[12]。

1.4.6 块茎生长状况

每一小区随机抽取10株观察块茎性状特征、块茎数目和单株块茎重[13]。

收获时各小区单收计产。并按大小分级，50 g以下为中小薯，50 g以上为大薯，大薯所占的重量百分比为大薯率[14]。

1.4.7 块茎品质测定

马铃薯块茎品质检验由甘肃省农业科学院农业测试中心检测。

1.5 数据处理

数据采用Excel 2003和统计分析软件（SAS 9.4）进行统计和方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对马铃薯物候期的影响

由表1可以看出，各处理对马铃薯的生育时期无影响，各处理的马铃薯生育期基本一致。

2.2 不同处理对土壤含水量变化的影响

从表2可看出，在马铃薯生长不同时期，采用不同降解膜覆盖栽培土壤0～30 cm耕层含水量有明显差异。在出苗期，以降解膜9号处理为最高，平均是12.4%，较黑色全膜覆盖（CK）处理低0.3个百分点；其次是降解膜6号处理，平均为11.9%，较黑色全膜覆盖（CK）处理低0.8个百分点；最低是降解膜11号处理，平均为10.7%，较黑色全膜覆盖（CK）处理低2.0个百分点。在开花初期，以降解膜9号处理为最高，平均是11.8%，较黑色全膜覆盖（CK）处理低0.1 个百分点；其次是降解膜6 号处理，平均为10.7%，较黑色全膜覆盖（CK）处理低1.2个百分点；最低是降解膜11号处理，平均为10.0%，较黑色全膜覆盖（CK）处理低1.9 个百分点。在淀粉积累期，以降解膜9号处理为最高，平均是11.3%，较黑色全膜覆盖（CK）处理低0.2个百分点；其次是降解膜6号处理，平均为11.2%，较黑色全膜覆盖（CK）处理低0.3 个百分点；最低是降解膜11 号处理，平均为10.4%，较黑色全膜覆盖（CK）处理低1.1个百分点。在收获期，以降解膜9 号处理为最高，平均是10.6%，较黑色全膜覆盖（CK）处理低0.5个百分点；其次是降解膜6号和8号处理，均为10.5%，较黑色全膜覆盖（CK）处理低0.6个百分点；最低是降解膜11号处理，平均为9.2%，较黑色全膜覆盖（CK）处理低1.9个百分点。

表1 不同处理对马铃薯物候期的影响Table 1 Effects of different treatments on potato phenology

表2 不同处理对土壤含水量变化的影响（%）Table 2 Effects of different treatments on soil moisture

2.3 不同处理对土壤温度变化的影响

从表3可看出，各处理的保温增温均不如黑色全膜覆盖（CK）处理的效果好。在出苗期，以降解膜9号处理为最高，平均是17.6 ℃，较黑色全膜覆盖（CK）处理低0.1 ℃，其次是降解膜8号处理，平均为17.4 ℃，较黑色全膜覆盖（CK）处理低0.3 ℃，最低是降解膜7号处理，平均为16.8 ℃，较黑色全膜覆盖（CK）处理低0.9 ℃。在开花初期，以降解膜9号处理为最高，平均是22.4 ℃，较黑色全膜覆盖（CK）处理低0.7 ℃，其次是降解膜6 号处理，平均为21.9 ℃，较黑色全膜覆盖（CK）处理低1.2 ℃，最低是降解膜11号处理，平均为20.1 ℃，较黑色全膜覆盖（CK）处理低3.0 ℃。在淀粉积累期，以降解膜9号处理为最高，平均是23.3 ℃，较黑色全膜覆盖（CK）处理低0.8 ℃，其次是降解膜6 号处理，平均为22.2 ℃，较黑色全膜覆盖（CK）处理低1.9 ℃，最低是降解膜11号处理，平均为20.9 ℃，较黑色全膜覆盖（CK）处理低3.2 ℃。在收获期，以降解膜9号处理为最高，平均是20.3 ℃，较黑色全膜覆盖（CK）处理低0.5 ℃，其次是降解膜8号处理，平均为18.2 ℃，较黑色全膜覆盖（CK）处理低2.6 ℃，最低是降解膜11 号处理，平均为17.1 ℃，较黑色全膜覆盖（CK）处理低3.7 ℃。

表3 不同处理对土壤温度的影响（℃）Table 3 Effects of different treatments on soil temperature

2.4 不同处理的地膜裂解时期

从表4可看出，各处理都出现了不同程度的降解，但各处理的降解都没有达到完全崩解期和完全降解期，在田间裂解成大的碎块和出现大的裂缝。以降解膜11号处理裂解时间最早，诱导期是7月2日，破裂期是7月28日，崩解期是8月6日；其次是降解膜7号处理，诱导期是7月7日，破裂期是8月5日，崩解期是8月13日；第三是降解膜8号，诱导期是7月10日，破裂期是8月9日，崩解期是8月16日；第四是降解膜6号，诱导期是7月13日，破裂期是8月12日，崩解期是8月22日；第五是降解膜9号，诱导期是7月15日，破裂期是8月17日，崩解期是8月28日。

2.5 不同处理的地膜裂解程度

从表5可看出，各处理0～5 cm裂口大小最多的是降解膜11 号处理，为186 cm；其次是降解膜7号处理，为172 cm；最低的是降解膜9号处理，为83 cm。5～10 cm 裂口大小最多的是降解膜11 号处理，为102 cm；其次是降解膜7号处理，为93 cm；最低的是降解膜9号处理，为57 cm。10～20 cm裂口大小最多的是降解膜11 号处理，为83 cm；其次是降解膜7 号处理，为82 cm；最低的是降解膜6 号处理，为53 cm。20～30 cm裂口大小最多的是降解膜11号处理，为91 cm；其次是降解膜7号处理，为

76 cm；最低的是降解膜9号处理，为25 cm。30 cm以上裂口大小最多的是降解膜11号处理，为75 cm；其次是降解膜7号处理，为65 cm；最低的是降解膜9号和降解膜6号处理，为32 cm。各处理以降解膜11号处理裂口总长度最多，是537 cm；其次是降解膜7号处理，是488 cm；最低的是降解膜9号处理，是259 cm。由各处理0～5 cm裂口大小最多，表明其碎裂和降解程度最好。

表4 不同处理的地膜裂解时期Table 4 Plastic film cracking stages of different treatments

表5 不同处理的地膜裂解程度Table 5 Film cracking grades of different treatments

2.6 不同处理对马铃薯经济性状的影响

从表6可以看出，各处理对马铃薯经济性状的影响均不如黑色全膜覆盖（CK）处理。株高以降解膜9号处理为最高，是86.5 cm，较黑色全膜覆盖（CK）处理低1.6 cm；其次是降解膜6号处理，较黑色全膜覆盖（CK）处理低6.5 cm；最低是降解膜8号处理，较黑色全膜覆盖（CK）处理低13.8 cm。单株块茎重以降解膜9号处理为最重，是0.77 kg/株，较黑色全膜覆盖（CK）处理低0.05 kg/株；其次是降解膜6 号处理，是0.73 kg/株，较黑色全膜覆盖（CK）处理低0.09 kg/株；最低是降解膜11号处理，是0.62 kg/株，较黑色全膜覆盖（CK）处理低0.20 kg/株。单薯重以降解膜9号处理为最重，是98.7 g，较黑色全膜覆盖（CK）处理低2.5 g；其次是降解膜8号处理，是98.6 g，较黑色全膜覆盖（CK）处理低2.6 g；最低是降解膜11 号处理，是92.5 g，较黑色全膜覆盖（CK）处理低8.7 g。大薯率以降解膜9号处理为最高，是67.53%，较黑色全膜覆盖（CK）处理低1.98个百分点；其次是降解膜6号处理，是64.38%，较黑色全膜覆盖（CK）处理低5.13个百分点；最低是降解膜11号处理，是53.23%，较黑色全膜覆盖（CK）处理低16.28个百分点。

2.7 不同处理对马铃薯产量的影响

由表7可看出，各处理马铃薯产量均不如黑色全膜覆盖（CK）处理。以降解膜9号处理的产量为最高，是36 261 kg/hm2，较黑色全膜覆盖（CK）处理减产4 078 kg/hm2，减产率为10.11%；其次是降解膜6号处理，产量是34 128 kg/hm2，较黑色全膜覆盖（CK）处理减产6 211 kg/hm2，减产率为15.40%；最低是降解膜11号处理，产量是27 756 kg/hm2，较黑色全膜覆盖（CK）处理减产12 583 kg/hm2，减产率为31.19%。经对小区产量结果进行方差分析知，F=12.79 ＞F0.01,5,10=5.64，各处理间差异极显著。

表6 不同处理对马铃薯经济性状的影响Table 6 Effects of different treatments on potato economic traits

表7 不同处理对马铃薯产量的影响Table 7 Effects of different treatments on potato yield

表8 不同处理对马铃薯各个生育期干物质积累量影响Table 8 Effects of different treatments on dry matter accumulation at each growth stage of potato

2.8 不同处理对马铃薯各个生育期干物质积累量影响

从表8可看出，在幼苗期，马铃薯干物质积累量以降解膜9号处理为最高，是16.2g/株，与黑色全膜覆盖（CK）处理相等；在块茎形成期，马铃薯干物质积累量以降解膜9号处理为最高，是62.7g/株，较黑色全膜覆盖（CK）处理低2.6g/株；在块茎膨大期，马铃薯干物质积累量以降解膜9号处理为最高，是131.7 g/株，较黑色全膜覆盖（CK）处理低4.6g/株；在淀粉积累期，马铃薯干物质积累量以降解膜9号处理为最高，是268.5g/株，较黑色全膜覆盖（CK）处理低10.8 g/株；在成熟期，马铃薯干物质积累量以降解膜9号处理为最高，是226.5g/株，较黑色全膜覆盖（CK）处理低11.3g/株。

3 讨 论

降解地膜是为适应社会对于环境保护的需要而产生的一种新型地膜，是今后中国地膜产业的发展趋势，也是发展可持续性农业的必要前提[15]。安定区的农业生产以旱作农业为主，地膜的保墒、增温、增产等作用为安定区的旱作农业发展做出了积极贡献，但其负面作用也随着连年使用更加明显，普通聚乙烯地膜不易降解、回收难，造成了耕地污染和农村环境污染[16]。近几年来，许多地膜生产厂家相继生产了各类降解地膜，如光降解、全生物降解地膜、双降解等，从工艺性状、气候条件等各方面进行了大量的试验研究[17]，安定区也从山东、兰州等不同厂家引进试验了不同降解膜的降解性能和对马铃薯的增产效果，探索旱作农业可持续发展途径。该试验引进由兰州鑫银环橡塑制品有限公司生产的全生物黑色降解地膜6号、7号、8号、9号、11号5种降解地膜，以普通黑色地膜为对照，研究降解地膜的降解特点和对马铃薯产量的影响。结果表明，各降解膜处理的保温保墒效果，干物质积累量，产量均不如黑色全膜覆盖（CK），也没有完全降解，只达到崩解期，降解效果差，而且降解后，碎裂成小的碎片，更不利于回收。陈小花[18]研究了不同降解膜对马铃薯生长特性及产量的影响，降解膜存在不完全降解或提前降解的问题。这些研究结果与该试验研究结果基本一致。因此，在安定区，应继续开展对降解膜的降解机理和对马铃薯增产效果试验研究，减少地膜污染，实现旱作农业可持续发展。