生物降解渗水地膜在谷子上的应用效果研究

李星星 袁宏安 韩 芳 贾润成

（延安市农业科学研究所，陕西延安 716000）

生物降解渗水地膜是以全生物材料制成的一种可降解地膜，可有效减少农田白色污染，改善农田环境。生物降解渗水地膜膜上有微孔，能有效利用无效降雨，提高雨水利用率，增加作物产量。目前，全生物降解地膜在马铃薯、玉米、谷子以及蔬菜[1]等作物上的应用已有相关研究。已有研究表明，生物降解渗水地膜能显著提高马铃薯田土壤温度，促进植物生长发育，较不覆膜处理增产5 668.5 kg/hm2，有利于提高马铃薯的商品薯产量[2]。生物降解地膜能有效调控土壤水分含量和温度，促进玉米根系生长发育，缩短玉米生育进程[3-4]。在冬播谷子上的研究发现，生物降解渗水地膜可以使谷子安全越冬且出苗率高，同时使谷子生育期提前、产量提高[5]。由于区域气候条件和作物种类不同，生物降解渗水地膜的降解程度、保温保墒特性以及对农作物的生长和产量影响也存在差异[6]。延安市属于黄土高原沟壑区，是典型的干旱半干旱地区，雨水不足成为当地农业发展的主要限制因素，如何提高现有农田水资源的利用率以及提高无效降雨的利用率，是该地区农业发展亟须解决的问题。因此，本研究以延安地区典型农作物谷子为研究对象，探究生物降解渗水地膜在该作物上的适用性，以期为延安地区谷子的产业发展和全生物地膜的推广应用提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2021年5—10月在延安市安塞区沿河湾镇现代农业科技试验基地进行。该地属中温带大陆性半干旱季风气候，年均无霜期160 d、气温9.1℃、降水量为506.6 mm。试验地基础养分为碱解氮36.5 mg/kg，有效磷 6.21 mg/kg，速效钾 136.7 mg/kg，有机质11.78 g/kg，pH值7.9。该地块前茬作物为大豆，春季深松耕耙后，播种时开沟一次性施入复合有机肥1 500 kg/hm2。

1.2 供试材料

供试谷子品种为长生13；供试地膜为普通聚乙烯地膜、生物降解渗水地膜（幅宽1 300 mm、厚度0.007 mm，由山西省微通渗水地膜公司提供）；供试肥料为海德曼复合肥料（总养分≥40.0%，N∶P2O5∶K2O=22∶8∶10）。

1.3 试验设计

试验共设置4个处理，分别为露地穴播[行距为30 cm、穴距为20 cm，共10行，小区面积为54 m2（18 m×3 m）]、露地条播[行距 30 cm、株距 10 cm，共10 行，小区面积为 54 m2（18 m×3 m）]、普通地膜[膜上行距30 cm、膜间距40 cm、穴距20 cm，共4膜，小区面积为 86.4 m2（18.0 m×4.8 m）]、生物降解渗水地膜[膜上行距40 cm、膜间距30 cm、穴距20 cm，共4膜，小区面积为 86.4 m2（18.0 m×4.8 m）]。

1.4 测定指标及方法

1.4.1 生育期调查。记载各处理谷子出苗、拔节、抽穗、开花、成熟日期，观察其农艺性状。

1.4.2 农艺性状测定。于谷子成熟期，均匀选取各处理谷子3株，分别测定株高、茎粗、叶片、茎秆、穗鲜重，并于105℃烘干后测定其干物质重。

1.4.3 光合特性及叶绿素含量（SPAD值）测定。于谷子灌浆期，均匀选取各处理谷子3株，在谷子倒数第2片叶子上测定光合速率、叶绿素含量（SPAD值）等光合指标。

1.4.4 产量测定。待谷穗变黄蜡熟后，全部收割，测定产量、单穗重、穗粒重以及千粒重。

1.5 数据处理

采用Excel 2010进行数据录入整理、作图，采用SPSS 25.0进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对谷子生育期的影响

由表1可知，露地条播和露地穴播处理对谷子生育期无影响，生物降解渗水地膜、普通地膜处理都不同程度提前了谷子各生育期。与露地播种处理相比，生物降解渗水地膜处理谷子出苗期、拔节期、抽穗期均提前了3 d，灌浆期提前5 d，蜡熟期与露地播种处理相同，都在10月15日；与普通地膜处理相比，生物降解渗水地膜处理出苗期晚1 d，抽穗期晚3 d，而蜡熟期则提前5 d。结合2021年天气情况，不同地膜处理对谷子生育期的影响不明显，受极端天气影响，谷子抽穗期、灌浆期较往年延长，整体生育期推后。

表1 不同处理谷子生育期

2.2 不同处理对谷子光合特性的影响

由表2可知，不同处理对谷子的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间CO2浓度和水分利用效率都会产生影响，且变化明显。与露地条播、露地穴播处理相比，生物降解渗水地膜、普通地膜处理谷子叶片净光合速率、蒸腾速率、气孔导度都有不同程度增加，其中生物降解渗水地膜处理较露地播种处理的净光合速率和蒸腾速率分别平均增加86.53%、77.69%，差异显著。普通地膜处理各光合指标较露地播种处理也显著增加，表明覆膜能有效增强谷子叶片的光合作用，有利于作物干物质的积累。生物降解渗水地膜处理和普通地膜处理的气孔导度、水分利用效率较露地处理均增加，但差异未达到显著水平。胞间CO2浓度的变化规律与上述不同，与露地播种处理相比，生物降解渗水地膜处理和普通地膜处理均有显著下降，表明覆膜能显著提高谷子叶片吸收CO2的能力。在上述指标中，露地条播处理和露地穴播处理无明显差异，除胞间CO2浓度外，其他指标生物降解渗水地膜处理较普通地膜处理均有所增加。可见，露地条播和露地穴播对谷子光合特性无明显影响，而生物降解渗水地膜处理要优于普通地膜处理。

表2 不同处理谷子叶片光合特性

2.3 不同处理对谷子叶绿素含量（SPAD值）的影响

不同处理对谷子叶片SPAD值的影响也不相同。由图1可知，SPAD值表现为生物降解渗水地膜＞普通地膜＞露地穴播＞露地条播。生物降解渗水地膜处理SPAD值达到56.0，较普通地膜、露地穴播、露地条播处理分别增加15.23%、14.29%、8.53%，且与露地条播、露地穴播处理差异显著；普通地膜处理较露地条播、露地穴播处理分别增加6.17%、5.31%，但差异不显著。可见，覆膜能在一定程度上增加谷子叶片的叶绿素含量，增强光合作用，特别是生物降解渗水地膜作用更为明显。

2.4 不同处理对谷子农艺性状的影响

由表3可知，生物降解渗水地膜和普通地膜处理谷子的株高、茎粗、穗长、穗粗、叶片干重、茎秆干重均显著大于露地条播、露地穴播处理。与普通地膜处理相比，生物降解渗水地膜处理茎粗、穗长、穗粗、叶片干重、茎秆干重较普通地膜处理分别增加9.90%、8.96%、5.76%、34.49%、31.08%， 且除穗粗外均达到显著性差异。露地穴播处理与露地条播处理相比，除穗长外，上述指标均有降低，其中叶片干重降低0.95 g/株，且差异显著。综上可知，谷子覆膜栽培能显著增强植株长势和增加干物质量，特别是生物降解渗水地膜较普通地膜增加显著。此外，穴播由于是簇生状态，影响了谷子的生长和干物质积累，农艺性状较条播谷子差。

表3 不同处理谷子成熟期农艺性状

2.5 不同处理对谷子产量的影响

由表4可知，不同处理对谷子产量及其构成因素的影响存在一定差异，以生物降解渗水地膜处理谷子产量、穗重、穗粒重最大，普通地膜处理次之。生物降解渗水地膜处理穗重较露地条播、露地穴播分别增加11.25%、15.75%，穗粒重分别增加8.77%、13.36%，产量分别增加86.57%、32.64%；但千粒重仅有2.52 g，较其他处理显著降低。可见，生物降解渗水地膜处理能有效增加谷子产量，但会降低谷子千粒重。普通地膜处理产量较露地条播、露地穴播处理显著增加，分别增产71.46%、21.90%，穗重、穗粒重与露地处理差异并不明显。生物降解渗水地膜处理产量、穗重、穗粒重均大于普通地膜处理，其中产量增加314.72 kg/hm2，增幅8.81%；露地条播处理穗重、穗粒重、千粒重等均大于露地穴播处理，但产量却低于露地穴播处理。分析发现，露地穴播产量增加的原因主要是单位面积穗数增加。

表4 不同处理谷子产量

3 结论与讨论

光合作用是作物干物质积累的重要途径，也是决定产量的重要因素。本研究中使用生物降解渗水地膜覆盖栽培谷子显著增加了谷子叶片的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间CO2浓度等光合参数，这与前人研究结果一致[7-8]。光合作用的强弱与植株长势密切相关，而覆膜能提高土壤水分含量和温度[9]，提高土壤微生物的活性[10]，促进土壤速效养分的转化，进一步改善土壤理化性质[11]，促进作物生长，进而提高作物产量，缩短作物生育期。受2021年极端天气影响，谷子孕穗期遭遇数日干旱，致使谷子难以抽穗，生长势弱，生育期延缓；生育后期又遭遇连续降雨，进一步导致谷子生育期延缓、贪青晚熟，籽粒灌浆不充分，在一定程度上影响了谷子产量。特别是极度干旱严重影响了传统种植模式（露地条播）谷子生长发育，造成大幅度减产。覆膜种植，尤其是生物降解渗水地膜覆盖栽培，谷子产量达3 885.69 kg/hm2，表明生物降解渗水地膜的抗旱稳产效果明显。

本试验结果表明，生物降解渗水地膜覆盖种植能使谷子提前出苗，与露地种植相比谷子出苗提前3 d，各生育时期均提前，谷子孕穗期光合特性、叶片SPAD值均显著增加，其中叶片SPAD值较露地条播、露地穴播分别增加14.29%、8.53%；成熟期谷子产量达3 885.69 kg/hm2，较露地条播、露地穴播处理分别增加86.57%、32.64%，穗重、穗粒重增加显著。与普通地膜处理相比，生物降解渗水地膜处理谷子出苗晚1 d。在抽穗开花以后，生物降解渗水地膜处理长势优于普通地膜处理，光合特性、SPAD值均大于普通地膜处理，茎粗、穗长、叶片干重、茎秆干重等指标增加显著；产量较普通地膜处理增加314.72 kg/hm2；穗重、穗粒重均大于普通地膜处理，但千粒重较小。因此，在今后的谷子种植中，可结合生产条件、机械化程度优先使用生物降解渗水地膜覆盖种植模式。