氧化-生物双降解膜对土壤水热变化及烟株生长的影响

王毅　刘志刚　刘永新　管恩森　刘春菊　商鲁玥　王炳新　王光波　娄栋　崔志军

摘要：為减轻烟田地膜覆盖产生的白色污染，通过田间对比试验探讨氧化-生物双降解地膜替代常规地膜的可行性。试验设置常规地膜不揭膜（CK0）、适时揭膜（CK1）、降解速度不同的氧化-生物降解膜 A （T1）、 B （T2）、 C （T3）共5个处理，研究了降解膜的降解状况、膜下土壤水热变化、烤烟生长发育状况以及经济效益。结果表明，所有降解膜在烟株生育期内均全部降解， T3处理降解膜在烟株移栽后22 d 和39 d 进入开裂期和大裂解期，较 T1、T2处理开裂时间晚，开裂程度低，移栽后0～35 d，膜下土壤温度、含水量高于 T1、T2处理，增温保墒效果接近于 CK0；在移栽35 d 以后，与 CK1相比，仍具有一定的保温效果；烟株长势以及经济效益均优于 T1、T2，与 CK0和 CK1等同。综上，团棵期前开裂程度低、烟株生育期内能够全部降解的氧化-生物降解膜 C 替代常规地膜具有可行性。

关键词：双降解地膜；降解特性;土壤温湿度；烤烟生长发育

中图分类号： S572.01           文献标识码： A           文章编号：1007-5119（2023）01-0024-08

Effect of Uncovering and Applying Degradable Film on Soil Hydrothermal Changes and Flue-cured Tobacco Growth

WANG Yi1， LIU Zhigang1， LIU Yongxin2， GUAN Ensen1， LIU Chunju1， SHANG Luyue1， WANG Bingxin1，WANG Guangbo1， LOU Dong1， CUI Zhijun1*

（1. Shandong Weifang Tobacco Co.， Ltd.， Weifang， Shandong 262200， China;2. China Tobacco Shandong Industrial Company，Limited， Jinan， 250014， China）

Abstract： In order to mitigate the white pollution caused by film cover in tobacco fields， a field plot experiment was conducted in 2018 to explore the feasibility of replacing conventional plastic film with oxo-biodegradation plastic film. Five treatments including conventional plastic film （CK0）， timely uncovering treatments （CK1）， oxo-biodegradable films A （T1）， oxo-biodegradable films B （T2）， oxo-biodegradable films C （T3） were set to investigate the effects of different mulching treatments （0-10 cm soil layer and 10-20 cm soil layer） on soil moisture， soil temperature， growth and development of flue-cured tobacco and its economic benefits. The results showed that all the degraded films were degraded during the tobacco growing period， and the degraded films of the T3 treatment entered the cracking and large cracking period 22 d and 39 d after transplanting， with later cracking time and lower cracking degree than those of the T1 and T2 treatments.0-35 d after transplanting， the soil temperature and water content under the degradation film of the T3 treatment were higher than those of the T1 and T2 treatments， and the effect of temperature and moisture conservation was close to that of the CK0.35 days after transplantation， the degraded film of the T3 treatment  still had  some insulation effect compared with CK1.Tobacco plant growth in different periods and economic benefits under the T3 treatment was better than that of the T1 and T2 treatments， and was similar to those under CK0 and CK1. Therefore， it is feasible to replace conventional mulch with degradable mulch that has a low degree of cracking before tobacco rosette stage leaves and can be fully degraded during the tobacco growing period.

Keywords： double degradable plastic film; degradable characteristics; soil temperature and humidity; growth and development of flue cured tobacco

地膜覆盖具有保温、保墒以及减少水土流失等多重功效[1]，非常有利于粮食作物和经济作物的增产增收[2-4]。在烤烟上的研究表明，地膜覆盖能够促苗早发，改善烟田供水，有效减轻烟田的病、虫、草害[5-7]。作为烤烟生产过程的必备生产资料，常规烟田地膜用量高达80 kg/hm2[7]。普通聚乙烯地膜难以降解，因其残留部分在土壤中逐年堆积引发的“白色污染”备受关注[8]。普通聚乙烯地膜对烟田生态的影响具体表现在：一是土壤耕层积累的残留地膜影响土壤团粒结构，造成土壤板结，通透性变差[9]；二是土壤环境恶化，阻碍烟株根系的下扎、土壤水分及养分的吸收，影响烤烟正常的生长发育，甚至造成烟叶减产[7]。揭膜培土费工费时，时机不当，还会降低烟草经济效益[10]。

针对以上科学问题，应用并推广可降解地膜替代普通地膜十分必要[11]。可降解膜是在一定时间范围内能够完全降解的地膜，适宜的降解膜能够在保证作物产量的基础上，减轻残膜引起的“白色污染”[12-13]。谷晓博等[14]的研究结果表明，在油菜播种后150 d 内，降解膜对油菜土壤的增温保墒效应等同于普通地膜，且能明显降低油菜的芥酸和硫苷含量。白有帅等[15]在旱作区春小麦田研究发现，覆盖降解膜具有明显的增温保墒效果，对0～25 cm 土层土壤温度、土壤含水量的影响等同于常规地膜。

氧化-生物双降解地膜是一种添加剂型降解地膜，能够借助光、生物、氧化降解等多方面协同效应，实现降解的目标，以降低“白色污染”。此外，相比其他降解膜，氧化-生物双降解膜还具有工艺简单、成本低廉、降解速度可控等优势[16-17]，在粮食作物、经济作物生产领域应用前景广阔[18]。孙仕军等[19]在东北雨养春玉米田的研究发现，覆盖氧化生物双降解膜能改善玉米穗长、穗粗、行粒数和百粒重等指标，提高玉米产量。研究表明，适宜的降解膜处理对烤烟生长发育及烟叶品质的影响等同于常规地膜[20]。土壤水热条件与土壤理化特性[21]、微生物群落结构组成[22]等密切相关，也是影响烟株生长发育的关键因素[23]，目前，关于氧化-生物双降解膜对烟田土壤水热变化的研究报道较少。

本研究针对不同降解速度的氧化-生物双降解地膜开展田间地膜覆盖试验，明确降解膜对烟田土壤水分、温度、烤烟生长发育的影响，以期为降解地膜的推广应用提供理论依据和技术支撑。

1材料与方法

1.1试验地点

试验于2018年在山东潍坊烟草有限公司诸城试验站试验田进行，试验区地处鲁东丘陵区，温带季风气候，年均日照时数2578.4h，年均气温12.3 C，年降雨量773 mm ，无霜期232 d，土壤类型为壤质潮褐土。耕层土壤（0～20 cm ） pH 6.89，有机质12.3 g/kg，堿解氮53.8 mg/kg，有效磷23.6 mg/kg，速效钾116.8 mg/kg，土壤容重1.19 g/cm3，田间持水量9.67%。

1.2供试材料及试验设计

试验用氧化-生物降解地膜（主要成分是聚乙烯和生态降解母料 EBP-1703）、聚乙烯地膜（polyethylene，常规地膜）均由山东天壮环保科技有限公司生产，地膜的规格为900 mm×0.006 mm。氧化-生物降解地膜依生态降解母料 EBP 含量高低分为 A 、B 、C 三种，设计降解速度由 A 到 C 依次降低。

试验采用随机区组设计，每个处理设置3次重复，试验处理设置如下：

CK0：聚乙烯地膜，不揭膜；

CK1：聚乙烯地膜，适时揭膜（揭膜时间为6月22日，移栽后35 d）；

T1：氧化-生物降解地膜 A；

T2：氧化-生物降解地膜 B；

T3：氧化-生物降解地膜 C；

试验小区面积72 m2（长15 m ，行距1.2 m ，4行区）。各处理施肥量完全一致。烟株起垄前，将发酵大豆（N 3%，P2O51%，K2O 1%）、烟草专用复合肥（N 15%，P2O515%，K2O 15%）、硫酸钾（K2O，50%）、磷酸二铵（N 18%，P2O546%）4种肥料，按照540、225、255和52.5 kg/hm2用量混合均匀后，起垄时施入烟田，45.0 kg/hm2硝酸钾（N 13.5%， K2O 44.5%）在烤烟移栽后作追肥施入烟田。试验种植的烤烟品种为中烟100。其他栽培和管理措施参照当地种植习惯。起垄后10 d 铺设地膜（4月20日），5月17日移栽。

1.3调查指标及方法

1.3.1降解膜降解状况调查烟株移栽后，在每个小区内固定3个观测点，每隔3 d 采用目测法观察生物-氧化降解地膜的降解状况。参考严昌荣等[24]的调查标准及方法，记录地膜诱导期（地膜表面裂缝直径≤2 cm）、开裂期（地膜表面裂缝直径为2～20 cm ）、大裂期（地膜表面裂缝直径>20 cm ）、碎裂期（畦面地膜碎裂，可收集的最大地膜残片面积≤16 cm2）和无膜期（地膜全部降解，无肉眼可见地膜）时间。

1.3.2烤烟农艺性状及经济性状调查分别于移栽后45 d 和75 d 调查各处理烟株农艺性状[25]；于烤烟病害高发期，调查各处理烟株发病情况，计算发病率及病情指数[26]。待烟叶烘烤结束后，统计烟叶产量、产值、上等烟和上中等烟比例和均价。

1.3.3土壤温度、体积含水量调查从移栽当日起，每隔7 d，用曲管地温计于上午9时和下午15时分别测量10 cm 和20 cm 土层的地温，同日采用水分速测仪（TRIME-PICO，北京澳作生态仪器有限公司）测定膜下土壤体积含水量，直至采烤结束。土壤体积含水量的测定如遇降雨，则提前1 d 或者延后3 d 调查。

1.4数据处理

基于 Excel 2013进行数据统计并绘图；使用 IBM Statistics SPSS 23.0软件进行单因素方差分析（One-way ANOVA ，LSD 法进行显著性检验）。

2结果

2.1不同氧化-生物降解膜降解速度

如表1可知，3种降解地膜降解速度存在较大差异，表现为降解膜 A>降解膜 B>降解膜 C。降解膜A、降解膜B、降解膜C 分别于移栽后14和25 d ，17和27 d ，22和39 d 进入开裂期和大裂解期，分别于移栽后49、71和74 d 进入无膜期。

2.2不同降解膜处理膜下土壤温度变化情况

图1（a， b， c， d）揭示了大田期不同时间段不同土层土壤温度变化规律。整体来看，随生育期推移，各处理不同土层膜下温度呈规律的波浪形变化，且变化趋势较为一致。移栽后21 d，各处理膜下温度达到最高，随后下降，移栽后42 d，膜下温度最低，随后升高。

图1a、c 分别揭示了上午9时10 cm 和20 cm 土层土壤温度的变化规律。在10 cm 土层，移栽后0～35 d，各降解膜处理膜下温度以 T3处理最高， T1处理最低。与 CK0相比， T1处理膜下温度显著下降，平均降幅为5.9%，T3处理膜下温度差异不显著。移栽后42～56 d ，T3处理膜下温度高于 T1和 T2处理。与 CK1（适时揭膜）相比，T3处理膜下温度显著提升，平均增幅5.1%，而 T1、T2处理增幅不显著。移栽后63～84 d，各降解膜处理膜下温度与 CK1相比差异均不显著。在20 cm 土层（图1c），各处理膜下温度变化趋势与10 cm 土层相似。

如图1b、d 所示，下午15时10 cm 和20 cm 土层土壤温度高于上午9时，但变化趋势与上午9时类似。移栽后0～35 d，在10 cm 土层，自移栽后14 d 起， T1处理膜下温度始终显著低于 CK0，平均降幅7.4%，T2、T3处理仅在移栽后35d，膜下温度显著低于 CK0，其余时间差异均不显著。移栽后42～84 d，各降解膜处理膜下温度总体表现为 T3最高， T1最低，其膜下温度与 CK1接近。在20 cm 土层，各处理温度变化趋势与10 cm 土层类似。

2.3不同降解膜处理下不同土层土壤含水量变化

由图2a 可以看出，移栽后0～35d，各处理10 cm 膜下土壤含水量 CK0最高，T1最低，与 CK0相比， T1、T2处理膜下土壤含水量分别降低了22.2%和11.2%，T3处理膜下土壤含水量高于 T1、T2，且与CK0较为接近。移栽后38～90 d，各处理膜下土壤含水量变化无规律。图2b 可以看出，20 cm 土层的含水量高于10 cm 土层，但各处理不同时间段含水量变化趋势一致。

2.4不同氧化-生物降解膜对烤烟农艺性状的影响

如表2所示，移栽后45 d （旺长前期），各降解膜处理烟株长势以 T3最好，T1、T2烟株长势较差；与 CK0相比， T1处理株高、最大叶长、叶宽分别降低11.42%、10.4%、8.2%；T2处理株高、最大叶长、叶宽分别降低14.3%、8.7%、8.6%；T3处理烟株农艺性状指标与 CK0相比均无显著差异。

移栽后75 d （平顶期），各降解膜处理仍以 T3处理烟株长势最好， T1处理最差。 CK0和 CK1处理烟株各项农艺性状指标差异不显著。与 CK0相比， T1處理烟株株高、叶片数、最大叶长分别显著降低10.34%、4.2%、8.4%；T2处理株高、叶片数和最大叶长分别显著降低5.7%、9.3%和9.2%；T3处理烟株各农艺性状指标与 CK0相比无显著差异。

2.5不同氧化-生物降解膜对烤烟病毒病、根黑腐病发病率和病情指数的影响

如图3所示，各处理烟株病毒病、根黑腐病的发病率和病情指数均无显著差异。

2.6经济效益分析

如表3所示，各降解膜处理经济效益指标以 T3最高，其次是 T2，T1最低。 CK0和 CK1各经济性状指标差异不显著。与 CK0相比， T1、T2处理产量、均价、产值、上等烟和上中等烟比例均显著降低，降幅分别为12.2%和10.4%，4.6%和2.19%，16.2%和12.4%，27.5%和20.0%以及12.3%和14.9%。 T3处理上述指标较 CK0均差异不显著。

3讨论

3.1烟株根系生长发育的水热需求及降解膜的选择依据

移栽期-团棵期烤烟根系发育的最适温度为25～30 C左右，最适含水量为田间相对持水量的60%～80%，当温度低于25 C时或土壤含水量不足时，就会降低烟株根系生长速率[27]。山东烟区移栽时间多集中在4月下旬至5月中旬[28]，气温偏低，而降雨量较少，难以满足烟株根系正常生长发育需求。要克服烟株移栽期-团棵期低温少雨等不利因素的影响，就必须采取覆膜措施。

到6月中旬前后，烤烟进入旺长期，气温升高，降雨量增多，土壤温湿度变化已不是制约烟株正常生长发育的关键因素，被认为是揭膜培土的适宜时机[29]。但揭膜培土因受制于管理成本、揭膜时机等因素，难以全面推广应用。因此，降解膜能否替代揭膜培土并大规模推广应用的关键就在于烟株移栽后至6月中旬，即烟株团棵期以前的增温保墒效果能否满足烟株生长发育的需求。

3.2氧化-生物降解膜对土壤温度及含水量的影响

生态降解母料（EBP）是一种有机物质，能够被土壤微生物充分降解为二氧化碳及一些简单有机物，具有生态、安全的特点。研发过程中，可以通过调节生态降解母料在 PE 地膜中的含量，调控地膜降解速度，满足作物生长需求[15]。袁海涛等[17]的棉田覆盖试验发现，不同配方的氧化-生物双降解地膜逐步降解，降解时间和降解速度可控，尚未完全降解的部分紧贴于地表，也可起到一定的保墒、增温作用。本试验所使用的3种生物降解膜在烟株移栽后至团棵期（移栽后0～35d），降解速度存在较大差异。 T1、T2处理降解膜在团棵期前转入快速降解阶段（由裂解期转入大裂期），而 T3处理地膜则在移栽后39 d （烟株旺长期）才转入快速降解阶段。相比而言，在烟株团棵期前， T3降解膜的降解程度更低，且膜下温度和含水量高于 T1、T2处理，其保温保墒效果与常规地膜等同，这表明，降解速度慢的地膜能更好地满足此时期烟株对土壤水热的需求。唐文雪等[30]在甘肃张掖玉米田开展了降解膜覆盖试验结果表明，降解速度较慢的降解膜增温、保墒效果较好，与本研究结果基本一致。研究还发现，在移栽后35～90 d，随烟株生育进程推进，各处理含水量差异不明显。其原因可能是烟株进入旺长期后，膜下土壤含水量受到降雨、烟株遮蔽、采烤进度、地膜破损程度及烟株发育水分需求增多等诸多因素的综合影响[28]，此时覆膜与否或地膜性质的差异已不是影响烟田土壤含水量的决定性因素。

3.3氧化-生物降解膜对烟株生长发育及经济效益的影响

从烤烟生长发育状况和经济性状调查情况看， T3处理地膜烟株移栽后45 d 和75 d 的农艺性状指标及经济效益指标与常规地膜处理相比差异不显著，而 T1、T2处理移栽后不同时期烟株的最大叶片长、宽及节距均弱于常规地膜，且经济效益较低，这说明降解膜可以通过影响膜下土壤温度和含水量间接影响作物生长发育[15，31]。本研究中， T3处理降解膜膜面出现2～20 cm 的裂缝和>20 cm 的大裂缝时间相对较晚，慢速降解的特性使其具有较好的保温保墒效果，并能与烟株团棵期生长发育对水热条件的需求更好地契合，因而，烟株长势更好、经济效益更高。

4结论

结果表明，在烤烟团棵期前降解程度低、烟株生育期内能够全部降解的氧化-生物双降解膜，增温保墒效果接近于普通地膜，且不会影响烟株长势和经济效益，在山东烟区替代常规地膜具有可行性。

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