全生物降解地膜在高海拔地区玉米栽培中的应用研究

张海强　杨霞　王立霞　杨或红　张芳　杨淑霞　白海鸿　杨慧珍　韩志强　王平生　祁维红

关键词：全生物将解地膜；降解特性；高海拔；玉米；适应性

中图分类号：S512 文献标志码：A 文章编号：2097-2172（2023）07-0649-05

生物降解地膜是指在自然环境下可被土壤微生物降解生成无毒小分子（CO₂和H₂O），对生态环境不造成危害的一类塑料地膜。在一定区域范围内，生物降解地膜与普通PE地膜一样，具有增温、保墒、抑制杂草的作用，但在马铃薯等作物墒，改良土壤性状及促进作物生长的效果均优于普通PE地膜，可在田间降解而消失，对土壤无污染，因此，新型生物降解地膜替代PE地膜是解决白色污染问题的重要途径之一，推广应用环境友好型的全生物降解地膜新产品，将是我国未来实现农业清洁生产及保障粮食安全的重要技术途径。我们通过在高海拔地区玉米上开展全生物降解地膜栽培试验、暴晒试验和填埋试验，分析其降解特性及对玉米生长发育和产量等因素的影响，以筛选出适于高海拔地区玉米生产的全生物可降解地膜，为全生物降解地膜在高海拔地区的应用提供参考。

1材料与方法

1.1试验地概况

试验设在临夏州农业科学院现代农业试验站（临夏县北塬乡），试验区属大陆性温带半干旱气候，海拔2050 m。年均无霜期160 d，年均日照2573.7 h，年均降水量450 mm，年均气温6.5℃。试验田地势平坦，灌溉条件充分，土壤类型为塬地黄麻土，pH为8.49，含有机质19.2g/kg。

1.2供试材料

指示玉米品种为当地主推品种先玉335，供试地膜类型、规格及生产商见表1。

1.3试验方法

1.3.1玉米覆盖栽培试验 试验设覆全生物降解地膜GS1、GS2、GS3、GS4、GS5 5个处理，以覆普通PE地膜（CK1）和不覆膜（CK2）为对照，3次重复，随机区组排列，小区面积40.26m²（12.20m×3.30 m），小区筑地埂，四周设保护行，4月中旬起垄覆膜，选用全膜双垄沟播种植技术，保苗66 000株／hm²。起垄前施玉米复混专用肥（N-P₂O₅-K20为9-6-3）900 kg/hm²作基肥，拔节期追施尿素（氮46%）375 kg/hm²。

1.3.2暴晒试验 试验设CK1（PE地膜）、GS1、GS2、GS3、GS4、GS5共6个处理，3次重复，随机区组排列，小区面积19.80 m²（6.00 m×3.30 m）。4月中旬按全膜双垄沟播方式起垄覆膜，不施化肥、农药，不种植作物，确保地膜完全暴露在阳光下。

1.3.3填埋试验 试验设CK1（PE地膜）、GS1、GS2、GS3、GS4、GS5共6个处理，随机区组排列，埋设在同一填埋坑内。填埋深度20 cm，分90 d和180 d 2个观察期，每个观察期3次重复。将6种地膜分别裁剪成横向30 cm、纵向40 cm的膜片，做好标记，装入20目防虫网袋中，按排列顺序均匀平展放入坑中，然后回填，地面不种植作物，不施用化肥农药等。

1.4观测指标

1.4.1地膜降解情况观测 玉米覆盖栽培试验与暴晒试验覆膜时间相同，按照试验设计，将各供试地膜覆盖于试验小区垄面上，每个试验小区重复设置3个横向1m×纵向1m固定观测点，采用目测法对观测点及延长3m范围内的地膜降解性能进行评价，记录各参试地膜破损情况及降解阶段。填埋试验在地膜样品埋土后的90 d和180 d，各取出一个区组的所有膜样，洗净、晾干，观测埋设膜降解后外观变化。并通过以下公式计算地膜降解率。

地膜降解率=（m₀－m₁）/m₀×100%式中，m₀为覆膜前地膜重量，m₁为试验结束时残膜重量。

地膜降解性能评价指标为降解阶段A为诱导期，即从覆膜到垄（畦）面地膜出现多处（每延长3m处以上）≤2 cm自然裂缝或孔洞（直径）的时间；降解阶段B为开裂期，即垄（畦）面地膜出现≥2cm、<20 cm自然裂缝或孔洞（直径）的时间；降解阶段C为大裂期，即垄（畦）面地膜出现大于20 cm自然裂缝的时间；降解阶段D为碎裂期，即地膜柔韧性尽失，垄（畦）面地膜出现碎裂，最大残片面积≤16 cm²的时间；降解阶段E为无膜期，即垄（畦）面地膜基本见不到地膜残片的时间。

1.4.2玉米生育情况调查 玉米出苗后每小区选择有代表性的2m双行作为定点、按时统计相关数据的样方区。在样方内进行物候期及生育期调查，物候期的确定以小区50%以上植株进入该生育期为标志。

1.4.3玉米农艺性状测定 成熟后每小区连续取10株，测定株高、穗位高、茎粗、穗粒数、千粒重等指标。

1.4.4玉米产量测定 每小区单收单打计实产。在收获过程中，将小区内杂株和非试验因素引起的异常植株剔除，剔除株的产量以小区平均产量补回，按每小区面积折合产量。

1.5数据处理

采用Excel 2019软件进行数据统计分析及制表，SPSS 20.0软件进行方差分析。

2结果与分析

2.1全生物降解地膜降解进程

通过对玉米覆盖栽培及暴晒试验各小区观测点及延长3m区域的观察发现（表2），参试全生物降解地膜的降解性能均优于CK1。其中GS1的降解最快，覆膜后39 d就进入开裂期，73 d达到破碎期，89 d时已完全降解；GS2的降解最慢，覆膜后81 d进入开裂期，188 d达到破碎期；GS3、GS4、GS5的整个降解进程差异不大。在玉米整个生育期，只有GS1完全降解，其余各降解地膜均處于破碎期。

2.2全生物降解地膜不同时期地表残膜覆盖率

通过对试验各小区观测点及延长3m区域的观察发现（表3），随着玉米生育进程的推进，各参试全生物降解地膜的地表覆盖率逐渐降低且均低于CK1。苗期以GS3、GS2处理的覆盖率最高，均为100%；其次是GS5处理，为96%；GS4居第3，为95%；GS1处理的覆盖率最低，为40%。在拔节期，GS2处理的覆盖率最高，为100%，其次是GS5处理，为90%；再次是GS3处理，为85%；GS1、GS4处理的覆盖率最低，均为25%。在成熟期，GS2处理的覆盖率最高，为35%；其次是GS4处理，为25%；GS5、GS4處理居第3，均为15%；GS1处理最低，为0。

2.3全生物降解地膜对玉米生育期的影响

通过田间观察发现（表4），全生物降解地膜各处理对玉米各生育期的影响不大，但均短于不覆膜处理，CK1、GS3处理的生育期最短，为167 d，较CK2长15 d；其次是GS2处理，为170 d，较CK2长12 d；CK2的生育期最长，为182d。

2.4全生物降解地膜对玉米农艺性状的影响

由表5可以看出，不同类型全生物降解地膜对作物农艺性状的影响不同。不同全生物降解地膜处理的玉米株高差异显著，以GS4处理最高，为400.5 cm，较CK2、CK1分别高74.3、93.5 cm；GS3处理最低，为302.1 cm。茎粗GS4和GS1处理间存在显著性差异，其余各处理间差异不显著。穗粒数间互相存在显著性差异，以GS4处理最高，为643.4个，较CK2、CK1分别多101.5、8.2个；GS2处理哦次之，为633.4个；GS5处理最低，为585.1个。千粒重间互相呈现出显著性差异，以GS2处理最高，为372.7 g，较CK2重40.1 g，较CK1轻13.0 g；GS1处理最低，为335.0 g。

2.5全生物降解地膜对玉米产量的影响

从表6可以看出，全生物降解地膜处理的玉米产量均显著高于CK2而低于CK1。产量以GS2处理较高，为15 399.9 kg/hm²，较CK2增产41.88%，较CK1减产4.91%，与GS1、GS5处理之间差异显著，与GS3、GS4处理之间差异不显著。

2.6全生物降解地膜在不同填埋时期的降解效率

由表7可知，全生物降解地膜填埋后均能降解，并随着时间的推移降解率呈现出增大的趋势，且显著高于CK1。填埋后90 d时，GS1处理已基本完成降解，GS2、GS3处理处于降解加速期，GS4、GS5处理也已出现明显的降解现象，而CK1还未出现降解现象；填埋后180 d时，各降解地膜处理均已基本完成降解，其中GS1处理降解率最高，为97.58%，较CK1高94.55个百分点；其次是GS5处理，为94.61%，较CK1高91.58个百分点；GS4处理最低，为90.57%。

3讨论与结论

全生物降解地膜是由PBAT、PLA、PHA、纤维素和淀粉等高分子材料构成的一种可以替代传统PE地膜的可降解地膜。全生物降解解地膜在农田中可以通过微生物的分解或氧化降解成水溶性碎片，最终生成C02和H20融入土壤，其降解速率、降解强度受外界环境、材料、生产厂家等因素影响。本试验中，除金土地1号（GS1）因降解速度过快不能满足玉米生长发育需求外，其余4种供试全生物降解地膜均与作物生长周期呈现出较好的匹配性，在土壤中的降解效率高且后期残留少。

倪斌、李海萍等研究表明，覆盖普通PE地膜和可降解地膜对作物生长发育及生长周期无显著影响，但覆盖地膜与露地相比可以在一定程度上缩短作物的生育周期，显著提高作物产量。本研究中，与不覆膜相比，全生物降解地膜覆盖栽培的玉米生育期提前9～15 d，与覆盖普通PE地膜相比生育期推迟0～6d。全生物降解地膜处理下，玉米产量低于覆盖普通PE地膜而极显著高于不覆膜处理，其中金土地2号（GS2）覆盖栽培的玉米产量较高，为15399.9 kg/hm²，较不覆膜处理增产41.88%。

全生物降解地膜在一定区域可以代替普通PE地膜，但其适用性受环境、材料和工艺等的影响较大。综合评价5种全生物降解地膜的降解特性、作物生育时期、农艺性状及产量等因素，以全生物降解地膜金土地2号替代普通PE地膜应用于高海拔地区玉米栽培更具潜力。