不同类型全生物降解地膜的性能及在北京鲜食玉米生产上的应用

谷艳蓉 柯玉广 张 健 李书艳 闫晓志 毛朋举 肖万朋 刘雪东

（1.北京市平谷区种植业服务中心 北京 101200；2.中国农业科学院农业资源与农业区划研究所 北京 100081）

近年来， 农业生产中使用地膜数量不断增加[1]。传统的PE 地膜具有难以降解的缺点，不能降解的残膜严重污染了土壤环境， 阻碍了生态环境的持续发展[2-4]。 全生物降解地膜可以在使用后降解为二氧化碳、水和无毒物质，对环境无污染，可以有效地解决土壤污染的问题[5-6]。 然而，现在市面上的全生物降解地膜产品很多， 不同全生物降解地膜在性能和应用效果上都有所不同[7]。 此外，全生物降解地膜一般比普通PE 地膜单价高，农户在未认识到全生物降解地膜的应用价值和意义时， 很少会主动使用全生物降解地膜，这极大地限制了全生物降解地膜的推广。 因此，开展全生物降解地膜试验，系统地评价不同类型全生物降解地膜的性能及应用效果， 对促进全生物降解地膜在农业生产中的应用具有重要意义。 北京是我国北方玉米主产区之一[8]。 鲜食玉米是北京地区的主要玉米类型，也是重要的经济作物[9]。 因此，在北京地区进行全生物降解地膜在鲜食玉米生产上的应用研究，具有重要的现实意义。 本研究评价了不同类型全生物降解地膜的性能及在北京鲜食玉米生产中的应用效果， 以期为推广全生物降解地膜提供技术和理论支撑，促进农业可持续发展。

1 材料与方法

1.1 试验地基本情况

试验地位于北京市平谷区马坊镇杈子庄村的北京丰硕园果品产销专业合作社的基地， 基地占地面积140 亩。试验地年均降雨量约为603.2 mm，有效积温约为4 717.4 ℃，无霜期189 d 左右，土壤为沙壤土。

1.2 试验材料与处理

供验作物为鲜食玉米，品种为农科糯336，生育期天数约80 d， 种子由北京市农林科学院玉米研究中心提供。 试验共设置了7 个处理，包括2 个对照，对照分别是覆盖0.014 mm 普通PE 地膜（CK1）和不覆盖地膜（CK2）；5 个覆盖全生物降解地膜处理分别是覆盖华硕0.006 mm、0.008 mm 和0.01 mm 全生物降解地膜，海益塑业0.008 mm 全生物降解地膜和弘睿生物0.01 mm 全生物降解地膜。具体处理信息包括地膜原料和提供厂商见表1。

表1 全生物降解地膜试验处理及地膜原料和提供厂家

每个处理的实施面积为5 亩， 种植密度为3 300 株/亩，不设重复。 所有覆膜处理的覆盖比例为60%，不同覆膜处理所使用的地膜量不同，CK1 的覆膜量为8.72 kg/亩， 从M1～M5 覆膜量依次为4.98 kg/亩、6.67 kg/亩、8.33 kg/亩、6.62 kg/亩、8.27 kg/亩。不同处理除地膜覆盖不同外，施肥、灌溉和除草等其他农事操作均一致。 具体农事操作包括时间和操作方式见表2。 根据各处理下鲜食玉米的成熟期收获玉米。 具体为在7 月28 日收获CK2，在8 月2 日收获M1、M2和M4，在8 月3 日收获M3、M5 和CK1。

表2 农事操作时间及操作方式

1.3 调查指标及方法

1.3.1 地膜上机性能测试 利用当地常规覆膜机进行地膜覆盖作业， 观察地膜在覆膜机正常行走状态下是否存在断裂和粘连等情况。

1.3.2 地膜降解情况调查 记录各覆膜处理地膜的降解情况，直至收获或无膜期。覆膜后每隔10 d 记录一次各处理地膜裂纹和裂缝的条数、裂缝的宽度及破碎块数和大小。 地膜的降解过程可分为诱导期（地膜出现多处≤2 cm 自然裂缝）、开裂期（地膜出现≥2 cm而＜20 cm 自然裂缝）、大裂期（地膜出现≥20 cm 自然裂缝）、碎裂期（地膜出现碎裂，最大地膜残片面积≤16 cm2） 和无膜期 （基本见不到地膜残片）5 个阶段。 记录各覆膜处理地膜达到各降解时期的具体天数。

1.3.3 地膜增温保湿性能调查 测定各处理表层土壤（0～10 cm）的温度和相对湿度，覆膜后每隔10 d 观测一次，直至收获。每次测量都在上午9:00 左右进行。

1.3.4 作物关键生育时期调查 调查不同处理下鲜食玉米出苗、拔节、抽雄、灌浆和成熟的日期，计算生育期天数。

1.3.5 作物产量及相关指标调查 在成熟期调查不同处理下鲜食玉米的株高和穗位高。 收获前在各处理随机选取鲜食玉米有代表性的穗40～50 穗， 测定穗长、秃尖长、穗行数、行粒数、穗粒重和百粒重。 最后测量各个处理鲜食玉米的产量及相比不覆盖地膜处理的增产率（%）。

2 结果与分析

2.1 上机性能

不同地膜在覆膜机正常行走状态下都没有发现断裂和粘连等情况。 保定茂华塑料制品有限公司提供的华硕0.006 mm 全生物降解地膜偏薄， 在部分地方由于土壤颗粒太大出现了划破现象。

2.2 降解情况

普通PE 地膜直到作物收获一直没有出现裂纹或裂缝。 从表3 可以看出， 使用全生物降解地膜的5 个处理在覆膜后的40 d 内都没有出现裂纹或裂缝。 华硕0.006 mm 全生物降解地膜在覆膜后的第50 天出现了4 条裂纹， 而其他4 个处理均未出现裂纹；在覆膜后的第60 天，海益塑业0.008 mm 全生物降解地膜出现裂纹和裂缝，相比华硕0.008 mm 全生物降解地膜更早出现裂纹和裂缝， 这可能和华硕地膜原料中含有PLA 有关； 在覆膜后的第70 天，5 个处理均出现不同程度的裂纹、裂缝和破碎的情况，破裂情况随地膜厚度增加而降低。 在收获时5 个处理不再有裂纹，但破裂情况加剧。 总之，越薄的全生物降解地膜越先出现裂纹和裂缝， 原料中若包含PLA可能会推迟地膜破裂的时间。

表3 全生物降解地膜破碎情况

普通PE 地膜直到作物收获没有出现降解。 在调查时间内，5 个全生物降解地膜没有出现碎裂期和无膜期。 从表4 可以看出，随着地膜厚度的降低，诱导期、开裂期和大裂期出现越早，但不同地膜在相同降解期的持续时间相近。 海益塑业0.008 mm 全生物降解地膜达到诱导期的时间早于华硕0.008 mm 全生物降解地膜， 与华硕0.006 mm 全生物降解地膜相近。 这可能是由于华硕地膜中包含PLA，推迟了地膜达到诱导期的时间。

表4 全生物降解地膜达到不同降解期的天数

2.3 增温保湿性能

从表5 可以看出， 覆膜后不同覆膜处理的土壤温度在各调查时间点均高于不覆膜处理。 所有覆膜处理的土壤湿度只在覆膜后的第10 天均高于不覆膜处理，其余时间点的结果多是低于不覆膜处理，这主要是由于试验期间的灌溉或自然降雨更大地增加了不覆膜处理的土壤湿度。 覆膜后第60 天和70 天，华硕0.006 mm 全生物降解地膜的土壤湿度又稍高于不覆膜处理，这与该地膜较快降解有关。 全生物降解地膜在发生破裂降解前， 其增温和保湿性能大体上随着厚度的增加而增加。 海益塑业0.008 mm 全生物降解地膜的增温和保湿性能总体上低于华硕0.008 mm 全生物降解地膜。整个调查期间的前60 d，华硕0.01 mm 和弘睿0.01 mm 全生物降解地膜的增温和保湿性能与普通PE 膜相当，之后这2 种全生物降解地膜进入开裂期，增温保湿性能降低，开始不如普通PE 膜。 总之，地膜覆盖可以增加土壤温度和保持土壤湿度， 越厚的全生物降解地膜其增温保湿性能一般越强，0.01 mm 的全生物降解地膜在覆膜后的60 d 内其增温保湿性能与普通PE 膜相当，随着全生物降解地膜的破碎降解，其增温保湿性能逐渐降低。

表5 个处理下不同时间点土壤的温度（℃）、湿度（提及含水量，%）

2.4 作物生育情况

从表6 可以看出， 各处理鲜食玉米的播种期和出苗期均为5 月16 日和5 月23 日。 不覆膜处理的拔节期、抽雄期和灌浆期分别为6 月11 日、7 月1 日和7 月7 日，而不同覆膜处理分别为6 月13 日、7 月5 日和7 月12 日， 相比不覆膜处理分别推迟了2 d、4 d 和5 d。 不覆膜处理鲜食玉米的成熟期为7 月28 日。 华硕0.006 mm、0.008 mm 与海益塑业0.008 mm全生物降解地膜覆盖处理鲜食玉米的成熟期均为8 月2 日。 华硕0.01 mm 和弘睿0.01 mm 全生物降解地膜与普通PE 地膜覆盖处理的成熟期均为8 月3 日。覆膜处理相比不覆膜处理成熟期推迟了5～6 d。 不同覆膜处理的生育期相比不覆膜处理延长了5～6 d。 不同全生物降解地膜各处理鲜食玉米的生育进程没有太大差异，且与普通PE 膜处理大致相同。

表6 不同处理鲜食玉米的生育进程

2.5 作物产量及其相关指标

从表7 可以看出， 不同覆膜处理的株高、 穗位高、穗长、穗行数、行粒数、穗粒重、百粒重和产量均高于不覆膜处理，而空秆率、倒伏率和秃尖长均低于不覆膜处理。 华硕0.006 mm、0.008 mm 和0.01 mm全生物降解地膜，海益塑业0.008 mm 和弘睿0.01 mm全生物降解地膜与普通PE 地膜相对于不覆膜处理分别增产27.07%、29.37%、32.78%、30.97%、32.43%和33.05%。0.01 mm 的全生物降解地膜的增产作用及其对相关农艺指标的影响与普通PE 地膜相当。 越厚的全生物降解地膜其增产作用一般越强。 本研究中，地膜（包括所有全生物降解地膜和普通PE 地膜）覆盖通过以下3 个方面的作用来提高鲜食玉米的产量。 ①覆膜处理下鲜食玉米的空秆率和倒伏率均降低，使可有效生产的鲜食玉米株数增多；②覆膜处理下鲜食玉米的穗长、穗行数和行粒数增加，而秃尖长降低，使每株鲜食玉米穗粒数增加；③覆膜处理增加了鲜食玉米的穗粒重和百粒重。 较厚的全生物降解地膜一般通过同时加强这3 个方面的作用实现更高的增产效果。

3 讨论与结论

本研究表明， 全生物降解地膜的厚度越大降解速度越慢，增温保湿性能越强。 0.01 mm 的全生物降解地膜在覆膜后的60 d 内其增温保湿性能与普通PE 地膜相当。 不同全生物降解地膜及普通PE 地膜处理之间鲜食玉米的生育进程没有较大差异， 拔节期、抽雄期、灌浆期和成熟期分别相比不覆膜处理推迟了2 d、4 d、5 d 和5～6 d，生育期延长了5～6 d。 越厚的全生物降解地膜其增产作用越强，0.01 mm 的全生物降解地膜与普通PE 地膜的增产效果相当，约增产33 %。 地膜覆盖通过增加可有效生产的鲜食玉米株数、 每株的玉米粒数和单个玉米粒的粒重来实现增产。 较厚的全生物降解地膜一般通过同时加强这3 个方面来实现更高的增产效果。本研究结果为推广全生物降解地膜提供了技术和理论支撑， 有助于促进农业可持续发展。