三种全生物降解地膜试验探索

韩鸣花陶启威席庆邹敏何旻珊陈敏炀缪进

(1.常熟市滨江农业科技有限公司，江苏 常熟 215500 ；2.南农大(常熟)新农村发展研究院有限公司，江苏 常熟 215500；3.常熟市农业农村局，江苏 常熟 215500；4.常熟市农技推广服务中心，江苏 常熟 215500；5.常熟市碧溪街道农村工作局，江苏 常熟 215500)

地膜是在现代农业生产中承担增产增收任务的重要角色[1]。目前国内地膜大都为传统的聚乙烯(PE)地膜，随着使用量的逐年增加，而回收利用又相对滞后，容易产生残膜、土壤微塑料等“白色污染”问题，地膜变“地魔”，影响土壤环境和生化功能[2，3]。生物可降解地膜既具有增温保墒的功能，又能最终降解为对环境无毒无害的物质，是解决农田“白色污染”的理想途径[4，5]。常熟市素有苏州“菜篮子”的美誉，2022年全市地膜覆盖面积约2135hm2，产生地膜约241t，土壤残膜面源污染风险较大。对此，常熟市积极构建“一体系、一中心、一平台”废旧农膜回收“常熟模式”，在玉米、西兰花、包菜等经济作物上积极探索应用生物可降解地膜[6]。本文采用了3种全生物降解地膜在包菜上替代常规地膜开展生产试验以及残膜填埋试验，为在常熟市更好地推广应用可降解地膜从而减少残膜污染提供数据支撑。

1 材料与方法

1.1 试验时间与地点

2023年4—7月于常熟市碧溪街道横塘村(E121°01′59″，N31°41′48″)选择代表当地主要土壤类型的1个典型地块开展试验，该地块前茬作物为花菜。试验前采集土样，测定其理化性状：pH值为8.04，全氮1.23g·kg-1，水解性氮139.00mg·kg-1，有效磷19.46mg·kg-1，速效钾80.80mg·kg-1，有机质18.36g·kg-1。

1.2 试验材料

1.2.1 供试包菜

品种为“奥奇娜”扁包菜，购自市售。

1.2.2 供试地膜

苏州中达航材料科技有限公司、浙江家乐蜜园艺科技有限公司以及南通龙达生物新材料科技有限公司生产的全生物降解地膜，主要成分别为PBAT(聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯)改性材料、PBAT+PLA(聚乳酸)和PBAT+PPC(聚碳酸亚丙酯)，安徽蚌埠沃美家塑料制品有限公司生产的PE(聚乙烯)地膜。全生物降解地膜与普通地膜规格均为黑色，0.010mm×1200m，全生物降解地膜设计降解周期均为3个月。

1.3 试验方法

1.3.1 替代常规地膜试验

设置ZDH(中达航生物降解膜)、JLM(家乐蜜生物降解膜)、LD(龙达生物降解膜)3个处理和1个CK(常规地膜)。各处理面积均为100m2，随机排列，重复3次。

1.3.2 残膜处理试验

采用4种地膜作填埋处理，重复3次。将地膜剪成15cm×15cm的小方块，将厚1.2mm孔径1.2cm聚乙烯塑料网剪成20cm×40cm的长方形并对折成为网状模具，将地膜夹在网状模具中间，边上用夹子夹住防止地膜滑出，放入20cm×20cm×15cm的填埋坑中模拟自然界地膜降解过程，具体操作见图1。每隔30d左右取出观察地膜降解情况。

图1 地膜夹入网状模具中放入填埋坑

1.4 试验实施

“奥奇娜”扁包菜于3月20日采用穴盘播种，4月15日开始人工撒施底肥，施用15-15-15复合肥25kg·667m-2和46%尿素10kg·667m-2，翻耕，整地，做成小高畦，铺地膜，4月20日移栽定植，每个处理栽植2行，株距40cm，行距50cm，6月23日开始陆续采收。生长期开展常规病虫害防治。

1.5 测量指标

1.5.1 土壤养分指标

试验前采用五点取样法采集耕层土壤(0～15cm)混合样，由CMA认证检测机构测定土壤pH、全氮、水解性氮、有效磷、速效钾、有机质等作为该地块土壤本底值。

1.5.2 植株生物学性状指标

1.5.2.1 株高

用卷尺测量地面到植株顶端的高度即为株高，每个处理随机选取10棵成熟的包菜，取平均值，精确到0.1cm。

1.5.2.2 冠幅

用卷尺测量植株最远端两片叶片叶尖的距离即为冠幅，每个处理随机选取10棵成熟的包菜，取平均值，精确到0.1cm。

1.5.2.3 果球直径

用卷尺测量果球最远两端间的距离即为果球直径，每个处理随机选取10棵成熟的包菜，取平均值，精确到0.1cm。

1.5.3 产量指标

1.5.3.1 单果重量

用手提秤称量单个包菜果球的重量即为单果重，每个处理随机选取10棵成熟的包菜，取平均值，精确到0.001kg。

1.5.3.2 实际产量

用磅秤称量每个小区包菜果球的重量即为实际产量，经过换算，精确到0.001t·hm-2。

1.5.4 地膜性状指标

用观察法记录地膜的颜色、形态、裂痕等性状，并记录当天的气温。

颜色：深、较深、较浅、浅；形态：块状、片状、粉状；裂痕：多、较多、较少、少、无。

2 结果与分析

2.1 不同处理对扁包菜生物学性状及产量的影响

地膜覆盖栽培能够防止雨水冲刷地表，减少杂草危害，从而减少氮磷钾等养分流失，保证肥效，有利于作物生长和提高产量。从表1可以看出，处理JLM的株高、冠幅、果球直径、单果重量和实际产量均最大，处理LD的株高和单果重量均最小，处理ZDH的冠幅最小，CK的果球直径和实际产量均最小，处理JLM、ZDH和LD实际产量较CK分别增产9.72%、2.72%和0.08%，但是各处理间均无显著差异(P<0.05)。

表1 不同处理扁包菜生物学性状及产量

2.2 不同处理对地膜土表性状的影响

从表2、图2～5可以看出，25d以后，气温达到21～30℃，处理JLM、ZDH、LD降解地膜颜色开始逐渐变浅，地膜表面开始产生少量裂痕但形态变化不大，对照CK的颜色、形态和裂痕没有变化；50d以后，气温达到25～34℃，处理JLM、ZDH、LD降解地膜颜色进一步变浅，地膜表面裂痕增多并逐渐碎裂呈片状，而对照CK的颜色、形态没有变化，仅有少量裂痕出现；64d以后，气温达到29～33℃，处理JLM、ZDH、LD降解地膜颜色进一步变浅，地膜表面裂痕明显增多并碎裂呈粉状，而对照CK的颜色、形态没有变化，仅有少量裂痕出现。

表2 各处理地膜土表性状变化

图2 5月10日地膜土表性状

图4 6月29日地膜土表性状

图5 7月13日地膜土表性状

2.3 不同处理对地膜土下性状的影响

从表3、图6～8可以看出，随着时间的推移，25d以后，气温达到21～30℃，处理JLM、ZDH、LD降解地膜颜色开始逐渐变浅，地膜表面开始产生少量裂痕但形态变化不大，对照CK的颜色、形态和裂痕没有变化；64d以后，气温达到29～33℃，处理JLM、ZDH、LD降解地膜颜色进一步变浅接近土壤的颜色，土中地膜已无法捡拾，明显碎裂呈粉状，从网状模具中散出，而对照CK的颜色、形态、裂痕均没有变化。

表3 各处理地膜土下性状变化

图6 2023年5月10日地膜土下性状

图8 2023年7月13日地膜土下性状

3 讨论与结论

全生物降解地膜有着“不可预测的崩溃可能性”，在紫外光照、温度、湿度等因素影响下，其力学性能易下降，外观和微观结构发生改变[7]。

紫外光照。太阳光中紫外光线的波长范围是300～400nm，峰值约为340nm，相比于聚烯烃类地膜，PBAT /PLA地膜因存在不饱和基团(主要包括羰基、双键等基团)，在紫外线照射下更容易发生光氧降解，使其力学、光学、气体透过性等性能发生变化，从而引起可降解地膜的老化和降解[8，9]。苏南地区5—7月太阳辐射逐渐增强，紫外光照强度仅次于最强的8月，可降解地膜在阳光的暴晒下加速降解。

温度与湿度。研究表明，PLA在高湿下极易水解，50℃/80RH环境下可以加快PBAT/PLA地膜的老化[10]。当可降解地膜进入土壤中，随着环境温湿度的升高，聚合物分子间结合能下降，热稳定性降低，聚集态发生改变，分子链中酯键发生断裂几率增加，从而加速降解[11]。苏南地区5—7月正值梅雨季节，高温高湿，特别是埋膜处理的可降解地膜，土壤含水量大加快了地膜的水解，较设计的降解周期缩短了近1个月。

从试验结果可以看出，采用家乐蜜(JLM)降解地膜种植扁包菜效果最好，能够增加株高、冠幅、果球直径和单果重量，实际产量比常规地膜(CK)增产9.72%；采用中达航(ZDH)和龙达(LD)全生物降解地膜也能一定程度增加扁包菜株高、冠幅、果球直径和单果重量，实际产量较CK分别增产2.72%和0.08%，但是效果均不显著(P<0.05)。3种降解地膜在土表铺设50d以后，随着气温逐渐达到25～34℃，均加快降解，颜色进一步变浅，表面裂痕增多并逐渐碎裂成片状；降解地膜埋入土中60d以后，随着气温的逐渐达到29～33℃，湿度增加，降解明显加快，均碎裂成粉状，从网状模具中散出，无法捡拾。