段義忠，張 雄

（1榆林學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，陜西 榆林 719000；2陜西省陜北生態(tài)修復(fù)重點實驗室，榆林 719000）

干旱和半干旱區(qū)域約占地球陸地總面積的35%，約占地球耕地總面積的42.9%。在我國，干旱、半干旱區(qū)域約占耕地總面積的51%，主要集中在北方地區(qū)［1，2］。水分缺乏是干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的主要限制因子。在推動旱作農(nóng)業(yè)的發(fā)展方面，地膜覆蓋栽培具有巨大的潛力。覆蓋可以有效地減少地面蒸發(fā)、保蓄自然降水，因為其在大氣與土壤接觸面間形成了一個隔離層，可以有效防止水分直接逸散到大氣中。因此，有效地利用這一保水、節(jié)水技術(shù)可以大幅度提升干旱和半干旱區(qū)域的農(nóng)業(yè)發(fā)展。旱地馬鈴薯覆膜栽培技術(shù)作為干旱區(qū)域農(nóng)業(yè)發(fā)展的一項創(chuàng)新技術(shù)，由于其較好的利用土壤中自然儲存的水分，因此在西北干旱區(qū)域被廣泛推廣應(yīng)用。但目前在我國應(yīng)用最廣的多為傳統(tǒng)的聚乙烯塑料地膜，由于其散落在土壤中的自然降解時間長達200～300年，造成土壤板結(jié)，破壞了土壤結(jié)構(gòu)，同時對土壤和自然環(huán)境造成白色污染［3，4］。而利用淀粉等有機物生產(chǎn)的生物可降解地膜在培肥地力、提高作物產(chǎn)量的同時也減少了對土壤和自然環(huán)境的危害。生物可降解地膜的使用是栽培史上的一次創(chuàng)新，對推動旱作區(qū)域農(nóng)業(yè)發(fā)展提供了新途徑［5］。

生物可降解地膜與秸稈相似，能夠顯著提高土壤有機質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀含量［6～8］。李尚中等指出，在玉米、小麥等主要農(nóng)作物的生產(chǎn)過程中，已采用地面覆蓋栽培技術(shù)，并且取得了較好的效果［9］。尤其在西北干旱及半干旱地區(qū)，采用地面覆蓋可有效調(diào)節(jié)土壤的水、肥、氣、熱等生態(tài)因子，為植物生長提供相對穩(wěn)定的土壤環(huán)境，同時還可以減少對土壤和自然環(huán)境的污染。因此地面覆蓋在發(fā)展旱作農(nóng)業(yè)方面具有較大的潛力。翟勝等指出，地面覆蓋可有效地改善土壤的肥力狀況，提高蔬菜作物的產(chǎn)量，采用地面覆蓋栽培技術(shù)，可減少土壤營養(yǎng)物質(zhì)的流失，提高土壤肥力狀況［10］。

本試驗以生態(tài)環(huán)境的保護為前提，以改善土壤肥力狀況和提高馬鈴薯產(chǎn)量為目的，結(jié)合榆林市的實際氣象特征，通過對該地區(qū)馬鈴薯采用生物可降解地膜覆蓋的栽培方式進行研究，以期從理論上進一步明確生物可降解地膜提高土壤肥力和促進馬鈴薯增產(chǎn)的原因和機理，并對榆林市的生物可降解地膜應(yīng)用提供栽培技術(shù)示范。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試馬鈴薯品種為‘紫花白’。該品種耐旱，生育期較短，抗晚疫病。

1.2 種子處理

試驗于2016年5～10月在榆林市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技示范園進行。試驗地0～20 cm土層有機質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀含量分別為 5.59 g／kg、19.56 mg／kg、15.07 mg／kg和 79.30 mg／kg。土壤 pH8.1。挑選具有本品種特征、沒有病斑的馬鈴薯塊莖作為種薯。首先進行曬種催芽，繼而進行種薯切塊，切塊過程中利用75%的酒精對切刀進行消毒處理，以防雜菌感染，最后進行播種。

1.3 試驗設(shè)計

試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，共設(shè)5個處理，小區(qū)面積24 m2（3 m×8 m），各小區(qū)四周設(shè)置保護行（44 m×12 m）。每小區(qū)種植6行，株距20 cm。5個處理分別是：（1）裸地（CK），將馬鈴薯直接播種在15 cm土壤中，無覆蓋；（2）聚乙烯塑料薄膜覆蓋（T1），雙壟全膜覆蓋，壟高10 cm，穴播馬鈴薯；（3）生物可降解A膜（T2），雙壟全膜覆蓋，壟高10 cm，穴播馬鈴薯；（4）玉米秸稈（T3），將馬鈴薯直接播種在15 cm土壤中，覆蓋玉米秸稈，覆蓋量9000 kg／hm，于6月20日均勻放置在小區(qū)中；（5）生物可降解 B膜（T4），雙壟全膜覆蓋，壟高10 cm，穴播馬鈴薯。各處理設(shè)置3次重復(fù)，共15個小區(qū)。播種之后立即進行聚乙烯塑料地膜和生物可降解A、B膜覆蓋。生物可降解A膜為完全生物降解塑料聚酯（PBSA），生物可降解B膜為玉米降解淀粉材料合成。覆蓋地膜時地膜平貼壟面，膜邊覆土壓緊蓋實。當(dāng)馬鈴薯破土出苗時，在破土處的地膜上劃一個口子，使馬鈴薯苗露出地膜。覆膜處理為整個生育期，即從苗期直至成熟期。在馬鈴薯整個生育期，除覆膜方式不同外，其他農(nóng)作措施均相同。試驗期間于苗期、塊莖形成期、塊莖膨大期、淀粉積累期、成熟期，采集0～20 cm土層土樣并裝在采集袋中，同時挑去雜質(zhì)，帶回實驗室進行土壤養(yǎng)分含量測定。在成熟期，采收馬鈴薯塊莖并統(tǒng)計小區(qū)產(chǎn)量。收獲時按小區(qū)測實際產(chǎn)量，取3次重復(fù)的平均值折算每公頃產(chǎn)量。

1.4 指標測定

土壤測定項目有pH值、有機質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀5個指標。測定方法如下：土壤pH采用酸度計測定法，土壤有機質(zhì)采用水合熱法，土壤水解性氮采用堿解擴散法，土壤有效磷采用pH8.5的碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法，土壤速效鉀采用中性醋酸銨提取—火焰光度法［11］。

1.5 統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)均以3次重復(fù)的平均值表示，采用Microsoft Excel 2010和SPSS16.0軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析處理，并進行差異顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物可降解膜對土壤堿解氮含量的影響

由表1可見，在苗期，各處理0～20 cm土層土壤的堿解氮含量均高于塊莖形成期、塊莖膨大期、淀粉積累期、成熟期，即各處理在馬鈴薯全生育期土壤堿解氮含量變化呈現(xiàn)一直降低的趨勢。在5個處理中，T4處理土壤堿解氮含量均最高，其次為T2處理。

表1 不同處理的土壤堿解氮含量（mg／kg）

2.2 生物可降解膜對土壤有效磷含量的影響

從表2可看出，在0～20 cm土層處，從苗期到成熟期，CK和T4處理的有效磷含量逐漸升高，其他處理呈現(xiàn)“先下降，后上升”的趨勢。在苗期、淀粉積累期、成熟期，T2和T4的有效磷含量顯著高于CK；從塊莖形成期到成熟期，T4的有效磷含量顯著高于其他處理。在這5個處理中，T4的土壤有效磷含量提高程度最為明顯。

表2 不同處理的土壤有效磷含量（mg／kg）

2.3 生物可降解膜對土壤速效鉀含量的影響

土壤速效鉀含量的變化見表3。在0～20 cm土層處，除T3處理土壤速效鉀含量呈現(xiàn)“先下降，后上升”的趨勢外，其他處理速效鉀均呈現(xiàn)持續(xù)上升的趨勢。T4的速效鉀含量在各時期均顯著高于CK；且各處理相比較而言，T4的土壤速效鉀含量提高程度最為顯著。

表3 不同處理的土壤速效鉀含量（mg／kg）

2.4 生物可降解膜對土壤有機質(zhì)含量的影響

從表4可以看出，除CK的有機質(zhì)含量從苗期、塊莖形成期、塊莖膨大期、淀粉積累期至成熟期持續(xù)下降外，其他處理均呈“先下降，后上升”的變化趨勢。在苗期，T4的有機質(zhì)含量顯著高于T2和T3；只有在淀粉積累期，T4的有機質(zhì)含量顯著高于其他處理；而在成熟期，T2、T3、T4的有機質(zhì)含量顯著高于CK和T1的有機質(zhì)含量。

表4 不同處理的土壤有機質(zhì)含量（g／kg）

2.5 生物可降解膜對馬鈴薯產(chǎn)量的影響

從表5可以看出，馬鈴薯均以T4處理的小區(qū)產(chǎn)量和單位面積產(chǎn)量最高，分別為 30.78 kg、12 831.45 kg／hm2，相比CK增產(chǎn)31.71%，并且顯著高于其他處理。對于品種‘紫花白’，T2和T3之間的小區(qū)產(chǎn)量以及單位面積產(chǎn)量差異不顯著，但均顯著高于CK和T1，而CK和T1差異不顯著。

表5 各處理的馬鈴薯產(chǎn)量

3 討論

地膜覆蓋技術(shù)是一項用人工方法改善農(nóng)作物生長環(huán)境的栽培技術(shù)，該技術(shù)可以明顯起到保持土壤水分、提高土壤溫度的效果，從而通過改善土壤的水、熱狀況，提高養(yǎng)分利用效率，培肥地力，最終達到增產(chǎn)增收的效果。因此，合理應(yīng)用地膜覆蓋栽培技術(shù)，可以使作物最大限度地利用有限的降水資源［12］。在西北干旱地區(qū)，采用地膜覆蓋栽培技術(shù)對推動旱作農(nóng)業(yè)發(fā)展具有較大的潛力［13］。覆蓋作為一種傳統(tǒng)的蓄水保墑農(nóng)作措施已廣泛應(yīng)用于小麥、玉米、馬鈴薯等作物。目前應(yīng)用最廣的覆蓋材料以聚乙烯塑料地膜和玉米秸稈為主，聚乙烯塑料地膜具有透光性好，不透氣等特點，能顯著提高地溫［14，15］。在本試驗中，溫度過高不利于夏播馬鈴薯的生長，因此聚乙烯塑料地膜覆蓋下馬鈴薯產(chǎn)量提高幅度不明顯；玉米秸稈具有透光性差，通氣性良好，能充分利用自然降水等效果，秸稈在微生物的分解作用下，提高了土壤有機質(zhì)和堿解氮、有效磷以及速效鉀含量，同時使得馬鈴薯產(chǎn)量提高。近年來，隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的改進，地膜覆蓋材料研究有了很大進展，特別是生物可降解膜的出現(xiàn)等。生物可降解膜作為一種具有降解效應(yīng)的地膜，促使微生物的生命活動更加旺盛，進而使得土壤有機質(zhì)的分解速度加快。而且生物可降解地膜覆蓋較聚乙烯塑料地膜覆蓋土壤溫度較低，有利于馬鈴薯這種喜涼作物更好的生長。此外，生物降解膜在微生物的生命活動下，促使膜材料分解，減少對土壤和環(huán)境的污染。夏冬等［6］研究了不同覆蓋方式對土壤肥力及番茄產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，指出不同的地面覆蓋可以改善土壤肥力狀況，提高番茄果實產(chǎn)量和品質(zhì)，其中生物可降解地膜提高土壤肥力狀況和產(chǎn)量效果最好，這與本試驗的結(jié)果一致。生物可降解膜結(jié)合了作物秸稈和塑料地膜的優(yōu)勢，一方面，生物可降解地膜能補充土壤一部分速效養(yǎng)分；另一方面，生物可降解膜的腐解與土壤中微生物的活性有很大關(guān)系，土壤微生物的活性較高，有利于膜的分解，為植物的生長提供更加有利的環(huán)境條件。這也是覆蓋秸稈時馬鈴薯產(chǎn)量和土壤肥力狀況不及生物可降解膜的原因所在。

本試驗研究發(fā)現(xiàn)，生物可降解A膜、玉米秸稈、生物可降解B膜覆蓋均可增加土壤肥力，其中生物可降解B膜覆蓋的效果最為顯著。因此生物可降解地膜能有效減少對土壤環(huán)境的污染，提高馬鈴薯產(chǎn)量，同時也可減少土壤營養(yǎng)物質(zhì)的流失，從而提高土壤養(yǎng)分含量。

［1］ 段義忠，亢福仁.不同覆蓋材料對旱地馬鈴薯土壤水熱狀況及其水分利用效率的影響［J］.水土保持通報，2014（5）：55-59，66.

［2］ 呂江南，王朝云，易永健.農(nóng)用薄膜應(yīng)用現(xiàn)狀及可降解農(nóng)膜研究進展［J］.中國麻業(yè)科學(xué)，2007（3）：150-157.

［3］ 王耀林.我國塑料地膜栽培技術(shù)的引進及發(fā)展情況［J］.農(nóng)業(yè)工程技術(shù)，1982（2）：8-9.

［4］ 張成娥，梁銀麗，賀秀斌.地膜覆蓋玉米對土壤微生物量的影響［J］.生態(tài)學(xué)報，2002（4）：508-512.

［5］ 張 雯，趙洪亮，叢巍巍，等.東北冷涼風(fēng)沙區(qū)不同保護性耕作措施對玉米耕層土壤肥力水平的影響［J］.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2009（6）：658-662.

［6］ 夏 冬，李潔英，王廣龍，等.不同覆蓋方式對土壤肥力和番茄產(chǎn)量及品質(zhì)的影響［J］.生態(tài)學(xué)雜志，2014（7）：1826-1832.

［7］ 馬生發(fā).馬鈴薯不同覆蓋栽培方式對土壤環(huán)境和產(chǎn)量的影響［J］.隴東學(xué)院學(xué)報，2013（3）：48-51.

［8］ 范士杰，王 蒂，張俊蓮，等.不同栽培方式對馬鈴薯土壤水分狀況和產(chǎn)量的影響［J］.草業(yè)學(xué)報，2012（2）：271-279.

［9］ 李尚中，樊廷錄，王 勇，等.旱地玉米抗旱覆膜方式研究［J］.核農(nóng)學(xué)報，2009，23（1）：165-169.

［10］翟 勝，梁銀麗，王巨媛.日光溫室地面覆蓋對嫁接與未嫁接黃瓜生長發(fā)育、產(chǎn)量及土壤環(huán)境的影響［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2005（12）：2344-2348.

［11］卜玉山，苗果園，周乃健，等.地膜和秸稈覆蓋土壤肥力效應(yīng)分析與比較［J］.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2006（5）：1069-1075.

［12］劉青云，席天元.旱地小麥地膜覆蓋效應(yīng)研究［J］.耕作與栽培，2002（5）：15-16.

［13］石有太，陳玉梁，劉世海，等.半干旱區(qū)不同覆膜方式對土壤水分溫度及馬鈴薯產(chǎn)量的影響［J］.中國馬鈴薯，2013（1）：19-24.

［14］何長征，劉明月，龍 華，等.不同覆蓋方式對冬閑稻田馬鈴薯生長及產(chǎn)量的影響［J］.中國農(nóng)學(xué)通報，2007，23（11）：249-252.

［15］張招娟，翁定河，謝向譽，等.不同栽培方式冬種馬鈴薯的生長發(fā)育特性及產(chǎn)量品質(zhì)研究［J］.農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究，2009，30（5）：628-632.