孫 葉,姚小鳳
(甘肅省靈臺縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心,甘肅 靈臺 744400)
靈臺縣地處甘肅省東部,屬隴東黃土高原溝壑丘陵區(qū),海拔890~1 520 m,年平均氣溫8.6 ℃,日照時(shí)數(shù)2 453 h,無霜期159 d,年降雨量650 mm。全縣耕地面積51 120 hm2(有效灌溉面積4053.33 hm2,梯田面積42 246.67 hm2,條田面積16 713.33 hm2),其中:糧食作物播種面積41 653.33 hm2,糧食總產(chǎn)量19 萬t。玉米是靈臺縣種植的主要糧食作物之一,常年播種面積1.62 萬hm2左右,占糧食總播種面積的39.4%;總產(chǎn)量11 萬t,占糧食總產(chǎn)量的57.9%;隨著種植業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整,以全膜覆蓋為主體的旱作農(nóng)業(yè)掀起了全縣“白色革命”,玉米覆膜種植平均可增產(chǎn)12%~25%,但玉米大面積覆膜種植增加了地膜投入,給農(nóng)業(yè)環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染,使得農(nóng)村人居環(huán)境進(jìn)一步惡化,阻礙了縣域生態(tài)文明建設(shè)步伐。殘留于土壤中的廢舊農(nóng)膜,多年累積,破壞了土壤結(jié)構(gòu),嚴(yán)重污染了土壤生態(tài)環(huán)境,阻礙了土壤有機(jī)質(zhì)分解和養(yǎng)分流通,妨礙了靈臺縣“凈土工程”建設(shè)步伐。為了有效防治農(nóng)業(yè)面源污染,減少土壤“白色殘留”,靈臺縣于2020 年開展了玉米降解膜應(yīng)用效果試驗(yàn),以探索全生物降解膜在玉米種植上的使用特性[1-2]。
試驗(yàn)地點(diǎn)設(shè)置在靈臺縣什字鎮(zhèn)郭家老莊村趙家坡社,無灌溉條件,地形為旱塬地,土質(zhì)為黑壚土、土層深厚、土質(zhì)疏松、土壤肥沃、地面平整,前茬作物為玉米,海拔1 290 m,年均降水量為680 mm,7—9 月降水占全年降水量的60%~70%,四周開闊,適宜開展玉米降解膜應(yīng)用效果試驗(yàn)[3]。
參試材料由蘭州鑫銀環(huán)橡塑制品有限公司提供,共3 個(gè)種類:全生物降解白膜、全生物降解黑膜、普通聚乙烯地膜,規(guī)格均為1 200 mm×0.01 mm×10 kg。
采用單因素隨機(jī)區(qū)組排列,試驗(yàn)共設(shè)3 個(gè)處理,處理1:普通聚乙烯地膜區(qū);處理2:全生物降解白膜區(qū);處理3:全生物降解黑膜區(qū)。小區(qū)面積:4.8 m×4 m=19.2 m2。設(shè)3 次重復(fù),試驗(yàn)品種為西蒙6 號。覆膜方法:采用全膜雙壟溝播技術(shù),用機(jī)械覆膜。
結(jié)合整地覆膜一次性每區(qū)條施64%磷酸二銨0.43 kg、46%尿素0.29 kg 作為基肥。試驗(yàn)地于2020 年4 月16 日采用寬窄行人工點(diǎn)播種植,小區(qū)用膜0.17 kg,株距為27 cm,行距55 cm,定苗67 350 株/hm2,除覆膜用地膜有差異外,其他措施均與當(dāng)?shù)卮筇镉衩紫嘁恢隆?/p>
在玉米出苗、拔節(jié)、抽雄、成熟四個(gè)時(shí)期,測定不同覆膜方式下0~20 cm 和20~40 cm 的土壤含水量,具體結(jié)果見表1。
2.1.1 出苗期 由表1 可知,在玉米出苗期使用土鉆鉆取0~20 cm 深度土壤,計(jì)算得知處理1 的土壤含水量為14.32%;處理2 的土壤含水量為14.99%;處理3 的土壤含水量為14.20%。鉆取20~40 cm 深度土壤,經(jīng)測量計(jì)算得知處理1 的土壤含水量為16.04%;處理2 的土壤含水量為16.06%;處理3 的土壤含水量為16.69%。
2.1.2 拔節(jié)期 由表1 可知,在玉米拔節(jié)期使用土鉆鉆取0~20 cm 深度土壤,經(jīng)測量計(jì)算得知處理1的土壤含水量為15.66%;處理2 的土壤含水量為15.95%;處理3 的土壤含水量為14.37%。鉆取20~40 cm 深度土壤,經(jīng)測量計(jì)算得知處理1 的土壤含水量為18.09%;處理2 的土壤含水量為16.97%;處理3 的土壤含水量為15.32%。
2.1.3 抽雄期 由表1 可知,在玉米抽雄期使用土鉆鉆取0~20 cm 深度土壤,經(jīng)測量計(jì)算得知處理1的土壤含水量為16.71%;處理2 的土壤含水量為15.11%;處理3 的土壤含水量為15.49%。鉆取20~40 cm 深度土壤,經(jīng)測量計(jì)算得知處理1 的土壤含水量為18.76%;處理2 的土壤含水量為17.10%;處理3 的土壤含水量為17.56%。
表1 覆蓋不同種類地膜土壤水分含量
2.1.4 成熟期 由表1 可知,在玉米成熟期使用土鉆鉆取0~20 cm 深度土壤,經(jīng)測量計(jì)算得知處理1的土壤含水量為17.92%;處理2 的土壤含水量為14.46%;處理3 的土壤含水量為10.41%。鉆取20~40 cm 深度土壤,經(jīng)測量計(jì)算得知處理1 的土壤含水量為19.56%;處理2 的土壤含水量為18.83%;處理3 的土壤含水量為10.58%。
玉米成熟后,按小區(qū)單收單打、取得玉米實(shí)產(chǎn),結(jié)果見表2。
表2 覆蓋不同種類地膜對玉米產(chǎn)量的影響
由表2 可知,鋪設(shè)普通聚乙烯地膜的小區(qū),平均產(chǎn)量為27.48 kg/19.2 m2,折合產(chǎn)量為14 310 kg/hm2;鋪設(shè)全生物降解白膜的小區(qū),平均產(chǎn)量為26.06 kg/19.2 m2,折合產(chǎn)量為13 575 kg/hm2;鋪設(shè)全生物降解黑膜的小區(qū),平均產(chǎn)量為27.74 kg/19.2 m2,折合產(chǎn)量為14 445 kg/hm2。
在覆膜后的玉米苗期、六葉期、八葉期、灌漿期、成熟初期分別觀察測定各處理地膜降解情況,結(jié)果見表3。
由表3 可知,2020 年4 月15 日,播種后對各小區(qū)進(jìn)行觀測,地膜表面均完整。2020 年6 月4 日,在玉米處于出苗期時(shí)進(jìn)行觀測,觀測可見:3 種覆膜方式地膜均表面完整,拉力正常。2020 年6 月24 日,在玉米處于六葉期時(shí)進(jìn)行觀測,觀測可見:普通聚乙烯地膜表面完整,拉力正常;全生物降解白膜已出現(xiàn)2~12 mm 不等小裂縫,拉力下降;全生物降解黑膜表面完整,拉力正常。2020 年7 月7 日,在玉米處于八葉期時(shí)進(jìn)行觀測,觀測可見:普通聚乙烯地膜表面完整,拉力正常;全生物降解白膜開始出現(xiàn)0.1~0.5 m2片狀降解,手抓成碎屑;全生物降解黑膜有零星小缺口,拉力開始降低。2020 年8 月24 日,在玉米處于灌漿期時(shí)進(jìn)行觀測,觀測可見:普通聚乙烯地膜表面完整,拉力正常;全生物降解白膜已經(jīng)大面積片狀降解,無拉力;全生物降解黑膜也出現(xiàn)大缺口,拉力減弱。2020 年9 月8 日,在玉米成熟期時(shí)進(jìn)行觀測,觀測可見:普通聚乙烯地膜有零星小洞,系人畜撕拉、踩踏所致;全生物降解白膜已降解60%,大部分地表裸露;全生物降解黑膜已降解40%,少部分地表裸露。
表3 覆蓋不同種類地膜降解情況
由土壤水分測定結(jié)果可知,在玉米出苗期,普通聚乙烯地膜和2 種降解膜覆蓋下的土壤含水量差異較??;從拔節(jié)期至抽雄期到成熟期,隨著降解膜的分解,普通聚乙烯地膜的土壤濕度逐漸高于其它2 種降解膜,土壤含水量相差高達(dá)9 個(gè)百分點(diǎn)以上,但此時(shí)正值靈臺縣雨季,降水充沛,氣溫偏高,地膜覆蓋效果邊緣化,故不會(huì)影響玉米正常成熟。
由玉米產(chǎn)量測定結(jié)果可以看出,鋪蓋全生物降解黑膜的玉米產(chǎn)量最高,為14 445 kg/hm2,增產(chǎn)率為0.94%。其次是普通聚乙烯地膜,為14 310 kg/hm2,全生物降解白膜產(chǎn)量最低,為13 575 kg/hm2。由此得出,全生物降解膜在使用過程中能夠滿足玉米的生長要求,與普通聚乙烯地膜相比,對玉米產(chǎn)量無大的影響,甚至對玉米產(chǎn)量有一定增產(chǎn)作用。
從地膜降解情況可以看出,覆膜2 個(gè)多月全生物降解白膜出現(xiàn)零星小裂縫,拉力有所下降,3 個(gè)月后出現(xiàn)大面積開裂,手撕易裂。收獲時(shí),地膜裸露部分降解率達(dá)60%以上,地膜表觀呈0.1~12 m2不等的小碎片狀,未降解部分已無拉力。全生物降解黑膜在播種后3 個(gè)月才開始降解,到收獲期只有40%降解,少部分地表裸露。
全生物降解膜在玉米生長前期田間0~40 cm持水保墑效果與普通膜無較大差異,對玉米正常生長發(fā)育無影響,后期受靈臺縣氣候因素影響,豐沛的雨水為玉米成熟提供了有利條件,雖然全生物降解黑、白地膜在降解過程中保墑性減弱,使得20~40 cm土壤濕度下降,但淺表層吸收的雨水足以供給玉米成長所需水分,故不會(huì)影響作物正常成熟。
玉米使用全生物降白地膜,從玉米八葉期開始降解,到成熟期時(shí)降解幅度已達(dá)60%,且降解部分已腐解成0.1~12 m2的小碎屑;玉米使用全生物降黑地膜,在播種后3 個(gè)月才開始降解,到收獲期只有降解40%,少部分地表裸露。試驗(yàn)結(jié)果表明:玉米使用全生物降白地膜田間降解速率明顯高于全生物降黑地膜,土壤殘留期短、污染輕,并省去了廢舊農(nóng)膜撿拾環(huán)節(jié),降低了勞動(dòng)強(qiáng)度,保護(hù)了農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境,且有利于機(jī)械收獲。
經(jīng)考種,本次試驗(yàn)的玉米平均穗長為21 cm,穗行數(shù)為16,穗周長為16,百粒重為42.5 g,穗重為257 g。鋪設(shè)全生物降解黑、白地膜的玉米成熟后,穗、粒參數(shù)表現(xiàn)都與普通聚乙烯地膜相差不大。
鋪設(shè)全生物降解膜種植的玉米,產(chǎn)量表現(xiàn)與普通地膜無較大差異,黑色生物降解膜可提高玉米產(chǎn)量。
使用全生物降解膜,保護(hù)了生態(tài)環(huán)境,提高了農(nóng)作物產(chǎn)量,對靈臺縣農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有明顯的生態(tài)效益,可以在縣域內(nèi)大面積推廣應(yīng)用。
2020 年靈臺縣農(nóng)膜覆蓋面積為14 000 hm2,其中:玉米10 000 hm2,馬鈴薯2 000 hm2,蔬菜666.67 hm2,其他1 333.33 hm2;農(nóng)膜使用量為2 500 t,年回收廢舊農(nóng)膜2 000 t,回收率為80%。隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械的推廣普及,農(nóng)業(yè)機(jī)械化程度不斷提高,極大地減輕農(nóng)民群眾的勞動(dòng)強(qiáng)度,提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。但是覆膜作物機(jī)械收獲后將秸稈粉碎噴灑于地面且留茬過高,造成了田間地膜撿拾困難等問題,加劇了地膜回收難度。且由于農(nóng)村青壯年外出務(wù)工,農(nóng)村勞力大幅度減少,導(dǎo)致廢舊農(nóng)膜人工撿拾缺少主體。而靈臺縣目前使用的大多數(shù)地膜撿拾機(jī)械功能單一,僅能完成起膜、收集廢膜等工作,無法處理膜和雜物分離、地膜纏繞性和脫膜、裹土等問題,使得全縣2020 年廢舊地膜機(jī)械化撿拾不足1 333.33 hm2,機(jī)械化回收率僅僅10%左右。廢舊農(nóng)膜殘留在土壤中造成農(nóng)作物出苗困難,根系生長困難,影響肥效,導(dǎo)致減產(chǎn)。近幾年,靈臺縣連續(xù)開展了廢舊農(nóng)膜殘留量監(jiān)測工作,監(jiān)測所見,土壤中平均殘留廢舊農(nóng)膜約為4.68 g/m3,可生物降解地膜的推廣迫在眉睫。
生物降解膜其添充的材料中大多是淀粉、纖維素可以代替石油。一方面由于其可以完全降解,具有環(huán)保意義;另一方面在當(dāng)今石油短缺的情況下其可完全代替石油,因此生物降解地膜在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)為首選。