陳瑞英，趙培榮，劉宏金，張 雷，郭曉宇

（1四子王旗農(nóng)業(yè)技術(shù)服務(wù)中心，內(nèi)蒙古烏蘭察布 011899；2內(nèi)蒙古農(nóng)牧業(yè)生態(tài)與資源保護(hù)中心，呼和浩特 010010）

0 引言

地膜覆蓋技術(shù)作為一種高效抗旱節(jié)水技術(shù)，可有效提高地溫，保持土壤墑情[1-2]，有效提高水分利用效率[3-4]，促進(jìn)肥料、土壤中有機(jī)物的腐熟和分解，提高土地肥力，同時可促進(jìn)馬鈴薯生長發(fā)育和產(chǎn)量形成[5-6]，為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)民增收做出了顯著貢獻(xiàn)。但是，長年大量使用地膜也給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人居環(huán)境帶來了嚴(yán)重危害，普通PE地膜回收率低，殘膜在土壤中很難降解，地膜污染現(xiàn)象嚴(yán)重發(fā)生[7-8]，長期積累對農(nóng)田土壤和生態(tài)環(huán)境造成了一系列潛在危害[9-10]，同時對作物生長也有一定影響[11-12]。可降解地膜的問世有望緩解和解決地膜污染的問題，是未來地膜發(fā)展的主要方向之一。目前，對可降解地膜對作物產(chǎn)量及降解特性的影響方面的研究已經(jīng)取得明顯進(jìn)展[13-14]。錢亞光等[15]的研究表明，可降解地膜對玉米地溫的影響與普通地膜相似，且增產(chǎn)潛力優(yōu)于普通地膜。賀鵬程等[16]和李海萍等[17]也指出，降解地膜可提高馬鈴薯產(chǎn)量，具有普通地膜的增產(chǎn)增溫特性。本研究立足于中國北方馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)——陰山北麓，全面分析了在膜下滴灌種植模式下降解膜對地溫和馬鈴薯產(chǎn)量的影響，以及在栽培和填埋條件下降解膜的降解特性，綜合評價了可降解地膜在當(dāng)?shù)伛R鈴薯生產(chǎn)上的應(yīng)用效果和推廣潛力，為可降解地膜推廣應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 時間和地點(diǎn)

試驗(yàn)于2018—2019年進(jìn)行，試驗(yàn)田位于內(nèi)蒙古自治區(qū)烏蘭察布市四子王旗忽雞圖鄉(xiāng)麻黃洼二隊(duì)自然村，地理位置：北緯41.661°，東經(jīng)111.798°；該地晝夜溫差大，多年平均降水量在270 mm左右，多集中于7、8、9月份，無霜期110天左右；土質(zhì)為砂壤土，肥力中等，土壤為栗鈣土，有機(jī)質(zhì)含量11.60 g/kg，堿解氮52.43 mg/kg，有效磷35.02 mg/kg，速效鉀151.46 mg/kg，pH 8.4。

1.2 試驗(yàn)材料

選取7個來自不同省份的降解膜品種參加試驗(yàn)，T1（山東）、T2（廣東）、T3（浙江）、T4（內(nèi)蒙古）為全生物降解膜，T5（山東）、T6（河北）、T7（山東）為氧化生物降解膜，馬鈴薯品種為‘希森6號’。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

栽培試驗(yàn)：采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，試驗(yàn)設(shè)7個可降解地膜處理，分別以T1、T2、T3、T4、T5、T6和T7表示，以普通地膜CK1和裸地CK2作為對照，共9個處理，3次重復(fù)，共27個小區(qū)。播種時間為5月19日，大行距90 cm，小行距40 cm，株距30 cm，采用半高壟膜下滴灌種植方式。填埋試驗(yàn)：采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，試驗(yàn)設(shè)T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7共7個降解地膜處理和1個普通地膜CK1處理，設(shè)置90、180、365天3個觀察期，3次重復(fù)，共72個處理。將試驗(yàn)處理地膜裁剪成40 cm（橫向）×30 cm（縱向）的膜片，做好標(biāo)記，裝入20目防蟲網(wǎng)袋中，挖深度為10 cm的長方形平底坑，按排列順序平展放入平底坑中，回填土壤。

1.4 觀測項(xiàng)目（指標(biāo)）及方法

1.4.1 馬鈴薯產(chǎn)量測試 測產(chǎn)時每小區(qū)隨機(jī)取3段，每段長5.15 m、寬1.3 m、面積為6.7 m2，分大小薯分別測定馬鈴薯質(zhì)量。大薯指質(zhì)量大于等于150 g的馬鈴薯，小薯指質(zhì)量小于150 g的馬鈴薯。

1.4.2 栽培試驗(yàn)地膜降解情況觀測 在每個處理中選取3個固定觀測點(diǎn)，定點(diǎn)觀察拍照記載降解膜的降解情況。

1.4.3 填埋試驗(yàn)地膜降解情況觀測 到特定觀察期，取出埋設(shè)膜片，小心清理表面土壤，觀察記錄降解情況。

1.4.4 土壤溫度監(jiān)測 采用美國產(chǎn)HOBO water Temp Pro v2溫度記錄儀測定，溫度記錄儀埋設(shè)深度為10 cm，每60 min記錄一次數(shù)據(jù)，每個處理埋設(shè)3個地溫計(jì)。

1.4.5 降解時期說明 誘導(dǎo)期，即從覆膜到壟面地膜出現(xiàn)≤2 cm自然裂縫或孔洞（直徑）的時間；開裂期，即壟面地膜出現(xiàn)≥2 cm、＜20 cm自然裂縫或孔洞（直徑）的時間；大裂期，即壟面地膜出現(xiàn)大于20 cm自然裂縫的時間；碎裂期，地膜柔韌性盡失，壟面地膜出現(xiàn)碎裂，最大地膜殘片面積≤16 cm2的時間；無膜期，壟面地膜基本見不到地膜殘片的時間。

1.5 數(shù)據(jù)處理

利用WPS表格和SPSS17.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對馬鈴薯產(chǎn)量的影響及分析

由表1可知，9個處理中以裸地處理CK2產(chǎn)量最低為37.95 t/hm2，其他處理產(chǎn)量均高于CK2的產(chǎn)量，不同覆膜處理較CK2增產(chǎn)4.35%～14.62%，說明覆膜有利于馬鈴薯產(chǎn)量的形成。普通地膜處理CK1的產(chǎn)量為40.65 t/hm2，其中降解膜處理T6、T1、T7、T3的產(chǎn)量依次為43.50、42.90、41.70、41.25 t/hm2，分別較CK1增產(chǎn)2.85、2.25、1.05、0.60 t，增產(chǎn)率分別為7.01%、5.54%、2.58%、1.48%。T2的產(chǎn)量為40.65 t/hm2與CK1的產(chǎn)量持平，T5和T4的產(chǎn)量分別為40.20、39.60 t/hm2，略低于CK1的產(chǎn)量。

表1 不同處理下馬鈴薯產(chǎn)量結(jié)果表

2.2 不同處理對農(nóng)田月均地溫的影響及分析

根據(jù)不同處理下土壤月均溫度監(jiān)測結(jié)果可知（見圖1），整個生育期地溫整體呈先升高后降低的趨勢，5月份，不同覆膜處理地溫均高于CK2的地溫，覆膜后地溫提高了0.42～1.29℃。6月份，覆膜較CK2的提溫輻度為0.39～1.09℃。進(jìn)入7月份，不同處理地溫達(dá)到最高值，CK1地溫較其他降解膜處理地溫高0.52～1.36℃。之后，地溫又呈不斷下降趨勢，且各處理間地溫差異變小。

圖1 不同處理月平均地溫變化情況圖

2.3 栽培條件下降解膜降解情況

由表2可知，T6處理在覆膜后12天最早進(jìn)入誘導(dǎo)期，覆膜后32天進(jìn)入大裂期，直至最后一次調(diào)查依然處于大裂期，從誘導(dǎo)期到大裂期歷時最短，僅為20天。其他降解膜的誘導(dǎo)期均出現(xiàn)在覆膜后22天，大裂期出現(xiàn)的時間依次為：T4為覆膜后50天，T2、T5為覆膜后53天，T3、T7為覆膜后56天，從誘導(dǎo)期到大裂期歷時27～33天；而T1進(jìn)入大裂期時間最晚，為覆膜后90天，從誘導(dǎo)期到大裂期歷時最長為67天。所有參試降解膜到測產(chǎn)調(diào)查時均處于大裂期，未進(jìn)入碎裂期和無膜期。

表2 參試地膜覆膜后進(jìn)入不同降解階段的天數(shù) d

2.4 填埋條件下降解膜降解情況

由表3可知，在填埋試驗(yàn)中，降解膜的降解速度更慢。到90天觀察期，T1、T2、T3均處于降解開裂期，但T2降解現(xiàn)象不如T1、T3明顯，其余4個降解膜處理T4、T5、T6、T7均未出現(xiàn)降解現(xiàn)象。到180天觀察期，T1、T2、T3降解膜依然處于降解開裂期；T4降解膜出現(xiàn)降解現(xiàn)象，產(chǎn)生了小裂縫，處于降解的誘導(dǎo)期；其余3個降解膜T5、T6、T7均未出現(xiàn)降解現(xiàn)象。到365天觀察期，T1和T3降解膜進(jìn)入降解大裂期，且T3降解膜進(jìn)入加速降解階段；T2、T4降解膜進(jìn)入降解開裂期，也出現(xiàn)明顯的降解現(xiàn)象；其余3個降解膜T5、T6、T7為氧化生物降解膜，在達(dá)到一年觀察期后依然未出現(xiàn)降解現(xiàn)象。但隨著觀察時間的延長，降解膜的降解程度越來越大。

表3 降解地膜在不同填埋時間下降解情況

3 結(jié)論

馬鈴薯歷來是當(dāng)?shù)胤N植面積最大的農(nóng)作物，隨著節(jié)水技術(shù)的大力推廣，膜下滴灌成為當(dāng)?shù)刂饕墓?jié)水種植模式之一?？山到獾啬な窃谧匀粭l件下可以降解分化的一種地膜類型，可降解地膜的使用是解決地膜污染的重要途徑之一。所以，在當(dāng)?shù)啬は碌喂囫R鈴薯種植上開展可降解地膜試驗(yàn)對指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要的意義。

在本試驗(yàn)中，參加試驗(yàn)的8個覆膜處理馬鈴薯產(chǎn)量均高于CK2馬鈴薯產(chǎn)量，覆膜處理較CK2增產(chǎn)4.35%～14.62%，此外，有4個降解膜處理馬鈴薯產(chǎn)量高于CK1馬鈴薯產(chǎn)量，增產(chǎn)幅度為1.48%～7.01%，有1個降解膜處理與CK1持平，其他2個處理略低于CK1處理。綜合來看，降解地膜的利用有利于馬鈴薯產(chǎn)量提高，這與林力夫[18]和高旭華等[19]的研究結(jié)果相同，但在本試驗(yàn)中增產(chǎn)差異不顯著。

整個生育期地溫整體呈先升高后降低的變化趨勢。5月份播種初期，外界氣溫較低，不同覆膜處理地溫均高于裸地地溫，覆膜可提高地溫0.42～1.29℃。之后隨著外界氣溫升高，覆膜的增溫幅度開始降低。7月份，外界氣溫達(dá)到最高時，各降解膜處理地溫卻明顯低于普通地膜處理，有效的避開了高溫對馬鈴薯生長和產(chǎn)量形成造成的不利影響，這與賀鵬程等[16]的研究結(jié)果相似。之后，地溫又呈不斷下降趨勢，且各處理間地溫差異變小。到9月份，除T2處理外，CK2地溫基本低于其他處理。可降解地膜只要未進(jìn)入降解階段就可提高土壤地溫，保溫性能與普通地膜相似[20-21]，前期提溫作用可促進(jìn)馬鈴薯生長，為后期馬鈴薯生長和產(chǎn)量形成提供基礎(chǔ)。

在栽培試驗(yàn)中，7個降解膜降解速度都較慢，這與劉姝彤等[22]的研究結(jié)果相似，這可能與當(dāng)?shù)貧夂蚶錄龅奶卣骷榜R鈴薯特殊的耕作過程有關(guān)。馬鈴薯種植需要膜上覆土以保證植株順利破土出苗，在整個生育期需中耕覆土2次，地膜被大面積埋在土里，遮住了光照，影響了其降解速度。同時，膜下滴灌種植需經(jīng)常滴水灌溉導(dǎo)致地溫偏低，也影響降解膜的降解速度。參試降解膜誘導(dǎo)期出現(xiàn)在覆膜后12～22天之間，除T1處理外誘導(dǎo)期到大裂期歷時均在20～33天之間，所有參加試驗(yàn)的降解膜在當(dāng)季最多可降解到大裂期，未能進(jìn)入碎裂期和無膜期。在填埋試驗(yàn)中，不同類型降解膜的降解情況并不相同，4個生物降解膜均出現(xiàn)了不同程度的降解，雖然降解速度慢于栽培試驗(yàn)，但隨著觀察期的延長，降解現(xiàn)象越來越明顯，降解程度也越來越大，到365天觀察期時，均降解到開裂期和大裂期。但是到365天調(diào)查時，T5、T6和T7降解膜依然未出現(xiàn)降解現(xiàn)象，這與栽培試驗(yàn)中的表現(xiàn)完全不同，因?yàn)檠趸锝到饽そ到馐芡饨绻庹蘸惋L(fēng)化影響較大，在填埋試驗(yàn)中，地下10 cm完全遮光條件下，降解膜降解受到了很大影響。

4 討論

在本試驗(yàn)?zāi)甓戎?，參加試?yàn)的降解膜對前期地溫和最終產(chǎn)量的提升均起到了相應(yīng)作用，雖然在收獲時均未降解到碎裂期或無膜期，但隨著時間的延長，不論在當(dāng)?shù)刈匀粭l件下還是填埋在地下，降解膜完全降解還是可以實(shí)現(xiàn)的。此外，在秋季機(jī)械收獲中，降解膜的韌性明顯下降，且對農(nóng)機(jī)的纏繞明顯少于普通地膜，所以生物降解膜的利用對于改善當(dāng)?shù)厝司迎h(huán)境和保持農(nóng)業(yè)可持續(xù)綠色發(fā)展還是有利的。

馬鈴薯生長前期地膜主要作用是保墑、提墑、提高地溫、抑制雜草生長等，降解膜誘導(dǎo)期出現(xiàn)的時間不能太早，綜合考慮外界氣溫影響及馬鈴薯生長特點(diǎn)等多方面因素，在當(dāng)?shù)伛R鈴薯生產(chǎn)上應(yīng)選擇誘導(dǎo)期在20天以上的降解膜。在滿足當(dāng)?shù)貦C(jī)械操作并保證防風(fēng)防裂的基礎(chǔ)上，可以推廣使用厚度為0.008 mm的降解膜，可以節(jié)省成本，加快降解，降低污染。

在本試驗(yàn)中，在7月份外界氣溫達(dá)到最高的時期，各降解膜處理下地溫卻低于普通地膜處理地溫0.52～1.36℃，這可能與降解膜的降解性和透氣性有關(guān)，需下一步繼續(xù)深入研究。

不同降解地膜的降解情況受多種因素的影響，在田間降解情況表現(xiàn)不同。閻曉光等[23]和李文霞[24]都曾指出可降解地膜的降解速度受外界條件、生產(chǎn)廠家、制作原材料和誘導(dǎo)期設(shè)計(jì)等多種因素的影響。同一廠家的同類型降解膜可能由于不同試驗(yàn)?zāi)甓葰鉁亍⑷照蘸偷販氐鹊挠绊?，表現(xiàn)出不一致的降解性能。在今后的試驗(yàn)中，在降解膜能滿足馬鈴生長發(fā)育的同時應(yīng)充分考慮降解膜的降解特性，根據(jù)影響可降解地膜降解性能的因素將這些因素設(shè)計(jì)在降解膜試驗(yàn)中，進(jìn)一步分析降解膜在不同因素影響下的降解特性。此外，應(yīng)加大力度開展降解膜在當(dāng)?shù)仄渌N植模式下、其他作物生產(chǎn)上的應(yīng)用效果研究，以期實(shí)現(xiàn)根據(jù)不同地區(qū)、不同種植模式、不同作物來針對性的選擇降解地膜。

在本試驗(yàn)中，從降解膜類型、降解性能分析和對馬鈴薯產(chǎn)量的影響等多方面考慮，認(rèn)為全生物降解膜可以替代普通地膜在馬鈴薯上推廣利用，這與葉飛華等[25]的研究結(jié)論相似。T1生物降解膜分別較裸地處理和普通地膜處理增產(chǎn)13.04%和5.54%，而且增溫性能和降解性能也能滿足當(dāng)?shù)伛R鈴薯生產(chǎn)，是適宜在當(dāng)?shù)厥痉锻茝V的降解膜品種。