唐永金，劉俊利　(.西南科技大學農(nóng)學院，四川綿陽 6200；2.生物質(zhì)材料教育部工程研究中心(西南科技大學)，四川綿陽 6200)

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聚乙烯光解地膜降解產(chǎn)物對小麥的影響

唐永金1，2，劉俊利1(1.西南科技大學農(nóng)學院，四川綿陽 621010；2.生物質(zhì)材料教育部工程研究中心(西南科技大學)，四川綿陽 621010)

聚乙烯(PE)為原料添加光敏劑的光降解地膜，因成本低、強度大得到廣泛應用?？山到饩垡蚁┑啬そ?jīng)過一定時間，可降解為碎片、粉末和低分子量化合物。人們對可降解地膜碎片對土壤和作物的影響有少量研究[1-2]，關(guān)于聚乙烯粉末和低分子化合物對土壤養(yǎng)分影響也有少量研究[3]。但地膜碎片、聚乙烯粉末和低分子化合物對作物的影響有何差異目前少見報道。研究光解地膜裂解產(chǎn)物和分解產(chǎn)物對小麥的影響，可為以聚乙烯為原料的可降解地膜的研制和推廣提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗材料該研究采用連續(xù)性盆栽試驗，前作是大豆，模擬光解地膜的降解產(chǎn)物處理是在大豆種植前完成，小麥試驗是在大豆收獲后進行。試驗土壤為紫色壤土。模擬地膜降解產(chǎn)物是：7 cm×5 cm、4 cm×5 cm、1 cm×5 cm面積大小的光解地膜碎片，線性低密度聚乙烯LLDPE(生產(chǎn)可降解地膜的原料)，3 000分子量聚乙烯(3 000 Da)。光解地膜是西南科技大學研制，由促進物質(zhì)與葡甘聚糖混合后加入聚乙烯生產(chǎn)的生物質(zhì)輔料光解地膜。

前作大豆品種為晚熟冬豆(四川地方品種)，該試驗小麥品種為西科麥4號。

1.2試驗設計試驗為二因素設計。A因素為地膜降解產(chǎn)物，5個水平：7 cm×5 cm光解地膜碎片，4 cm×5 cm光解地膜碎片，1 cm×5 cm光解地膜碎片，LLDPE和3 000 Da。前3個模擬光解地膜裂解的碎片，第4個模擬降解的粉末，第5個模擬降解的低分子化合物。B因素為用量或殘留量，6個水平：7、70、140、210、280和350 g/m2，分別模擬1年殘留量、10年殘留量、20年殘留量、30年殘留量、40年殘留量和50年殘留量(我國2000～2010年地膜覆蓋用量大致為7 g/m2，假設全部殘留到土壤)。以不使用降解產(chǎn)物(0處理)為對照。隨機區(qū)組設計，6次重復，共計5×6 +1(對照)=31個處理。

1.3試驗方法盆栽試驗所用塑料盆內(nèi)高26.0 cm，內(nèi)口徑29.4 cm，裝土距盆口3.0 cm，每盆土壤表面積為0.064 m2。在種植大豆前，根據(jù)每盆土壤面積和各聚乙烯降解產(chǎn)物設計用量，計算各處理6盆用量。用燃燒法測定土壤干重，計算出每盆裝干土16.08 kg，按照每10 kg干土拌100 g油枯粉和50 g復合肥，保證肥料供應。

試驗在西南科技大學農(nóng)場進行。前作大豆生長期間未施肥，小麥播種是在大豆收后的試驗盆中進行。小麥于2011年10月29日播種，生長期間未施肥，各處理澆水等管理一致。2012年5月7日收獲小麥，小麥收獲風干后考察產(chǎn)量性狀并測定蛋白質(zhì)含量。

1.4測量方法

1.4.1葉綠素含量測定。2011年12月4日～2012年3月20日期間對小麥進行3次葉綠素相對含量的測定，以平均值分析。測定儀器是日本產(chǎn)SPAD-520葉綠素測定計。每盆測定3株(主莖)，每株測定全展倒2葉上1/3處。

1.4.2葉綠素熒光參數(shù)測定。2012年4月9日測定小麥劍葉上1/3處葉綠素熒光參數(shù)。用德國產(chǎn)Dual-PAM-100熒光儀，根據(jù)說明書和文獻[4]的方法，在夜間暗處理條件下,測定葉片 PSⅡ的暗條件下最小熒光強度(F0)、暗條件下最大熒光強度(Fm)、最大光化學效率(Fv/Fm)。各參數(shù)的生物學意義參見文獻[4-6]。

1.4.3蛋白質(zhì)含量測定。用粉碎機將曬干的小麥子粒打成粉末，按照凱氏定氮法測定[7]。

2結(jié)果與分析

2.1地膜降解產(chǎn)物對小麥葉綠素的影響

2.1.1處理組合對小麥葉綠素的影響。由表1可知，各地膜降解產(chǎn)物及其殘留量處理均使小麥葉綠素相對含量低于對照，其中LLDPE和3 000 Da 70 g/m2殘留量的最低，其次是3 000 Da 350 g/m2、4 cm×5 cm 70 g/m2、1 cm×5 cm 140 g/m2、LLDPE140 g/m2。

表1　光解地膜降解產(chǎn)物對小麥葉綠素的影響

F0表示暗條件下植物最小熒光強度，F(xiàn)m表示暗條件下植物最大熒光強度。F0增加或Fm下降均表示植物受到一定的環(huán)境脅迫。從表1可見,大多數(shù)處理這2個參數(shù)均大于對照。Fv/Fm表示最大光化學效率，反映植物PSⅡ光合中心內(nèi)稟光能轉(zhuǎn)換效率[4]，是評價植物遭受脅迫的最重要指標。由表1可知，有些處理的Fv/Fm略大于CK，如1 cm×5 cm碎片的70 g/m2和350 g/m2殘留量處理，但多數(shù)略小于CK。相關(guān)分析表明，小麥葉綠素相對含量與Fv/Fm有顯著的正相關(guān)r=0.369*(r0.05=0.355)，說明葉綠素相對含量高有利于提高葉片的最大光化學效率。

2.1.2各處理因素對小麥葉綠素的影響。將各降解產(chǎn)物或殘留量的葉綠素參數(shù)平均化，得到表2。由表2可知，地膜各降解產(chǎn)物或殘留量的葉綠素相對含量均略低于CK，F(xiàn)v/Fm也略有降低。歸類分析說明，該試驗的聚乙烯降解產(chǎn)物處理對小麥葉綠素相對含量和最大光化學效率略有降低作用，但沒有明顯的影響。

表2　地膜降解產(chǎn)物及殘留量對小麥葉綠素的影響

2.2光解地膜降解產(chǎn)物對小麥產(chǎn)量性狀和蛋白質(zhì)含量的影響

2.2.1各處理組合對小麥產(chǎn)量性狀和蛋白質(zhì)含量的影響。由表3可知，有27%的處理穗粒數(shù)、有10%處理的千粒重、有30%處理的單穗重低于CK，其余處理的小麥產(chǎn)量性狀均優(yōu)于CK，所有處理的小麥蛋白質(zhì)含量均高于CK。方差分析表明，地膜降解產(chǎn)物對穗粒數(shù)影響極顯著(P=0.007 3)，地膜降解產(chǎn)物和殘留量互作對穗粒數(shù)影響極顯著(P=0.000 3)。降解產(chǎn)物4 cm×5 cm碎片和LLDPE處理間有極顯著差異，殘留量210 g/m2和350 g/m2處理間有極顯著差異。

地膜降解產(chǎn)物對單穗重有顯著影響(P=0.012 3)，地膜降解產(chǎn)物和殘留量互作對單穗重有顯著影響(P=0.012 1)。降解產(chǎn)物4 cm×5 cm碎片和LLDPE處理間有極顯著差異，殘留量280 g/m2和350 g/m2處理間無顯著差異，與140 g/m2處理間有顯著差異。

2.2.2各處理因素對小麥產(chǎn)量性狀和蛋白質(zhì)含量的影響。歸類分析表明，4 cm×5 cm碎片處理或140 g/m2殘留量處理，將減少小麥的穗粒數(shù)(表4)，但降解產(chǎn)物平均使小麥穗粒數(shù)比CK增加6.28%，千粒重增加2.92%，單穗重8.33%，蛋白質(zhì)含量均高于CK2.12個百分點。

表3　光解地膜降解產(chǎn)物對小麥產(chǎn)量性狀和蛋白質(zhì)含量的影響

表4　地膜降解產(chǎn)物及殘留量對小麥產(chǎn)量性狀和蛋白質(zhì)的影響

3討論

(1)可降解地膜是地膜發(fā)展的重要方向，地膜降解后的碎片和低分子化合物對作物和土壤有何影響，這是人們十分關(guān)心的問題，也直接影響可降解地膜的研制和推廣使用。在可降解地膜中，聚乙烯為原料的光解地膜因成本低、強度大等原因受到人們的歡迎。金維續(xù)等[8]研究表明，光降解膜與普通地膜都具有保溫保濕的效果，但光解地膜在陽光照射下，最后降解成粉末，進入土壤后能被微生物繼續(xù)降解。

(2)殘膜對作物的危害主要是影響土壤水分和空氣的運動、影響作物根系的伸展。有研究表明，小于0.5 cm×0.5 cm的殘膜在砂壤、輕壤和重壤土中，含量小時無明顯影響，含量在0.2%以上可以降低土壤容重、增加通氣性和滲水性能，使小麥和白菜產(chǎn)量增加[1]。光解地膜的碎片在4 cm×4 cm以下，對作物無明顯影響，不會導致作物減產(chǎn)[2]。甚至有研究認為，當光解地膜的碎片在6 cm×6 cm以下，積累量達土壤重量的千分之一，對土壤容重和作物產(chǎn)量也不會產(chǎn)生明顯的影響[9]。王星認為，玉米根系的穿透能力強，16 cm×16 cm以下的殘膜，對玉米生長沒有明顯影響。金維續(xù)等[8]研究表明，沒有測試到光降解膜降解后產(chǎn)生的重金屬污染，16 cm×16 cm以下的碎片對作物生長和土壤物理性質(zhì)沒有不良影響。

(3)可降解地膜降解成碎片，將要進一步降解成粉末或低分子化合物。這些粉末和低分子化合物對土壤和作物有何影響，也是人們關(guān)注的問題。趙萍等[3]用線型低密度聚乙烯(LLDPE)、5 000分子量聚乙烯降解產(chǎn)物研究表明,聚乙烯降解產(chǎn)物對小麥生長中期土壤有機質(zhì)、有效磷、速效鉀和水分含量多有增加作用，對堿解氮含量多有降低作用。曾峰等[11]用光解地膜的主要原料——線性低密度聚乙烯(LLDPE)模擬降解粉末，用5 000分子量聚乙烯模擬降解后的低分子量聚乙烯，研究它們對油菜出苗和幼苗生長的影響，表明土壤中的聚乙烯降解產(chǎn)物，可以促進發(fā)芽出苗，促進幼芽生長，但含量過高會抑制根系生長，甘藍型油菜和芥菜型油菜表現(xiàn)不同。在土壤中施用LLDPE和2 000、3 000、5 000、7 000低分子量聚乙烯分析表明，蠶豆株高、復葉數(shù)及土壤酶活性顯著高于CK[12]。程桂蓀等[1]研究表明，0.5 cm×0.5 cm的光解地膜碎片可使小麥百粒重增加12.5%，產(chǎn)量增加27.6%，可使大白菜鮮重增加219.0%。

(4)土壤中地膜降解產(chǎn)物是否對作物產(chǎn)生環(huán)境脅迫也是人們較為關(guān)心的問題。在植物生理上，常用葉綠素熒光參數(shù)來評價環(huán)境脅迫。例如，花后干旱使大麥敏感品種Fv/Fm均有降低[13]，耐旱能力強的植物Fv/Fm值都比較穩(wěn)定[14]；在20 mg Cu/L的脅迫下，紅花菜豆初期Fv/Fm的變化較小，但隨著生育進程的增加,Fv/Fm等熒光參數(shù)降低[15]。該研究表明，地膜降解產(chǎn)物種類和殘留量對Fv/Fm有不同影響，多數(shù)處理略有降低，但沒有明顯影響，即光解地膜降解產(chǎn)物對第二季種植的小麥，沒有明顯的光合生理脅迫作用。

(5)該試驗在種植大豆后進行，種小麥時不同處理的土壤養(yǎng)分含量不同。測定表明，7 cm×5 cm的處理平均比CK的全鉀、有效磷消耗少，其他養(yǎng)分消耗相當或略多；3 000 Da處理消耗的堿解氮、全氮和有機質(zhì)比CK少，其他養(yǎng)分消耗相等或略多。因此，光解地膜碎片和進一步降解的低分子化合物對土壤養(yǎng)分分解消耗的影響不同。這些影響對后茬小麥的葉綠素、產(chǎn)量性狀和蛋白質(zhì)含量產(chǎn)生綜合作用。其中，產(chǎn)量和品質(zhì)是評價影響的主要指標。與對照相比，對小麥單穗重和蛋白質(zhì)含量沒有不良影響，多數(shù)情況下還有增產(chǎn)作用。程桂蓀等[1]研究表明，光解地膜碎片使小麥增產(chǎn)。該研究表明，不僅光解地膜碎片能增產(chǎn)，光解地膜進一步降解的粉末和低分子化合物對小麥也有一定的增產(chǎn)作用。增產(chǎn)原因可能與以下因素的變化有關(guān)：①土壤容重減輕，土壤空氣含量增加。有研究表明，土壤殘留光解地膜碎片，可使土壤容重減少13.4%，滲透量增加39%[8]。②土壤空氣含量增加，土壤酶活性增加。曹小衛(wèi)等[12]研究表明，土壤添加低分子量聚乙烯后，土壤過氧化氫酶含量可增加21.1%，蔗糖酶含量可增加12.07%，脲酶含量可增加11.2%。③土壤空氣和酶含量增加，促進了土壤養(yǎng)分的分解和植物吸收[3]。但該研究中葉綠素含量及最大光化學效率(Fv/Fm)與作物產(chǎn)量變化不一致，其原因值得進一步研究。

4結(jié)論

綜合分析所研究的可降解地膜碎片、粉末及低分子量聚乙烯對小麥的影響，可以得到如下結(jié)論：光解地膜不同降解產(chǎn)物和不同殘留量對第二季種植小麥的影響不全相同，小麥葉綠素相對含量和Fv/Fm略有降低，但小麥穗粒數(shù)、千粒重、單穗重有所增加，小麥子粒蛋白質(zhì)含量也有所提高。因此，就產(chǎn)量和品質(zhì)而言，以聚乙烯為原料的可降解地膜降解產(chǎn)物對小麥沒有不良影響。

參考文獻

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摘要[目的]研究聚乙烯為原料的可降解地膜降解產(chǎn)物對作物的影響，為可降解地膜的研制和推廣提供依據(jù)。[方法]該研究是在大豆收獲后續(xù)種小麥，采用盆栽試驗，研究光解地膜降解產(chǎn)物處理對小麥的影響。模擬地膜降解產(chǎn)物為7 cm×5 cm2碎片、4 cm×5 cm碎片、1 cm×5 cm碎片、線性低密度聚乙烯(LLDPE)和3 000分子量聚乙烯(3 000 Da)，模擬殘留量為7、70、140、210、280和350 g/m2。以不使用降解產(chǎn)物(0處理)為對照。隨機區(qū)組設計，6次重復。[結(jié)果]光解地膜降解產(chǎn)物使小麥葉綠素相對含量降低2個百分點，葉綠素熒光參數(shù)Fv/Fm略有降低，但小麥穗粒數(shù)、千粒重、単穗重有所增加，小麥子粒蛋白質(zhì)含量有所提高。[結(jié)論]以聚乙烯為原料的可降解地膜降解產(chǎn)物對小麥產(chǎn)量和品質(zhì)沒有不良影響。

關(guān)鍵詞聚乙烯；光解地膜；小麥；影響

Effects of Degradation Products of Light-degradable Film Made with Polyethylene on Wheat

TANG Yong-jin1,2,LIU Jun-li1(1.Agronomy Department, Southwest University of Science and Technology, Mianyang, Sichuan 621010；2. Biomass Materials Engineering Research Center of the Ministry of Education，Southwest University of Science and Technology, Mianyang, Sichuan 621010)

Abstract[Objective] Studying the influence of degradation products of light-degradable film made with polyethylene on crop can provide theoretically support for the development and popularization of polyethylene-based degradable mulching film. [Method]The film degradation products were treated before pre-season soybean planting in pot experiment. This test was conducted after soybean harvest to study the effects of the film degradation products on wheat. Analog film degradation products were 7 cm×5 cm, 4 cm×5 cm, 1 cm×5 cm mulch debris, LLDPE and 3 000 molecular weight polyethylene (3 000 Da) and analog amount of residue were 7,70,140,210,280,350 g/m2,taking 0 g/m2as control. Randomized block design, repeated six times. [Result]The results showed that the film degradation products made wheat chlorophyll content 2 percent points lower and made chlorophyll fluorescence parameters Fv/ Fmdecreasing slightly, but the grain number of wheat, 1 000-grain weight, grain weight per ear were increased and the grain protein content of wheat was also increased.[Conclusion]The degradation products of degradable plastic film made with polyethylene has no adverse effect on the wheat.

Key wordsPolyethylene; Photolysis film; Wheat; Influence

收稿日期2015-04-30

作者簡介唐永金(1958-)，男，四川射洪人，教授，從事作物栽培生態(tài)與生態(tài)修復研究。

基金項目西南科技大學項目(13zxbk04)。

中圖分類號S 512.1

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2015)18-095-04