申麗霞，蘭印超，李若帆

(太原理工大學水利科學與工程學院，山西 太原 030024)

地膜覆蓋具有增溫、保墑、防止土壤流失、控制土壤鹽堿度等作用，在中國北方干旱半干旱地區(qū)廣泛應用，是一項重要的農(nóng)業(yè)增產(chǎn)技術措施。但隨著地膜的連年使用，殘膜對農(nóng)田土壤環(huán)境造成嚴重污染，大量殘膜積聚于耕層，不僅使耕層土壤透氣性降低，阻礙作物根系發(fā)育和對水分、養(yǎng)分的吸收，還嚴重妨礙農(nóng)田機耕作業(yè)，使機耕質(zhì)量下降，耕層逐年板結。此外，殘膜碎片隨風亂飄，嚴重影響農(nóng)村生態(tài)環(huán)境[1-4]。因此，解決殘膜污染問題勢在必行。近年來，新型可降解地膜(光降解、生物降解和光-生物雙降解)和液態(tài)地膜等環(huán)保覆蓋材料先后問世[5-10]。其中光-生物雙降解地膜由于光和生物降解的協(xié)同效應，埋土和地面部分均可降解，可基本消除殘膜危害；液態(tài)地膜噴灑后可在農(nóng)田表層形成黑色環(huán)保固化膜，可減少土壤水分蒸發(fā)，具有保水保墑的效果，同時又有強效的粘附能力，可將土粒聯(lián)結成理想的團聚體，改善土壤的通透性，并能自然降解，減少環(huán)境污染。但由于受制備工藝、經(jīng)濟成本等的限制，可降解地膜大田應用尚處于小范圍試驗階段，離大面積推廣還有一定距離。

目前關于可降解地膜的研究主要集中于原材料組成、降解性能以及與普通地膜在田間覆蓋效果的對比，研究認為可降解地膜在提高并保持土壤溫度和水分、促進作物生長發(fā)育方面與普通地膜作用相當[11-15]。李仙岳等[16]對同一生產(chǎn)企業(yè)不同厚度生物地膜(0.012 mm、0.008 mm)覆蓋葵花的田間效果進行了研究，結果表明0.012 mm膜在提高土壤溫度方面優(yōu)于0.008 mm膜，但0.008 mm膜覆蓋葵花的產(chǎn)量與前者差異不顯著，綜合經(jīng)濟效益，在生產(chǎn)中選用0.008 mm膜更為適宜。申麗霞等[17]對同一生產(chǎn)企業(yè)不同厚度光-生物雙降解地膜(0.008 mm、0.005 mm)覆蓋玉米的田間效果進行了研究，結果表明，0.008 mm膜覆蓋玉米的生育進程、出苗率、生長及產(chǎn)量性狀等均優(yōu)于0.005 mm膜。這些研究都針對同一生產(chǎn)企業(yè)的不同厚度可降解地膜產(chǎn)品，但對不同生產(chǎn)企業(yè)的同一厚度可降解地膜產(chǎn)品的田間應用效果尚缺乏系統(tǒng)研究。

本研究針對同一膜厚、膜寬但由不同企業(yè)生產(chǎn)的兩種光-生物雙降解地膜，在華北半干旱區(qū)進行地膜覆蓋玉米栽培試驗，對可降解地膜覆蓋后的土壤水分及溫度、玉米生長發(fā)育及農(nóng)藝性狀等進行系統(tǒng)研究，以期為生產(chǎn)中可降解地膜的選用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2014年5—10月在山西省陽曲縣河村旱作農(nóng)業(yè)技術研究中心進行。試驗區(qū)位于北緯38.0°，東經(jīng)112.9°，海拔1 248.5 m，是典型的半干旱地區(qū)。年平均氣溫6.5℃，年平均降雨量437.4 mm，年平均蒸發(fā)量328.9 mm，無霜期120 d。2014年年平均氣溫6.7℃，比歷年平均值偏高0.2℃；2014年年平均降雨量392.0 mm，比歷年平均值偏少45.4 mm。試驗田為旱田，肥力中等。

1.2 試驗材料

試驗用兩種可降解地膜來自不同生產(chǎn)企業(yè)，均為光-生物雙降解地膜，降解周期約為120 d。可降解地膜H由江蘇淮安坤元環(huán)保塑料有限公司生產(chǎn)，可降解地膜T由臺灣天和生態(tài)科技有限公司生產(chǎn)，普通地膜P由山東省濟南市第三塑料廠生產(chǎn)。地膜膜寬均為80 cm，膜厚均為0.005 mm。供試玉米品種為先玉335，生育期127 d，在山西省內(nèi)廣泛種植。

1.3 試驗設計

試驗設可降解地膜H、可降解地膜T、普通地膜和露地對照4個處理，3次重復，隨機區(qū)組排列。平作栽培。小區(qū)面積42 m2(7 m×6 m)。地膜覆蓋小區(qū)先覆膜后人工點播。行距60 cm，株距25 cm，理論留苗密度63 888 株·hm-2。5月1日播種，10月1日收獲。田間管理同一般大田。

1.4 測定項目與方法

土壤水分：采用取土烘干法對不同處理的土壤水分含量進行測定，測定層次為0～20、20～40、40～60 cm，測定時間為玉米播種后7 d、28 d(三葉期)、49 d(拔節(jié)期)和77 d(大喇叭口期)。生育期以普通地膜處理為參照。

土壤溫度：采用曲管地溫計對不同處理的土壤溫度進行測定，測定時間為08∶00、14∶00、18∶00，測定層次為地下10 cm、20 cm。從覆蓋當天起每隔7 d測定一次，連續(xù)測定9周。

玉米生育進程、農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量：觀察記載不同處理玉米生長發(fā)育進程，統(tǒng)計出苗率；在生育進程中選取各小區(qū)有代表性的植株測量株高、莖粗和葉面積，用烘干法測定地上部干物質(zhì)重；成熟期每小區(qū)收獲內(nèi)側4行測產(chǎn)，根據(jù)重量均值法取有代表性的樣穗20穗進行室內(nèi)考種，考察穗長、穗粗、禿尖長、穗行數(shù)、行粒數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重，計算產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010進行數(shù)據(jù)整理、分析并制作圖表；采用SPSS 19.0軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，方差分析使用最小顯著差異LSD法進行。

2 結果與分析

2.1 不同地膜覆蓋對土壤水分的影響

從圖1可以看出，在播種后7 d、28 d和49 d，地膜覆蓋后0～20、20～40 cm和40～60 cm層次土壤水分含量均明顯高于露地對照，且差異顯著；不同地膜之間土壤水分含量不同，但差異不顯著；說明在播種至拔節(jié)期，地膜覆蓋可以明顯提高土壤水分含量，且兩種可降解地膜和普通地膜的保水作用相當。在播種后77 d，普通地膜和可降解地膜H覆蓋，0～20、20～40 cm和40～60 cm層次土壤水分含量明顯高于可降解地膜T覆蓋和露地對照，且差異顯著；可降解地膜T覆蓋土壤水分含量略高于露地對照，但差異不顯著；這說明在玉米營養(yǎng)生長與生殖生長并進的關鍵時期即大喇叭口期，普通地膜和可降解地膜H覆蓋具有較好的保持土壤水分的作用，而可降解地膜T覆蓋的保水作用減弱。

2.2 不同地膜覆蓋對土壤溫度的影響

在播種后7～28 d，地膜覆蓋使地下10、20 cm土壤溫度在08∶00、14∶00、18∶00時均明顯高于露地對照，并達到差異顯著水平(P<0.05)；在播種后35～63 d，可降解地膜H和普通地膜覆蓋使地下10、20 cm土壤溫度明顯高于可降解地膜T覆蓋和露地對照，可降解地膜H和普通地膜之間，以及可降解地膜T和露地對照之間差異不顯著，這說明可降解地膜H和普通地膜對土壤的增溫、保溫作用相當，而可降解地膜T在生育前期具有較好的土壤增溫、保溫效應，但在生育中期其作用減弱(圖2)。

注：小寫字母表示0.05差異顯著水平；P-普通地膜，H-江蘇產(chǎn)可降解地膜，T-臺灣產(chǎn)可降解地膜，L-露地；下同。

Note： lowercase letters indicate a significant difference atP<0.05； P was conventional plastic film, H was degradable film made in Jiangsu, T was degradable film made in Taiwan, L was no film mulching; the same below.

圖1 不同地膜覆蓋下的土壤含水率 Fig.1 Soil moisture content under different films mulching

圖2 不同地膜覆蓋下的土壤溫度

Fig.2 Soil temperature under different films mulching

2.3 不同地膜覆蓋對玉米生長發(fā)育進程的影響

地膜覆蓋玉米的生育進程較露地對照明顯加快，普通地膜玉米的生育期最短，比對照縮短13 d；其次是可降解地膜H，比對照縮短12 d；再次是可降解地膜T，比對照縮短8 d。不同地膜之間，玉米出苗期、拔節(jié)期相同，比對照提前3、4 d；從大喇叭口期開始各地膜之間出現(xiàn)差別，生育進程表現(xiàn)為普通地膜>可降解地膜H>可降解地膜T，可降解地膜H和普通地膜之間僅相差1 d，可降解地膜T和普通地膜大喇叭口期、抽雄期、灌漿期、成熟期分別相差2、3、4、5 d(表1)。

表1 不同地膜覆蓋對玉米生育期的影響/d Table 1 Growth stage of maize under different filmsmulching

2.4 不同地膜覆蓋對玉米出苗和干物質(zhì)積累的影響

不同地膜覆蓋下玉米的出苗率見圖3。其中普通地膜、可降解地膜H和T覆蓋玉米的出苗率分別為96.2%、95.8%、95.3%，差異不顯著；露地對照玉米的出苗率為93.6%，顯著低于地膜覆蓋玉米。這說明普通地膜和兩種可降解地膜覆蓋均能明顯促進玉米的出苗，兩種可降解地膜對出苗的影響相近。

圖3 不同地膜覆蓋下玉米的出苗率

Fig.3 Seedling emergence rate of maize under different films mulching

不同地膜覆蓋下玉米地上部干物質(zhì)重見圖4。在播種后28～42 d，地膜覆蓋玉米的地上部干物質(zhì)重與露地對照無顯著差異；隨著生育進程的推進，在播種后56～126 d，可降解地膜H和普通地膜覆蓋玉米的干物質(zhì)重明顯高于可降解地膜T和露地對照，在播種后84～126 d差異顯著；可降解地膜H和普通地膜之間差異不顯著，可降解地膜T和露地對照之間差異不顯著。這說明可降解地膜H覆蓋能明顯促進玉米中后期地上部干物質(zhì)的積累，其覆蓋效果與普通地膜相當，而可降解地膜T的覆蓋效果較差。

2.5 不同地膜覆蓋對玉米株高、莖粗和葉面積的影響

從表2可知，在播種后28～126 d不同處理玉米的株高、莖粗和單株葉面積依次為普通地膜>可降解地膜H>可降解地膜T>露地對照， 可降解地膜H和普通地膜之間差異不顯著， 但二者與露地對照之間差異顯著； 說明可降解地膜H覆蓋能夠明顯促進玉米的生長， 其作用與普通地膜相當。可降解地膜T在播種后28～56 d與可降解地膜H和普通地膜之間差異不顯著， 但在播種后70～126 d與這兩種地膜之間差異顯著； 其與露地對照之間， 在播種后28～98 d差異顯著， 但在播種后112～126 d差異不顯著； 說明可降解地膜T在玉米生育前期能夠明顯促進玉米的生長， 其作用與可降解地膜H和普通地膜相當， 但隨著生育進程的推進， 其促進作用逐漸減弱。

圖4 不同地膜覆蓋下玉米地上部的干物質(zhì)重

Fig.4 Dry matter accumulation of maize under different films mulching

2.6 不同地膜覆蓋對玉米穗部性狀及產(chǎn)量的影響

由表3可知，地膜覆蓋玉米的穗長、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量，均明顯高于露地對照，禿尖長均明顯低于露地對照；可降解地膜H和普通地膜之間各指標差異均不顯著。穗長、行粒數(shù)和千粒重依次為普通地膜>可降解地膜H>可降解地膜T>露地對照，穗粗、穗行數(shù)、穗粒數(shù)和產(chǎn)量依次為可降解地膜H>普通地膜>可降解地膜T>露地對照，禿尖長依次為露地對照>可降解地膜T>可降解地膜H>普通地膜。禿尖長、穗粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量的差異性表現(xiàn)類似，均為可降解地膜H和普通地膜間差異不顯著，二者與可降解地膜T之間、以及可降解地膜T與露地對照之間差異均顯著。普通地膜、可降解地膜H和T覆蓋分別比露地對照增產(chǎn)39.5%、40.7%、14.3%。這說明可降解地膜H的覆蓋效果與普通地膜相當，其能明顯促進玉米穗的生長發(fā)育，改善玉米穗部性狀，使禿尖縮短，穗粒數(shù)和千粒重增加，最終產(chǎn)量提高，而可降解地膜T的覆蓋效果要差于H和普通地膜。

表2 不同地膜覆蓋下玉米的株高、莖粗和葉面積 Table 2 Plant height, stem diameter and leaf area of maize under different films mulching

表3 不同地膜覆蓋下玉米的穗部性狀和產(chǎn)量 Table 3 Ear characters and yield of maize under different films plastic

3 討 論

可降解地膜覆蓋能夠明顯改善土壤耕作層的水熱狀況，其作用與普通地膜相當[18-22]。胡宏亮等[23]對同一生產(chǎn)廠家的5種生物可降解地膜的研究表明，5種地膜覆蓋都能顯著提高土壤不同深度的溫度，其中有兩種地膜的整體保溫效果最為突出，達到普通地膜的水平。康虎等[24]對實驗室自制生物降解地膜研究表明，降解膜在玉米生長的前期和中期，具有良好的保溫和保墑作用，保溫效果可維持50 d，保墑作用可維持70 d，均能滿足農(nóng)作物生長期的需要。王淑英等[25]研究認為生物降解膜的保墑性能達普通地膜的90.4%～95.4%，降解膜覆蓋作物生育前期0～25 cm土層平均溫度比普通地膜低0.85℃，比露地高1.91℃。筆者前期研究[17,26]表明，可降解地膜覆蓋能明顯提高玉米播種后2個月的地表和地下10 cm的土壤溫度，增加玉米播種至大喇叭口期0～40 cm的土壤水分含量。

前述研究對可降解地膜的保溫、保墑性能基本達成一致認識，但由于材料配比、制備工藝等原因，不同廠家生產(chǎn)的可降解地膜的田間效應可能有所差別。本研究針對產(chǎn)地不同的兩種可降解地膜H和T的研究表明，在播種后7～49 d，兩種降解膜覆蓋后0～60 cm土壤水分含量顯著高于露地對照；在播種后77 d，可降解地膜H覆蓋后土壤水分含量顯著高于可降解地膜T和露地對照；可降解地膜H與普通地膜之間差異不顯著。說明可降解地膜H在玉米生育前中期(播種至大喇叭口期)具有較好的保墑作用，其效應與普通地膜相當，而可降解地膜T在玉米生育前期(播種至拔節(jié)期)的保墑作用較好，到玉米生育中期(大喇叭口期)其作用已經(jīng)減弱。兩種降解膜覆蓋后的土壤溫度變化表明，在播種后7～28 d，地下10、20 cm土壤溫度在08∶00、14∶00、18∶00時均顯著高于露地對照；在播種后35～63 d，可降解地膜H覆蓋后土壤溫度顯著高于可降解地膜T和露地對照；可降解地膜H和普通地膜之間差異不顯著。說明可降解地膜H在玉米生育前中期具有較好的土壤增溫、保溫作用，其作用與普通地膜相當，而可降解地膜T在玉米生育前期有增溫、保溫作用，在生育中期作用較弱。

可降解地膜覆蓋后土壤水熱狀況改善，水分與溫度協(xié)同作用使玉米出苗期提前，出苗率提高，生育進程加快[22,26]。研究報道，在西北半干旱區(qū)采用生物降解膜覆蓋雙壟溝播，玉米出苗期比露地平作提前5～9 d，拔節(jié)期提前11～12 d，大喇叭口期提前15～16 d，抽雄期提前13～14 d，成熟期提前11～12 d[25]；在渭北旱塬區(qū)采用生物降解膜平作覆蓋，玉米全生育期比露地平作提前11 d，大喇叭口期至抽雄期延長，即營養(yǎng)生長期延長，生殖生長期相對縮短[27]；筆者前期在山西中部旱作區(qū)采用可降解地膜平作覆蓋，玉米出苗期、拔節(jié)期、大喇叭口期、抽雄期分別比露地平作提前4、6、7、8 d，成熟期提前9 d，玉米出苗率97.8%，比露地平作提高1.9%[26]；不同厚度可降解地膜對比，0.005、0.008 mm厚膜覆蓋玉米生育期分別比露地平作提前8、10 d，出苗率96.5%、96.9%，比露地平作提高1.1%、0.7%[17]。

前述研究涉及不同年度、生態(tài)區(qū)域、覆蓋模式以及不同厚度降解膜試驗，本研究針對產(chǎn)地不同的兩種降解膜的試驗表明，可降解地膜H和T覆蓋后玉米生育進程加快，生育期分別比露地對照縮短12、8 d；兩種降解膜覆蓋玉米的出苗期、拔節(jié)期相同，從大喇叭口期開始出現(xiàn)差異，可降解地膜H覆蓋玉米的生育進程逐漸快于可降解地膜T。可降解地膜H和T覆蓋玉米的出苗率分別為95.8%、95.3%，基本相當。播種后7～14 d是玉米種子發(fā)芽出苗的關鍵時期，此期適宜的土壤溫度和水分含量是保證出苗率的關鍵，結合兩種降解膜覆蓋后的土壤水熱狀況，可降解地膜H和T在玉米生育前期都有較好的保水、保溫作用，故兩種膜覆蓋后的玉米出苗率相近、出苗和拔節(jié)時間一致；而可降解地膜T在玉米生育中期對土壤水熱的影響作用下降，其覆蓋玉米的生育進程逐漸落后于可降解膜H覆蓋。

可降解地膜覆蓋能夠提高作物產(chǎn)量，已在不同區(qū)域、不同作物上得以驗證。在內(nèi)蒙古河套灌區(qū)覆蓋生物地膜，葵花株高、葉面積指數(shù)以及收獲后的葉、莖、花盤質(zhì)量和產(chǎn)量與普通地膜覆蓋均無顯著差異，但都顯著優(yōu)于露地對照[16]。在渭北旱塬區(qū)生物降解膜與普通地膜覆蓋均顯著增加玉米穗長、穗粗、行粒數(shù)、地上部干重及產(chǎn)量，兩種膜差異不顯著[27]。在南疆棉田覆蓋可降解地膜，棉花苗期、蕾期、開花期和花鈴期的生長發(fā)育指標(株高、真葉數(shù)、單株鈴數(shù)、果枝數(shù)、地上部干物質(zhì)重)以及單株鈴數(shù)和果枝數(shù)總體上高于露地對照，籽棉產(chǎn)量顯著增加，與普通地膜覆蓋差異不顯著[28]。在渭北旱塬區(qū)覆蓋生物降解膜，冬小麥株高、干物質(zhì)積累量、成穗數(shù)、產(chǎn)量及水分利用效率均顯著高于露地對照，與普通地膜覆蓋差異不顯著[29]。這些研究認為可降解地膜與普通地膜覆蓋作用相當，但也有不同報道，在陜西榆林地區(qū)覆蓋兩種生物降解膜，馬鈴薯塊莖產(chǎn)量比普通地膜覆蓋和露地對照都顯著增加，降解膜的覆蓋效果優(yōu)于普通地膜[30]。

本研究中，可降解地膜H的覆蓋效果與普通地膜類似，在播種后84～126 d二者覆蓋玉米的干物質(zhì)重顯著高于可降解地膜T和露地對照，在播種后28～126 d二者覆蓋玉米的株高、莖粗和單株葉面積顯著高于露地對照，成熟期二者覆蓋玉米的穗粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量顯著高于可降解地膜T和露地對照，禿尖長顯著降低，普通地膜、可降解地膜H和T覆蓋分別比露地對照增產(chǎn)39.5%、40.7%、14.3%。說明可降解地膜H覆蓋能明顯促進玉米中后期地上部干物質(zhì)的積累，促進玉米穗的生長發(fā)育，改善穗部性狀，使禿尖縮短，穗粒數(shù)和千粒重增加，最終產(chǎn)量提高，而可降解地膜T的覆蓋效果要差于H和普通地膜。本研究中可降解地膜H的覆蓋效果與大多數(shù)的研究結論一致，但可降解地膜T的表現(xiàn)卻有所不同。

目前可降解地膜的平均價格約為27 元·kg-1，普通地膜約為14 元·kg-1，按地膜平均用量5 kg·667 m-2計算，使用前者成本是135 元·667 m-2，使用后者成本是70 元·667 m-2，單純從地膜成本角度考慮，使用可降解地膜成本較高，但如果考慮環(huán)保效應，并加上后期普通地膜的清理費用(100 元·667 m-2)，則使用可降解地膜更為經(jīng)濟。

4 結 論

可降解地膜H在玉米生育前中期(播種至大喇叭口期)具有較好的保墑、增溫和保溫作用，其效應與普通地膜相當，而可降解地膜T在玉米生育前期(播種至拔節(jié)期)作用較好，到玉米生育中期(大喇叭口期)其作用已經(jīng)減弱。

可降解地膜H和T覆蓋使玉米生育進程加快，生育期縮短12、8 d；兩種降解膜覆蓋玉米的出苗和拔節(jié)時間一致，出苗率相近，但隨著時間的推進，可降解地膜T覆蓋玉米的生育進程逐漸落后于可降解地膜H覆蓋。

可降解地膜H覆蓋能明顯促進玉米中后期地上部干物質(zhì)的積累，株高、莖粗及葉面積增加，穗部性狀改善，禿尖縮短，穗粒數(shù)和千粒重增加，增產(chǎn)40.7%，而可降解地膜T的覆蓋效果(增產(chǎn)14.3%)雖然優(yōu)于露地對照，但要差于H和普通地膜(增產(chǎn)39.5%)。

可降解地膜的降解受溫度、光照、水分等環(huán)境條件的影響，其田間降解和覆蓋效果既與使用地的環(huán)境條件有關，還因產(chǎn)地、來源、材料配比、制備工藝等不同而有所差別。本研究在山西中部半干旱區(qū)的單年度試驗表明可降解地膜H的覆蓋效果與普通地膜相當，而可降解地膜T的覆蓋效果較差。在生產(chǎn)中推廣應用可降解地膜，應根據(jù)當?shù)丨h(huán)境條件進行多年度試驗，從而選擇適宜的可降解地膜。

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