畢昕媛 ，姚建民 ，2，楊三維 ，高 洋 ，李慧杰

（1.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與經(jīng)濟(jì)研究所，山西太原030006；2.山西微通滲水膜生物科技有限公司，山西太原030006；3.佳縣科技局，陜西佳縣719200）

20世紀(jì)80年代起，地膜覆蓋技術(shù)因其具有增溫、保墑、保肥、早熟、增產(chǎn)、抑制雜草生長(zhǎng)以及控制土壤鹽堿度等作用被廣泛應(yīng)用于作物栽培上[1]，已經(jīng)成為我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要物資之一[2]。但由于地膜成分主要為聚乙烯，其分子結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，在自然條件下聚乙烯地膜降解周期超過(guò)200 a，土壤耕作層殘膜不斷累積[3]。有數(shù)據(jù)顯示，在長(zhǎng)期使用地膜覆蓋的農(nóng)田中地膜殘留量一般在60～90 kg/hm2，最高可達(dá)165 kg/hm2[4]，會(huì)造成土壤板結(jié)、通透性變差、農(nóng)事操作受阻以及作物減產(chǎn)等一系列問(wèn)題[5]。

可降解地膜是解決殘膜問(wèn)題的一條有效途徑[6]，一系列可生物降解材料被開(kāi)發(fā)出來(lái)，如聚己二酸/對(duì)苯二甲酸丁二酯（PBAT）、聚乳酸（PLA）[7]、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、聚丁二酸丁二醇酯-己二酸丁二醇酯（PBSA）、聚羥基脂肪酸酯（PHA）、聚己內(nèi)酯（PCL）、聚碳酸亞丙酯（PPC）等[8]。由于這些材料制成的地膜均存在成本高和性能差等問(wèn)題，生產(chǎn)上未能大面積推廣[9]。PPC是一種成本較高、縱向撕裂強(qiáng)度大、易光氧化和堿分解的全生物降解聚酯材料，單獨(dú)吹制的膜收縮率高、縱向直角撕裂強(qiáng)度小、易水解、使用壽命短、適應(yīng)性差[10]；PBAT是一種成本高、收縮率低、縱向強(qiáng)度大、酸和微生物降解性好的全生物降解聚酯材料[11]，但單獨(dú)吹制的膜成本高、黏性大、抗撕裂強(qiáng)度小[12]。PPC或PBAT等單獨(dú)生產(chǎn)的降解地膜厚度＜0.01mm時(shí)，膜的縱向直角撕裂強(qiáng)度指標(biāo)達(dá)不到≥0.5 N的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。姚建民等[13]將PPC和PBAT進(jìn)行組合，通過(guò)低泡影工藝和加大吹脹比等工藝技術(shù)，生產(chǎn)出了物性指標(biāo)達(dá)標(biāo)、厚度為（0.007±0.002）mm的PPC生物降解滲水地膜產(chǎn)品。

山西省農(nóng)科院農(nóng)業(yè)資源與經(jīng)濟(jì)研究所采用PPC生物降解滲水地膜和多行覆蓋旱作高產(chǎn)技術(shù)模式，在陜西省佳縣旱地種植高粱，與普通地膜進(jìn)行對(duì)比，旨在為促進(jìn)生物降解地膜的推廣提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2019年4—9月在陜西省佳縣方塌鎮(zhèn)謝家溝村旱垣地進(jìn)行。該地位于陜西省東北部黃河中游，海拔高度1 180 m，屬大陸季風(fēng)性氣候；年均降雨365.7 mm，集中在7—9月；年均氣溫8.3℃，≥10℃有效積溫3298.6℃，無(wú)霜期195d。土壤類型為沙壤，pH值8.25，前茬作物為高粱，肥力中等，地力均勻。春季深耕整地時(shí)公頃施氮磷鉀復(fù)混肥750 kg、腐熟羊糞15 t。

1.2 試驗(yàn)材料

供試PPC生物降解滲水地膜由山西微通滲水膜生物科技有限公司提供；PE滲水地膜由山西省汾陽(yáng)興農(nóng)塑料廠提供。供試高粱品種為晉雜22號(hào)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

地膜覆蓋設(shè)4個(gè)處理：T1.300 mm×0.006 mm PPC生物降解滲水地膜；T2.1 300 mm×0.007 mm PPC生物降解滲水地膜；T3.1 300 mm×0.007 mm PE滲水地膜；CK.無(wú)覆蓋。小區(qū)面積18m2（3m×6m），隨機(jī)區(qū)組排列，每個(gè)處理3次重復(fù)，一膜3行，行距50 cm、穴距20 cm。于2019年4月20日播種。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

使用曲管水銀地溫計(jì)（置于高粱行間）于播種后 8：00、14：00、20：00 定期測(cè)定高粱播種后 5 cm 深土壤溫度，并記錄數(shù)據(jù)。采用取土烘干法，分期測(cè)定0～20、20～40、40～60 cm土壤含水率，在高粱拔節(jié)期、孕穗期分別測(cè)定株高、干質(zhì)量、葉片數(shù)和根數(shù)等植株生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)，成熟后及時(shí)收獲計(jì)產(chǎn)。

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsof t Excel 2007和SPSS統(tǒng)計(jì)軟件處理和分析，對(duì)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行方差分析并采用LSD法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同覆蓋處理下高粱產(chǎn)量分析

由表1可知，T1處理平均產(chǎn)量為7519.2kg/hm2，與T2處理（平均產(chǎn)量為7 584.9 kg/hm2）水平相同，與T3處理（平均產(chǎn)量為8 712.2 kg/hm2）產(chǎn)量存在顯著差異，低13.69%，比CK增產(chǎn)33.89%；T2處理的平均產(chǎn)量比T3處理低12.94%，但未達(dá)到顯著差異，比對(duì)照增產(chǎn)35.06%。

表1 PPC生物降解滲水地膜高粱試驗(yàn)產(chǎn)量表現(xiàn) kg/hm2

2.2 不同覆蓋處理的高粱產(chǎn)量成因分析

2.2.1 不同覆蓋處理的地溫效應(yīng)分析 從表2可以看出，各生育時(shí)期8：00和20：00地溫差異較小，在14：00的地溫差異較大，7月中旬以前T1和T2處理的均低于T3處理，T1、T2、T3處理的地溫均明顯高于CK；當(dāng)7月中旬以后進(jìn)入高溫季節(jié)5 cm地溫超過(guò)50℃時(shí)，T1、T2處理的14：00地溫分別為48.50、53.75℃，分別比T3處理（60.00℃）降低11.5、6.2℃，有降低極端高溫危害的作用，說(shuō)明PPC生物降解滲水地膜有較好的增溫和調(diào)溫效應(yīng)。

表2 高粱不同覆蓋處理不同生育期各觀測(cè)時(shí)間的5 cm地溫 ℃

2.2.2 不同覆蓋處理的土壤水分效應(yīng)分析 由表3可知，4月20日至6月4日持續(xù)干旱僅有10次小雨累計(jì)降雨量為52.2 mm，T1、T2處理0～60 cm土壤含水率基本相同，均高于T3處理和CK，說(shuō)明PPC生物降解滲水地膜覆蓋45 d接納小雨降水資源的保水效應(yīng)好于T3處理和CK。在6月11—15日一場(chǎng)63 mm降水后到6月24日連續(xù)10 d沒(méi)有降水情況下，T1、T2處理含水量基本相同，明顯低于T3處理，說(shuō)明PPC生物降解滲水地膜覆蓋在大雨后的保水效應(yīng)不及PE滲水地膜。6月24日至7月14日持續(xù)高溫干旱，20 d內(nèi)僅有5次降雨，總量為14.8mm，平均每次降雨不足3 mm，7月16日0～60 cm土壤含水率T1、T2處理分別為8.97%、8.18%，比T3處理（10.06%）分別低 1.09、1.88百分點(diǎn)，比 CK（7.88%）分別高1.09、0.30百分點(diǎn)，說(shuō)明PPC生物降解滲水地膜覆蓋在極端干旱情況下仍有較好的保水效應(yīng)。

表3 高粱不同覆蓋處理不同生育期0～60 cm土壤含水率 %

2.2.3 不同覆蓋處理的生育動(dòng)態(tài)分析 由表4可知，6月2日拔節(jié)期T1、T2處理的葉片數(shù)、根數(shù)、株高和干質(zhì)量均明顯高于CK，但低于T3處理；6月24日孕穗期T1、T2處理的葉片數(shù)、根數(shù)、株高和干質(zhì)量均明顯高于CK。播種到孕穗期T1與T2處理生育進(jìn)程長(zhǎng)勢(shì)基本相同，不及T3處理，但均明顯好于CK。

表4 高粱單株不同覆蓋處理的生育動(dòng)態(tài)

2.2.4 PPC生物降解滲水地膜降解速率淺析 目前，降解地膜的大面積推廣應(yīng)用仍存在一定問(wèn)題，其中，降解速率的不可控是關(guān)鍵難題[14]。通過(guò)對(duì)PPC生物降解滲水地膜覆蓋膜T1和T2測(cè)試，50 d開(kāi)始出現(xiàn)少量裂紋，64 d膜面出現(xiàn)網(wǎng)狀裂紋，161 d膜面明顯脆化，170 d膜面脆化非常明顯。170 d測(cè)得T1和T2處理的平均地面殘留率為21.5%，土壤中殘留率為45.8%，地面和土壤中平均殘留率為30.81%。說(shuō)明PPC生物降解滲水地膜覆蓋高粱6個(gè)月左右，降解率已經(jīng)達(dá)到70%左右，PPC生物降解滲水地膜降解速率既能保證地膜的增溫、保水、防草等功能[15]，又能及時(shí)降解，降低農(nóng)用殘膜污染。

3 結(jié)論與討論

厚度0.006、0.007 mm PPC生物降解滲水地膜覆蓋高粱的產(chǎn)量水平差異極小，單產(chǎn)僅差65.7kg/hm2，雖然0.006 mm PPC生物降解滲水地膜比同規(guī)格PE滲水地膜覆蓋單產(chǎn)低13.69%的差異達(dá)到了顯著水平，但比無(wú)覆蓋明顯增產(chǎn)33.89%。從產(chǎn)品投資成本計(jì)算，0.007 mmPPC生物降解滲水地膜覆蓋的單位面積用量為45kg/hm2，而0.006mmPPC生物降解滲水地膜覆蓋的單位面積用量為38.57kg/hm2，節(jié)約6.43 kg/hm2，節(jié)約 177 元 /hm2，以減產(chǎn) 65.7 kg/hm2高粱計(jì)131.4元/hm2，兩者抵消后，節(jié)本增效45.6元/hm2，因此，說(shuō)明 0.006、0.007 mmPPC生物降解滲水地膜覆具有同樣的增產(chǎn)增收效應(yīng)。

PPC生物降解滲水地膜的降解特性是光降解＋堿降解＋微生物降解。在長(zhǎng)城沿線半干旱地區(qū)旱地種植玉米和高粱的封壟期在播種后的50 d左右，與膜的裂解初始時(shí)間吻合，減少了由于膜裂解造成雜草多、增溫差和保水差的不利風(fēng)險(xiǎn)。長(zhǎng)城沿線多數(shù)為石灰性栗鈣土，pH值8.0±0.5，適合PPC生物降解滲水地膜的緩慢降解，若pH值≥9.0或≤7.0，就會(huì)使分解過(guò)快或過(guò)慢。土壤有機(jī)質(zhì)含量與土壤微生物數(shù)量有一定的正相關(guān)，在土壤有機(jī)質(zhì)含量高和田間水分好的溝川地，PPC生物降解滲水地膜的生物降解速度較快，反之較慢。應(yīng)用PPC生物降解滲水地膜時(shí)應(yīng)綜合分析作物與環(huán)境的關(guān)系，才能取得既增產(chǎn)又能消除白色污染的雙重效果。