賀鵬程，劉宏金，魏 靜，張懷平，王玉龍，張 雷，郭曉宇，陸大連

（1.烏蘭察布市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，內(nèi)蒙古 集寧 012000；2.內(nèi)蒙古農(nóng)村生態(tài)能源環(huán)保站，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000；3.察哈爾右翼前旗農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，內(nèi)蒙古 土貴烏拉 012200）

近年來(lái)，烏蘭察布市的馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，其種植面積在全國(guó)四大馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)中位居地區(qū)級(jí)前列，也是內(nèi)蒙古馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)，素有“中國(guó)薯都”之稱。烏蘭察布市馬鈴薯生長(zhǎng)季一般在5—9月，生育期間驟然降溫和降水分配不均，該地區(qū)經(jīng)常遭受干旱、低溫、凍害等氣象災(zāi)害，造成馬鈴薯產(chǎn)量年際間波動(dòng)較大[1]。地膜覆蓋栽培技術(shù)在增溫保墑、保水保肥、改善土壤理化性質(zhì)、增產(chǎn)增收等方面效果顯著，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和水土資源高效利用方面發(fā)揮了重要作用，是我國(guó)發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增收的一項(xiàng)重要技術(shù)措施[2]。但是，隨著地膜使用量的急劇增加，地膜殘留污染問(wèn)題也日趨嚴(yán)重，殘膜成了土壤污染源之一。隨著地膜投入量的不斷增加，越來(lái)越多的殘膜留在土壤中，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及農(nóng)田生態(tài)環(huán)境帶來(lái)了嚴(yán)重的負(fù)面影響，造成耕地質(zhì)量下降、農(nóng)事操作受阻以及作物減產(chǎn)等一系列問(wèn)題[3-5]，而發(fā)展綠色環(huán)保的全生物降解地膜將是未來(lái)解決農(nóng)田“白色污染”這一難題的理想途徑[6-8]。與普通地膜相比，全生物降解膜除了具有保溫、保肥、保墑、防霜凍等普通地膜所具備的優(yōu)點(diǎn)外，還可以通過(guò)微生物進(jìn)行降解，以減少對(duì)土壤和自然環(huán)境的污染。本試驗(yàn)對(duì)比了不同全生物降解膜的降解特性及其對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量性狀的影響，旨在為烏蘭察布市全生物降解膜的推廣和示范提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2018年5—9月在內(nèi)蒙古烏蘭察布市察哈爾右翼前旗某生態(tài)基地進(jìn)行?；匚挥趦?nèi)蒙古高原陰山南麓淺山丘陵區(qū)，平均海拔1 300 m，屬大陸性季風(fēng)氣候，區(qū)域內(nèi)干旱少雨，晝夜溫差大，氣候冷涼，年平均氣溫2～5 ℃，全年≥10 ℃有效積溫為2 403 ℃，無(wú)霜期90～115 d，年平均降水量?jī)H為360 mm，降水總的特點(diǎn)是雨量少、且季節(jié)分配不均勻，雨水多集中在7—9月，雨熱同季。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用馬鈴薯品種為大西洋，6 種地膜編號(hào)及來(lái)源見(jiàn)表1，普通地膜購(gòu)自當(dāng)?shù)剞r(nóng)資經(jīng)銷店。

表1 供試全生物降解膜的來(lái)源

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)8 個(gè)處理，分別為6 種不同廠家的全生物降解膜（T1、T2、T3、T4、T5、T6）以及普通地膜（CK1）和裸地?zé)o膜（CK2）。地膜規(guī)格均為寬80 cm、厚0.01 mm 的黑色地膜。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組排列，每個(gè)處理重復(fù)3 次，共24 個(gè)小區(qū)（圖1）。每個(gè)小區(qū)長(zhǎng)20 m、寬4 m。種植作物為馬鈴薯，起壟覆膜種植，大行距70 cm，小行距30 cm，株距為30 cm。整個(gè)作物栽培區(qū)四周設(shè)置保護(hù)行。播種時(shí)間為5月11日，出苗時(shí)間為6月6日，測(cè)產(chǎn)（收獲）時(shí)間為9月17日，基肥用氮磷鉀復(fù)合肥（12-20-16）900 kg/hm2，種肥用氮磷鉀復(fù)合肥（12-20-16）600 kg/hm2，追肥用硝酸鈣鎂300 kg/hm2和硫酸鉀600 kg/hm2。播種的同時(shí)覆膜。

1.4 樣品采集與測(cè)定方法

全生物降解膜田間降解情況采用目測(cè)法，將地膜降解過(guò)程分為5 個(gè)階段，第1 階段：從覆膜到壟（畦）面地膜出現(xiàn)多處≤2 cm 自然裂縫或孔洞（直徑）的時(shí)間為誘導(dǎo)期；第2 階段：2 cm＜?jí)牛ㄆ瑁┟娴啬こ霈F(xiàn)≤20 cm 自然裂縫或孔洞（直徑）的時(shí)間為開(kāi)裂期；第3 階段：壟（畦）面地膜出現(xiàn)>20 cm 自然裂縫或孔洞（直徑）的時(shí)間為大裂期；第4 階段：地膜柔韌性盡失，壟（畦）面地膜出現(xiàn)碎裂，最大地膜殘片面積≤16 cm2的時(shí)間為碎裂期；第5 階段：壟（畦）面基本見(jiàn)不到地膜殘片的時(shí)間為無(wú)膜期。通過(guò)定期觀測(cè)，記錄地膜形態(tài)以及表面的變化情況。

土壤溫度采用美國(guó)產(chǎn)HOBO water Temp Prov 2溫度記錄儀測(cè)定，溫度記錄儀埋設(shè)深度為10 cm，設(shè)置為每60 min 記錄1 次，每個(gè)處理放置1 個(gè)溫度記錄儀。

產(chǎn)量性狀測(cè)定：每個(gè)小區(qū)取6.67 m2，測(cè)定其大小薯重量，并記錄大小薯個(gè)數(shù)。大薯是指重量≥150 g的馬鈴薯，小薯是指重量＜150 g 的馬鈴薯。

1.5 數(shù)據(jù)與分析

采用OriginLab 8.5 軟件作圖，并用SPSS 19.0進(jìn)行單因素方差分析（One-way ANOVA）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同全生物降解膜的田間降解情況

供試的6 種全生物降解膜田間降解情況觀測(cè)結(jié)果表明（表2），降解的誘導(dǎo)期最早出現(xiàn)在播種后36 d，最晚出現(xiàn)在播種后85 d，各處理均未進(jìn)入無(wú)膜期。其中，T3 和T1 處理分別到85、125 d 時(shí)進(jìn)入大裂期，CK1、T4 和T2 處理到95、105、126 d 時(shí)進(jìn)入破碎期，T5 處理105 d 進(jìn)入開(kāi)裂期后直至測(cè)產(chǎn)也未進(jìn)入大裂期，T6 處理85 d 時(shí)進(jìn)入誘導(dǎo)期后直到測(cè)產(chǎn)也未進(jìn)入開(kāi)裂期，所有降解膜直到收獲期也沒(méi)有進(jìn)入無(wú)膜期；除T3 處理外，其他處理進(jìn)入誘導(dǎo)期的時(shí)間均晚于CK1；T1、T2、T3 和T4 處理進(jìn)入開(kāi)裂期和大裂期的時(shí)間均晚于CK1?？傮w來(lái)看，各個(gè)降解膜以T2 和T4 降解效果較好，T1 和T3 處理次之，T5 和T6 降解效果較差。

表2 全生物降解膜覆蓋部分降解階段記錄結(jié)果 單位：d

2.2 不同全生物降解膜對(duì)土壤溫度的影響

土壤溫度對(duì)于馬鈴薯前期生長(zhǎng)十分重要。馬鈴薯性喜冷涼，不耐高溫，生育期間平均氣溫以17～21 ℃為適宜。塊莖形成的最適溫度為20 ℃，塊莖增長(zhǎng)的最適溫度為15～18 ℃，20 ℃時(shí)塊莖增長(zhǎng)速度減緩，晝夜溫差大，有利于塊莖膨大，特別是較低的夜溫，有利于莖葉同化產(chǎn)物向塊莖運(yùn)轉(zhuǎn)。

由圖2 可知，在馬鈴薯生育前期（5—6月），各覆膜處理的土壤溫度均顯著高于裸地?zé)o膜（CK2）處理（P<0.05），由于降解地膜開(kāi)裂程度微小，保溫效果與普通地膜（CK1）相比差異不大，且全生物降解膜處理的土壤溫度略低于普通地膜（CK1）覆蓋，但差異不顯著（P＞0.05）。進(jìn)入7月，各降解膜處理的土壤溫度為19.67～20.99 ℃，均低于普通地膜（CK1）和裸地?zé)o膜（CK2）處理，T5 處理在7月土壤溫度最低，為19.67 ℃；進(jìn)入8月，T4 處理土壤溫度達(dá)到最低，為20.06 ℃，且與T2 處理差異達(dá)顯著水平（P<0.05）。這時(shí)降解膜已經(jīng)進(jìn)入降解過(guò)程，表面出現(xiàn)孔隙裂隙，有利于膜面上下熱量交換和空氣流通，同時(shí)，降解膜在地表形成遮擋，可能降低了太陽(yáng)輻射能向土壤傳遞。進(jìn)入收獲期，各個(gè)降解膜處理土壤溫度為15.22～15.70 ℃，T4 處理土壤溫度最低，為15.22 ℃，T3 處理土壤溫度最高，為15.70 ℃，普通地膜（CK1）和裸地?zé)o膜（CK2）處理的土壤溫度分別為15.88、15.31 ℃。

2.3 不同全生物降解膜對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量性狀的影響

由表3 可知，與裸地?zé)o膜（CK2）處理相比，覆膜有利于通過(guò)提高結(jié)薯個(gè)數(shù)達(dá)到增產(chǎn)的目的，且各覆膜處理馬鈴薯的大薯個(gè)數(shù)、大薯重、產(chǎn)量和商品薯率均顯著高于裸地?zé)o膜（CK2）處理（P<0.05）。其中，T1處理大薯個(gè)數(shù)最多，為138 個(gè)；T4 處理大薯重和單薯重最高，分別為286.61、180.75 g；T6 處理小薯個(gè)數(shù)和結(jié)薯個(gè)數(shù)最多，分別為133、245 個(gè)；CK1 處理小薯重最大，為88.54 g；T2 處理商品薯率最高，為82.26%。除T2 處理外，其他全生物降解膜覆蓋處理的大薯重和產(chǎn)量均顯著高于普通地膜（CK1）處理（P<0.05），其中，以T1、T4 和T5 處理增產(chǎn)幅度最大，較普通地膜（CK1）處理分別提高12.89%、15.51%、15.76%，較裸地?zé)o膜（CK2）處理分別增產(chǎn)39.12%、42.35%、42.65%。從結(jié)薯個(gè)數(shù)來(lái)看，全生物降解膜處理結(jié)薯個(gè)數(shù)普遍顯著高于普通地膜（CK1）和裸地?zé)o膜（CK2）處理，這可能與降解膜在馬鈴薯塊莖形成期對(duì)于土壤溫濕度的綜合調(diào)節(jié)影響有關(guān)。從單薯重來(lái)看，其與產(chǎn)量結(jié)果大致呈正相關(guān)性，說(shuō)明降解膜對(duì)單薯重具有一定的正向影響。從商品薯率來(lái)看，降解膜處理均明顯高于裸地?zé)o膜（CK2）處理，但是與普通地膜（CK1）處理則差異不大，這主要與普通地膜結(jié)薯數(shù)量有直接關(guān)系。

表3 全生物降解膜對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量及其產(chǎn)量性狀的影響

3 討論與結(jié)論

3.1 全生物降解膜的田間降解情況

不同全生物降解膜的降解程度不同。本試驗(yàn)結(jié)果表明，T2 和T4 處理的降解效果較好，覆膜后大約50 d 可以觀測(cè)到降解效果，T1 和T3 處理降解效果次之，T5 和T6 處理的降解效果不明顯，可能與降解膜成分配比有關(guān)[9]。

3.2 全生物降解膜對(duì)土壤溫度的影響

試驗(yàn)區(qū)降水量少，蒸發(fā)量大，早春土壤溫度較低，降解膜覆蓋達(dá)到了良好的增溫保墑效果。本試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著馬鈴薯生育期的推進(jìn)，各個(gè)處理土壤溫度呈先增后減趨勢(shì)，在馬鈴薯膨大期土壤溫度達(dá)到最高，進(jìn)入成熟期后土壤溫度急劇下降，這也與當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c(diǎn)相吻合。與裸地?zé)o膜（CK2）處理相比，全生物降解膜和普通地膜（CK1）處理在馬鈴薯生育前期顯著提高了土壤溫度，這是由于覆膜使得大氣與地表形成隔離層，透過(guò)太陽(yáng)輻射進(jìn)行了熱量交換，從而提高表層土壤溫度[10-12]。此外，與普通地膜（CK1）處理相比，全生物降解膜覆蓋的土壤溫度略低，這可能與降解膜的成分和通透性有關(guān)，也更有利于馬鈴薯這種喜涼作物的生長(zhǎng)[13]。降解膜覆蓋馬鈴薯在整個(gè)生育期表現(xiàn)出前期的保溫性以及在7、8月高溫季節(jié)的低溫特點(diǎn)，進(jìn)入成熟期與裸地?zé)o膜（CK2）處理地溫相當(dāng)，這樣的土壤溫度調(diào)節(jié)作用，與馬鈴薯前期營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)、后期營(yíng)養(yǎng)器官膨大及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累對(duì)于溫度的生理要求也更為吻合，有利于馬鈴薯地上部分快速生長(zhǎng)、產(chǎn)量形成和固形物的積累。

3.3 全生物降解膜對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量性狀的影響

覆膜能夠不同程度地提高馬鈴薯產(chǎn)量。本試驗(yàn)結(jié)果表明，與裸地?zé)o膜（CK2）處理相比，各覆膜處理均顯著提高了馬鈴薯產(chǎn)量，以T5 處理提高幅度最大，單產(chǎn)可達(dá)58 950 kg/hm2，增產(chǎn)率為42.65%；與普通地膜（CK1）處理相比，除T2 處理外，T1、T3、T4、T5和T6 處理均顯著提高了馬鈴薯產(chǎn)量，增產(chǎn)率分別為12.89%、5.55%、15.51%、15.76%和7.81%。同時(shí)，全生物降解膜處理在大薯個(gè)數(shù)、結(jié)薯個(gè)數(shù)、單薯重等產(chǎn)量性狀上均表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)，在商品薯率方面整體高于普通地膜（CK1）且明顯高于裸地?zé)o膜（CK2）處理。這可能是由于生物降解膜材料的特殊性，在馬鈴薯的塊莖膨大期，膜面會(huì)出現(xiàn)降解裂口，增加膜下土壤的透氣性，在后期降水量偏多的情況下有效降低土壤的含水量，從而降低爛薯的發(fā)生，且疏松的土壤更加有利于馬鈴薯塊莖的膨大，為馬鈴薯的高產(chǎn)提供了必要的環(huán)境條件；也可能是由于全生物降解膜處理提高了平均單薯重，從而提高了馬鈴薯的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益[14]。

總體來(lái)看，本試驗(yàn)中的6 種全生物降解膜有與普通地膜相似的增溫保墑和促進(jìn)馬鈴薯增產(chǎn)的生態(tài)學(xué)效應(yīng)，其中降解效果以T2 和T4 處理最好，產(chǎn)量提高幅度以T1、T4 和T5 處理效果較好。綜合全生物降解膜的降解情況以及馬鈴薯產(chǎn)量、商品薯率的表現(xiàn)認(rèn)為，全生物降解膜具有代替普通地膜的生產(chǎn)潛力，且就目前試驗(yàn)結(jié)果來(lái)說(shuō)，建議在烏蘭察布市使用T4 降解膜。同時(shí)，在實(shí)際農(nóng)事操作過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)，降解膜在收獲過(guò)程中，相對(duì)于普通地膜來(lái)說(shuō)對(duì)挖掘阻力較小，且不會(huì)發(fā)生較為嚴(yán)重的機(jī)械纏繞現(xiàn)象。未來(lái)研究還需要明確不同降解膜完全降解的時(shí)間、降解產(chǎn)物對(duì)土壤理化性質(zhì)和微生物等的影響，以及土壤微生物對(duì)降解膜降解效果的作用。再者，由于馬鈴薯整個(gè)生育期間需不斷增溫，中耕后降解膜作用較小，因此，今后可選擇白色或者藍(lán)色降解膜與黑色降解膜對(duì)比；同時(shí)，應(yīng)結(jié)合烏蘭察布地區(qū)的氣候特點(diǎn)、土壤類型和相應(yīng)的栽培管理方式進(jìn)行改進(jìn)。