莊文雅 ,林志寅 ,黃歆賢 ,朱奇彪

(1.瑞安市順泰毛芋專業(yè)合作社,浙江 瑞安 325208;2.浙江農(nóng)藝師學(xué)院,浙江 杭州 310021;3.溫州市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心,浙江 溫州 325200;4.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)村發(fā)展研究所,浙江 杭州 310021)

地膜覆蓋技術(shù)具有良好的保溫、保濕、改善土壤理化性質(zhì)的作用[1],并被實(shí)驗(yàn)證明能夠有效提高玉米[2]、馬鈴薯[3]、水稻[4]等作物的產(chǎn)量,目前已廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域。由于普通地膜使用的是聚乙烯材料,自然條件下極難降解[5],不僅極大地提高了人工回收成本,并且土壤地膜殘留對(duì)土壤結(jié)構(gòu)造成破壞,阻礙了農(nóng)作物對(duì)土壤中水分和養(yǎng)分的吸收,影響農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。全生物可降解膜是普通聚乙烯地膜的優(yōu)良替代品,能在作物生育期內(nèi)充分降解成二氧化碳和水[4],在起到普通地膜保溫保濕作用的同時(shí),還能減少人工成本。盡管性能優(yōu)良,但是一些客觀因素阻礙了全生物可降解膜的進(jìn)一步普及應(yīng)用:一是成本高讓很多農(nóng)戶望而卻步;二是適應(yīng)性,可降解膜的降解周期能否滿足作物生長(zhǎng)的需求仍需不斷研究。

紅芽芋是芋類品種之一,種植歷史悠久,品質(zhì)鮮美細(xì)膩且營(yíng)養(yǎng)全面,深受消費(fèi)者喜愛(ài)。但是紅芽芋是塊莖類作物,使用普通PE 地膜回收較為困難[6]。為了減少紅芽芋生產(chǎn)中的耕地污染,實(shí)現(xiàn)綠色、可持續(xù)發(fā)展,本研究以不同類型的全生物可降解膜作為研究材料,通過(guò)對(duì)比分析其降解狀況、保溫作用及成本與經(jīng)濟(jì)效益,探究其在紅芽芋實(shí)際生產(chǎn)中大規(guī)模應(yīng)用的可能性。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)地膜包括9 種全生物可降解膜以及普通聚乙烯地膜。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,以不同的地膜材料作單因素處理,普通地膜實(shí)驗(yàn)編號(hào)為CK,全生物可降解膜編號(hào)為T1～ T8,分別為南通龍達(dá)黑色地膜0.008 mm;南通龍達(dá)黑色地膜0.01 mm;南通龍達(dá)白色地膜 0.008 mm;南通龍達(dá)白色地膜0.01 mm;家樂(lè)密黑色地膜0.008 mm;家樂(lè)密黑色地膜0.01 mm;家樂(lè)密白色地膜0.008 mm;家樂(lè)密白色地膜0.01 mm。

1.2 處理設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)共設(shè)9 個(gè)處理,以普通聚乙烯地膜作為對(duì)照,每個(gè)處理為1 個(gè)試驗(yàn)小區(qū),3 次重復(fù),采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),每個(gè)小區(qū)約25 m2。各處理田間管理水平一致。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目

1.3.1 作物生長(zhǎng)情況

對(duì)紅芽芋的生育期進(jìn)行調(diào)查,記載各處理作物到達(dá)相應(yīng)生育期的日期,以小區(qū)50%以上植株進(jìn)入該生長(zhǎng)期為標(biāo)準(zhǔn),以及距離覆膜后的天數(shù)。

1.3.2 地膜降解分期標(biāo)準(zhǔn)

通過(guò)定期的肉眼觀察,記錄地膜表面顏色、損壞程度、手撕拉力等變化情況,可將地膜的降解過(guò)程大致分為5 個(gè)時(shí)期。誘導(dǎo)期:從覆蓋地膜日起,到地膜出現(xiàn)3 處2 cm 左右裂縫或孔洞的階段,在此階段內(nèi),地膜表面完整性和地膜拉力基本無(wú)變化。開(kāi)裂期:地膜表面出現(xiàn)大于2 cm 的孔洞或裂縫。大裂期:地膜表面顏色暗淡,出現(xiàn)裂縫寬度大于20 cm。碎裂期:地膜變薄,韌性變差,最大地膜殘片面積小于16 cm2。無(wú)膜期:地表只能看到少量或見(jiàn)不到殘膜存在的階段。

1.3.3 地膜降解觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

從地膜鋪設(shè)之日起,每30 d 觀測(cè)一次。在每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取3 個(gè)0.5 m×0.5 m 的區(qū)域作為地膜降解觀測(cè)區(qū)域,以框定的方式標(biāo)記,并在觀察日去觀察和測(cè)量每個(gè)區(qū)域內(nèi)孔洞的數(shù)目及直徑,記錄地膜降解的程度和時(shí)間。在紅芽芋采收結(jié)束后,取覆蓋地膜樣品測(cè)量殘留面積及質(zhì)量損失。

地膜質(zhì)量損失率測(cè)定方法:分別取各處理地膜面0.5 m×0.5 m,洗凈、晾干后用萬(wàn)分之一天平稱重,計(jì)算地膜質(zhì)量損失率,地膜質(zhì)量損失率=(地膜原質(zhì)量-地膜現(xiàn)質(zhì)量)/地膜原質(zhì)量×100%。

1.3.4 土壤溫度監(jiān)測(cè)

使用RC-4 溫度記錄儀對(duì)土壤溫度進(jìn)行檢測(cè),測(cè)定層次為耕層10 cm,測(cè)定時(shí)間間隔為10 d,每個(gè)實(shí)驗(yàn)小區(qū)設(shè)置3 次重復(fù)。于收獲期計(jì)算產(chǎn)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同地膜覆蓋對(duì)作物生長(zhǎng)情況及土壤溫度的影響

本研究統(tǒng)計(jì)了不同覆膜情況下作物的生長(zhǎng)狀況,結(jié)果顯示,相較于普通地膜,不同厚度及顏色的全生物可降解膜對(duì)紅芽芋生長(zhǎng)情況并無(wú)顯著的影響。覆膜播種后,經(jīng)歷了1 個(gè)月左右的時(shí)間開(kāi)始出苗,在110 d 左右開(kāi)始形成塊莖,至最后收獲共經(jīng)歷了200 d 的時(shí)間,在這一過(guò)程中,各處理的紅芽芋生長(zhǎng)狀況良好,生長(zhǎng)周期符合預(yù)期 (表1)。

表1 不同地膜處理紅芽芋的生長(zhǎng)狀況

從圖1 可以看出,在紅芽芋生育前期(0～100 d),T3、T4、T7 和T8 相較于CK 有相似的保溫作用,而T1、T2、T5 和T6 增溫效果稍差,相比于其他處理日平均增溫降低2.45 ℃。在紅芽芋的生長(zhǎng)后期 (100 d 至生育期結(jié)束),由于可降解膜碎片化嚴(yán)重,其日平均增溫效果相比于普通地膜降低了2.23 ℃。整體而言,不同全生物可降解膜對(duì)紅芽芋生育期具有與普通地膜相似的保溫作用,能夠滿足紅芽芋生育前期尤其是出苗期對(duì)溫度的要求,較好地保證了成活率。

圖1 不同類型地膜覆蓋對(duì)紅芽芋生長(zhǎng)期內(nèi)土壤溫度的影響

2.2 地膜降解狀況

從表2 可以看出,不同類型的全生物可降解膜具有較為相似的降解特征。全生物可降解膜在紅芽芋播種40 d 左右就已達(dá)到開(kāi)裂期,在70 d 左右達(dá)到大裂期,3 個(gè)月左右開(kāi)始碎裂,到了5 個(gè)月前后,即紅芽芋的收獲期之前,地膜達(dá)到無(wú)膜期,至此田地表面已見(jiàn)不到殘膜,或者只殘存少量碎片。觀察發(fā)現(xiàn),在紅芽芋生育前期,可降解膜能夠維持較好的形態(tài)特征,在90～150 d,其降解速度明顯增加,至收獲期平均各處理地膜殘留量為0.19 m2·m-2,平均質(zhì)量損失率為84.3%。在紅芽芋生長(zhǎng)過(guò)程中,各個(gè)降解膜的降解時(shí)期較為相似,并未出現(xiàn)較大波動(dòng),但在大規(guī)模種植中,仍不能排除受到大氣和土壤環(huán)境影響造成的偏差。

表2 不同處理地膜的降解周期及時(shí)間

2.3 不同地膜對(duì)紅芽芋經(jīng)濟(jì)性狀及產(chǎn)量影響

由表3 可以看出,在白色可降解膜處理下,紅芽芋的667 m2產(chǎn)量在1 888.08～2 188.80 kg,平均667 m2產(chǎn)量為2 084.88 kg,相較于普通地膜處理增產(chǎn)139.20 kg。其中,可降解膜厚度對(duì)于紅芽芋生產(chǎn)并無(wú)顯著影響。然而黑色可降解膜處理的平均667 m2產(chǎn)量只有1 464.12 kg,相較于其他處理減產(chǎn)明顯。

表3 不同地膜處理紅芽芋的產(chǎn)量

從成本來(lái)看,黑色全生物可降解膜相較于白色可降解膜和普通地膜對(duì)田間雜草的控制效果更好,用工人數(shù)更少 (表4)。就整體用工數(shù)而言,T6 用工數(shù)最少,較CK 節(jié)省了53.3%,其次是T5,均為黑色可降解膜。然而全生物可降解膜的價(jià)格明顯高于普通地膜。按照3.2 元·kg-1的價(jià)格計(jì)算,T8的產(chǎn)值最高,其667 m2效益達(dá)到了6 494.16 元,其次為T7、T4 和T3。T6 的667 m2效益相較于普通地膜縮水最為顯著,其次是T5、T1 和T2。結(jié)果表明,在實(shí)際應(yīng)用中,白色全生物可降解膜所帶來(lái)的增產(chǎn)效果及減少人工成本所帶來(lái)的收益使其具有在紅芽芋大規(guī)模生產(chǎn)中替代普通地膜的能力,而黑色可降解膜可能較難適應(yīng)紅芽芋的生產(chǎn)模式。

表4 不同地膜處理的每667 m2 效益情況

3 討論

地膜栽培技術(shù)是目前最廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的技術(shù)之一,通過(guò)保持土壤溫度、保留水分和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),有效提高了作物的出苗和成活率,帶來(lái)了較大的產(chǎn)量提升。然而隨著愈加廣泛的應(yīng)用范圍及其高分子難降解的特性,普通地膜所帶來(lái)的污染問(wèn)題已然不可忽視。本研究通過(guò)全生物可降解膜和普通高分子地膜的對(duì)比分析發(fā)現(xiàn),在紅芽芋的實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,全生物可降解膜的降解周期符合紅芽芋的生長(zhǎng)狀況,不同全生物可降解膜均能起到良好的保溫效果,有效保障紅芽芋生長(zhǎng)前期尤其是出苗以及幼苗生長(zhǎng)過(guò)程中對(duì)溫度的要求。而在紅芽芋生長(zhǎng)后期,隨著全生物可降解膜的逐步降解,其保溫作用相較于普通地膜較差,但是由于植被覆蓋度的增加,其生長(zhǎng)狀況并未受到影響。

紅芽芋整體生長(zhǎng)喜濕耐涼,田間雜草較易滋生,很難根除,由此帶來(lái)的除草人工成本較高。本研究發(fā)現(xiàn),黑色全生物可降解膜對(duì)于雜草的抑制作用好于白色可降解膜和普通地膜,相對(duì)人工成本較低。白色全生物可降解膜雖然節(jié)約了地膜回收成本,但是雜草量稍多,整體用工量最高。結(jié)合地膜鋪設(shè)費(fèi)用來(lái)看,整體成本表現(xiàn)為:白色全生物可降解膜>黑色全生物可降解膜>普通地膜。但是本研究中僅考慮了小區(qū)實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)的覆膜、除草和地膜回收等顯性成本,而在紅芽芋大規(guī)模種植中,其規(guī)模效應(yīng)及可降解特性應(yīng)能有效降低人工成本。并且從全生物可降解膜的降解狀況來(lái)看,在收獲期可降解膜質(zhì)量損失率即可達(dá)到80%以上,翻耕時(shí)殘留很少,這一特性能夠有效降低因地膜纏繞帶來(lái)的農(nóng)機(jī)損壞等問(wèn)題所造成的成本。因此,盡管目前由于技術(shù)等因素的限制,導(dǎo)致可降解膜的普及率并不高,其應(yīng)用前景已然十分廣闊。

全生物可降解膜能夠在微生物的分解下逐步降解,在這一過(guò)程中促使微生物活性增加,有效補(bǔ)充土壤養(yǎng)分,提高了土壤中氮、磷、鉀等微量元素,使得作物增產(chǎn)。黑色全生物可降解膜相較于普通地膜也表現(xiàn)出了較為明顯的減產(chǎn),效益也有所降低,主要是由于在紅芽芋生長(zhǎng)前期,由于其透光性較差,很難及時(shí)了解紅芽芋生長(zhǎng)狀況,未能及時(shí)破膜出芽,導(dǎo)致其成活率偏低,并且在這一時(shí)期黑色可降解膜未能提供相較于其他處理類似的保溫效果,這表明紅芽芋實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中可能不能很好地適應(yīng)這類地膜覆蓋。而白色全生物可降解膜在小區(qū)生產(chǎn)中所帶來(lái)的增收效果顯著高于其他處理,并且展現(xiàn)了較高的經(jīng)濟(jì)效益。這一結(jié)果可能是在紅芽芋生長(zhǎng)前期的正常保溫保濕效果及后期分解過(guò)程中對(duì)土壤微生物活性、營(yíng)養(yǎng)元素及土壤通透性增加所帶來(lái)的綜合效果。本研究證明了白色全生物可降解膜在小區(qū)生產(chǎn)中的優(yōu)勢(shì),然而其是否能夠在紅芽芋大規(guī)模生產(chǎn)中得到應(yīng)用,仍需在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中得到驗(yàn)證。

目前全生物可降解膜已在多種作物中展現(xiàn)了其在實(shí)際生產(chǎn)中的增產(chǎn)效果,尤其是如馬鈴薯這一類不耐寒作物。本研究也發(fā)現(xiàn)了白色可降解膜在紅芽芋生產(chǎn)中的增產(chǎn)增收效果,其可降解特性能夠有效減少人工和機(jī)械成本,減少環(huán)境污染,但是其高昂的造價(jià)限制了它的大規(guī)模應(yīng)用,因此,其研發(fā)還需要在降低成本上下功夫,以此來(lái)提高農(nóng)民的接受度。土地是農(nóng)民致富之本,良好的生態(tài)環(huán)境是農(nóng)村最寶貴的財(cái)富,在守好生態(tài)紅線的基礎(chǔ)上尋求致富良機(jī)、以綠色可持續(xù)發(fā)展的態(tài)度來(lái)引領(lǐng)鄉(xiāng)村振興,仍然需要孜孜不倦地去探究。