麻地膜覆蓋栽培對土壤生態(tài)環(huán)境的影響

易永健，許香春，王朝云，呂江南，汪洪鷹，聶兆君

（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院麻類研究所，湖南 長沙 410205）

1 引言

農(nóng)用地膜是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要生產(chǎn)資料。地膜覆蓋技術(shù)的廣泛應(yīng)用極大地促進(jìn)了農(nóng)作物產(chǎn)量的提高和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，同時(shí)，也帶來了越來越嚴(yán)重的“白色污染”[1]。由于塑料地膜以化纖作原料，其主要成分為聚丙烯、聚氯乙烯，可在田間殘留幾百年不降解。隨著塑料地膜使用年數(shù)的增加，土壤中殘留的塑料薄膜碎片越來越多，長此以往造成了土壤板結(jié)、通透性變差、地力下降，嚴(yán)重影響了作物的生長發(fā)育，造成農(nóng)作物減產(chǎn)，有些地方減產(chǎn)幅度達(dá)20%以上，并且這一情況正在進(jìn)一步惡化[2]。據(jù)報(bào)道，我國農(nóng)膜每年殘留量35萬噸，殘留率達(dá)42%，近一半的塑料地膜殘留于土壤中[3]。目前地膜覆蓋面積發(fā)展迅速。隨著塑料地膜覆蓋面積的增長，它帶來的污染問題也越來越嚴(yán)重[4]。因此，塑料地膜造成的嚴(yán)重污染已引起社會(huì)各界的嚴(yán)重關(guān)注和憂慮。為了充分利用地膜的增產(chǎn)作用，同時(shí)又消除塑料地膜帶來的農(nóng)田地力下降和環(huán)境污染等不良影響，近幾十年來，國內(nèi)外科技工作者針對這一難題開展了廣泛研究，開發(fā)出了多種新型可降解塑料以取代傳統(tǒng)的塑料，主要包括生物降解地膜、光降解地膜、光/生物雙降解地膜和植物纖維地膜等[5-11]。麻地膜是由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院麻類研究所研制出的一種可完全降解植物纖維地膜專利產(chǎn)品，用于農(nóng)作物覆蓋栽培具有極顯著的增產(chǎn)效果[12，13，14]，2005年被科技部門列為國家科技成果重點(diǎn)推廣計(jì)劃。據(jù)試驗(yàn)，在適宜的條件下，配套應(yīng)用麻地膜覆蓋多種蔬菜等作物，甚至比塑料地膜覆蓋還多增產(chǎn)10%-50%[8]。麻地膜除了具有增產(chǎn)效果之外，還具有保水、降溫、除草等作用[15，16]。目前麻地膜在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用尚缺乏廣泛深入的研究，存在不少空白[17]。本試驗(yàn)通過研究麻地膜對土壤生態(tài)的影響，以明確麻地膜對農(nóng)作物增產(chǎn)作用的機(jī)理，促進(jìn)麻地膜的推廣應(yīng)用。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用麻地膜由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院麻類研究所提供，共有兩種，分別是以苧麻纖維為主要原料試制成的RC麻地膜和以黃麻纖維為主要原料試制成的JC麻地膜，供試塑料地膜是市售的聚氯乙烯農(nóng)用地膜。

2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用田間試驗(yàn)，種植品種為“豐抗90”大白菜，設(shè)RC麻地膜覆蓋、JC麻地膜覆蓋、塑料地膜覆蓋（P）和無覆蓋（CK）共4個(gè)處理，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，共12個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積為2.0 m×5.2 m＝10.4 m2。采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。

試驗(yàn)于2005～2006年在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院麻類研究所長沙所部進(jìn)行。供試土壤為紅壤土，pH6.96，有機(jī)質(zhì) 13.30 g·kg-1，全氮 1.02 g·kg-1，全磷 0.77 g·kg-1，全鉀 18.20 g·kg-1，堿解氮 49.8 mg·kg-1，速效磷 12.3 mg·kg-1，速效鉀 128.4 mg·kg-1。2005 年 9 月 19 日播種育苗，10 月 10 日試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行地膜覆膜處理，10月30日打孔移栽，密度為62 490 plant·hm-2，移栽后（11月7日）施225 kg·hm-2尿素，11月底再施225 kg·hm-2尿素。試驗(yàn)早期進(jìn)行灌溉，后期用水全部以自然降水供給。各小區(qū)間田間操作和管理水平均一致。2006年2月17日收獲。試驗(yàn)期間，每隔2天分別于8：00、14：30和20：00用溫度計(jì)測定土壤0cm和地下5cm處的土壤溫度；在雨天和晴天14：30用濕度計(jì)測量膜下濕度；分別在雨后第一天和連晴5天后取膜下0～10cm耕層和10～20cm耕層的土壤，測定土壤含水量；于1月10日取耕作層土壤樣品分析土壤理化性狀；收獲后取耕作層土壤測定細(xì)菌、真菌和放線菌等微生物的數(shù)量。土壤理化性狀和土壤微生物按照常規(guī)分析方法測定[18][19]。

3 結(jié)果與分析

3.1 麻地膜覆蓋對土壤溫度的影響

表1 麻地膜覆蓋對土壤溫度的影響Table 1 Effect ofbast fiber filmmulchingon soil temperature（℃）

RC和JC在晴天比CK能顯著提高地表（0 cm）溫度，但兩麻地膜之間差異不顯著，P比CK、RC和JC則能顯著提高地表和地下5 cm土壤溫度；在陰天，RC和JC比CK有提高地表溫度和地下5 cm土壤溫度的趨勢，但差異不顯著，P比CK能顯著提高地表和地下5 cm土壤溫度，但與RC和JC差異不顯著；在雨天，RC、JC和P相對于CK有提高地表溫度和地下5 cm土壤溫度的趨勢，但差異不顯著（表1）。

圖1 麻地膜覆蓋土壤溫度變化Fig.1 The fluctuation ofsoil temperature under treatment with bast fiber filmmulching（℃）

由圖1可知，兩種麻地膜覆蓋土壤溫度在早中晚均高于CK，尤其在中午時(shí)最明顯，其次是晚上，早晨增溫效果最差；兩種麻地膜的增溫效應(yīng)比P平穩(wěn)，增溫幅度低于P，麻地膜的早晨和中午間溫差為14℃左右，比塑料地膜覆蓋低5℃左右。說明麻地膜膜內(nèi)溫度變化很平穩(wěn)，在晚春季節(jié)出現(xiàn)高溫時(shí)，麻地膜覆蓋不會(huì)出現(xiàn)燒苗等高溫危害現(xiàn)象。

3.2 麻地膜覆蓋對膜下濕度的影響

表2 麻地膜覆蓋對膜下濕度的影響Table 2 Effect ofbast fiber filmmulchingon humidityunder the film（%）

由表2可知，RC、JC和P在晴天比CK能顯著提高土壤濕度，具有明顯的保濕作用，這可能是和地膜覆蓋能減少土壤水分蒸發(fā)有關(guān)；在陰雨天各處理之間差異不顯著。

3.3 麻地膜覆蓋對土壤含水量的影響

表3 麻地膜覆蓋對耕作層土壤含水量的影響Table 3 Effect ofbast fiber filmmulchingon soil water content in cultivation layer（%）

由表3可知，麻地膜覆蓋在干旱天氣具有很好的保水效應(yīng)，兩種麻地膜覆蓋在不同的氣候及不同的耕作層土壤含水量變化基本一致。天晴數(shù)日后兩種麻地膜和塑料地膜覆蓋不同耕層土壤含水量明顯高于CK，在0-10 cm差異顯著，在10-20 cm差異不顯著，這可能是因?yàn)榈啬た梢詼p少土壤水分的蒸發(fā)有關(guān)；陰雨天則相反，0-10 cm土壤含水量兩種麻地膜和塑料地膜覆蓋相對于CK有降低的趨勢，但差異不顯著。麻地膜覆蓋晴雨天的含水量變化幅度均比CK和塑料地膜覆蓋低，麻地膜覆蓋下土壤耕作層水分垂直分布較為均勻，晴天麻地膜覆蓋0-10 cm含水量低于P，但10-20 cm則略高于P。這可能是因?yàn)槁榈啬つは虏唤Y(jié)水珠，而塑料地膜膜下經(jīng)常結(jié)露，使膜下濕度及土壤表面含水量更高。

3.4 麻地膜覆蓋對土壤化學(xué)性狀的影響

表4 麻地膜覆蓋冬季白菜對土壤養(yǎng)分含量的影響Table 4 Effect ofbast fiber filmmulchingon soil mineral elements content

覆膜后（92d）RC、JC和P覆蓋的土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷和全鉀的含量均低于CK，而堿解氮、速效磷和速效鉀的含量均高于CK，但差異不顯著（表4）。這可能是因?yàn)榈啬じ采w通過改變土壤溫度和水分等生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)了養(yǎng)分的分解和作物對養(yǎng)分的吸收。另外，麻地膜和塑料地膜覆蓋能降低土壤pH值，并且有隨著覆蓋時(shí)間的延長而下降幅度變大的趨勢，這種影響在前期差異不顯著，在后期則能達(dá)到顯著性差異（表5）。

表5 麻地膜覆蓋對土壤pH值的影響Table 5 Effect ofbast fiber filmmulchingon soil pH

3.5 麻地膜覆蓋對土壤微生物的影響

表6 麻地膜覆蓋對土壤耕作層微生物數(shù)量的影響Table 6 Effect ofbast fiber filmmulchingon amount ofmicroorganismin cultivation layer（104g-1fresh soil）

相對于CK，RC、JC和P覆蓋后能顯著提高土壤真菌的數(shù)量，RC、JC和P覆蓋后土壤細(xì)菌、放線菌和微生物總數(shù)的數(shù)量均有所增加，但差異不顯著（表6）。

4 討論

很多研究結(jié)果表明，地膜覆蓋有明顯的增溫和保溫效應(yīng)[11，20-22]。麻地膜覆蓋白菜可顯著提高產(chǎn)量，增幅為46.3%-50.3%，但與塑料地膜覆蓋差異不顯著[14]；本研究中麻地膜覆蓋有明顯的增溫和保溫效應(yīng)，其增溫效果略低于塑料地膜覆蓋；麻地膜的增溫效果比塑料地膜覆蓋平穩(wěn)，塑料地膜覆蓋升溫迅速。如11月4日麻地膜的早晨和中午間溫差為14℃左右，比塑料地膜覆蓋低5℃左右。在晚春季節(jié)出現(xiàn)高溫天氣時(shí)，麻地膜覆蓋不會(huì)出現(xiàn)燒苗等高溫危害現(xiàn)象，而塑料地膜升溫非?？?，不利于作物的生長。在干旱、少雨時(shí)，麻地膜覆蓋具有明顯的保水保墑以及保濕的作用，如晴天，土壤耕作層含水量顯著高于不覆蓋對照，略低于塑料覆蓋處理；麻地膜覆蓋下土壤耕作層含水量垂直分布較為均勻，0-10 cm含水量略低于塑料覆蓋，但10-20 cm耕作層土壤含水量略高于塑料地膜覆蓋，塑料地膜膜內(nèi)經(jīng)常結(jié)露而形成很多水珠，這也是塑料地膜覆蓋的表層土壤含水量和膜下濕度比麻地膜處理高的原因之一。

已有研究結(jié)果表明，塑料地膜覆蓋栽培明顯降低土壤全氮磷鉀養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)的含量，同時(shí)也降低土壤pH[23，24]。本研究中麻地膜覆蓋也能有效提高土壤養(yǎng)分含量。麻地膜覆蓋在一定程度下有提高土壤堿解氮、磷和鉀含量的趨勢，麻地膜覆蓋作物在生長過程中吸收的營養(yǎng)多于不覆蓋對照，略低于塑料覆蓋。麻地膜覆蓋降低了土壤pH值，并且隨著覆膜時(shí)間的延長pH降低得越多，其原因可能有以下兩種解釋，第一是因?yàn)楦材ぬ岣吡四?nèi)的CO2濃度而造成膜下土壤酸性的增加；第二是因?yàn)橥寥婪柿限D(zhuǎn)化利用過程中產(chǎn)生一些如氯離子、硫酸離子等酸性物質(zhì)，不覆蓋處理可以靠雨水降低其酸性物質(zhì)的濃度，但是地膜覆蓋處理的土壤中會(huì)累積此類酸性物質(zhì)而造成土壤酸性增加。具體原因有待于深入研究。

地膜覆蓋通過影響土壤的水熱狀況進(jìn)一步影響土壤生物活性。對生物活性的影響首先反映在對土壤微生物數(shù)量的影響。麻地膜覆蓋土壤微生物總數(shù)高于CK，這可能是和麻地膜的增溫、保水以及土壤其他物理性狀的改善等綜合效應(yīng)的結(jié)果；麻地膜覆蓋土壤微生物總數(shù)均低于塑料覆蓋，這可能與土壤溫度有關(guān)，本研究結(jié)果表示，在低溫季節(jié)麻地膜的增溫效果不如塑料地膜。有關(guān)地膜覆蓋的大多研究[20，22，23]結(jié)果也表明，塑料地膜覆蓋顯著增加土壤微生物數(shù)量。

5 結(jié)論

麻地膜覆蓋同塑料地膜覆蓋一樣能夠改善土壤環(huán)境，提高土壤養(yǎng)分含量及微生物含量，培肥土壤，從而提高作物的產(chǎn)量。但是從長遠(yuǎn)來看，長期使用塑料地膜而造成的污染導(dǎo)致的減產(chǎn)幅度將逐步達(dá)到和超過其保溫、保濕等作用帶來的增產(chǎn)幅度。而麻地膜不僅具有用于覆蓋作物的巨大增產(chǎn)作用，而且在使用后埋入土壤還可完全降解，增加土壤有機(jī)質(zhì)。因此，麻地膜的應(yīng)用能促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)、有利于農(nóng)業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

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