鮮食玉米應(yīng)用不同厚度PBSA降解膜效果研究

安穎蔚+史書強(qiáng)+馮良山+張鵬

摘要：共聚物聚丁二酸/己二酸-丁二醇酯（PBSA）是當(dāng)前一種較為理想的降解地膜材料，對4、6、8、10、12 μm 5種厚度PBSA降解膜在鮮食玉米生產(chǎn)中的應(yīng)用效果進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，隨著降解地膜厚度的增加，地膜降解時間不斷延后，降解速率不斷下降，且下降幅度逐漸增大。鮮食玉米收獲時，4 μm地膜破損嚴(yán)重，降解基本完成；6、8 μm地膜降解現(xiàn)象明顯；10、12 μm地膜出現(xiàn)降解現(xiàn)象，但并不明顯。地膜厚度對0～50 cm土壤水溫影響較小，但降解時間和降解程度對土壤水溫具有明顯影響。覆蓋4、6 μm地膜處理在鮮食玉米生長后期，其土壤溫度和水分明顯低于覆蓋8、10、12 μm地膜處理。5種處理中，覆蓋4 μm地膜鮮食玉米產(chǎn)量最低，且穗長最短、禿尖最大、穗粗最細(xì)、行粒數(shù)最少、鮮百粒質(zhì)量最低；覆蓋6 μm地膜的鮮食玉米產(chǎn)量也較低，其禿尖長度、穗粗和百粒鮮質(zhì)量3項產(chǎn)量性狀指標(biāo)均低于覆蓋8、10、12 μm地膜處理；覆蓋8、10、12 μm地膜處理間鮮食玉米產(chǎn)量差異不顯著。綜合地膜生產(chǎn)成本因素，鮮食玉米應(yīng)用PBSA降解地膜的理想厚度為8 μm。

關(guān)鍵詞：降解地膜；地膜厚度；降解速率；土壤溫度；土壤含水量；鮮食玉米

中圖分類號： S513.04文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2017）10-0045-03

隨著我國鮮食玉米消費市場和鮮食玉米產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，鮮食玉米生產(chǎn)已成為農(nóng)民增收的重要途徑[1-2]，尤其當(dāng)前我國正在實施農(nóng)業(yè)“調(diào)結(jié)構(gòu)、穩(wěn)增長、促發(fā)展”重大戰(zhàn)略，部分地區(qū)普通粒用玉米的種植面積將被壓縮[3]，這為鮮食玉米產(chǎn)業(yè)提供了巨大的發(fā)展空間[4]。但是鮮食玉米對上市時間要求較高，一般采用復(fù)種方式種植，多數(shù)采用地膜覆蓋的方式進(jìn)行生產(chǎn)。地膜覆蓋具有增溫、保水、促進(jìn)作物提前成熟等作用，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，我國農(nóng)作物地膜覆蓋種植面積從1981年的1.5萬hm2增加到2012年的1 758.2萬hm2，地膜用量達(dá)到131萬t[5]。由于我國當(dāng)前使用的地膜較薄、作物收獲后機(jī)械回收較為困難、人工回收成本較高，造成農(nóng)田殘膜污染問題越來越嚴(yán)重[6]。嚴(yán)昌榮等調(diào)查發(fā)現(xiàn)，新疆石河子地區(qū)農(nóng)田地膜殘留量平均達(dá)到300.65 kg/hm2，并且殘留量還呈增加趨勢[7]，有研究表明其年均增加速度約為11.2 kg/hm2[8]。嚴(yán)重的農(nóng)田殘膜污染問題不僅影響了環(huán)境，而且還影響作物生長、阻礙土壤水肥運移，降低土壤肥力。應(yīng)用降解地膜是治理農(nóng)田殘膜污染的有效措施，根據(jù)降解地膜的降解機(jī)理和效果，可以將降解地膜分為添加劑型可降解地膜和完全生物降解地膜2種，其中添加劑型可降解地膜是在普通塑料材料的基礎(chǔ)上添加具有生物降解特性的材料或助劑，典型的為聚乙烯淀粉生物降解地膜。完全生物降解地膜由完全能夠被微生物分解代謝的物質(zhì)組成，其最終的產(chǎn)物為CO2和H2O，對生態(tài)環(huán)境無任何污染。目前有聚乳酸（PLA）、聚己內(nèi)酯（PCL）、聚烴基丁酸酯（PHB）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）及其共聚物聚丁二酸/己二酸-丁二醇酯（PBSA）等，其中PBSA地膜相對PBS地膜等材料具有更好的生物降解效果[5，9]。尤其近年來PBSA價格一直呈下跌趨勢，使PBSA地膜的優(yōu)勢逐漸呈現(xiàn)。盡管目前PBSA地膜已得到較好的應(yīng)用，但是關(guān)于其適宜的覆蓋厚度，尤其對鮮食玉米的適宜覆蓋厚度鮮有研究。所以，本研究通過對不同厚度PBSA地膜在鮮食玉米上的應(yīng)用效果進(jìn)行研究，以期為PBSA降解地膜的大面積應(yīng)用提供技術(shù)參考。

1材料與方法

1.1試驗地點與方法

試驗于2016年在遼寧省阜蒙縣阜新鎮(zhèn)桃李村進(jìn)行，試驗設(shè)5個處理，分別為不同厚度的降解地膜，T1～T5厚度分別為12、10、8、6、4 μm，每個處理3次重復(fù)，每個試驗小區(qū)面積為60 m2。PBSA降解地膜購自廣州金發(fā)科技股份有限公司，顏色為白色。玉米品種為黑龍江省農(nóng)墾科學(xué)院農(nóng)作物開發(fā)研究所選育的墾黏1號，播種期為2016年4月12日。玉米采用大壟雙行地膜覆蓋種植，大壟壟距為100 cm，種植密度為52 500株/hm2，播種時施入450 kg/hm2三元復(fù)合肥（N、P2O5、K2O含量均為15%），同時深施450 kg/hm2尿素（N含量46%）。

1.2調(diào)查內(nèi)容與方法

1.2.1降解膜田間降解過程觀察與測定

采用目測法，在每種地膜處理設(shè)置5個固定觀測點（1 m×1 m），從覆膜開始，每隔7 d觀察1次膜表面的變化，通過定期的人為目測，記錄地膜顏色、形態(tài)以及表面完整情況，并判斷其降解程度。

1.2.2土壤水分與溫度

在每個試驗小區(qū)中安裝一套美國DECAGON公司的ECH2O土壤水溫監(jiān)測系統(tǒng)，記錄0～50 cm土壤體積含水量和土壤溫度（10 cm為1個測定層次）。

1.2.3鮮食玉米產(chǎn)量

對收獲的玉米進(jìn)行及時測產(chǎn)，測產(chǎn)小區(qū)面積為20 m2，單打單收測定不同玉米品種鮮穗產(chǎn)量，每個小區(qū)選擇具有代表性的10個玉米鮮穗進(jìn)行室內(nèi)考種。

2結(jié)果與分析

2.1不同厚度降解地膜降解時間比較

由表1可知，降解地膜覆蓋厚度直接影響其降解速度，T5處理覆蓋地膜最薄，降解速度最快，在5月11日地膜出現(xiàn)裂痕、顏色變灰、質(zhì)地變脆等降解現(xiàn)象，5月26日降解現(xiàn)象明顯，地膜出現(xiàn)大面積破損現(xiàn)象，鮮食玉米收獲時地膜破損十分嚴(yán)重，基本完全降解；T4地膜在5月17日出現(xiàn)降解現(xiàn)象，6月15日出現(xiàn)大面積破損現(xiàn)象；T3地膜在6月2日出現(xiàn)降解現(xiàn)象，7月14日出現(xiàn)大面積破損現(xiàn)象；T2地膜在6月21日出現(xiàn)降解現(xiàn)象，直至玉米收獲地膜未出現(xiàn)大面積破損；T1地膜在7月14日出現(xiàn)降解現(xiàn)象，同樣在玉米收獲時未出現(xiàn)大面積破損現(xiàn)象。由此分析可知，由4 μm增加到6 μm，地膜出現(xiàn)降解現(xiàn)象推遲6 d，出現(xiàn)降解現(xiàn)象至降解現(xiàn)象明顯的時段間隔由15 d增加到29 d；由 6 μm 增加到8 μm，地膜出現(xiàn)降解現(xiàn)象推遲16 d，出現(xiàn)降解現(xiàn)象至降解現(xiàn)象明顯的時段間隔增加到42 d；由8 μm增加到 10 μm，地膜出現(xiàn)降解現(xiàn)象推遲19 d；由 10 μm 增加到12 μm，地膜出現(xiàn)降解現(xiàn)象推遲23 d，隨著降解地膜厚度的增加，地膜出現(xiàn)降解現(xiàn)象的時間不斷延長，同時出現(xiàn)降解現(xiàn)象至降解現(xiàn)象明顯的時段間隔也有延長趨勢。[FL）]

通過對覆蓋不同厚度地膜的土壤地膜溫度進(jìn)行監(jiān)測，結(jié)果如圖1、圖2所示，發(fā)現(xiàn)地膜覆蓋初期（4月）不同處理間 0～50 cm土壤月平均溫度差異不顯著，說明不同厚度地膜對0～50 cm土壤溫度影響不顯著。5月之后T5處理0～50 cm土壤日平均溫度最低，月平均溫度顯著低于T1、T2、T3處理。T4處理0～50 cm土壤日平均溫度從5月中下旬開始低于T1、T2、T3處理，但4—6月0～50 cm土壤月平均溫度與其他處理間差異不顯著，7月0～50 cm土壤月平均溫度顯著低于T1、T2、T3處理，但與T5處理差異不顯著。T1、T2、T3處理0～50 cm土壤溫度一直相對較高，但三者之間0～50 cm土壤月平均溫度差異不顯著。

[FK（W11][TPAYW1.tif][FK）]

2.3不同厚度降解地膜對土壤水分的影響

通過對覆蓋不同厚度地膜的土壤含水量進(jìn)行監(jiān)測，結(jié)果如圖3、圖4所示，4月和5月不同處理間0～50 cm土壤月平均含水量差異不顯著，說明地膜厚度對0～50 cm土壤水分影響不顯著。由圖3可以看出，5月下旬開始T5處理的0～50 cm 土壤含水量最低，T4處理的0～50 cm土壤含水量從6月[CM（25]上旬開始低于T1、T2、T3處理。6月和7月T5、T4處理的

0～50 cm土壤月平均含水量低于T1、T2、T3處理，T5和T4處理間0～50 cm土壤月平均含水量差異不顯著。T1、T2、T3處理0～50 cm土壤月平均含水量一直較高，且三者之間差異不顯著。

2.4不同厚度降解地膜對鮮食玉米產(chǎn)量的影響

不同處理鮮食玉米產(chǎn)量及其產(chǎn)量相關(guān)性狀見表2。T1、T2、T3處理的鮮穗產(chǎn)量最高，且三者之間差異不顯著，其次為T4[CM（24*2/3]處理，T5處理的產(chǎn)量最低。對產(chǎn)量相關(guān)性狀進(jìn)行比較，各

3討論

覆蓋地膜是增加土壤溫度，保持土壤水分，促進(jìn)鮮食玉米生長發(fā)育，并提高玉米產(chǎn)量和提早上市的重要措施[9-11]，選擇適宜的降解地膜產(chǎn)品是降低農(nóng)田殘膜數(shù)量、保障可持續(xù)生產(chǎn)的有效途徑[12]，選擇適宜降解時間和降解速度的降解地膜產(chǎn)品則是確保作物高產(chǎn)的重要因素[13]。董立國等發(fā)現(xiàn)降解膜過早裂解對土壤溫度的影響主要體現(xiàn)在苗期，降解地膜處理的土壤溫度比PE膜的低14.1%；對土壤水分的影響主要體現(xiàn)在喇叭口期，降解膜處理的土壤水分比PE膜的低131%。同時，降解地膜過早裂解后玉米在株高、禿尖、穗行數(shù)、百粒質(zhì)量和產(chǎn)量等方面明顯低于PE膜處理，減產(chǎn)達(dá)272%[14]。嚴(yán)昌榮等曾提出地膜安全期的概念，并從其主要功能和作物郁閉度等角度提出了估算方法，降解地膜因其原材料組成和制作工藝不同，其降解速度也不同[13]。張妮等發(fā)現(xiàn)聚乳酸生物降解地膜在覆膜20 d左右就開始降解，在棉花收獲期能夠降解80%左右[6]。同時應(yīng)用降解地膜時，不同區(qū)域光照、溫度、水分及微生物的不同對降解地膜的降解速度和效果也有重要影響[6，12]。因此，降解地膜的最佳降解時間和降解速度需要根據(jù)具體區(qū)域的特定作物進(jìn)行確定。本項研究通過對不同厚度PBSA降解膜的降解時間及其水分、溫度和作物產(chǎn)量效應(yīng)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)地膜越薄降解速度越快，這與申麗霞等對光-生物雙解膜的研究結(jié)果[12]一致。同時，有研究結(jié)果還表明，在一定范圍內(nèi)降解速度越慢其保水和增溫效果越好，鮮食玉米產(chǎn)量越高，這不同于普通粒用玉米在大喇叭口期揭膜能夠促進(jìn)玉米生長發(fā)育的研究結(jié)果[15-16]。因此，認(rèn)為鮮食玉米應(yīng)用降解地膜的選擇標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)是不降低當(dāng)季玉米產(chǎn)量，同時不影響下茬作物播種。目前PBSA降解膜已克服了降解膜韌性等性能缺陷，能夠滿足覆膜機(jī)作業(yè)的質(zhì)量要求，因此，在考慮成本因素條件下，在適宜的降解地膜產(chǎn)品中，厚度越低其生產(chǎn)成本越小。

4結(jié)論

隨著降解地膜厚度的增加，地膜降解時間逐漸延后，降解速率不斷下降，出現(xiàn)降解現(xiàn)象的推遲程度不斷延長，同時出現(xiàn)降解現(xiàn)象至降解現(xiàn)象明顯的時段間隔也有延長趨勢。本研究中，鮮食玉米收獲時，T5地膜破損嚴(yán)重，降解基本完成；T4和T3降解現(xiàn)象明顯；T2、T1處理出現(xiàn)降解現(xiàn)象，但并不明顯。研究結(jié)果表明，地膜厚度對0～50 cm土壤溫度和水分的影響較小，但地膜降解時間和降解程度對土壤溫度和水分具有明顯的影響。T1、T2、T3處理土壤溫度和水分一直相對較高，后期T4、T5處理溫度和水分明顯降低，因此導(dǎo)致T5鮮食玉米產(chǎn)量最低，并且穗長最短、禿尖最大、穗粗最細(xì)、行粒數(shù)最少、百粒鮮質(zhì)量最低；其次為T4，并且禿尖長度、穗粗和百粒鮮質(zhì)量等3項產(chǎn)量性狀指標(biāo)顯著低于T1、T2、T3處理。T1、T2、T3處理之間產(chǎn)量差異不顯著，考慮地膜生產(chǎn)成本等因素，T3處理是理想的PBSA降解地膜產(chǎn)品，即PBSA降解地膜厚度選為 8 μm。

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