殘留地膜對馬鈴薯生長及產(chǎn)量的影響

黃少輝，李俊良，王繼芳，金圣愛*

（1.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，山東 青島 266109；2.河北省農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源環(huán)境研究所，河北 石家莊 050051）

1979年中國試驗應(yīng)用并推廣地膜覆蓋技術(shù)以來，該技術(shù)提高了許多大宗作物的單產(chǎn)，地膜覆蓋應(yīng)用也從經(jīng)濟(jì)作物擴大到糧食作物，應(yīng)用面積最大作物依次為玉米、蔬菜、棉花、煙草和花生等[1]，為中國保障糧棉生產(chǎn)安全和發(fā)展現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)提供了重要保障。目前中國已成為世界上地膜覆蓋應(yīng)用作物種類最多，應(yīng)用面積最大的國家之一。隨著地膜用量的增大，地膜殘留問題日益嚴(yán)重，農(nóng)田白色污染對環(huán)境及作物生長造成不利影響[2]。環(huán)境安全、食品安全關(guān)注度日益提高，農(nóng)田地膜殘留對作物及環(huán)境影響的研究顯得尤為重要。地膜的主要成分是聚乙烯類物質(zhì)，其理化性質(zhì)較為穩(wěn)定，殘留在土壤中的地膜在百年內(nèi)很難分解[3]。土壤中殘膜長期積累會導(dǎo)致土壤耕作層理化性質(zhì)的改變[4]，危害農(nóng)作物生長發(fā)育，最終導(dǎo)致減產(chǎn)、品質(zhì)變差[5]。

土壤中殘留地膜影響玉米、棉花、水稻、油菜、番茄等作物生長[6-13]。中國馬鈴薯種植中大多采用地膜覆蓋技術(shù)，雖然該技術(shù)增產(chǎn)效果顯著[14-18]，但隨著覆膜年限的增長，馬鈴薯土壤中地膜殘留問題逐漸凸顯，殘膜對水分、養(yǎng)分、根系生長的機械阻礙作用對馬鈴薯生長發(fā)育及塊莖形成勢必產(chǎn)生嚴(yán)重影響。本研究采用埋袋法在土壤中摻加殘膜種植馬鈴薯，探究殘留地膜對馬鈴薯生長及產(chǎn)量的影響，以期為農(nóng)田白色污染對作物的影響提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于青島市膠州市膠萊鎮(zhèn)青島農(nóng)業(yè)大學(xué)科技示范園內(nèi)。試驗地土壤類型為砂姜黑土，質(zhì)地為沙壤，土質(zhì)疏松。該地屬于暖溫帶季風(fēng)氣候，降水集中，雨熱同季，年平均降水量755.6 mm，年平均氣溫11～14℃。土壤肥沃，土層厚達(dá)8～10 m，水蘊藏量豐富，地表河流多，大沽河、膠萊河穿流而過，為發(fā)展馬鈴薯生產(chǎn)提供了有利條件。

1.2 試驗設(shè)計

供試品種為‘荷蘭7號’，在大面積馬鈴薯膜下滴灌實驗田中，埋入規(guī)格一致的尼龍網(wǎng)袋（高30 cm、直徑40 cm圓柱狀），網(wǎng)袋與壟高相平，網(wǎng)袋中裝入已均勻摻雜地膜殘片的土壤。土壤含有機質(zhì)13.4 g/kg、堿解氮82.0 mg/kg、速效磷81.2 mg/kg、速效鉀263.6 mg/kg、pH 6.60。試驗設(shè)計參照董合干等[19]和解紅娥等[20]提出的不同覆膜年限與地膜殘留量關(guān)系變化規(guī)律所建立的線性模型，確定地膜殘留量為 0（T0）、90（T1）、180（T2）、360（T3）和720（T4）kg/hm25個處理，分別模擬連續(xù)覆膜零、三、五、十、二十年后土壤中地膜殘留量。每個網(wǎng)袋為1次重復(fù)，重復(fù)6次，網(wǎng)袋種植2株馬鈴薯，分布在滴灌管兩側(cè)，一壟雙行覆膜種植。播種時間為2013年4月14日，收獲日期為7月3日。

1.3 試驗方法

馬鈴薯收獲時采集植株樣品，并分別測定地上部、地下部及塊莖的鮮重，然后在烘箱中105℃殺青、75℃烘干至恒重稱植株各部干重。用Epson7500根系掃描儀掃描根系，采用WinRHIZO Pro分析程序?qū)D像進(jìn)行分析，得出總根長、總表面積、根系總體積、根尖數(shù)及根長分級等指標(biāo)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理應(yīng)用Microsoft Excel 2007軟件，統(tǒng)計分析應(yīng)用DPS 6.85軟件分析其差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同地膜殘留量對馬鈴薯株高、莖粗的影響

在5個處理中T2處理植株最高，高于對照（T0）5.7%，T3處理株高最低，低于對照（T0）8.7%，所有處理差異不顯著。隨地膜殘留量的增加，莖粗先降低，再升高，在T2處達(dá)到最低值，T0最高，但各處理間差異亦不顯著（圖1）。

2.2 不同地膜殘留量對馬鈴薯植株生物量及根冠比的影響

有殘膜處理的馬鈴薯根和地上部鮮重與T0相比都有所下降，除T4外都與T0存在顯著差異；馬鈴薯根的干重除T4處理外，其他3個地膜殘留處理都顯著低于無地膜殘留處理（T0），地上部干重除T1及T4處理高于T0，另2個地膜殘留處理則低于T0且差異顯著（表1）。T2處理中殘膜對馬鈴薯抑制作用最大，與對照相比，地上部鮮重降低19.6%，根系鮮重降低15.4%；地上部干重降低21.4%，根系干重降低12.2%。比較不同處理馬鈴薯的根冠比發(fā)現(xiàn)，T3處理鮮重根冠比最大，T2處理干重根冠比最大，但所有處理差異不明顯。鮮重根冠比除T4外，其他處理均高于T0；干重的根冠比T2、T3高于T0。

圖1 不同地膜殘留量對馬鈴薯株高、莖粗的影響Figure 1 Effects of different amounts of residual films on plant height and stem diameter of potato

表1 不同地膜殘留量對馬鈴薯生物量及根冠比的影響Table 1 Effects of different amounts of residual film on biomass and root/shoot ratio of potato

2.3 不同地膜殘留量對馬鈴薯根系的影響

添加殘膜處理根系總根長、總表面積和根系總體積（T4除外）均顯著低于T0處理（表2）。T2處理上述各指標(biāo)最小，總根長為T0處理的83.6%、總表面積為79.6%、根系總體積為75.1%。除了T4處理外，隨著土壤中殘膜數(shù)量的增加馬鈴薯根尖數(shù)減少，根尖數(shù)最少的T3處理根尖數(shù)為對照的71.1%、T2處理根尖數(shù)量為76.4%。

將根系按直徑分級后各處理0～0.5 mm直徑的根系長度占總根長的百分比較大，各處理均在55%以上，0.5～4.5 mm直徑根系所占比例次之，大于4.5 mm直徑根所占比例最?。ū?）。0～0.5 mm直徑根系長度隨著地膜殘留量的增大呈現(xiàn)降低的趨勢（T4除外）；0～0.5 mm根系長度所占總根長的比例則呈先升高后降低再升高的趨勢，T2最高占總根長的60.77%。0.5～4.5 mm直徑根長度有地膜殘

留的處理低于無殘膜的處理（T0），除T3外差異顯著。0.5～4.5 mm根系占總根長的比例殘膜數(shù)量低的2個處理（T1和T2）低于無殘膜處理（T0），而殘膜數(shù)量高的2個處理（T3和T4）則高于無殘膜處理（T0）。大于4.5 mm直徑根長隨地膜殘留量的增加而降低，有殘膜處理與無殘膜處理存在顯著差異，但有殘膜處理間差異不顯著；有殘膜處理的大于4.5 mm直徑根長占總根長的比例均高于無殘膜處理?？疾觳煌睆礁伎偢L的百分?jǐn)?shù)結(jié)果顯示，殘膜數(shù)量多的處理0～0.5 mm根系較對照下降，0.5～4.5 mm和大于4.5 mm根系較對照升高，殘膜數(shù)量多少對不同粗細(xì)根系長度影響程度不同。

表2 不同地膜殘留量對馬鈴薯根系生長的影響Table 2 Effects of different amounts of residual film on root of potato

表3 不同地膜殘留量對根系分級長度的影響Table 3 Effects of different amounts of residual film on root length of different root diameters

表4 不同地膜殘留量對馬鈴薯產(chǎn)量的影響Table 4 Effects of different amounts of residual film on yield of potato

2.4 不同地膜殘留量對馬鈴薯產(chǎn)量的影響

由表4可知，各處理間馬鈴薯產(chǎn)量差異顯著，隨著土壤中殘膜含量的增加，馬鈴薯塊莖產(chǎn)量呈下降趨勢，T4產(chǎn)量最低，T0最高。與T0處理相比，添加殘膜處理減產(chǎn)9.7%～14.5%。地膜殘留量越大，馬鈴薯減產(chǎn)越嚴(yán)重。

3 討 論

殘留地膜對土壤性質(zhì)的影響主要表現(xiàn)在使土壤容重增加、孔隙度和含水量下降，水分滲透系數(shù)下降[6,7,21-23]。土壤性質(zhì)的變化必然影響作物根系的生長，進(jìn)而影響作物的產(chǎn)量。研究表明，隨著土壤中地膜殘留量的增加玉米、白菜、大豆的根長地下部鮮重側(cè)根數(shù)下降，產(chǎn)量也隨之下降[21]，在棉花、番茄、小麥、玉米等作物上的研究也表現(xiàn)出作物地上、地下部生長及產(chǎn)量受到殘留地膜的影響[5-13,19-22]。在本試驗中殘留地膜對馬鈴薯的生長及產(chǎn)量也產(chǎn)生了明顯的不良影響，表現(xiàn)在以下幾個方面，馬鈴薯的地上及地下部干、鮮重受到土壤中殘留地膜的影響，與無殘膜處理相比差異顯著，大致是隨著殘留地膜數(shù)量的增加有下降的趨勢；殘留地膜對馬鈴薯根系生長的抑制表現(xiàn)在根長、根總表面積、根體積和根尖數(shù)量的減少，地膜殘留量為180 kg/hm2時影響最大，根長、根總表面積、根體積和根尖數(shù)量分別為無殘膜處理的83.6%、79.6%、75.1%、76.4%；直徑為0～0.5 mm根和大于4.5 mm根根系長度隨著地膜殘留量的增大呈現(xiàn)降低的趨勢。地膜殘留量達(dá)360和720 kg/hm2時，直徑0～0.5 mm根長占總根長的百分?jǐn)?shù)較無殘膜處理下降，而0.5～4.5 mm則較無殘膜處理升高，殘膜數(shù)量多少對不同粗細(xì)根系長度影響程度不同。土壤中殘留地膜會使土壤水分上滲和下滲系數(shù)降低、水分上下移動速度下降[7,23]，可以推斷土壤殘膜的存在會影響土壤水分及養(yǎng)分的運移，從而影響作物的生長及產(chǎn)量。本次試驗采用的是大田網(wǎng)袋栽培的方法，由于網(wǎng)袋的限制沒有對土壤的容重、孔性及水分滲透性等進(jìn)行監(jiān)測，所以殘留地膜的不良影響直接體現(xiàn)在馬鈴薯產(chǎn)量上，試驗結(jié)果顯示，土壤中因地膜的存在導(dǎo)致馬鈴薯減產(chǎn)且達(dá)顯著水平，地膜殘留量最高的減產(chǎn)幅度最大，減產(chǎn)14.5%，但是各處理間減產(chǎn)幅度與地膜殘留量多少不成線性相關(guān)，其原因是否會與殘膜大小、殘膜片數(shù)等有關(guān)還有待進(jìn)一步的研究。