不同生物可降解地膜在甘薯上的應(yīng)用效果研究

劉利平 楊秋實(shí)康子領(lǐng) 王 成

（1安徽省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站，安徽合肥 230001；2泗縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，安徽泗縣 234399）

我國(guó)是世界上地膜使用量、覆蓋面積最大的國(guó)家，近年來(lái)，全國(guó)農(nóng)作物覆膜面積近2 000萬(wàn)hm2，占全球地膜用量的75%。地膜覆蓋技術(shù)的應(yīng)用為國(guó)家的糧食安全保障、蔬菜周年供應(yīng)等作出了巨大的貢獻(xiàn)，但長(zhǎng)期使用也造成土壤中殘留了大量難以降解的白色垃圾，對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的修復(fù)及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展形成了巨大阻礙。生物可降解地膜替代傳統(tǒng)地膜是解決地膜殘留污染的有效措施和手段之一。伴隨著生物新材料新技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)可降解地膜的廠家數(shù)量迅速增長(zhǎng)，產(chǎn)品質(zhì)量也逐步提高，部分地膜產(chǎn)品已投入實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用。

安徽省是重要的農(nóng)業(yè)大省，地處北亞熱帶與暖溫帶的南北過(guò)渡地帶，農(nóng)作物品類豐富，種植模式具有多樣性，地膜的應(yīng)用十分廣泛[1]，2020年全省農(nóng)用地膜使用量4.25萬(wàn)t，地膜覆蓋面積46.72萬(wàn)hm2。為篩選出具有較高安全性、經(jīng)濟(jì)性、適用性的地膜產(chǎn)品用于示范推廣，安徽省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站近年開(kāi)始在省內(nèi)開(kāi)展了可降解地膜的多點(diǎn)、多作物、多年連續(xù)試驗(yàn)，泗縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心承擔(dān)了甘薯可降解地膜對(duì)比試驗(yàn)。筆者開(kāi)展了不同廠家生產(chǎn)的生物可降解地膜在甘薯上的應(yīng)用效果試驗(yàn)，以期篩選出與常規(guī)地膜覆蓋效果相仿、可正常機(jī)械鋪設(shè)、當(dāng)年降解率高、能滿足甘薯正常生產(chǎn)需要的可降解地膜產(chǎn)品。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)設(shè)在泗縣大路口鎮(zhèn)西李村，當(dāng)?shù)仄骄鶜鉁?5.5℃，年平均降水量1 097.1 mm，年平均日照時(shí)數(shù)2 085.9 h。試驗(yàn)地塊地勢(shì)平坦，肥力均勻、中等，能灌能排，土壤類型為砂姜黑土，質(zhì)地為壤土，耕層厚度20 cm，通常地下水位為1.5 m。

1.2 試驗(yàn)材料

1.2.1 供試地膜。試驗(yàn)用地膜分別由宿州妙順環(huán)?？萍加邢薰?、蘭州鑫銀環(huán)橡塑制品有限公司、湖北光合生物科技有限公司提供，誘導(dǎo)期均設(shè)為120 d，各產(chǎn)品的生產(chǎn)原料、降解路徑、規(guī)格、顏色見(jiàn)表1。

1.2.2 供試作物。供試甘薯品種為紅薯303。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)7個(gè)處理，分別為宿州妙順環(huán)保科技有限公司生產(chǎn)的白色生物可降解地膜（A1）和黑色生物可降解地膜（A2）、蘭州鑫銀環(huán)橡塑制品有限公司生產(chǎn)的白色生物可降解地膜（B1）和黑色生物可降解地膜（B2）、湖北光合生物科技有限公司生產(chǎn)的黑色生物可降解地膜（C2）、市售白色普通聚乙烯膜（CK1）和黑色普通聚乙烯膜（CK2）。

試驗(yàn)田南北向起壟，去除邊行，每行設(shè)置1個(gè)大區(qū)，面積 200 m2（1 m×200 m）。 平行設(shè)置，不設(shè)重復(fù)。

1.4 試驗(yàn)實(shí)施

2021年5月9日鋪設(shè)地膜，甘薯壟寬100 cm，地膜規(guī)格均為110 cm，滿足鋪設(shè)要求。采取機(jī)械作業(yè)，鋪設(shè)過(guò)程中各試驗(yàn)用生物可降解地膜未出現(xiàn)拉斷、破損情況，能夠正常進(jìn)行人工拉伸與壓土覆膜等操作，機(jī)械強(qiáng)度及韌性與普通地膜無(wú)明顯差異。5月12日栽插，所有田間管理同常規(guī)大田。11月18日收獲。

1.5 測(cè)定內(nèi)容與方法

牽引長(zhǎng)繩東西向垂直橫跨7個(gè)壟面，每壟在線下投影處相應(yīng)位置選1個(gè)取樣點(diǎn)。每壟縱向每間隔40 m確定1組取樣地點(diǎn)，共確定5組取樣地點(diǎn)。

在地膜鋪設(shè)完成后第3天移栽時(shí)即5月12日，對(duì)土壤5、15 cm處的溫、濕度及地膜內(nèi)、外溫度進(jìn)行多點(diǎn)監(jiān)測(cè)，各處理在當(dāng)日 9：00、14：00、18：00 各確定5處測(cè)量，取算術(shù)平均值[2]。收獲時(shí)，測(cè)定甘薯商品性狀，分析不同處理對(duì)甘薯生長(zhǎng)的影響。

收獲時(shí)，試驗(yàn)采取機(jī)械收獲、人工分撿的方式測(cè)產(chǎn)，每處理隨機(jī)量取5個(gè)1 m長(zhǎng)壟（壟寬1 m，計(jì)1 m2），人工撿拾新鮮健康甘薯塊，去除腐爛薯塊，現(xiàn)場(chǎng)稱重計(jì)產(chǎn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同地膜水汽阻隔性能

從表2可以看出，處理A2的土壤增溫較快，處理A1、A2膜內(nèi)、外溫度較高但溫差較小，分析原因主要是該處理地膜生產(chǎn)原料為改性PE，且膜的厚度相對(duì)較薄。處理B2的土壤溫度較CK2低0.5～1.0℃。處理B1的土壤濕度明顯較CK1高6～9個(gè)百分點(diǎn)，保墑性能較強(qiáng)。處理B1、C2地膜內(nèi)、外溫差較大，達(dá)1.8℃，說(shuō)明地膜本身隔熱性能較強(qiáng)。各處理在鋪膜后膜內(nèi)熱氣很快形成水珠凝聚在內(nèi)表，增溫保墑效果明顯。排除檢測(cè)時(shí)間差異等因素影響，生物可降解地膜在誘導(dǎo)期內(nèi)保溫、保濕性能與普通地膜無(wú)明顯差異。

表2 試驗(yàn)點(diǎn)環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

2.2 不同地膜降解情況及降解性能

5月12日栽插薯苗，栽后第3天開(kāi)始連續(xù)陰雨，薯苗起身快，生長(zhǎng)旺盛，6月上旬基本封行，封行時(shí)間較往年縮短20 d左右；6月中旬以后，田間大部分時(shí)間有積水。9月16日，地膜鋪設(shè)130 d，已超過(guò)地膜所設(shè)定的誘導(dǎo)期10 d，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)：此時(shí)生物可降解地膜出現(xiàn)橫徑大于5 cm破洞、裂縫，黑膜殘膜輕輕拉動(dòng)即破碎，露出地面；白膜膜面相對(duì)較為完整。2022年1月12日在下茬小麥田調(diào)查發(fā)現(xiàn)，全生物可降解地膜目測(cè)無(wú)殘留膜塊，改性PE生物地膜降解率達(dá)80%以上。

本次試驗(yàn)，宿州妙順環(huán)?？萍加邢薰境囼?yàn)用膜外還提供了幾款降解地膜，在試驗(yàn)田邊使用。試驗(yàn)人員抽取了3個(gè)黑色地膜樣品（包括試驗(yàn)處理A2用膜）及對(duì)照普通地膜進(jìn)行相關(guān)性能檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表 3、表 4。

表3 不同地膜產(chǎn)品初始機(jī)械拉伸性能

表4 不同地膜產(chǎn)品使用后降解性能檢測(cè)數(shù)據(jù)

相關(guān)降解地膜標(biāo)準(zhǔn)[3-5]降解程度衡量評(píng)價(jià)中，通過(guò)產(chǎn)品物理機(jī)械性能的變化來(lái)表征產(chǎn)品降解程度?？梢灾庇^地通過(guò)觀察、手撕測(cè)試感受降解進(jìn)程，表觀變化伴隨著的是內(nèi)部分子量和分子結(jié)構(gòu)的改變，通過(guò)機(jī)械性能來(lái)表征產(chǎn)品降解可以直觀、快速地對(duì)產(chǎn)品降解進(jìn)行評(píng)價(jià)。本試驗(yàn)中參試地膜使用前后的物理性能檢測(cè)結(jié)果顯示，經(jīng)過(guò)一季的使用后，參試地膜橫、縱向斷裂伸長(zhǎng)率及拉伸強(qiáng)度等指標(biāo)相較出廠檢測(cè)均有不同程度的下降。其中：生態(tài)地膜1號(hào)的縱向斷裂伸長(zhǎng)率下降幅度最大達(dá)70.7%，橫向拉伸強(qiáng)度下降幅度最大達(dá)46.2%；處理A2所用地膜的橫向斷裂伸長(zhǎng)率下降幅度達(dá)53.5%，橫向最大拉伸負(fù)荷下降幅度最大達(dá)57.4%；而對(duì)照普通地膜使用一季后無(wú)明顯變化。供試樣品地膜降解符合預(yù)期，機(jī)械性能下降明顯。

2.3 不同地膜對(duì)甘薯產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

從表5可以看出，生物可降解地膜處理甘薯產(chǎn)量較CK1增加24.35%～27.42%，較CK2增加22.90%～25.93%，增產(chǎn)效果顯著。其中，白色生物可降解地膜較黑色生物可降解地膜增產(chǎn)率略低，黑色生物可降解地膜之間差異不明顯。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀察及撿拾工人反映，生物可降解地膜處理薯塊大小均勻并且表面光滑，爛果較少。

表5 不同地膜處理甘薯產(chǎn)量

3 結(jié)論與討論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，供試生物可降解地膜機(jī)械拉伸性能良好，可滿足機(jī)械鋪設(shè)需求，不需改變?cè)修r(nóng)事操作習(xí)慣，鋪設(shè)后膜面很快形成水汽，其增溫保墑性能良好，在甘薯生長(zhǎng)發(fā)育初期具有良好的促成作用。甘薯生育中后期，生物可降解地膜有效降解打破阻隔，利于土壤水分蒸發(fā)，可以減少因小薯長(zhǎng)期處于高濕土壤環(huán)境而造成的爛果，同時(shí)增強(qiáng)透氣性，對(duì)薯塊養(yǎng)分積累和膨大具有正向影響。試驗(yàn)當(dāng)年降雨量偏大，總體產(chǎn)量較往年低，但生物可降解地膜較普通地膜增產(chǎn)效果明顯。

根據(jù)實(shí)地監(jiān)測(cè)，由全生物基原料生產(chǎn)的可降解地膜能夠當(dāng)季完成降解80%以上。宿州妙順環(huán)保科技有限公司以PE基原料生產(chǎn)的生物可降解地膜收獲時(shí)拉力下降程度均在50%左右，降解效果良好。同時(shí)，根據(jù)用戶反饋，收獲時(shí)可降解地膜不會(huì)纏繞機(jī)械，殘膜不需要離田，減少了用工成本，提高了收獲效率。根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)特性及往年宿州妙順環(huán)?？萍加邢薰旧a(chǎn)的可降解地膜在泗縣的大面積試驗(yàn)示范情況來(lái)看，此狀態(tài)下可降解地膜可直接旋耕進(jìn)入土壤，后期能夠在土壤中持續(xù)發(fā)生降解[6]。

泗縣甘薯生產(chǎn)上可降解地膜的推廣使用應(yīng)以黑色地膜為主。黑色地膜產(chǎn)品保溫保墑、降解效果能夠滿足甘薯全生育期的需求，且在抑制雜草上較白色地膜更為明顯，黑色地膜內(nèi)雜草在暗環(huán)境下莖稈纖細(xì)，不能拱出地膜，能減少人工除草次數(shù)，降低人工成本投入。在生產(chǎn)工藝許可的情況下，廠家可考慮生產(chǎn)中間寬度15 cm為白色、兩邊為黑色的配色地膜，既能有效抑制雜草又能增加薯苗著生處光照，有利于甘薯苗期生長(zhǎng)。