全生物降解地膜对饲用玉米的影响及降解效果研究_杜健.pdf

寒旱农业科学2023，2（7）：639-644Journal of Cold-Arid Agricultural Sciences地膜覆盖广泛应用于农作物生产。地膜具有促进玉米生长发育、缩短生育期、增加产量等作用，在农作物的生长发育阶段主要起到增温保墒、抑制杂草的作用1-2。目前在农业上应用较多的地膜为普通聚乙烯地膜，在土壤中极难降解，所引发的“白色污染”对生态环境的影响已受到普遍关注3。全生物降解地膜是一种新型的环保可降解地膜，采用聚乳酸或其他全生物降解改性树脂全生物降解地膜对饲用玉米的影响及降解效果研究杜健，王托和，邹悦，赵安宇，何淑萍（张掖市农业科学研究院，甘肃张掖734000）摘要：为了解全生物降解地膜的降解效果，以及对饲用玉米不同生长阶段的土壤增温保墒性能、玉米农艺性状及产量等的影响。以饲用玉米金凯 3 号为材料，选用厚 0.01 mm 的普通聚乙烯地膜、渗水聚乙烯地膜和全生物降解地膜进行地膜覆盖对比试验。结果表明，在饲用玉米生长前期，全生物降解地膜的保温保湿能力略低于普通聚乙烯地膜；生长中后期全生物降解地膜处理与聚乙烯地膜处理的温湿度差异不显著。全生物降解地膜覆盖处理可以提高饲用玉米株高、叶绿素含量和叶长，但产量与聚乙烯地膜处理差异不显著。全生物降解地膜处理在饲用玉米播种后 47 d 开始进入诱导阶段，随着生育进程地膜逐渐变薄、脆化，收获时大部分地膜完全崩解，虽然地膜未完全降解但降解趋势明显。普通聚乙烯地膜处理在饲用玉米整个生长阶段都维持着较好机械性能和膜面的完整性。综上所述，全生物降解地膜在饲用玉米上使用效果较好，具有较好的推广应用前景。关键词：全生物降解地膜；饲用玉米；土壤温湿度；生长指标；产量中图分类号：S513文献标志码：A文章编号：2097-2172（2023）07-0639-06doi：10.3969/j.issn.2097-2172.2023.07.011Effects of Biodegradable Mulch Films on Forage Corn andIts Degradation EffectDU Jian,WANG Tuohe,ZOU Yue,ZHAO Anyu,HE Shuping（Zhangye Academy of Agricultural Sciences,Zhangye Gansu 734000,China）Abstract:To clarify the degradation effect of biodegradable mulch film and its impact on soil warming and moisture retentionperformance,agronomic traits,and yield of forage corn at different growth stages,using 0.01 mm thick polyethylene film,polyethylene permeable film,and biodegradable mulch film as mulching treatments,a comparative experiment was conducted byusing the Jinkai 3 as the indicator material.The results showed that the thermal insulation and moisture retention ability ofbiodegradable mulch film in the early growth stage of forage corn was slightly lower than that of polyethylene film,whereas in themiddle and late stages of corn growth,no significant differences in soil temperature and humidity between biodegradable mulch filmand polyethylene film were detected.Biodegradable mulch film mulching could improve the plant height,chlorophyll content,andleaf length of forage corn,but no significant difference in yield was detected when compared with that of polyethylene film.Thebiodegradable mulch film entered the induction stage 47 days after the sowing.As the growth progressed,the film was graduallythinned and embrittled,and most of the film was completely disintegrated at harvest.Although the film was not completely degraded,the degradation trend was obvious.The polyethylene film maintained good mechanical properties and film surface integrity throughoutthe entire growth stages of forage corn.Overall,the use of biodegradable mulch film on forage corn has a good effect and shows goodprospects for promotion and application.Key words:Biodegradable mulch film;Forage corn;Soil temperature and humidity;Growth indicator;Yield收稿日期：2023-05-06基金项目：甘肃省科技计划项目（20YF3NG038）。作者简介：杜健（1991），男，甘肃陇西人，农艺师，硕士，主要从事土壤肥料与农业推广研究工作。Email:通信作者：何淑萍（1987），女，甘肃民乐人，农艺师，主要从事作物栽培研究工作。Email:。2 卷处理名称来源颜色规格材料及功能宽/cm厚/mm1普通聚乙烯地膜市售普通农用地膜白色700.01聚乙烯，不可降解2渗水聚乙烯地膜甘肃福雨塑业有限责任公司生产白色700.01聚乙烯，不可降解，可渗水3全生物降解地膜兰州金土地生产白色700.01聚乳酸，可降解，全生物生产，使用后可自动降解为二氧化碳和水，对土壤无毒害，是一种被全球公认真正绿色的环保材料4。近年来，生物降解地膜作为普通农用地膜的替代品，其增温、保墒和增产作用已被大量研究证实5-6。为此，我们利用兰州金土地集团生产的全生物降解地膜与 2 种 PE 膜（普通聚乙烯地膜和渗水聚乙烯地膜）在饲用玉米上进行地膜覆盖对比试验，研究其保温、保墒性能，并观察玉米不同时期地膜破损和降解情况，为全生物降解地膜在河西地区玉米生产上推广应用提供参考。1材料与方法1.1供试材料指示饲用玉米品种为金凯 3 号。供试地膜为国内市场出售的普通农用地膜、甘肃福雨塑业有限责任公司生产的聚乙烯渗水地膜和兰州金土地公司生产的全生物降解地膜（表 1）。1.2试验地条件和试验方法试验设在张掖市甘州区新墩镇园艺村 3 社。当地海拔 1 588 m，属典型温带大陆性气候，日照时间长，昼夜温差大；试验地平坦，排灌便利，土壤为耕灌灰棕漠土；前茬为大田玉米。试验采用单因素试验设计，共设 3 个处理（表 1）。随机区组排列，3 次重复，小区面积 68 m2（17 m4 m）。4 月初结合春耕基施尿素 75 kg/hm2、磷酸二氢铵300 kg/hm2、氮磷钾复合肥（N-P2O5-K2O为16-18-6）300 kg/hm2。4 月上旬以 1 m 间距划行覆膜，膜面留 50 cm。4 月 28 日机械播种，株距 21 cm，播种密度 79 000 株/hm2。于玉米大喇叭口期和抽穗期结合灌水分别追施尿素 300 kg/hm2。全生育期灌水5 次，中耕除草 2 次。9 月下旬收获，11 月室内考种、脱粒计产。其余管理同大田。1.3测定项目与方法1.3.1膜下温湿度从播种期开始，每隔 10 d 在9：00、15：00、19：00 时分别测量膜下 05、510、1015 cm 土层的土壤温度（用土壤温度计测定）和膜下 10 cm 土层的土壤湿度（用湿度计测定）。测定周期为玉米生育期。1.3.2农艺性状和产量性状7 月中旬标记观察 5株玉米植株的生长状况，观测记录地膜玉米出苗数、株高、叶长、叶宽、叶绿素等生长性状。玉米成熟后按小区随机选取 3 个取样点，每点连取10 株，测定穗重、穗长、穗粗、秃尖长、穗行数、行粒数、单穗粒重、千粒重，收获小区中间 4 行（34 m2）计产。1.3.3地膜降解情况观测记录地膜降解各阶段出现的时间。诱导阶段，即覆膜出现小裂缝（裂缝小于 1 cm）的时间，记录出现小裂缝的时间。破裂阶段，即肉眼清楚看到大裂缝（裂缝大于 3 cm）的时间，记录出现大裂缝的时间。崩解阶段，即地膜已经裂解成大碎块，没有完整的膜面（出现大于5 cm的裂缝，或者有的裂口合并出现碎块），记录出现膜崩裂的时间。完全崩解阶段，即地面无大块残膜存在，但仍有小碎片的时间阶段。完全降解阶段，即地膜在地表基本消失的阶段。在每个时期，对每个处理地膜的膜表、膜侧进行拍照，并标注好地膜种类和拍照日期。1.4数据处理用 Microsoft Excel 2010 进行数据整理，采用SPSS20.0 软件进行方差分析。2结果与分析2.1不同覆膜处理对土壤温度的影响2.1.19：00时膜下不同深度的土壤温度从图 13 可以看出，不同覆膜处理 9：00 时膜下 05、510、1015 cm 土层的土壤温度变化趋势总体呈“M”形变化，且温度均在 5 月 6 日最低、5 月 26日最高。05 cm 土层的土壤温度为 16.021.4，6 月 15 日之前处理 1 温度均高于处理 2 和处理 3，之后处理 3 均高于处理 1 和处理 2，7 月 15日之后各处理温度基本趋于一致。510 cm 土层的土壤温度为 13.820.7，3 种覆膜处理 5 月表 1供试地膜、来源及参数640 7 期6 26 日的温度基本一致，5 月 26 日之后处理 2和处理 3 趋于一致且高于处理 1。1015 cm 土层的土壤温度为 14.021.7，在 6 月 15 日之前，处理 1 温度均高于处理 2 和处理 3，之后各处理温度趋于一致。综合来看，9：00 时全生物降解地膜膜下土壤温度在监测前期略低于聚乙烯地膜，而在中后期各处理趋于一致。2.1.215：00 时膜下不同深度的土壤温度从图46 可以看出，各处理 05、510、1015 cm土层对应的土壤温度变化总体呈先下降后上升再下降然后逐渐平稳的趋势。05 cm土层的土壤温度为 20.836.7，6 月 5 日之前，处理 1 温度均高于处理 2 和处理 3 且处理 2、3 基本一致，之后3 个处理温度趋于一致。510 cm 土层的土壤温度为 20.631.4，6 月 25 日之前处理 1 和处理 2的温度总体均高于处理3（除 5 月 16 日左右外），之后处理 2 和处理 3 趋于一致且均高于处理 1。1015 cm 土层的土壤温度为 21.129.0，在 7 月 5日之前处理 1 和处理 2 温度均高于处理 3，7 月 15日之后各处理温度趋于一致。可见，15：00 时全生物降解地膜膜下土壤温度与聚乙烯地膜基本持平。2.1.319：00 时膜下不同深度的土壤温度从图79 可以看出，不同覆膜处理在 05、510、1015 cm 土层对应的土壤温度变化趋势总体呈“W”形变化，且温度均在 5 月 26 日最高、6 月 15日最低。05 cm 土层的土壤温度为 20.131.3，6 月 15 日之前处理 3 温度均低于处理 1 和处理 2，之后 3 种覆膜处理温度趋于一致。510 cm土层的土壤温度为 20.430.7，6 月 15 日之前处理 1 和处理 2 温度基本一致且高于处理 3，6 月15 至 7 月 15 日 3 种覆膜处理温度交替变化，7 月15 日之后处理 3 温度高于处理 1 和处理 2。10图 6不同处理 15：00 时 1015 cm 土层的土壤温度杜健，等：全生物降解地膜对饲用玉米的影响及降解效果研究图 3不同处理 9：00 时 1015 cm 土层的土壤温度图 1不同处理 9：00 时 05 cm 土层的土壤温度图 2不同处理 9：00 时 510 cm 土层的土壤温度变化日期/（日/月）6/516/526/55/615/625/65/715/725/7处理 1处理 2处理 3温度/2220181614日期/（日/月）6/516/526/55/615/625/65/715/725/724222018161412温度/处理 1处理 2处理 3日期/（日/月）6/516/526/55/615/625/65/715/725/724222018161412温度/处理 1处理 2处理 3图 4不同处理 15：00 时 05 cm 土层的土壤温度图 5不同处理 15：00 时 510 cm 土层的土壤温度变化日期/（日/月）6/516/526/55/615/625/65/715/725/7温度/403530252015处理 1处理 2处理 3温度/3530252015日期/（日/月）6/516/526/55/615/625/65/715/725/7处理 1处理 2处理 3温度/3530252015日期/（日/月）6/516/526/55/615/625/65/715/725/7处理 1处理 2处理 3641 2 卷15 cm 土层的土壤温度为 20.830.0，在 5 月26 日之前处理 1 温度均高于处理 2 和处理 3，5 月26 日至 6 月 15 日处理 1 和处理 2 温度基本一致，之后处理 1 和处理 3 温度基本一致且均低于处理2。说明在适宜温度范围，全生物降解地膜保温性能与聚乙烯地膜相当。2.2不同覆膜处理对土壤湿度的影响从不同处理膜下 10 cm 土层的土壤湿度变化（图 1012）可知，不同覆膜处理 9：00、15：00、19：00 时对应的土壤湿度变化趋势基本一致，总体呈曲折式上升，且湿度均在 6 月 5 日最低、7 月 5日最高。9：00 时土壤湿度变化为 10.8%23.2%，6 月 5 日之前处理 1 土壤湿度总体大于处理 2 和处理 3，6 月 5 25 日处理 1 和处理 2 基本一致且大于处理 3，6 月 25 日至 7 月 5 日 3 种覆膜处理湿度趋于一致。15：00 时土壤湿度为 11.4%22.2%，6月 5 日之前处理 1 土壤湿度总体大于处理 2 和处理 3，6 月 25 日之后各处理土壤湿度基本趋于一致。19：00 时土壤湿度为 10.7%22.2%，在整个监测期，处理 1 和处理 3 湿度基本一致且总体上均大于处理 2。综上所述，随着地膜覆盖时间延长土壤湿度增加，全生物降解地膜与聚乙烯地膜具有相同的保湿效果。2.3不同覆膜处理对饲用玉米农艺性状的影响从表 2 可以看出，处理 3 的玉米株高、叶绿素含量（SPAD 值）和叶长均优于处理 1 和处理 2，而叶片数、叶宽略低于处理 1 和处理 2。其中株高分别高 4.46、5.00 cm，叶绿素含量分别增加4.9%、4.7%，叶长分别长 2.40、3.07 cm。说明采用全生物降解地膜覆盖处理的玉米株高、叶绿素含量和叶长均优于聚乙烯地膜覆盖处理，而叶片数、叶宽略低于聚乙烯地膜覆盖处理。2.4不同覆膜处理对饲用玉米产量性状的影响从表 3 可以看出，处理 3 的穗长、穗行数、图 9不同处理 19：00 时 1015 cm 土层的土壤温度变化图 7不同处理 19：00 时 05 cm 土层的土壤温度变化图 8不同处理 19：00 时 510 cm 土层的土壤温度变化温度/343230282624222018日期/（日/月）6/516/526/55/615/625/65/715/725/7日期/（日/月）6/516/526/55/615/625/65/715/725/73230282624222018温度/日期/（日/月）6/516/526/55/615/625/65/715/725/73230282624222018温度/处理 1处理 2处理 3处理 1处理 2处理 3处理 1处理 2处理 3图 12不同处理 19：00 时 10 cm 土壤湿度图 10不同处理 9：00 时 10 cm 土壤湿度图 11不同处理 15：00 时 10 cm 土壤湿度日期/（日/月）6/516/526/55/615/625/65/715/725/7湿度/%30252015105处理 1处理 2处理 3日期/（日/月）6/516/526/55/615/625/65/715/725/7湿度/%30252015105处理 1处理 2处理 3日期/（日/月）6/516/526/55/615/625/65/715/725/7湿度/%30252015105处理 1处理 2处理 3642 7 期处理株高/cmSPAD值叶片数/片叶长/cm叶宽/cm1195.670.58 b56.981.48 a9.130.06 a77.530.53 a8.670.06 ab2195.131.58 b57.061.62 a9.130.04 a76.860.97 a8.800.03 a3200.132.57 a59.772.68 a9.070.02 a79.932.25 a8.500.07 b处理穗长/cm穗粗/cm秃尖长/cm穗行数/行行粒数/粒轴粗/cm穗重/g单穗粒重/g千粒重/g1 15.670.59 b 4.780.03 a 0.830.04 c 16.670.67 a 30.130.57 b 2.560.06 a 167.296.50 b 156.784.24 a 276.672.18 a2 15.790.76 b 4.760.01 a 1.640.06 a 17.650.67 a 28.920.47 c 2.490.04 a 138.536.09 c 130.982.36 b 252.881.94 b3 17.790.91 a 4.770.02 a 1.020.06 b 17.730.66 a 33.100.88 a 2.610.05 a 187.457.32 a 159.972.62 a 277.681.72 a处理小区平均产量/（kg/34 m2）折合产量/（kg/hm2）较处理1增产/（kg/hm2）增产率/%位次123.807 000.00222.06 a2223.046 776.47110.30 ab-223.53-3.193323.867 017.65120.74 a17.650.251行粒数、轴粗、穗重、单穗粒重和千粒重均优于处理 1 和处理 2，3 种覆膜处理的秃尖长差异较大，分别为处理 2处理 3处理 1，各处理穗粗无明显差别。说明采用全生物降解地膜覆盖处理在穗长、穗行数、行粒数、轴粗、穗重、单穗粒重和千粒重均优于 2 种聚乙烯地膜覆盖处理。由表 4 可知，3 种覆膜处理饲用玉米的折合产量为 6 776.477 017.65 kg/hm2，其中处理 3 最高，其次是处理 1，处理 2 居第 3 位，各处理间产量差异不显著（P0.05）。与处理 1 相比，处理 2 减产3.19%；处理 3 略有增产，增幅为 0.25%。2.5不同处理地膜的降解对不同处理地膜降解情况观测可知，处理 3（全生物降解膜）从覆膜后第 47 d 开始出现降解并进入诱导期，57 d 进入破裂期，87 d 进入崩解期，110 d 进入完全崩解期；在玉米生育期内观察到全生物降解膜未完全降解，待翻入土中降解，且在后期翻耕整地时，观察到土壤中有极少量的农膜残片，未出现薄膜缠绕翻耕机器现象。而处理1（普通聚乙烯地膜）和处理 2（渗水聚乙烯地膜）在玉米生育期内，膜面仅出现小裂口，膜本身的弹性、韧性较好，未出现脆化现象，无法用机器翻耕，需事先人工清理。3讨论与结论土壤温度及土壤水分对于作物生长具有重要的影响，生物降解地膜覆盖对于土壤耕作层的水热状况有明显改善，其作用与普通地膜相当7-8。申丽霞等9研究发现，采用厚 0.005 mm 和 0.008mm的可降解地膜的保水、保温效应及对玉米生长的影响作用基本相似。李振华等10研究了降解地膜覆盖对旱地马铃薯影响，结果表明普通地膜与降解地膜的保温效果无显著差异。本研究中，不同处理膜下土壤温度在 5 月底达到最高，而在 6月和 7 月有所降低，可能是因为该试验年份 5 月底以晴天为主，6 月和 7 月多以阴雨天为主、气温较低造成的。综合来看，覆盖全生物降解地膜在提高土壤的温度与湿度方面效果明显，随着时间增加，对土壤的保温保墒作用更加显著，且与聚乙烯地膜的保温保墒作用相当。覆膜能够改善土壤水、肥、气、热等条件，会进一步影响土壤理化性质与作物生长状况，从而对作物生长发育和产量产生影响11-15。在玉米研究方面，刘群等6研究发现，与不覆膜相比，覆盖生物膜能显著增加玉米穗上叶、穗位叶、穗下叶叶面积等和产量，其效果与普通膜之间差异不显著。白雪等16研究了旱地玉米不同类型地膜覆盖模式对农田水热效应和玉米产量的影响，结果表明，生物降解地膜能够显著提高玉米的产量。生物降解地膜的降解速率和强度因原材料组成、气候条件、土壤环境、作物类型等因素的差表 2不同处理玉米的农艺性状及 SPAD 值表 3不同处理玉米的产量性状表 4不同处理玉米的产量杜健，等：全生物降解地膜对饲用玉米的影响及降解效果研究643 异而表现不同。何文清等17研究发现，覆膜后 30天左右的淀粉基全生物降解地膜已经出现严重的裂缝，覆膜 60 d 后已完全降解为大的碎片，完全失去了增温保墒的功能。赵爱琴18试验结果表明，覆膜 20 d 后的生物降解地膜表面开始出现裂缝且韧性下降，覆盖 30 d 后地膜逐渐裂解成块状并粘附于土壤表面。有学者在研究中发现9，生物降解地膜覆盖 30 d 后开始出现裂缝和裂口，膜面变薄、韧性变差，而且随着地膜厚度增加，其降解速度减缓。在本研究中，全生物降解地膜的降解时期迟于其他学者研究中的生物降解膜，可能与种植地域环境有关，即因为甘肃张掖气候干燥，气温相对较低，降解地膜诱导期发生相对比较迟缓，对应的降解速度和降解强度也较低，增温保墒的功效期有所延长，因此全生物降解地膜的碎裂期基本满足本试验饲用玉米生长的要求。本研究结果表明，在饲用玉米生长前期，全生物降解地膜处理的保温保湿能力略低于普通聚乙烯地膜处理；而在玉米生长的中后期，全生物降解地膜处理与聚乙烯地膜处理的温湿度没有明显差异。从作物生长情况看，全生物降解地膜覆盖处理可以提高饲用玉米株高、叶绿素含量和叶长，但产量与聚乙烯地膜处理差异不显著。全生物降解地膜处理在饲用玉米播种后 47 d 开始进入诱导阶段，随着生育进程地膜逐渐变薄、脆化，收获时大部分地膜完全崩解，虽然地膜未完全降解但降解趋势明显。普通聚乙烯地膜处理在饲用玉米整个生长阶段都维持着较好机械性能和膜面的完整性。全生物降解地膜降解趋势明显，可作为一种环境友好型材料，有效解决农田白色污染，免去农膜回收工作，在一定程度上可以替代普通地膜。综合来看，全生物降解地膜在饲用玉米上使用效果较好，具有较好的推广应用前景。参考文献：1 薛颖昊，曹肆林，徐志宇，等.地膜残留污染防控技术现状及发展趋势 J.农业环境科学学报，2017，36（8）：1595-1600.2 雷成军，王耀，李良斌，等.不同地膜覆盖栽培对寒旱山区藜麦生长发育的影响 J.寒旱农业科学，2023，2（3）：226-228.3 胡琼恩，李婷，马丕明，等.生物可降解地膜的研究进展 J.塑料包装，2017，27（3）：34-41.4 张鑫，曾武，黄兰清，等.原位熔融接枝淀粉/PLA 生物可降解材料性能研究 J.塑料工业，2009，37（11）：45-47.5 王磊，樊廷录，赵刚，等.生物降解膜对黄土旱塬玉米产量及水分利用效率的影响 J.寒旱农业科学，2022，1（10）：62-65.6 刘群，穆兴民，袁子成，等.生物降解地膜自然降解过程及其对玉米生长发育和产量的影响 J.水土保持通报，2011，31（6）：126-129.7 杨玉姣，黄占斌，闫玉敏，等.可降解地膜覆盖对土壤水温和玉米成苗的影响 J.农业环境科学学报，2010，29（S1）：10-14.8 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