7种黑色全生物降解地膜性能测试及对旱地马铃薯的影响

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　　摘要：基于旱地马铃薯绿色覆盖栽培需求，引进7种黑色全生物降解地膜，研究其抑蒸效果、田间降解特性及覆盖栽培对马铃薯产量的影响。结果表明，供试7种黑色全生物降解地膜抑蒸效果显著低于对照PE黑膜，140 d内抑蒸率较对照PE黑膜低41.73%，黑色全生物降解地膜DX1抑蒸效果最佳，达到61.32%。供试的7种黑色全生物降解地膜田间埋设180 d的降解率为4.77%～28.79%，平均为13.18%，黑色全生物降解地膜DX10降解率最高，达到28.79%;田间起垄覆盖174 d后，供试黑色全生物降解地膜膜面均出现了不同程度破裂，其中黑色全生物降解地膜DX2的破裂程度最严重，黑色全生物降解地膜DX4、DX7、DX10膜面完整性较好。供试的7种黑色全生物降解地膜覆盖平均较对照PE黑膜覆盖减产3.18%，WUE较对照PE黑膜覆盖降低了6.69%。综合考虑认为，黑色全生物降解地膜DX1、DX7综合表现优良，可在定西市旱地马铃薯全膜（黑膜）覆盖大垄双行栽培中进行生产试验推广。
　　关键词：马铃薯;旱地;黑色全生物降解地膜;抑蒸率;降解率;产量;水分利用效率
　　中图分类号：S532     文献标志码：B     文章编号：1001-1463（2019）05-0047-06
　　Abstract：Based on the requirement of green mulching cultivation technology of potato in dryland，seven kinds of black biodegradable plastic films were introduced to study their anti-evaporate effect， field degradation characteristics and the effect of Mulching Cultivation on potato yield. The results showed that the effect of anti-evaporate effect of biodegradable film was significantly lower than that of PE black film， within 140 days， the anti evaporation rate was 41.73% lower than that of PE black film， and DX1 had the best effect on inhibiting evaporation， reached 61.32%. After 180 days of field burial， the degradation rate was 4.77%～28.79%， with an average of 13.18%， and DX10 was the highest， reached 28.79%. And after 174 days of ridging and mulching in the field， the film surface appeared different degrees of rupture， DX2 rupture degree was the most serious， the film surface integrity of DX4， DX7， and DX10 was better. The yield of biodegradable film mulching decreased by 3.18% and WUE by 6.69% on average compared with PE black film mulching. It is considered that the black biodegradable plastic film DX1 and DX7 have excellent comprehensive performance， which can be popularized in production experiment of potato whole film （black film） mulching in large ridge and double row cultivation in dryland of Dingxi City.
　　Key words：Potato;Dryhand;Black biodegradable plastic film;Steam inhibition rate;Degradable performance;Yield; Water use efficiency
　　地膜覆蓋技术在干旱区节水农业的发展中贡献巨大[1 ]，旱地马铃薯全膜（黑色）覆盖大垄双行栽培技术作为旱作区马铃薯高产稳产的关键技术，为区域马铃薯生产发挥着重要作用。黑色地膜覆盖能够提高马铃薯生育前期地温，降低生育后期温度，保持墒情，稳定土壤水分，且能抑制杂草，减少青头薯，可实现增产30%以上[2 - 3 ]，得到了大面积推广应用。但是，目前使用的黑色地膜一般为聚乙烯地膜，分子量大、性能稳定、难降解、难回收，长期使用该类型地膜覆盖会带来严重的残膜污染问题，影响地膜覆盖栽培技术的健康持续发展[4 - 6 ]。而全生物降解地膜的开发应用为解决残膜污染问题提供了新的途径[1， 7 ]，它是以PBAT（聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯）、PLA（聚乳酸）、PBS（聚丁二酸丁二醇酯）等聚酯类物质为原料制成的地膜，在一段时间内可通过微生物作用完全降解为二氧化碳和水，能做到完全降解及无污染物残留[8 - 9 ]。我们引进7种黑色全生物降解地膜，通过研究其抑蒸效果、田间降解特性及其覆盖栽培对马铃薯产量的影响，筛选综合性状表现优良的产品，以期为旱地马铃薯绿色覆盖栽培技术的发展提供技术支撑。 　　1   材料与方法
　　1.1   试验区概况
　　试验于2018年在位于定西市安定区团结镇唐家堡村的甘肃省农业科学院定西旱作农业试验站（农业部西北黄土高原地区作物栽培科学观测实验站）进行。定西市是甘肃省最大的马铃薯生产基地，也是全国重要的马铃薯良种繁育基地和马铃薯生产加工基地。区内海拔1 970 m，年均气温6.2 ℃，≥10 ℃积温2 075.1 ℃，无霜期140 d，属中温带半干旱气候。年均降水量为415 mm，6 —9月降水量占年降水的65%，年际变率35%。试验区土壤为黄绵土，0～30 cm土层平均容重1.25 g/cm3，永久凋萎系数为7.2%。马铃薯生育期多年平均降水量320 mm，2018年马铃薯生育期降水量408 mm，属丰水年。
　　1.2   供试材料
　　供试的7种黑色全生物降解地膜分别来自山东农业大学、南京立汉化学有限公司、杭州鑫富科技有限公司，以兰州金土地塑料制品有限公司生产的PE黑膜为对照（见表1）。马铃薯指示品种为陇薯10号。
　　1.3   试验设计与操做
　　设室内抑蒸试验、田间埋设试验及覆盖栽培试验3部分，具体设计如下。
　　1.3.1   抑蒸试验    选用2 000 mL玻璃烧杯，杯内注水1 000 mL，将预先裁剪好、规格为20 cm×20 cm的供试地膜置于杯口，用橡皮筋扎紧封口。各处理均3次重复，共计24杯。试验自2018年6月10日开始，10月28日结束。
　　1.3.2   田间埋设试验    将供试黑色全生物降解地膜和PE黑膜（CK）裁剪为50 cm×50 cm的膜片，每种地膜各裁剪6片。在田间挖取长×宽×深为80 cm×80 cm×20 cm的埋设坑，将裁剪好的地膜片平铺于坑内，膜上铺孔径0.5cm的塑料网，然后用土将埋设坑填平，每个坑内埋设1片，共计48片。于2018年4月25日埋设。
　　1.3.3    覆盖栽培试验     采用完全随机设计，共设8个处理，3次重复，小区面积51 m2（3 m×17 m）。采用全膜覆盖大垄双行种植方式，垄宽100 cm、高15 cm，行距50 cm，株距38 cm，密度52 500株/hm2。播前一次性基施N 150 kg/hm2、P2O5 90 kg/hm2、K2O 90 kg/hm2。2018年4月21日覆膜播种，10月11日收获。
　　1.4   测定项目及方法
　　1.4.1    抑蒸率    从6月10日开始，每隔20 d测定1次供试黑色全生物降解地膜和PE黑膜（CK）处理的烧杯与水重量，计算杯内水分蒸发损失量和抑蒸率。
　　抑蒸率=[（当前杯水重-杯重）/（原始杯水重-杯重）]×100%
　　1.4.2    埋设降解率    从4月25日试验开始后，每隔30 d挖取1次埋设的供试黑色全生物降解地膜和PE黑膜（CK），共挖取6次，用超声波清洗机清洗干净，烘干后称重。
　　降解率=[（地膜原始重量-地膜当前重量）/地膜原始重量]×100%
　　1.4.3    覆盖表膜降解情况    田间起垄覆膜后，每天目测地膜颜色、形态及表面完整性，判断表膜降解情况。
　　1）诱导阶段。铺膜后到地膜出现小裂缝的时间。2）破裂阶段。目测清楚看到大裂缝的时间。3）崩解阶段。地膜已经裂解成大碎块，无完整的膜面，出现膜崩裂的时间。4）碎片阶段。地面无大块残膜存在，基本为小碎片地膜的时间阶段。5）完全降解阶段。碎片在地面基本消失，仅有不到10%的小碎片。
　　1.4.4    块茎产量    各小区实收计产，然后换算成单位面积产量。
　　1.4.5    耗水量（ET）及水分利用效率（WUE）
　　马铃薯播前和收获时分別用土钻法测定每个小区2 m土层（每20 cm为1个层次）的土壤含水率，转化为以mm为单位的播前和收获时的土壤贮水量。马铃薯生育期降水量通过自动气象站获得。利用土壤水分平衡方程计算每个小区的作物耗水量（ET）。
　　ET= 播前2 m土壤贮水量（mm）-收获时2 m土壤贮水量（mm） +生育期降水量（mm）
　　WUE=块茎产量（kg/hm2）/耗水量（mm）。
　　1.5   数据处理
　　采用Microsoft Excel 2010和DPSv7.05统计分析软件对试验数据进行统计分析，并用Tukey法进行多重比较。
　　2   结果与分析
　　2.1   不同降解地膜抑蒸效果
　　室内抑蒸试验结果（表2）表明，各测定时期7种黑色全生物降解地膜与对照PE黑膜的抑蒸率差异显著，且对照PE黑膜抑蒸率显著高于降解地膜。随着时间推移，水分蒸发损失量越来越大，供试7种黑色全生物降解地膜和PE黑膜（CK）的抑蒸效果均有所下降，至10月28日（封口蒸发140 d），7种黑色全生物降解地膜的抑蒸率平均为57.73%，PE黑膜（CK）的抑蒸率为99.07%。从6月30日至10月28日，7种黑色全生物降解地膜抑蒸率平均下降了37.01%，而PE黑膜（CK）的抑蒸率仅下降了0.91%。7种黑色全生物降解地膜间抑蒸率同样差异显著，封口蒸发140 d后以黑色全生物降解地膜DX1抑蒸率最高，为61.32%;黑色全生物降解地膜DX5抑蒸率最低，为49.60%。 　　2.2  不同降解地膜田间埋设降解率
　　从田间埋设试验结果（表3）来看，7种供试黑色全生物降解地膜从4月25日埋设至10月21日，均出现了不同程度的降解现象。埋设180 d后，7种黑色全生物降解地膜平均降解率为13.18%，其中黑色全生物降解地膜DX10的平均降解率最高，为28.79%;黑色全生物降解地膜DX1平均降解率最低，为4.77%。对照PE黑膜在该期间未发现降解。
　　另外，虽然供试的7种黑色全生物降解地膜产品均未出现完全降解，但在埋设180 d后各黑色全生物降解地膜的膜面出现明显的鼠噬状及纤维化现象，机械韧性明显降低，已不会影响下茬作物播种和出苗。供试的7种黑色全生物降解地膜的降解率相对较低与研究区域试验年份降水量和土壤温度有关：试验期间当地降水量为422.6 mm，属丰水年份，平均气温15.18 ℃，可能影响到其降解速率，其中温度可能是关键因素。
　　2.3   不同降解地膜田间表膜降解情况
　　观察结果（表4）表明，从起垄覆膜到马铃薯收获（覆膜后174 d），普通PE黑膜（CK）膜面完好，没有发生降解现象，7种供试的黑色全生物降解地膜均发生了不同程度的降解，机械韧性明显降低，手撕即破，但在马铃薯收获时均未达到碎片阶段，即没有完全降解。其中黑色全生物降解地膜DX4、DX7、DX10仅达到破裂阶段，其余处于崩解阶段。
　　7种供试黑色全生物降解地膜的诱导阶段和破裂阶段出现时间分别平均为埋设后89 d和107 d，其中，黑色全生物降解地膜DX7诱导阶段出现时间最早，为84 d，但其破裂阶段持续时间较长，至马铃薯成熟期未出现明显的崩解现象;黑色全生物降解地膜DX2达到诱导阶段、破裂阶段和崩解阶段的整体时间均较早，分别为埋设后85、98、125 d。
　　2.4   不同降解地膜覆盖栽培对马铃薯产量和水分利用效率的影响
　　2.4.1    马铃薯产量    从试验结果（表5）可以看出，供试7种黑色全生物降解地膜产品应用在旱地马铃薯覆膜栽培中，与常规PE黑膜相比较，表现出不同的产量增减效应，平均较对照PE黑膜减产3.18%。黑色全生物降解地膜DX1和DX7分别较对照增产0.67%、1.14%;其余供试黑色全生物降解地膜均较对照减产，减幅为0.52%～12.73%;以黑色全生物降解地膜DX2减产幅度最大，较对照PE黑膜减产12.73%。对马铃薯产量进行方差分析表明，不同覆盖材料下块茎产量差异显著（P < 0.05），黑色全生物降解地膜DX1、DX4、DX5、DX6、DX7与PE黑膜（CK）差异不显著，但显著高于黑色全生物降解地膜DX2和DX10。
　　2.4.2    水分利用效率    从表5还可以看出，供试的7种黑色全生物降解地膜覆盖平均耗水量481 mm，平均较对照PE黑膜覆盖多耗水18 mm，耗水量均高于对照PE黑膜覆盖。这主要是由于7种黑色全生物降解地膜抑蒸效果相对较差，增加了田间蒸散耗水量，故导致总耗水量大于对照PE黑膜覆盖，该结果与抑蒸试验结果基本吻合。其中，以黑色全生物降解地膜DX2耗水量最大，为488 mm，较对照PE黑膜多耗水25 mm。水分利用效率反映旱作区作物产量与生育期间水分消耗之间的关系。本研究中，马铃薯水分利用效率变化趋势与产量的变化基本一致，对照PE黑膜较7种黑色全生物降解地膜平均高7.17%，较最低的黑色全生物降解地膜DX2高20.77%，但仅较黑色全生物降解地膜DX1和DX7高1.26%和1.43%。
　　3   小结与讨论
　　目前，可降解地膜主要有光降解地膜、全生物降解地膜和光—生物双降解地膜。有研究表明，全生物降解地膜应用于旱地玉米覆盖栽培可减少田间残膜污染，在提高地温、促进作物生长发育、提高玉米产量和水分利用效率方面与普通聚乙烯地膜无显著差异[10 - 11 ]。本研究引进的7种黑色全生物降解地膜在抑蒸效果与产量效应等方面整体不及PE黑膜，其中140 d内的抑蒸率较对照PE黑膜低41.73%，马铃薯产量平均较对照PE黑膜覆盖减产3.18%，WUE较对照PE黑膜降低了6.69%。
　　7种黑色全生物降解地膜在抑蒸效果、田间降解性能、产量效应等方面差异显著。140 d内抑蒸率平均为57.73%。黑色全生物降解地膜DX1表现最優，达到61.32%;黑色全生物降解地膜DX5最低，为49.60%。降解地膜土壤填埋180 d后总体降解率较低，平均降解率仅为13.18%，其中黑色全生物降解地膜DX10最高，为28.79%;黑色全生物降解地膜DX1最低，为4.77%，且地面覆盖174 d后表膜均未出现完全降解现象，大部分仅达到崩解阶段。王淑英等[12 ]的研究表明，在水热条件较好的情况下，全生物降解地膜填埋80～90 d降解率可达到85%～95%，本研究区地积温相对较低可能是降解率较低的关键因素。另外，不同降解地膜因生产原料配比及制备工艺的差异，降解速率不同。在产量效应方面，7种黑色全生物整体较对照PE黑膜减产，但黑色全生物降解地膜DX1和DX7分别较PE黑膜增产0.67%、1.14%，这可能与降解后期的裂解有助于马铃薯块茎的膨大，以及利于降水从裂口处进入垄内改善土壤水分条件有关。从田间应用效果来看，马铃薯产量效应是抑蒸率、土壤填埋降解率、覆盖表膜降解率等指标综合作用的结果，某个单一指标并不能决定最终的作物产量，如黑色全生物降解地膜DX1抑蒸率表现最优，但其表膜破裂、崩解阶段到来时间均相对较早，却同样获得了较高的产量。
　　全生物降解地膜的降解效果及产量效应受温度、光照、水分、土壤生物状况等环境条件的综合影响，而且还与产品本身的原料配比及制备工艺有关。从本研究结果来看，黑色全生物降解地膜DX1、DX7综合表现较好，可应用于旱地马铃薯全膜（黑膜）覆盖大垄双行栽培中。关于水、热、土壤生物互作效应与全生物降解地膜综合性能之间的关系将有待更深入的研究，以期为不同生态区域推荐功能与寿命可控全生物降解地膜，实现区域生态特点与降解地膜产品性能的匹配。 　　参考文献：
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　　（本文责编：郑立龙）
　　收稿日期：2019 - 03 - 25
　　基金项目：国家科技支撑计划子课题（2015BAD22B01-05）;甘肃省农业科学院农业科技创新专项（2017GAAS27）;甘肅省农业生物技术研究与应用开发项目（GNSW-2016-14）;国家重点研发计划项目（2016YFB0302402）资助。
　　作者简介：马明生（1983 — ），男，甘肃兰州人，助理研究员，主要从事作物抗旱栽培与生理生态方面的研究工作。联系电话：（0）13919394116。Email：mamingsh@163.com。
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