山东典型薯田中氧化生物双降解地膜残留特点研究

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　　摘要 以山东省滕州市马铃薯产区作为研究对象，对连续应用氧化生物双降解地膜薯田地膜残留状况进行了分析研究。结果显示，连续覆膜4年的薯田中氧化生物双降解地膜残留量为19.92 kg/hm2，残膜片数为180.0万片/hm2，分别较聚乙烯地膜减少51%和41%。残留双降解地膜主要集中在耕层中，0～10、10～20、20～30 cm土层中的残膜数量分别占总量的58%、23%和19%，大幅减少了残膜在耕层底部的分布比例。研究结果还显示，氧化生物双降解地膜残留膜片面积明显减少，残膜破碎程度大幅增加，<4 cm2、4～25 cm2、>25 cm2残膜片数分别占总量的44.0%、54.6%和1.4%。研究表明，应用氧化生物双降解地膜有效减少了地膜残留，有利于农业生产的可持续发展。
　　关键词 氧化生物双降解地膜;薯田;地膜残留
　　中图分类号 X712文献标识码 A
　　文章编号 0517-6611（2019）10-0067-03
　　Abstract Taking the potato producing area of Tengzhou City in Shandong Province as the research object，the status of plastic film residues in potato fields with continuous application of oxobiodegradable film was analyzed and studied.The results indicated that the amount of residual oxobiodegradable plastic film in potato fields with 4 years of filmmulching were 19.92 kg per hectare and 1.8 million pieces per hectare，which were 51% and 41% lower than that of polythene film respectively.Most of residual oxobiodegradable plastic film was distributed in topsoil，and the percentage of residual film in three layer of soil （0-10 cm，10-20 cm，20-30 cm） were 58%，23% and 19% respectively.And the distribution ratio of residual film in deep soil decreased significantly.Compared to polythene film，the average area of residual oxobiodegradable plastic film decreased obviously，and the amout of residual film with different sizes were 44.0% （<4 cm2），54.6% （4-25 cm2） and 1.4% （>25 cm2） respectively.The conclusion indicates that the application of oxobiodegradable plastic films can effectively reduce the amount of residual film and promote the sustainable development of agriculture.
　　Key words Oxobiodegradable plastic films;Potato field;Plastic film residue
　　地膜具有增溫保墒、防病抗虫和抑制杂草等功能，有利于作物生长发育，提高作物产量，增加农业效益[1]。自19世纪70年代我国引进地膜以来，经过30多年的应用和实践，地膜覆盖栽培技术已成为农业生产的一项重要保障措施，带动了我国农业生产力的显著提高和生产方式的改变[2-3]。2015年，我国地膜使用量为145万t，地膜覆盖面积近0.2亿hm2[4]。
　　目前大多数地膜原料为聚乙烯类物质，其稳定性极高，降解过程相当缓慢，残留在土壤中的碎片不能被土壤微生物降解，也不能被作物吸收利用[5-7]。随着聚乙烯地膜的大量使用，残弃地膜在耕地中的积累越来越多，不仅影响农业生态环境，而且也会对景观环境造成污染，还威胁着牲畜的生命;同时残膜在土壤中形成阻隔层，降低土壤透气性，阻碍作物根系发育和对水分、养分的吸收，造成农作物减产[8-10]。研究表明，当农田中地膜残留量达到58.5 kg/hm2时，可导致玉米减产11%～23%，小麦减产9%～16%，大豆减产5.5%～9%，蔬菜减产14.6%～59.2%[11]。
　　为解决上述问题，国内外纷纷开展对可降解地膜的研发工作。目前的研究主要集中在全生物基降解地膜和添加剂型降解地膜2种类型。氧化生物双降解地膜综合利用了氧化降解和生物降解技术，通过添加双降解助剂将传统塑料转变为可在自然环境中降解的环境友好材料，降解产物是水、二氧化碳和腐殖质[11]。研究表明，氧化生物双降解地膜使用性能优良、降解效果显著，是普通聚乙烯地膜的优良替代品[12-14]。为此，笔者对山东省马铃薯产区典型田块中农膜使用及其残留现状进行田间调查，分析连续多年应用氧化生物双降解地膜对地膜残留数量、形态和分布的影响，以期为氧化生物双降解地膜大面积应用于作物生产提供理论依据。
　　1 研究方法 　　1.1 研究地基本情况 调查点位于山东省滕州市级索镇（34°N，117°3′E），季风型大陆性气候明显，年均日照2 383 h，年平均气温13.6 ℃，全年平均年降水量773.1 mm。每年种植两季马铃薯，仅春季马铃薯采用地膜覆盖种植，地膜规格为900 mm×0.004 mm，地膜用量為45 kg/hm2。分别选择连续4年应用氧化生物双降解地膜（EBP）地块与连续4年应用聚乙烯地膜（PE）地块取样调查。应用氧化生物双降解生态地膜地块马铃薯收获后直接翻耕，应用聚乙烯地膜地块在马铃薯收获时捡拾出部分残膜，其他种植管理模式一致。
　　1.2 残留地膜的收集和处理 每个调查样地随机取5个采样点，样方规格为1.0 m×1.0 m，采样深度30 cm，按照0～10、10～20、20～30 cm 3层进行分层取样收集残膜。将收集的残膜带回实验室，首先去除附着在残膜上比较大的杂物，然后用超声波清洗仪进行洗涤，洗净后用滤纸吸干残膜上的水分，小心展开卷曲的残膜，防止人为导致残膜破裂，放在干燥处自然阴干，利用万分之一的电子天平进行称重，多次称量至恒重。分别以残膜所处的土壤层次（0～10、10～20、20～30 cm）和残膜面积（<4 cm2、4～25 cm2、>25 cm2）为标准进行数量和重量的分类统计[15-16]。
　　1.3 数据处理 采用Excel软件对试验数据进行处理，利用SPSS软件进行方差分析。
　　2 结果与讨论
　　2.1 残膜重量分布 调查结果显示，覆膜4年的马铃薯田块中聚乙烯地膜和双降解地膜残留量分别为40.51和19.92 kg/hm2。与聚乙烯地膜相比，连续4年应用双降解地膜薯田0～30 cm耕层中残膜含量减少51%，差异极显著，其中0～10 cm土层减少34%（P<0.01），10～20 cm土层减少58%（P<0.01），20～30 cm土层减少68%（P<0.01）。
　　2种地膜覆盖的薯田中残膜在土壤各层中分布较为一致，聚乙烯地膜覆盖薯田0～10、10～20、20～30 cm土层残膜比例为44%、26%、30%，双降解地膜覆盖薯田为58%、23%、19%。与聚乙烯地膜相比，双降解地膜显著降低了残留地膜在耕层底部的分布比例。这主要是由于双降解地膜在生育期结束后机械性能大幅下降，降低了由于旋翻耕等农事操作将其带入深层土壤中的可能性;二是双降解地膜持续发生降解现象，减少了其在土壤中的累积。
　　2.2 残膜数量分布 土壤中残膜数量是影响农田土壤质量的一个重要因素。调查结果显示，农田中残膜片数与残膜量呈极显著正相关。相比聚乙烯地膜，连续4年应用双降解地膜薯田中残膜数量减少41%，其中0～10 cm土层减少26%，10～20 cm土层减少37%，20～30 cm土层减少59%，降幅及变化趋势与残膜量基本一致。
　　2种覆膜处理残膜数量的空间分布与残膜量的空间分布基本一致。双降解地膜同时显著降低了残膜在耕层底部的分布比例。
　　2.3 残膜形态分布 由于自然环境和农事操作的影响，土壤中残膜呈现出不同的形状和大小，该研究按照>25  cm2、4～25 cm2和<4  cm2 3个标准进行统计分析。调查结果显示，薯田中聚乙烯地膜残膜面积以4～25  cm2和>25  cm2为主，分别占总数量的70.9%和12.4%，总重量的54.8%和41.4%;双降解地膜残膜面积则以4～25  cm2和<4  cm2为主，分别占总数量的54.6%和44.0%，总重量75.0%和17.7%。双降解地膜4～25  cm2和>25  cm2残膜数量分别较聚乙烯地膜减少115.0万和34.6万片/hm2，残膜破碎度增加21.8%。
　　结果表明，双降解地膜显著降低了残留膜片的面积，残膜破碎程度大幅增加。这主要是由于双降解地膜残留膜片在农田光温水气热、土壤微生物的作用下持续降解，膜片自然碎裂;另外降解导致残留膜片机械性能大幅下降，易被农田翻旋耕等人为因素影响而碎裂。
　　3 结论
　　（1）山东省连续覆膜4年薯田中氧化生物双降解地膜残留量为19.92 kg/hm2，残膜片数为180.0万片/hm2，分别较聚乙烯地膜减少51%和41%。
　　（2）氧化生物双降解地膜残留主要集中在耕层中，0～10 cm层中最多，约占总量的58%;10～20 cm土层次之，约占总量的23%;20～30 cm最少，只占总量的19%，相互之间差异显著。氧化生物双降解地膜较聚乙烯地膜大幅减少了残膜在耕层底部的分布比例。
　　（3）氧化生物双降解地膜残留膜片以中块膜（4～25 cm2）和小块膜（<4  cm2）为主，大块膜（>25  cm2）数量仅占1.4%，残膜破碎程度大幅增加，大大降低了大块残膜对农事操作的阻碍和影响。
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