殘膜對土壤水分運移的影響

摘要：采用室內模擬的方法對殘膜影響土壤水分運移進行了研究。結果表明，殘膜會阻礙土壤水分向上移動，而且殘留量和殘膜面積越大，阻礙作用越明顯。此外，殘膜對土壤水分下滲有一定的促進作用。

關鍵詞：殘膜；土壤水分；運移

中圖分類號：S152.7 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）24-6418-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.24.024

地膜覆蓋對增加作物產量和提高經濟效益有重要作用，地膜已在中國農業生產中得到了廣泛使用。但由于地膜在自然環境中難以降解，因而長期使用會使土壤中殘留大量地膜。關于地膜殘留對土壤、作物等的影響已有比較多的研究，如地膜會對土壤物理性質[1-3]、土壤微生物[4，5]、農作物的生長[3，6，7]和產量[8-10]等產生不利影響，地膜殘留還會影響土壤水分向上和向下移動[11，12]等。但以往相關研究采用的殘膜面積都較大，以面積在50 cm2以上的殘膜為主。實際調查結果顯示，殘留在土壤中的地膜多數都以小塊膜為主（殘膜面積小于4 cm2）[13-15]，少數以中塊膜（殘膜面積為4～25 cm2）為主[16]，而且隨著年限的增加，大塊膜還會逐漸破碎成為小塊膜，增加土壤中小塊膜的片數[13]。因此，有必要進行殘膜面積特別是小面積殘膜殘留對土壤和作物影響的研究。本研究采用室內模擬的方法重點對地膜殘留量和殘膜面積對土壤水分移動的影響進行研究。

1 材料和方法

1.1 供試材料

供試土壤為0～20 cm的黃棕壤，采自湖北省農業科學院南湖實驗站，質地較粘，屬重壤。采集的土壤風干過5目篩后備用。供試土壤pH 7.16，有機質23.15 g/kg，全氮2.20 mg/kg，全磷0.60 mg/kg，堿解氮156.51 mg/kg，速效磷21.79 mg/kg，速效鉀173.38 mg/kg。

供試地膜為市場購置的厚度為0.005 mm的白色聚乙烯地膜，剪成不同面積大小后進行試驗，殘膜近似正方形。

1.2 試驗方法

本研究采用室內模擬的方法分別研究了殘膜對水分向上和向下移動的影響。每個類型試驗都設置<4、4～25和25～30 cm2共3種殘膜面積，每種殘膜面積分別設0、20、100、400、800和1 600 kg/hm2共6個殘膜量水平，共計18個處理，每個處理3次重復。

模擬水分移動的裝置為帶有底座的有機玻璃管，有機玻璃管外徑100 mm，內徑90 mm，高300 mm，底部封口并布滿小孔，具體裝置見圖1。

在研究地膜殘留對土壤水分向上移動的影響時，試驗過程如下：先在土柱底部墊一張9 cm的定量濾紙，然后裝入2 cm厚的石英砂，再墊一張9 cm的定量濾紙。待上述過程結束后，將過5目篩的風干土壤樣品1 550 g與不同處理的殘膜混合均勻后裝入土柱，最終土柱高度為20 cm。在密封的有機玻璃底座中加入足量的水（以將有機玻璃柱放入底座中水不溢出為準），然后將有機玻璃柱放入底座中，于第七天記錄并分析土柱中土壤水分向上移動的距離。

在研究地膜殘留對土壤水分向下移動的影響時，試驗過程如下：先在土柱底部墊一張9 cm的定量濾紙，防止土壤樣品將土柱底部的小孔堵塞，然后將過5目篩的風干土壤樣品1 550 g與不同處理的殘膜混合均勻后裝入土柱，最終土柱高度為20 cm。裝柱后在土柱上部墊一張9 cm的定量濾紙，然后裝入2 cm厚的石英砂。在土柱的上部空間加入足量的水并每隔1 h對水量進行補充（以水不溢出土柱為準），于5 h后記錄并分析土柱中土壤水分向下移動的距離。

1.3 數據處理與分析

用Excel軟件進行數據整理和作圖，用SPSS 11.5軟件進行統計分析。

2 試驗結果

2.1 殘膜對土壤水分向上移動的影響

土壤水分向上移動的結果表明，殘膜會阻礙土壤水分向上移動，而且殘留量越大，阻礙作用越明顯。當殘膜面積為4～25 cm2時，1 600 kg/hm2殘留量的土壤水分向上移動距離為14.4 cm，僅為20 kg/hm2添加量的76.9%。此外，殘膜面積大小也是影響土壤水分移動極其重要的因素。殘膜面積越大，對土壤水分向上移動的阻礙作用越大，比如，當殘留面積為<4 cm2時，20 kg/hm2殘留量的水分向上移動距離可達對照的94.9%，即使殘留量達到1 600 kg/hm2，其移動距離也為對照的89.1%；但當殘留面積為4～25 cm2時，20和1 600 kg/hm2殘留量的移動距離分別僅為對照的94.4%和72.6%，而當殘留面積為25～30 cm2時，兩個殘留水平的移動距離更是分別為對照的89.6%和59.5%（圖2）。

2.2 殘膜對土壤水分下滲的影響

殘膜對土壤水分下滲影響的結果見圖3。研究結果表明，無論殘膜面積是<4 cm2，還是4～25或者25～30 cm2，添加殘膜的土壤的水分下滲速度均有高于不添加殘膜處理的趨勢。當殘膜面積<4時，無殘膜土壤的水分5 h下滲距離為11.8 cm，而20、100、400、800、1 600 kg/hm2殘膜添加量土壤的水分下滲距離分別是其的1.5、1.6、1.2、1.1、1.1倍，而且20、100 kg/hm2添加量的下滲距離與其存在顯著差異。這表明，殘膜在一定程度上能夠促進土壤水分下滲，但殘膜對土壤水分下滲的影響沒有表現出隨殘膜量增加而規律性變化的特點。

3 小結與討論

地膜是中國農業生產重要的生產資料，但長期使用會使土壤中殘留大量地膜。殘膜不僅會對土壤物理和生物性狀以及農作物的生長產生不利影響，也會影響土壤水分運移。武宗信[11]和南殿杰[12]對大面積殘膜（50 cm2以上）對土壤水分移動影響進行研究表明，殘膜存在于土壤中會對水分的上移產生一定影響，殘留量越大，水分移動速度越慢。本研究中不同面積殘膜對土壤水分上移的結果也表明，殘膜會阻礙土壤水分向上移動，而且殘留量和殘膜面積越大，阻礙作用越明顯。殘留地膜對土壤水分向上移動的影響可能主要是阻礙了土壤毛細管水的移動，導致土壤水分向上移動的路徑被阻斷，從而降低土壤水分向上移動的速度。

本研究顯示，殘膜有一定的促進土壤水分下滲的作用，但解紅娥[17]和南殿杰[12]研究表明，土壤中殘膜會降低土壤水分下滲的速度。本研究與兩位研究者的結果之所以不同，可能主要是因為他們研究選用的殘膜面積為50～300 cm2，大于本研究中所采用最大殘膜面積25～30 cm2。殘膜面積過大，幾乎切斷了土壤水分下滲的孔隙，使得土壤水分無法下滲。此外，殘膜對土壤水分下滲的影響沒有表現出隨殘膜量增加而規律性變化的特點。因此，殘膜對土壤水分下滲的影響尚需進一步研究。

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