降解地膜過早破裂對玉米地土壤水分溫度及產量的影響

董立國，蔡進軍，張源潤，李生寶

（寧夏農林科學院荒漠化治理研究所，銀川750002）

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降解地膜過早破裂對玉米地土壤水分溫度及產量的影響

董立國，蔡進軍，張源潤，李生寶

（寧夏農林科學院荒漠化治理研究所，銀川750002）

摘 要：生物降解膜是解決農業“白色污染”的重要途徑，筆者針對降解膜過早破裂這一過程，開展了土壤溫度、水分和作物產量的影響研究。研究結果顯示：降解膜過早裂解對土壤溫度和土壤水分不同階段影響程度不同。對土壤溫度的影響主要體現在苗期，降解膜地25 cm內土壤溫度比PE膜降低14.1%；對土壤水分的影響主要體現在喇叭口期，降解膜地100 cm內土壤水分比PE膜降低13.1%；降解膜種植的玉米在株高、禿尖、穗行數、百粒重和產量等方面明顯低于PE膜，減產27.2%。也即降解膜過早裂解顯著影響土壤溫度、土壤水分和作物產量。

關鍵詞：黃土高原；降解膜；土壤溫度；土壤水分；地膜玉米

0　引言

黃土高原旱耕地在中國農業生產中具有重要作用。近年來，地膜覆蓋技術在該地區進行了大面積的應用，在增加農民收入、解決糧食安全、提高降水利用效率等方面起到重要作用[1-2]。地膜覆蓋能使糧食作物增產20%～35%，經濟作物增產20%～60%[3]。地膜覆蓋增加了土壤水分[4-5]，地膜覆蓋措施已經成為節水增產的關鍵技術。中國地膜覆蓋面積每年超過0.2億hm2，寧夏每年地膜覆蓋面積達到26.7萬hm2[6]，占寧夏旱地面積的38.6%，占寧夏耕地面積的24.1%，寧夏地膜玉米（中部干旱帶和南部山區）種植面積平均為6.98萬hm2（2011、2012、2013年）。地膜作為主推技術在保障糧食安全的情況下，也帶來了負面效應[7-9]。地膜覆蓋技術造成的“白色污染”是繼化肥、農藥、除草劑之后的又一重大農業環境問題，遏制地膜殘留污染、加速白色污染治理，已成為當前農業生產急需解決的科學問題。

生物降解地膜是解決這一問題的重要措施之一[10-16]，周昌明等[17]研究得出連壟全覆蓋降解膜種植方式能有效發揮最佳的蓄積雨水、促進玉米生長和提高產量的效果；何文清等[18]研究得出降解膜的降解特性、增溫保墑性能以及對棉花產量的影響存在區域的差異性；趙沛義[19]研究了研究不同覆膜處理對土壤溫度、水分和旱地向日葵生長發育的影響；郭仕平等[20]測定生物降解膜在田間降解過程，研究生物降解膜對烤煙產質量的影響；林萌萌等[21]研究了生物降解地膜對花生光合特性和產量的影響。周昌明等[22]研究得出覆蓋降解膜有利于改善作物生長的水肥環境,促進作物對氮素的有效吸收，其中連壟全降解膜覆蓋種植方式在保護土壤環境、提高耕作層土壤養分以及促進作物對養分的吸收利用效率等方面效果最佳。白有帥[23]研究了旱作區生物降解膜對土壤溫度、水分及春小麥產量影響，但是關于降解膜過早裂解對土壤水分、溫度和產量的影響的研究較少，明確降解膜過早裂解土壤水分、溫度的變化趨勢，以及對作物產量的影響程度，對在本區域合理利用降解膜具有重要意義。筆者從降解膜過早裂解這一現象出發，進行了土壤水分和溫度及產量等因子的分析，為降解膜的應用提供一定的理論依據。

1　材料與方法

1.1試驗設計

研究地點為寧夏彭陽縣白陽鎮中莊村，具體見文獻[24]。本試驗采用大區設計，選擇地勢平坦、肥力均衡的水平梯田0.2 hm2，每個處理0.1 hm2，選擇降解膜(1200 mm×0.008 mm)，聚乙烯吹塑農用地面覆蓋薄膜(1200 mm×0.008 mm)，玉米種植及田間管理同大田，3月下旬覆膜，4月中旬播種，9月下旬收獲。

1.2研究方法

根據玉米生育期及地膜田間表現，在關鍵時期分別采用烘干稱重法在每個處理內、中、外分別測定土壤水分，重復3次，共9次。同時在每個處理內外分別布設2套直角溫度計，分別測定5、10、15、20、25 cm處土壤溫度。成熟期測定每處理取3個6.6 m2樣方，考種及測定玉米產量。

2　結果與分析

2.1過早裂解對土壤溫度的影響

寧南山區之所以能夠大面積的種植玉米，完全取決于地膜，所以說沒有地膜就沒有現在大面積的地膜玉米。通過不同生育期土壤溫度的變化趨勢圖可以看出，從5月12日開始，降解膜已經開始破裂，降解膜和PE膜土壤溫度間成對t檢驗得出，差異顯著，降解膜比PE膜溫度降低3.4%；6月8日，降解膜從膜中間裂開，只有玉米根附近有地膜覆蓋，降解膜和PE膜土壤溫度間成對t檢驗得出，差異顯著，降解膜比PE膜溫度降低14.1%（圖1）。之后隨著玉米生育進程，地表覆蓋度逐漸增大，土壤溫度差異變小，降解膜地土壤溫度仍然呈現降低趨勢，研究得出，降解膜過早裂解影響玉米地土壤溫度，只是在不同階段影響不同而已。

2.2過早裂解對土壤水分的影響

地膜在寧南山區起到增溫作用的同時，保水也是其重要作用之一。土壤水分是雨養農業區農業生產的關鍵因子，通過不同生育期土壤水分觀測值作圖2，從圖可以得出，降解膜裂解后，顯著影響到土壤水分，雖然部分時期和不同土壤層次統計檢驗沒有達到顯著水平，總體趨勢是降解膜裂解影響到土壤水分，尤其在喇叭口期和灌漿期，1 m土層土壤水分成對t檢驗得出差異顯著。喇叭口期對表層影響較大，關鍵期對20～ 80 cm影響較大。降解膜過早裂解對土壤水分的影響還體現在前期影響大，后期影響小，喇叭口期，降解膜地1 m土壤土壤水分降低13.1%，灌漿期，降解膜地1 m土壤土壤水分降低0.7%。

2.3過早裂解對作物產量的影響

每小區取10株，3次重復分析玉米經濟性狀指標如表1～2所示，由表1～2可以得出，降解膜在株高、禿尖、穗行數和百粒重等方面明顯低于PE膜。產量分析結果表明，降解膜產量明顯低于PE膜，減產27.2%。

3　結論與討論

降解膜過早裂解顯著影響地膜玉米土壤溫度，尤其對苗期影響較大，隨著地表覆蓋度的增大，影響逐漸變小；降解膜過早裂解顯著影響地膜玉米土壤水分，尤其在大喇叭口期，降解膜地1 m土層土壤水分比PE膜降低13.1%，后期影響較小；降解膜過早裂解顯著影響地膜玉米經濟性狀和產量，降解膜苗期裂解減產27.2%。

降解地膜是為適應社會對于環境保護的需要而產生的一種新型地膜，關于降解膜的研究和應用目前已經處在技術完善和生產應用相結合的階段。本研究得出降解膜過早裂解顯著影響土壤溫度、土壤水分和作物產量，對土壤溫度和水分在不同階段影響程度不同，主要與土壤蒸發、作物蒸騰、作物生育進程以及氣候變化具有一定的關系，是一個復雜的過程。嚴昌榮等[25]提出了地膜覆蓋安全期的概念，認為它是某一作物在某一區域要求地膜覆蓋的最少或者最佳天數，也就是地膜覆蓋后能夠保持膜面完整的天數，在這個覆蓋日數之前覆蓋在農田的地膜應該保持基本完整，具有增溫、保墑和防除雜草等功效。這一概念將會為降解膜的生產和應用提供理論依據，在以后的研究中應該根據不同的植物生長特點以及地膜對該種植物生長所起的主要作用作為出發點，研究、生產和應用生物降解膜。

圖1　降解膜與PE膜不同時期土壤溫度變化

圖2　降解膜與PE膜不同時期土壤水分變化

參考文獻

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表1　降解膜與PE膜玉米經濟性狀

表2　降解膜與PE膜玉米產量分析

致謝：感謝寧夏大學碩士研究生黨薇在數據采集過程中的幫助，感謝Allen David MCHUGH博士對英文摘要的修改。

Premature Fracture of Degradable Mulch on Soil Temperature,Moisture and Corn Yield

Dong Liguo,Cai Jinjun,Zhang Yuanrun,Li Shengbao
(Institute of Desertification Control,Ningxia Academy of Agriculture and Forestry Science,Yinchuan 750002,Ningxia,China)

Abstract:Degradable mulch utilization is an important approach to solve agricultural“white pollution”.The authors studied the effect of premature fracture of degradable mulch on soil temperature,moisture and corn yield.The results showed that premature fracture had different effects on soil temperature and moisture in different stages.The effect on soil temperature mainly reflected in seedling stage,the soil temperature of degradable mulching field decreased by 14.1%comparing with that of PE film mulching field in 25 cm soil layer.The effect on soil moisture mainly reflected in bell stage,soil moisture of degradable mulching decreased by 13.1%comparing with that of PE film in 100 cm soil layer.Crop parameters such as plant height,bald tip, ear rows,hundred kernel weight and yield of degradable mulch treatment were significantly lower under that of PE film treatment,which caused the yield reduction of 27.2%.Therefore,the premature fracture of degradable mulch affected soil temperature,moisture and yield significantly.

Key words:Loess Plateau;Degradable Mulch;Soil Temperature;Soil Moisture;Mulch Corn

中圖分類號：S626.2

文獻標志碼：A論文編號：cjas15110010

基金項目：寧夏農林科學院自主研發項目“寧南山區水土保持耕作措施對土壤關鍵因子的響應”(NKYJ-13-07)；寧夏農林科學院自主研發項目“寧南山區典型水土保持措施下土壤水分和養分變化特征及機理研究”(NKYJ-15-19)；國家外專局項目“生物降解膜在寧夏保護性農業中的應用”(20156400020)、寧夏環境保護科研項目“寧南山區農業廢棄物減控與利用關鍵技術研究與示范”(20120803)；國家科技支撐計劃課題“寧南山區脆弱生態系統恢復及可持續經營技術集成與示范”(2015BAC01B01)；寧夏科技攻關“寧南山區生態產業培育技術集成與示范”(2012ZZS50)。

第一作者簡介：董立國，男，1980年出生，寧夏青銅峽人，助理研究員，碩士，主要從事生態修復、農業水資源與環境、生態農業等研究工作。

通信地址：750002寧夏銀川市黃河東路590號寧夏農林科學院荒漠化治理研究所，E-mail：dlg0303@163.com。 750002寧夏銀川市黃河東路590號寧夏農林科學院荒漠化治理研究所，E-mail：nxnlkxylsb.hi@163.com。

通訊作者：李生寶，男，1958年出生，寧夏石嘴山人，研究員，主要從事荒漠化防治與生態農業研究。

收稿日期：2015-11-12，修回日期：2016-01-13。