殘留地膜對馬鈴薯生長及產量的影響

黃少輝，李俊良，王繼芳，金圣愛*

（1.青島農業大學資源與環境學院，山東 青島 266109；2.河北省農林科學院農業資源環境研究所，河北 石家莊 050051）

1979年中國試驗應用并推廣地膜覆蓋技術以來，該技術提高了許多大宗作物的單產，地膜覆蓋應用也從經濟作物擴大到糧食作物，應用面積最大作物依次為玉米、蔬菜、棉花、煙草和花生等[1]，為中國保障糧棉生產安全和發展現代化農業提供了重要保障。目前中國已成為世界上地膜覆蓋應用作物種類最多，應用面積最大的國家之一。隨著地膜用量的增大，地膜殘留問題日益嚴重，農田白色污染對環境及作物生長造成不利影響[2]。環境安全、食品安全關注度日益提高，農田地膜殘留對作物及環境影響的研究顯得尤為重要。地膜的主要成分是聚乙烯類物質，其理化性質較為穩定，殘留在土壤中的地膜在百年內很難分解[3]。土壤中殘膜長期積累會導致土壤耕作層理化性質的改變[4]，危害農作物生長發育，最終導致減產、品質變差[5]。

土壤中殘留地膜影響玉米、棉花、水稻、油菜、番茄等作物生長[6-13]。中國馬鈴薯種植中大多采用地膜覆蓋技術，雖然該技術增產效果顯著[14-18]，但隨著覆膜年限的增長，馬鈴薯土壤中地膜殘留問題逐漸凸顯，殘膜對水分、養分、根系生長的機械阻礙作用對馬鈴薯生長發育及塊莖形成勢必產生嚴重影響。本研究采用埋袋法在土壤中摻加殘膜種植馬鈴薯，探究殘留地膜對馬鈴薯生長及產量的影響，以期為農田白色污染對作物的影響提供數據基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于青島市膠州市膠萊鎮青島農業大學科技示范園內。試驗地土壤類型為砂姜黑土，質地為沙壤，土質疏松。該地屬于暖溫帶季風氣候，降水集中，雨熱同季，年平均降水量755.6 mm，年平均氣溫11～14℃。土壤肥沃，土層厚達8～10 m，水蘊藏量豐富，地表河流多，大沽河、膠萊河穿流而過，為發展馬鈴薯生產提供了有利條件。

1.2 試驗設計

供試品種為‘荷蘭7號’，在大面積馬鈴薯膜下滴灌實驗田中，埋入規格一致的尼龍網袋（高30 cm、直徑40 cm圓柱狀），網袋與壟高相平，網袋中裝入已均勻摻雜地膜殘片的土壤。土壤含有機質13.4 g/kg、堿解氮82.0 mg/kg、速效磷81.2 mg/kg、速效鉀263.6 mg/kg、pH 6.60。試驗設計參照董合干等[19]和解紅娥等[20]提出的不同覆膜年限與地膜殘留量關系變化規律所建立的線性模型，確定地膜殘留量為 0（T0）、90（T1）、180（T2）、360（T3）和720（T4）kg/hm25個處理，分別模擬連續覆膜零、三、五、十、二十年后土壤中地膜殘留量。每個網袋為1次重復，重復6次，網袋種植2株馬鈴薯，分布在滴灌管兩側，一壟雙行覆膜種植。播種時間為2013年4月14日，收獲日期為7月3日。

1.3 試驗方法

馬鈴薯收獲時采集植株樣品，并分別測定地上部、地下部及塊莖的鮮重，然后在烘箱中105℃殺青、75℃烘干至恒重稱植株各部干重。用Epson7500根系掃描儀掃描根系，采用WinRHIZO Pro分析程序對圖像進行分析，得出總根長、總表面積、根系總體積、根尖數及根長分級等指標。

1.4 數據處理

數據處理應用Microsoft Excel 2007軟件，統計分析應用DPS 6.85軟件分析其差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 不同地膜殘留量對馬鈴薯株高、莖粗的影響

在5個處理中T2處理植株最高，高于對照（T0）5.7%，T3處理株高最低，低于對照（T0）8.7%，所有處理差異不顯著。隨地膜殘留量的增加，莖粗先降低，再升高，在T2處達到最低值，T0最高，但各處理間差異亦不顯著（圖1）。

2.2 不同地膜殘留量對馬鈴薯植株生物量及根冠比的影響

有殘膜處理的馬鈴薯根和地上部鮮重與T0相比都有所下降，除T4外都與T0存在顯著差異；馬鈴薯根的干重除T4處理外，其他3個地膜殘留處理都顯著低于無地膜殘留處理（T0），地上部干重除T1及T4處理高于T0，另2個地膜殘留處理則低于T0且差異顯著（表1）。T2處理中殘膜對馬鈴薯抑制作用最大，與對照相比，地上部鮮重降低19.6%，根系鮮重降低15.4%；地上部干重降低21.4%，根系干重降低12.2%。比較不同處理馬鈴薯的根冠比發現，T3處理鮮重根冠比最大，T2處理干重根冠比最大，但所有處理差異不明顯。鮮重根冠比除T4外，其他處理均高于T0；干重的根冠比T2、T3高于T0。

圖1 不同地膜殘留量對馬鈴薯株高、莖粗的影響Figure 1 Effects of different amounts of residual films on plant height and stem diameter of potato

表1 不同地膜殘留量對馬鈴薯生物量及根冠比的影響Table 1 Effects of different amounts of residual film on biomass and root/shoot ratio of potato

2.3 不同地膜殘留量對馬鈴薯根系的影響

添加殘膜處理根系總根長、總表面積和根系總體積（T4除外）均顯著低于T0處理（表2）。T2處理上述各指標最小，總根長為T0處理的83.6%、總表面積為79.6%、根系總體積為75.1%。除了T4處理外，隨著土壤中殘膜數量的增加馬鈴薯根尖數減少，根尖數最少的T3處理根尖數為對照的71.1%、T2處理根尖數量為76.4%。

將根系按直徑分級后各處理0～0.5 mm直徑的根系長度占總根長的百分比較大，各處理均在55%以上，0.5～4.5 mm直徑根系所占比例次之，大于4.5 mm直徑根所占比例最小（表3）。0～0.5 mm直徑根系長度隨著地膜殘留量的增大呈現降低的趨勢（T4除外）；0～0.5 mm根系長度所占總根長的比例則呈先升高后降低再升高的趨勢，T2最高占總根長的60.77%。0.5～4.5 mm直徑根長度有地膜殘

留的處理低于無殘膜的處理（T0），除T3外差異顯著。0.5～4.5 mm根系占總根長的比例殘膜數量低的2個處理（T1和T2）低于無殘膜處理（T0），而殘膜數量高的2個處理（T3和T4）則高于無殘膜處理（T0）。大于4.5 mm直徑根長隨地膜殘留量的增加而降低，有殘膜處理與無殘膜處理存在顯著差異，但有殘膜處理間差異不顯著；有殘膜處理的大于4.5 mm直徑根長占總根長的比例均高于無殘膜處理。考察不同直徑根占總根長的百分數結果顯示，殘膜數量多的處理0～0.5 mm根系較對照下降，0.5～4.5 mm和大于4.5 mm根系較對照升高，殘膜數量多少對不同粗細根系長度影響程度不同。

表2 不同地膜殘留量對馬鈴薯根系生長的影響Table 2 Effects of different amounts of residual film on root of potato

表3 不同地膜殘留量對根系分級長度的影響Table 3 Effects of different amounts of residual film on root length of different root diameters

表4 不同地膜殘留量對馬鈴薯產量的影響Table 4 Effects of different amounts of residual film on yield of potato

2.4 不同地膜殘留量對馬鈴薯產量的影響

由表4可知，各處理間馬鈴薯產量差異顯著，隨著土壤中殘膜含量的增加，馬鈴薯塊莖產量呈下降趨勢，T4產量最低，T0最高。與T0處理相比，添加殘膜處理減產9.7%～14.5%。地膜殘留量越大，馬鈴薯減產越嚴重。

3 討 論

殘留地膜對土壤性質的影響主要表現在使土壤容重增加、孔隙度和含水量下降，水分滲透系數下降[6,7,21-23]。土壤性質的變化必然影響作物根系的生長，進而影響作物的產量。研究表明，隨著土壤中地膜殘留量的增加玉米、白菜、大豆的根長地下部鮮重側根數下降，產量也隨之下降[21]，在棉花、番茄、小麥、玉米等作物上的研究也表現出作物地上、地下部生長及產量受到殘留地膜的影響[5-13,19-22]。在本試驗中殘留地膜對馬鈴薯的生長及產量也產生了明顯的不良影響，表現在以下幾個方面，馬鈴薯的地上及地下部干、鮮重受到土壤中殘留地膜的影響，與無殘膜處理相比差異顯著，大致是隨著殘留地膜數量的增加有下降的趨勢；殘留地膜對馬鈴薯根系生長的抑制表現在根長、根總表面積、根體積和根尖數量的減少，地膜殘留量為180 kg/hm2時影響最大，根長、根總表面積、根體積和根尖數量分別為無殘膜處理的83.6%、79.6%、75.1%、76.4%；直徑為0～0.5 mm根和大于4.5 mm根根系長度隨著地膜殘留量的增大呈現降低的趨勢。地膜殘留量達360和720 kg/hm2時，直徑0～0.5 mm根長占總根長的百分數較無殘膜處理下降，而0.5～4.5 mm則較無殘膜處理升高，殘膜數量多少對不同粗細根系長度影響程度不同。土壤中殘留地膜會使土壤水分上滲和下滲系數降低、水分上下移動速度下降[7,23]，可以推斷土壤殘膜的存在會影響土壤水分及養分的運移，從而影響作物的生長及產量。本次試驗采用的是大田網袋栽培的方法，由于網袋的限制沒有對土壤的容重、孔性及水分滲透性等進行監測，所以殘留地膜的不良影響直接體現在馬鈴薯產量上，試驗結果顯示，土壤中因地膜的存在導致馬鈴薯減產且達顯著水平，地膜殘留量最高的減產幅度最大，減產14.5%，但是各處理間減產幅度與地膜殘留量多少不成線性相關，其原因是否會與殘膜大小、殘膜片數等有關還有待進一步的研究。