PPC生物降解滲水地膜覆蓋高粱試驗

畢昕媛 ，姚建民 ，2，楊三維 ，高 洋 ，李慧杰

（1.山西省農業科學院農業資源與經濟研究所，山西太原030006；2.山西微通滲水膜生物科技有限公司，山西太原030006；3.佳縣科技局，陜西佳縣719200）

20世紀80年代起，地膜覆蓋技術因其具有增溫、保墑、保肥、早熟、增產、抑制雜草生長以及控制土壤鹽堿度等作用被廣泛應用于作物栽培上[1]，已經成為我國農業生產的重要物資之一[2]。但由于地膜成分主要為聚乙烯，其分子結構比較穩定，在自然條件下聚乙烯地膜降解周期超過200 a，土壤耕作層殘膜不斷累積[3]。有數據顯示，在長期使用地膜覆蓋的農田中地膜殘留量一般在60～90 kg/hm2，最高可達165 kg/hm2[4]，會造成土壤板結、通透性變差、農事操作受阻以及作物減產等一系列問題[5]。

可降解地膜是解決殘膜問題的一條有效途徑[6]，一系列可生物降解材料被開發出來，如聚己二酸/對苯二甲酸丁二酯（PBAT）、聚乳酸（PLA）[7]、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、聚丁二酸丁二醇酯-己二酸丁二醇酯（PBSA）、聚羥基脂肪酸酯（PHA）、聚己內酯（PCL）、聚碳酸亞丙酯（PPC）等[8]。由于這些材料制成的地膜均存在成本高和性能差等問題，生產上未能大面積推廣[9]。PPC是一種成本較高、縱向撕裂強度大、易光氧化和堿分解的全生物降解聚酯材料，單獨吹制的膜收縮率高、縱向直角撕裂強度小、易水解、使用壽命短、適應性差[10]；PBAT是一種成本高、收縮率低、縱向強度大、酸和微生物降解性好的全生物降解聚酯材料[11]，但單獨吹制的膜成本高、黏性大、抗撕裂強度小[12]。PPC或PBAT等單獨生產的降解地膜厚度＜0.01mm時，膜的縱向直角撕裂強度指標達不到≥0.5 N的國家標準。姚建民等[13]將PPC和PBAT進行組合，通過低泡影工藝和加大吹脹比等工藝技術，生產出了物性指標達標、厚度為（0.007±0.002）mm的PPC生物降解滲水地膜產品。

山西省農科院農業資源與經濟研究所采用PPC生物降解滲水地膜和多行覆蓋旱作高產技術模式，在陜西省佳縣旱地種植高粱，與普通地膜進行對比，旨在為促進生物降解地膜的推廣提供科學依據。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗于2019年4—9月在陜西省佳縣方塌鎮謝家溝村旱垣地進行。該地位于陜西省東北部黃河中游，海拔高度1 180 m，屬大陸季風性氣候；年均降雨365.7 mm，集中在7—9月；年均氣溫8.3℃，≥10℃有效積溫3298.6℃，無霜期195d。土壤類型為沙壤，pH值8.25，前茬作物為高粱，肥力中等，地力均勻。春季深耕整地時公頃施氮磷鉀復混肥750 kg、腐熟羊糞15 t。

1.2 試驗材料

供試PPC生物降解滲水地膜由山西微通滲水膜生物科技有限公司提供；PE滲水地膜由山西省汾陽興農塑料廠提供。供試高粱品種為晉雜22號。

1.3 試驗設計

地膜覆蓋設4個處理：T1.300 mm×0.006 mm PPC生物降解滲水地膜；T2.1 300 mm×0.007 mm PPC生物降解滲水地膜；T3.1 300 mm×0.007 mm PE滲水地膜；CK.無覆蓋。小區面積18m2（3m×6m），隨機區組排列，每個處理3次重復，一膜3行，行距50 cm、穴距20 cm。于2019年4月20日播種。

1.4 測定項目及方法

使用曲管水銀地溫計（置于高粱行間）于播種后 8：00、14：00、20：00 定期測定高粱播種后 5 cm 深土壤溫度，并記錄數據。采用取土烘干法，分期測定0～20、20～40、40～60 cm土壤含水率，在高粱拔節期、孕穗期分別測定株高、干質量、葉片數和根數等植株生長動態，成熟后及時收獲計產。

1.5 數據分析

試驗數據采用Microsof t Excel 2007和SPSS統計軟件處理和分析，對測定結果進行方差分析并采用LSD法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同覆蓋處理下高粱產量分析

由表1可知，T1處理平均產量為7519.2kg/hm2，與T2處理（平均產量為7 584.9 kg/hm2）水平相同，與T3處理（平均產量為8 712.2 kg/hm2）產量存在顯著差異，低13.69%，比CK增產33.89%；T2處理的平均產量比T3處理低12.94%，但未達到顯著差異，比對照增產35.06%。

表1 PPC生物降解滲水地膜高粱試驗產量表現 kg/hm2

2.2 不同覆蓋處理的高粱產量成因分析

2.2.1 不同覆蓋處理的地溫效應分析 從表2可以看出，各生育時期8：00和20：00地溫差異較小，在14：00的地溫差異較大，7月中旬以前T1和T2處理的均低于T3處理，T1、T2、T3處理的地溫均明顯高于CK；當7月中旬以后進入高溫季節5 cm地溫超過50℃時，T1、T2處理的14：00地溫分別為48.50、53.75℃，分別比T3處理（60.00℃）降低11.5、6.2℃，有降低極端高溫危害的作用，說明PPC生物降解滲水地膜有較好的增溫和調溫效應。

表2 高粱不同覆蓋處理不同生育期各觀測時間的5 cm地溫 ℃

2.2.2 不同覆蓋處理的土壤水分效應分析 由表3可知，4月20日至6月4日持續干旱僅有10次小雨累計降雨量為52.2 mm，T1、T2處理0～60 cm土壤含水率基本相同，均高于T3處理和CK，說明PPC生物降解滲水地膜覆蓋45 d接納小雨降水資源的保水效應好于T3處理和CK。在6月11—15日一場63 mm降水后到6月24日連續10 d沒有降水情況下，T1、T2處理含水量基本相同，明顯低于T3處理，說明PPC生物降解滲水地膜覆蓋在大雨后的保水效應不及PE滲水地膜。6月24日至7月14日持續高溫干旱，20 d內僅有5次降雨，總量為14.8mm，平均每次降雨不足3 mm，7月16日0～60 cm土壤含水率T1、T2處理分別為8.97%、8.18%，比T3處理（10.06%）分別低 1.09、1.88百分點，比 CK（7.88%）分別高1.09、0.30百分點，說明PPC生物降解滲水地膜覆蓋在極端干旱情況下仍有較好的保水效應。

表3 高粱不同覆蓋處理不同生育期0～60 cm土壤含水率 %

2.2.3 不同覆蓋處理的生育動態分析 由表4可知，6月2日拔節期T1、T2處理的葉片數、根數、株高和干質量均明顯高于CK，但低于T3處理；6月24日孕穗期T1、T2處理的葉片數、根數、株高和干質量均明顯高于CK。播種到孕穗期T1與T2處理生育進程長勢基本相同，不及T3處理，但均明顯好于CK。

表4 高粱單株不同覆蓋處理的生育動態

2.2.4 PPC生物降解滲水地膜降解速率淺析 目前，降解地膜的大面積推廣應用仍存在一定問題，其中，降解速率的不可控是關鍵難題[14]。通過對PPC生物降解滲水地膜覆蓋膜T1和T2測試，50 d開始出現少量裂紋，64 d膜面出現網狀裂紋，161 d膜面明顯脆化，170 d膜面脆化非常明顯。170 d測得T1和T2處理的平均地面殘留率為21.5%，土壤中殘留率為45.8%，地面和土壤中平均殘留率為30.81%。說明PPC生物降解滲水地膜覆蓋高粱6個月左右，降解率已經達到70%左右，PPC生物降解滲水地膜降解速率既能保證地膜的增溫、保水、防草等功能[15]，又能及時降解，降低農用殘膜污染。

3 結論與討論

厚度0.006、0.007 mm PPC生物降解滲水地膜覆蓋高粱的產量水平差異極小，單產僅差65.7kg/hm2，雖然0.006 mm PPC生物降解滲水地膜比同規格PE滲水地膜覆蓋單產低13.69%的差異達到了顯著水平，但比無覆蓋明顯增產33.89%。從產品投資成本計算，0.007 mmPPC生物降解滲水地膜覆蓋的單位面積用量為45kg/hm2，而0.006mmPPC生物降解滲水地膜覆蓋的單位面積用量為38.57kg/hm2，節約6.43 kg/hm2，節約 177 元 /hm2，以減產 65.7 kg/hm2高粱計131.4元/hm2，兩者抵消后，節本增效45.6元/hm2，因此，說明 0.006、0.007 mmPPC生物降解滲水地膜覆具有同樣的增產增收效應。

PPC生物降解滲水地膜的降解特性是光降解＋堿降解＋微生物降解。在長城沿線半干旱地區旱地種植玉米和高粱的封壟期在播種后的50 d左右，與膜的裂解初始時間吻合，減少了由于膜裂解造成雜草多、增溫差和保水差的不利風險。長城沿線多數為石灰性栗鈣土，pH值8.0±0.5，適合PPC生物降解滲水地膜的緩慢降解，若pH值≥9.0或≤7.0，就會使分解過快或過慢。土壤有機質含量與土壤微生物數量有一定的正相關，在土壤有機質含量高和田間水分好的溝川地，PPC生物降解滲水地膜的生物降解速度較快，反之較慢。應用PPC生物降解滲水地膜時應綜合分析作物與環境的關系，才能取得既增產又能消除白色污染的雙重效果。