全生物可降解地膜覆蓋大蒜應用效果評價

張相松，房曉燕，王獻杰，張 凱，王 莉，劉現明，王 濤

（1臨沂市農業技術推廣中心，山東臨沂 276001；2山東省農業生態與資源保護總站，濟南 250100；3蘭陵縣農業技術推廣中心，山東臨沂 277700）

0 引言

大蒜是重要香辛類蔬菜，具有較高的營養和經濟價值。山東省是國內最主要的大蒜種植區，種植面積達到15.64 萬hm2[1]。地膜覆蓋是大蒜高產的重要技術[2]，但地膜殘留污染也成為影響農業可持續發展的一個重大問題[3]。為解決地膜殘留引起的農田“白色污染”問題，前人進行了較多氧化-生物雙降解地膜的應用研究，但極少關注全生物可降解地膜對大蒜抽薹的影響。近年來，國內外廠家、科研單位在全生物可降解地膜研發和應用方面，不斷改進和完善產品配方，研究配套農藝措施，使得產品應用性能、經濟性能都得到了大幅度提高[4]，全生物可降解地膜替代技術成為大蒜生產的趨勢[5]。本研究選擇蒜薹、蒜頭兼收型品種‘蒼山大蒜’為供試作物，研究4 種全生物可降解地膜的增溫、保墑、機械、降解等性能，及對秋播大蒜根系、株高、假莖粗、抽薹和蒜頭產量等生長發育指標的影響，系統評價全生物可降解地膜覆蓋大蒜的農田適用性及推廣的可行性，為減少蒜田殘膜污染尋求有效途徑。

1 材料與方法

1.1 試驗概況

試驗于2021 年10 月—2022 年5 月在山東省臨沂市河東區進行。該區域屬暖溫帶大陸性半濕潤季風氣候，氣候溫和，四季分明，年平均降雨量約800 mm，歷年平均氣溫13.1℃，無霜期平均202 d，日照時數為2357.5 h。試驗期內最低氣溫-8.3℃、最高氣溫35.1℃，降水量僅約80 mm，其中單次20 mm以上降水2次。

1.2 試驗設計

試驗設置7 個處理（表1），每種類型地膜一個處理，包括全生物可降解地膜4 種，同時設置裸地和2 種聚乙烯(PE)地膜作為對照。每個處理重復3次，隨機排列，小區面積40.5 m2(2.7 m×15 m)。2021年10 月6 日整地，每公頃施用復合肥(15-15-15)1.5 t、有機肥22.5 t；10 月8 日播種大蒜，起壟播種，每壟種植4 行，壟距90 cm，行距18 cm，株距11cm；10 月16日人工覆蓋地膜、埋設溫度記錄儀；2022 年5 月31日收獲測產。整個生育期內灌溉6 次，農事管理與日常一致。

表1 試驗處理

1.3 測定指標及方法

1.3.1 地膜降解進度觀測 采用目測法進行地膜降解進度觀測，從覆膜開始，定期觀察記錄地膜顏色、形態以及表面完整度的變化情況，并拍照。降解誘導期指壟面地膜出現多處（每米地膜出現3處及以上）≤2 cm自然孔縫的時間；降解開裂期指壟面地膜出現＞2 cm、＜20 cm自然孔縫的時間；降解大裂期指壟面地膜出現≥20 cm 自然孔縫的時間；降解碎裂期指壟（畦）面地膜出現碎裂，最大地膜殘片面積≤16 cm2的時間；無膜期指壟面地膜基本見不到地膜殘片的時間。

1.3.2 土壤溫度 土壤溫度采用溫度自動記錄儀（HIOKI，日本）測定，探頭埋設深度為10 cm，每小時記錄1次。

1.3.3 土壤濕度 分別于幼苗期越冬前（11月23日）、返青期（3月2日）和鱗芽及花芽分化期（4月2日）取膜下0～10 cm混合土樣，分別稱量鮮土和風干土質量，計算土壤風干基含水量。

1.3.4 大蒜生長指標 隨機選取3處連續5株大蒜，用直尺測定大蒜株高，用游標卡尺測定莖粗；隨機選取3株，統計大蒜根系數量；隨機選取3處連續10株，統計抽薹率；收獲時，隨機選取3處連續1 m測定蒜頭鮮重（測產面積0.9 m2），折算公頃產量。

1.4 數據處理與分析

采用Microsoft Office Excel 和DPS 15.10 軟件進行數據處理和方差分析，運用Tukey法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 地膜降解情況

參試的4種全生物可降解地膜誘導期由長到短為D＞C＞B/A（表2）。地膜A 和B 在3 月初時出現較多約2 cm 孔縫，韌性變差，在外力作用下易縱向直線開裂。4 月初觀察各處理的控草性能，結果發現地膜C和D控草能力強，地膜B部分被草破壞，而地膜A被草破壞嚴重，基本無控草能力。截止到大蒜收獲，參試的地膜均未達到碎裂期，A、B地膜處在大裂期，無韌性，C、D 地膜處在開裂期，D 的韌性優于C。由以上結果可以看出，厚度為0.01 mm 的地膜C、D 韌性和控草性能較強，功能期能滿足大蒜生長發育的要求。

表2 參試全生物可降解地膜降解進度d

2.2 地膜的增溫性能

各處理2021年10月17日—2022年4月24日土壤積溫數據如表3所示。整個生育期內積溫由高到低為CK3＞D＞C＞B＞A＞CK2＞CK1，雖然各覆膜處理間積溫差異未達顯著水平(P＞0.05)，但與裸地對照相比顯著增溫17.54%～20.41%(P＜0.01)。由此可知，參試的4種全生物可降解地膜的增溫效果與PE地膜相當，且隨著地膜厚度的增加增溫性能有所提高。

表3 各處理生育期內積溫

為反映各參試地膜的增溫性能，將各處理每15日積溫求和，并與裸地相比，得到各參試地膜在不同時期的增溫幅度（圖1）。各參試地膜的增溫幅度隨著氣溫的變化先升高后降低。10月中下旬，氣溫較高，各參試地膜的增溫幅度平均為6.29%；11月上旬—12月中旬，增溫幅度平均為25.84%；12月下旬—次年2月中旬氣溫較低，增溫幅度均在50%以上，最高達到80%以上；次年4月上旬，增溫幅度降到了1.02%～5.79%，這與氣溫升高、大蒜植株遮蔽和全生物可降解地膜的降解有關；4月中旬以后，各處理的地溫基本與裸地持平，甚至出現覆膜處理地溫低于裸地的情況，這與大蒜植株的遮蔽作用有關。通過以上分析可知，魯南地區秋播大蒜要求全生物可降解地膜的功能期不低于180 d。

圖1 各參試地膜不同時期的增溫幅度

2.3 地膜的保墑性能

由圖2可知，在3個不同時期，覆蓋PE地膜的處理(CK2、CK3)土壤含水量均大于覆蓋全生物可降解地膜的處理(A～D)，且同種類型的地膜厚度越大保墑效果越好。進入4月，隨著全生物可降解地膜的降解，質地變脆、孔縫增多，逐漸失去了保墑效果；特別是處理A、B，土壤含水量與裸地相當。

圖2 各處理不同時期土壤含水量

2.4 大蒜生長發育情況

表4列出了各處理不同時期大蒜株高、莖粗、根系數量及蒜頭鮮重等指標。在越冬前（2021 年11 月23日）各覆膜處理間株高差異不顯著，但較裸地對照顯著增高14.62%～20.07%。在返青期（2022年3月2日），各覆膜處理大蒜根系數量比裸地對照多約30%。到抽薹期（2022 年4 月25 日），各覆膜處理大蒜株高、假莖粗與裸地處理相比均達到極顯著水平。收獲時，各處理蒜頭鮮重由高到低為CK3＞C＞D＞B＞CK2＞A＞CK1，各覆膜處理間蒜頭鮮重相當，比裸地對照增產28.06%～34.69%；參試的4 種降解地膜，只有A 比普通PE地膜略有減產。

表4 大蒜生長發育情況

分別于4月25日、4月29日對每個處理隨機選取3處連續10株，統計抽薹率。結果顯示，相比裸地，覆蓋地膜促進了大蒜提前抽薹，覆蓋全生物可降解地膜的處理大蒜抽薹期比覆蓋PE地膜的晚2～3 d。

3 結論

全生物可降解地膜的增溫、保墑及對大蒜生長發育的促進作用與普通PE地膜相當，可以作為替代普通PE地膜、解決蒜田地膜污染的有效措施。魯南地區秋播大蒜要求全生物可降解地膜的功能期不低于180 d。覆蓋全生物可降解地膜處理的大蒜抽薹期比覆蓋PE地膜的晚2～3 d，因此建議加強大蒜返青期、鱗芽及花芽分化期和抽薹期的水肥管理，有利于促進大蒜抽薹和產量的形成。

標準PE 地膜增溫、保墑效果優于普通PE 地膜。標準PE 地膜和全生物可降解地膜因厚度大、韌性強，大蒜難以自行破膜，建議于大蒜出苗后再覆蓋地膜；覆膜后，及時人工輔助出苗，避免高溫灼傷；作物收獲后及時撿拾回收殘膜。

4 討論

4.1 參試地膜物理性能評價

參試4 種全生物可降解地膜均能滿足大蒜生產過程中人工覆膜、扣眼引苗等農事操作的要求。進入3月后，隨著地膜的降解，厚度為0.006、0.008 mm的降解地膜韌性變差，在雜草、風等外力作用下易縱向直線開裂，后期雜草控制效果相對較差[6]。楊俊等[7]在烤煙上覆蓋全生物可降解地膜也表明，全生物可降解地膜在作物生長后期力學性能急劇下降、變脆，作物根系容易穿透地膜。

4.2 參試地膜降解性能評價

已有研究表明，環境因子（光照、水分、溫度等）、土壤微生物活性以及地膜三維結構是影響生物降解地膜降解速率的主要原因[8-11]。一般認為，紫外線越強，地表溫度越高，水分越大，降解速率越快；填埋部分的降解主要受土壤微生物、含水量和溫度的影響[12]。聚乳酸鏈中酯鍵的水解速度隨溫度和相對濕度的增加而增加；較低的溫度使分子鏈的運動發生阻滯，體現為地膜降解速率減慢。紫外線的照射引起羰基、雙鍵等基團吸收輻射能量，導致聚合物的分子鏈斷裂，引起可降解地膜的光老化[13-14]。吳思等[9]和Yakabe 等[15]發現當土壤含水率較低時，細菌的活性降低，延遲誘導；當土壤含水率增加時，誘導期會隨之縮短，但土壤過濕、溫度過低又會使反應速度減緩。本研究中，參試4 種全生物可降解地膜的功能期在210～140 d不等；3月前各地膜降解速度緩慢，隨著氣溫升高和灌溉引起土壤含水量的增加，降解加速。其中，0.01 mm厚度的降解地膜到收獲時處在開裂期，完整度和韌性較好，能滿足魯南地區秋播大蒜對全生物可降解地膜功能期不低于180 d的要求；0.006、0.008 mm 的降解地膜到收獲時處在大裂期，韌性差，在外力作用下易縱向直線開裂，影響了其保墑、控草等功能。

4.3 參試地膜增溫保墑性能評價

本研究中，參試地膜可有效提高土壤溫度和濕度。各覆膜處理間的耕層10 cm處土壤積溫差異不顯著，與裸地相比差異達極顯著。其中標準PE地膜增溫性能最強（達到20.41%），4 種降解地膜增溫性能略優于普通PE地膜，且隨著地膜厚度的增加增溫性能有所提高。全生物可降解地膜保墑效果均劣于聚乙烯地膜；進入4 月，隨著降解進程的加快，特別是0.006、0.008 mm 厚度的降解地膜逐漸失去了保墑功能。實驗室試驗數據顯示，參試的全生物可降解地膜的水分蒸發量是普通PE地膜的7.4倍[16]。全生物可降解地膜的保水性較差[17]，這與原料性質有關，厚度0.01 mm的PBAT 薄膜透水率為1000 g/(m2·d)左右，而PE 僅為100 g/(m2·d)左右[18]。

謝亞楠[19]和任艷云等[20]研究表明，在大蒜生長的各時期生物降解覆蓋處理的土壤溫度均顯著高于不覆膜處理，與普通地膜處理間差異不顯著；生物降解地膜和普通地膜覆蓋均增加土壤含水量。這與地膜在土壤表面形成的物理阻礙層有效阻止了水分直接蒸發，促進水分橫向運移有關[5,21]。PBAT地膜可以在一定程度上抑制土壤水分的蒸發，但其水蒸氣阻隔性能低于PE地膜[22]。李海萍等[23]在馬鈴薯上研究也表明，全生物可降解地膜有較好的增溫保墑作用，但較PE地膜差，且增溫保墑效果與地膜厚度呈正比。韓勝強[24]認為可降解地膜的增溫保墑性能并不亞于普通地膜的作用效果。

4.4 參試地膜對大蒜生長發育的影響

裸地處理受到低溫凍害影響，約50%的大蒜植株無法正常生長。各覆膜處理間大蒜株高、假莖粗、根系數量、蒜頭鮮重等指標差異不顯著；與裸地處理相比，大蒜株高、假莖粗均達到極顯著水平，根系數量多約30%，蒜頭增產幅度為28.06%～34.69%；參試的4 種全生物可降解地膜，除0.006 mm 降解地膜比普通PE 地膜略有減產外，其他均增產。覆蓋地膜均促進了大蒜提前抽薹，但是覆蓋全生物可降解地膜的處理大蒜抽薹期比覆蓋PE地膜的晚2～3 d。

覆蓋全生物可降解地膜和PE 地膜均能顯著提高大蒜生長發育指標，增加大蒜產量。地膜覆蓋顯著提高了土壤含水量及水分利用效率；地膜覆蓋顯著提高了土壤溫度，增加有效積溫，從而促進了根系的生長和深扎[2,19]；地膜覆蓋栽培可以改善土壤理化性質，促進有益菌群的增加，改變土壤微生物群落的結構和多樣性[25-26]。土壤微氣候條件的改善，不僅可以提高土壤尿酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶等酶活性，還能推動土壤有機質的礦化分解和養分吸收，從而促進大蒜地上部的生長，提高大蒜的產量和品質[27]。

謝亞楠等[19]以‘金鄉蒜’為供試作物，發現覆膜處理的大蒜假莖粗、株高、葉片數量、根系活力均顯著高于不覆膜；覆蓋生物降解地膜的鱗莖產量與不覆膜處理達極顯著水平，與普通地膜差異不顯著。范厚明等[28]對畢節大白蒜覆蓋地膜應用效果研究表明，地膜覆蓋可以讓大蒜的出苗期提前9 d，抽薹期提前13 d，蒜薹和蒜頭分別增產63.8%和33.2%。徐磊等[2]研究表明，大蒜在生長發育前期對溫度反應較為敏感，中后期轉化為對水分要求較高，覆蓋生物降解地膜和普通PE地膜的處理鮮蒜頭產量分別比裸地增產31.64%和38.32%。張淑敏等[29]研究表明，選擇功能期滿足需要、透光率和霧度適宜的降解地膜，可以實現降解與功能的同步，不僅利于大蒜增產，而且可通過降解減少對環境的不良影響。

本試驗研究了全生物可降解地膜對兼收型大蒜品種抽薹、產量等生長發育指標的影響，有利于全生物可降解地膜的示范推廣。本試驗周期內，降水較少、氣溫偏高。全生物可降解地膜的應用效果受氣溫、降水、光照等氣候條件以及土壤理化性質等多重因素影響，下一步需開展不同氣象條件下全生物可降解地膜應用效果評價；研究不同土壤理化性質、水肥管理以及土壤微生物活動對全生物可降解地膜的影響；研究配套農藝措施，進一步提高全生物可降解地膜的農田適用性。