不同類型全生物降解地膜的性能及在北京鮮食玉米生產上的應用

谷艷蓉 柯玉廣 張 健 李書艷 閆曉志 毛朋舉 肖萬朋 劉雪東

（1.北京市平谷區種植業服務中心 北京 101200；2.中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所 北京 100081）

近年來， 農業生產中使用地膜數量不斷增加[1]。傳統的PE 地膜具有難以降解的缺點，不能降解的殘膜嚴重污染了土壤環境， 阻礙了生態環境的持續發展[2-4]。 全生物降解地膜可以在使用后降解為二氧化碳、水和無毒物質，對環境無污染，可以有效地解決土壤污染的問題[5-6]。 然而，現在市面上的全生物降解地膜產品很多， 不同全生物降解地膜在性能和應用效果上都有所不同[7]。 此外，全生物降解地膜一般比普通PE 地膜單價高，農戶在未認識到全生物降解地膜的應用價值和意義時， 很少會主動使用全生物降解地膜，這極大地限制了全生物降解地膜的推廣。 因此，開展全生物降解地膜試驗，系統地評價不同類型全生物降解地膜的性能及應用效果， 對促進全生物降解地膜在農業生產中的應用具有重要意義。 北京是我國北方玉米主產區之一[8]。 鮮食玉米是北京地區的主要玉米類型，也是重要的經濟作物[9]。 因此，在北京地區進行全生物降解地膜在鮮食玉米生產上的應用研究，具有重要的現實意義。 本研究評價了不同類型全生物降解地膜的性能及在北京鮮食玉米生產中的應用效果， 以期為推廣全生物降解地膜提供技術和理論支撐，促進農業可持續發展。

1 材料與方法

1.1 試驗地基本情況

試驗地位于北京市平谷區馬坊鎮杈子莊村的北京豐碩園果品產銷專業合作社的基地， 基地占地面積140 畝。試驗地年均降雨量約為603.2 mm，有效積溫約為4 717.4 ℃，無霜期189 d 左右，土壤為沙壤土。

1.2 試驗材料與處理

供驗作物為鮮食玉米，品種為農科糯336，生育期天數約80 d， 種子由北京市農林科學院玉米研究中心提供。 試驗共設置了7 個處理，包括2 個對照，對照分別是覆蓋0.014 mm 普通PE 地膜（CK1）和不覆蓋地膜（CK2）；5 個覆蓋全生物降解地膜處理分別是覆蓋華碩0.006 mm、0.008 mm 和0.01 mm 全生物降解地膜，海益塑業0.008 mm 全生物降解地膜和弘睿生物0.01 mm 全生物降解地膜。具體處理信息包括地膜原料和提供廠商見表1。

表1 全生物降解地膜試驗處理及地膜原料和提供廠家

每個處理的實施面積為5 畝， 種植密度為3 300 株/畝，不設重復。 所有覆膜處理的覆蓋比例為60%，不同覆膜處理所使用的地膜量不同，CK1 的覆膜量為8.72 kg/畝， 從M1～M5 覆膜量依次為4.98 kg/畝、6.67 kg/畝、8.33 kg/畝、6.62 kg/畝、8.27 kg/畝。不同處理除地膜覆蓋不同外，施肥、灌溉和除草等其他農事操作均一致。 具體農事操作包括時間和操作方式見表2。 根據各處理下鮮食玉米的成熟期收獲玉米。 具體為在7 月28 日收獲CK2，在8 月2 日收獲M1、M2和M4，在8 月3 日收獲M3、M5 和CK1。

表2 農事操作時間及操作方式

1.3 調查指標及方法

1.3.1 地膜上機性能測試 利用當地常規覆膜機進行地膜覆蓋作業， 觀察地膜在覆膜機正常行走狀態下是否存在斷裂和粘連等情況。

1.3.2 地膜降解情況調查 記錄各覆膜處理地膜的降解情況，直至收獲或無膜期。覆膜后每隔10 d 記錄一次各處理地膜裂紋和裂縫的條數、裂縫的寬度及破碎塊數和大小。 地膜的降解過程可分為誘導期（地膜出現多處≤2 cm 自然裂縫）、開裂期（地膜出現≥2 cm而＜20 cm 自然裂縫）、大裂期（地膜出現≥20 cm 自然裂縫）、碎裂期（地膜出現碎裂，最大地膜殘片面積≤16 cm2） 和無膜期 （基本見不到地膜殘片）5 個階段。 記錄各覆膜處理地膜達到各降解時期的具體天數。

1.3.3 地膜增溫保濕性能調查 測定各處理表層土壤（0～10 cm）的溫度和相對濕度，覆膜后每隔10 d 觀測一次，直至收獲。每次測量都在上午9:00 左右進行。

1.3.4 作物關鍵生育時期調查 調查不同處理下鮮食玉米出苗、拔節、抽雄、灌漿和成熟的日期，計算生育期天數。

1.3.5 作物產量及相關指標調查 在成熟期調查不同處理下鮮食玉米的株高和穗位高。 收獲前在各處理隨機選取鮮食玉米有代表性的穗40～50 穗， 測定穗長、禿尖長、穗行數、行粒數、穗粒重和百粒重。 最后測量各個處理鮮食玉米的產量及相比不覆蓋地膜處理的增產率（%）。

2 結果與分析

2.1 上機性能

不同地膜在覆膜機正常行走狀態下都沒有發現斷裂和粘連等情況。 保定茂華塑料制品有限公司提供的華碩0.006 mm 全生物降解地膜偏薄， 在部分地方由于土壤顆粒太大出現了劃破現象。

2.2 降解情況

普通PE 地膜直到作物收獲一直沒有出現裂紋或裂縫。 從表3 可以看出， 使用全生物降解地膜的5 個處理在覆膜后的40 d 內都沒有出現裂紋或裂縫。 華碩0.006 mm 全生物降解地膜在覆膜后的第50 天出現了4 條裂紋， 而其他4 個處理均未出現裂紋；在覆膜后的第60 天，海益塑業0.008 mm 全生物降解地膜出現裂紋和裂縫，相比華碩0.008 mm 全生物降解地膜更早出現裂紋和裂縫， 這可能和華碩地膜原料中含有PLA 有關； 在覆膜后的第70 天，5 個處理均出現不同程度的裂紋、裂縫和破碎的情況，破裂情況隨地膜厚度增加而降低。 在收獲時5 個處理不再有裂紋，但破裂情況加劇。 總之，越薄的全生物降解地膜越先出現裂紋和裂縫， 原料中若包含PLA可能會推遲地膜破裂的時間。

表3 全生物降解地膜破碎情況

普通PE 地膜直到作物收獲沒有出現降解。 在調查時間內，5 個全生物降解地膜沒有出現碎裂期和無膜期。 從表4 可以看出，隨著地膜厚度的降低，誘導期、開裂期和大裂期出現越早，但不同地膜在相同降解期的持續時間相近。 海益塑業0.008 mm 全生物降解地膜達到誘導期的時間早于華碩0.008 mm 全生物降解地膜， 與華碩0.006 mm 全生物降解地膜相近。 這可能是由于華碩地膜中包含PLA，推遲了地膜達到誘導期的時間。

表4 全生物降解地膜達到不同降解期的天數

2.3 增溫保濕性能

從表5 可以看出， 覆膜后不同覆膜處理的土壤溫度在各調查時間點均高于不覆膜處理。 所有覆膜處理的土壤濕度只在覆膜后的第10 天均高于不覆膜處理，其余時間點的結果多是低于不覆膜處理，這主要是由于試驗期間的灌溉或自然降雨更大地增加了不覆膜處理的土壤濕度。 覆膜后第60 天和70 天，華碩0.006 mm 全生物降解地膜的土壤濕度又稍高于不覆膜處理，這與該地膜較快降解有關。 全生物降解地膜在發生破裂降解前， 其增溫和保濕性能大體上隨著厚度的增加而增加。 海益塑業0.008 mm 全生物降解地膜的增溫和保濕性能總體上低于華碩0.008 mm 全生物降解地膜。整個調查期間的前60 d，華碩0.01 mm 和弘睿0.01 mm 全生物降解地膜的增溫和保濕性能與普通PE 膜相當，之后這2 種全生物降解地膜進入開裂期，增溫保濕性能降低，開始不如普通PE 膜。 總之，地膜覆蓋可以增加土壤溫度和保持土壤濕度， 越厚的全生物降解地膜其增溫保濕性能一般越強，0.01 mm 的全生物降解地膜在覆膜后的60 d 內其增溫保濕性能與普通PE 膜相當，隨著全生物降解地膜的破碎降解，其增溫保濕性能逐漸降低。

表5 個處理下不同時間點土壤的溫度（℃）、濕度（提及含水量，%）

2.4 作物生育情況

從表6 可以看出， 各處理鮮食玉米的播種期和出苗期均為5 月16 日和5 月23 日。 不覆膜處理的拔節期、抽雄期和灌漿期分別為6 月11 日、7 月1 日和7 月7 日，而不同覆膜處理分別為6 月13 日、7 月5 日和7 月12 日， 相比不覆膜處理分別推遲了2 d、4 d 和5 d。 不覆膜處理鮮食玉米的成熟期為7 月28 日。 華碩0.006 mm、0.008 mm 與海益塑業0.008 mm全生物降解地膜覆蓋處理鮮食玉米的成熟期均為8 月2 日。 華碩0.01 mm 和弘睿0.01 mm 全生物降解地膜與普通PE 地膜覆蓋處理的成熟期均為8 月3 日。覆膜處理相比不覆膜處理成熟期推遲了5～6 d。 不同覆膜處理的生育期相比不覆膜處理延長了5～6 d。 不同全生物降解地膜各處理鮮食玉米的生育進程沒有太大差異，且與普通PE 膜處理大致相同。

表6 不同處理鮮食玉米的生育進程

2.5 作物產量及其相關指標

從表7 可以看出， 不同覆膜處理的株高、 穗位高、穗長、穗行數、行粒數、穗粒重、百粒重和產量均高于不覆膜處理，而空稈率、倒伏率和禿尖長均低于不覆膜處理。 華碩0.006 mm、0.008 mm 和0.01 mm全生物降解地膜，海益塑業0.008 mm 和弘睿0.01 mm全生物降解地膜與普通PE 地膜相對于不覆膜處理分別增產27.07%、29.37%、32.78%、30.97%、32.43%和33.05%。0.01 mm 的全生物降解地膜的增產作用及其對相關農藝指標的影響與普通PE 地膜相當。 越厚的全生物降解地膜其增產作用一般越強。 本研究中，地膜（包括所有全生物降解地膜和普通PE 地膜）覆蓋通過以下3 個方面的作用來提高鮮食玉米的產量。 ①覆膜處理下鮮食玉米的空稈率和倒伏率均降低，使可有效生產的鮮食玉米株數增多；②覆膜處理下鮮食玉米的穗長、穗行數和行粒數增加，而禿尖長降低，使每株鮮食玉米穗粒數增加；③覆膜處理增加了鮮食玉米的穗粒重和百粒重。 較厚的全生物降解地膜一般通過同時加強這3 個方面的作用實現更高的增產效果。

3 討論與結論

本研究表明， 全生物降解地膜的厚度越大降解速度越慢，增溫保濕性能越強。 0.01 mm 的全生物降解地膜在覆膜后的60 d 內其增溫保濕性能與普通PE 地膜相當。 不同全生物降解地膜及普通PE 地膜處理之間鮮食玉米的生育進程沒有較大差異， 拔節期、抽雄期、灌漿期和成熟期分別相比不覆膜處理推遲了2 d、4 d、5 d 和5～6 d，生育期延長了5～6 d。 越厚的全生物降解地膜其增產作用越強，0.01 mm 的全生物降解地膜與普通PE 地膜的增產效果相當，約增產33 %。 地膜覆蓋通過增加可有效生產的鮮食玉米株數、 每株的玉米粒數和單個玉米粒的粒重來實現增產。 較厚的全生物降解地膜一般通過同時加強這3 個方面來實現更高的增產效果。本研究結果為推廣全生物降解地膜提供了技術和理論支撐， 有助于促進農業可持續發展。