三種全生物降解地膜試驗(yàn)探索

韓鳴花陶啟威席慶鄒敏何旻珊陳敏煬繆進(jìn)

(1.常熟市濱江農(nóng)業(yè)科技有限公司，江蘇 常熟 215500 ；2.南農(nóng)大(常熟)新農(nóng)村發(fā)展研究院有限公司，江蘇 常熟 215500；3.常熟市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，江蘇 常熟 215500；4.常熟市農(nóng)技推廣服務(wù)中心，江蘇 常熟 215500；5.常熟市碧溪街道農(nóng)村工作局，江蘇 常熟 215500)

地膜是在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中承擔(dān)增產(chǎn)增收任務(wù)的重要角色[1]。目前國(guó)內(nèi)地膜大都為傳統(tǒng)的聚乙烯(PE)地膜，隨著使用量的逐年增加，而回收利用又相對(duì)滯后，容易產(chǎn)生殘膜、土壤微塑料等“白色污染”問題，地膜變“地魔”，影響土壤環(huán)境和生化功能[2，3]。生物可降解地膜既具有增溫保墑的功能，又能最終降解為對(duì)環(huán)境無毒無害的物質(zhì)，是解決農(nóng)田“白色污染”的理想途徑[4，5]。常熟市素有蘇州“菜籃子”的美譽(yù)，2022年全市地膜覆蓋面積約2135hm2，產(chǎn)生地膜約241t，土壤殘膜面源污染風(fēng)險(xiǎn)較大。對(duì)此，常熟市積極構(gòu)建“一體系、一中心、一平臺(tái)”廢舊農(nóng)膜回收“常熟模式”，在玉米、西蘭花、包菜等經(jīng)濟(jì)作物上積極探索應(yīng)用生物可降解地膜[6]。本文采用了3種全生物降解地膜在包菜上替代常規(guī)地膜開展生產(chǎn)試驗(yàn)以及殘膜填埋試驗(yàn)，為在常熟市更好地推廣應(yīng)用可降解地膜從而減少殘膜污染提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)時(shí)間與地點(diǎn)

2023年4—7月于常熟市碧溪街道橫塘村(E121°01′59″，N31°41′48″)選擇代表當(dāng)?shù)刂饕寥李愋偷?個(gè)典型地塊開展試驗(yàn)，該地塊前茬作物為花菜。試驗(yàn)前采集土樣，測(cè)定其理化性狀：pH值為8.04，全氮1.23g·kg-1，水解性氮139.00mg·kg-1，有效磷19.46mg·kg-1，速效鉀80.80mg·kg-1，有機(jī)質(zhì)18.36g·kg-1。

1.2 試驗(yàn)材料

1.2.1 供試包菜

品種為“奧奇娜”扁包菜，購(gòu)自市售。

1.2.2 供試地膜

蘇州中達(dá)航材料科技有限公司、浙江家樂蜜園藝科技有限公司以及南通龍達(dá)生物新材料科技有限公司生產(chǎn)的全生物降解地膜，主要成分別為PBAT(聚己二酸/對(duì)苯二甲酸丁二醇酯)改性材料、PBAT+PLA(聚乳酸)和PBAT+PPC(聚碳酸亞丙酯)，安徽蚌埠沃美家塑料制品有限公司生產(chǎn)的PE(聚乙烯)地膜。全生物降解地膜與普通地膜規(guī)格均為黑色，0.010mm×1200m，全生物降解地膜設(shè)計(jì)降解周期均為3個(gè)月。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 替代常規(guī)地膜試驗(yàn)

設(shè)置ZDH(中達(dá)航生物降解膜)、JLM(家樂蜜生物降解膜)、LD(龍達(dá)生物降解膜)3個(gè)處理和1個(gè)CK(常規(guī)地膜)。各處理面積均為100m2，隨機(jī)排列，重復(fù)3次。

1.3.2 殘膜處理試驗(yàn)

采用4種地膜作填埋處理，重復(fù)3次。將地膜剪成15cm×15cm的小方塊，將厚1.2mm孔徑1.2cm聚乙烯塑料網(wǎng)剪成20cm×40cm的長(zhǎng)方形并對(duì)折成為網(wǎng)狀模具，將地膜夾在網(wǎng)狀模具中間，邊上用夾子夾住防止地膜滑出，放入20cm×20cm×15cm的填埋坑中模擬自然界地膜降解過程，具體操作見圖1。每隔30d左右取出觀察地膜降解情況。

圖1 地膜夾入網(wǎng)狀模具中放入填埋坑

1.4 試驗(yàn)實(shí)施

“奧奇娜”扁包菜于3月20日采用穴盤播種，4月15日開始人工撒施底肥，施用15-15-15復(fù)合肥25kg·667m-2和46%尿素10kg·667m-2，翻耕，整地，做成小高畦，鋪地膜，4月20日移栽定植，每個(gè)處理栽植2行，株距40cm，行距50cm，6月23日開始陸續(xù)采收。生長(zhǎng)期開展常規(guī)病蟲害防治。

1.5 測(cè)量指標(biāo)

1.5.1 土壤養(yǎng)分指標(biāo)

試驗(yàn)前采用五點(diǎn)取樣法采集耕層土壤(0～15cm)混合樣，由CMA認(rèn)證檢測(cè)機(jī)構(gòu)測(cè)定土壤pH、全氮、水解性氮、有效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)等作為該地塊土壤本底值。

1.5.2 植株生物學(xué)性狀指標(biāo)

1.5.2.1 株高

用卷尺測(cè)量地面到植株頂端的高度即為株高，每個(gè)處理隨機(jī)選取10棵成熟的包菜，取平均值，精確到0.1cm。

1.5.2.2 冠幅

用卷尺測(cè)量植株最遠(yuǎn)端兩片葉片葉尖的距離即為冠幅，每個(gè)處理隨機(jī)選取10棵成熟的包菜，取平均值，精確到0.1cm。

1.5.2.3 果球直徑

用卷尺測(cè)量果球最遠(yuǎn)兩端間的距離即為果球直徑，每個(gè)處理隨機(jī)選取10棵成熟的包菜，取平均值，精確到0.1cm。

1.5.3 產(chǎn)量指標(biāo)

1.5.3.1 單果重量

用手提秤稱量單個(gè)包菜果球的重量即為單果重，每個(gè)處理隨機(jī)選取10棵成熟的包菜，取平均值，精確到0.001kg。

1.5.3.2 實(shí)際產(chǎn)量

用磅秤稱量每個(gè)小區(qū)包菜果球的重量即為實(shí)際產(chǎn)量，經(jīng)過換算，精確到0.001t·hm-2。

1.5.4 地膜性狀指標(biāo)

用觀察法記錄地膜的顏色、形態(tài)、裂痕等性狀，并記錄當(dāng)天的氣溫。

顏色：深、較深、較淺、淺；形態(tài)：塊狀、片狀、粉狀；裂痕：多、較多、較少、少、無。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)扁包菜生物學(xué)性狀及產(chǎn)量的影響

地膜覆蓋栽培能夠防止雨水沖刷地表，減少雜草危害，從而減少氮磷鉀等養(yǎng)分流失，保證肥效，有利于作物生長(zhǎng)和提高產(chǎn)量。從表1可以看出，處理JLM的株高、冠幅、果球直徑、單果重量和實(shí)際產(chǎn)量均最大，處理LD的株高和單果重量均最小，處理ZDH的冠幅最小，CK的果球直徑和實(shí)際產(chǎn)量均最小，處理JLM、ZDH和LD實(shí)際產(chǎn)量較CK分別增產(chǎn)9.72%、2.72%和0.08%，但是各處理間均無顯著差異(P<0.05)。

表1 不同處理扁包菜生物學(xué)性狀及產(chǎn)量

2.2 不同處理對(duì)地膜土表性狀的影響

從表2、圖2～5可以看出，25d以后，氣溫達(dá)到21～30℃，處理JLM、ZDH、LD降解地膜顏色開始逐漸變淺，地膜表面開始產(chǎn)生少量裂痕但形態(tài)變化不大，對(duì)照CK的顏色、形態(tài)和裂痕沒有變化；50d以后，氣溫達(dá)到25～34℃，處理JLM、ZDH、LD降解地膜顏色進(jìn)一步變淺，地膜表面裂痕增多并逐漸碎裂呈片狀，而對(duì)照CK的顏色、形態(tài)沒有變化，僅有少量裂痕出現(xiàn)；64d以后，氣溫達(dá)到29～33℃，處理JLM、ZDH、LD降解地膜顏色進(jìn)一步變淺，地膜表面裂痕明顯增多并碎裂呈粉狀，而對(duì)照CK的顏色、形態(tài)沒有變化，僅有少量裂痕出現(xiàn)。

表2 各處理地膜土表性狀變化

圖2 5月10日地膜土表性狀

圖4 6月29日地膜土表性狀

圖5 7月13日地膜土表性狀

2.3 不同處理對(duì)地膜土下性狀的影響

從表3、圖6～8可以看出，隨著時(shí)間的推移，25d以后，氣溫達(dá)到21～30℃，處理JLM、ZDH、LD降解地膜顏色開始逐漸變淺，地膜表面開始產(chǎn)生少量裂痕但形態(tài)變化不大，對(duì)照CK的顏色、形態(tài)和裂痕沒有變化；64d以后，氣溫達(dá)到29～33℃，處理JLM、ZDH、LD降解地膜顏色進(jìn)一步變淺接近土壤的顏色，土中地膜已無法撿拾，明顯碎裂呈粉狀，從網(wǎng)狀模具中散出，而對(duì)照CK的顏色、形態(tài)、裂痕均沒有變化。

表3 各處理地膜土下性狀變化

圖6 2023年5月10日地膜土下性狀

圖8 2023年7月13日地膜土下性狀

3 討論與結(jié)論

全生物降解地膜有著“不可預(yù)測(cè)的崩潰可能性”，在紫外光照、溫度、濕度等因素影響下，其力學(xué)性能易下降，外觀和微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生改變[7]。

紫外光照。太陽光中紫外光線的波長(zhǎng)范圍是300～400nm，峰值約為340nm，相比于聚烯烴類地膜，PBAT /PLA地膜因存在不飽和基團(tuán)(主要包括羰基、雙鍵等基團(tuán))，在紫外線照射下更容易發(fā)生光氧降解，使其力學(xué)、光學(xué)、氣體透過性等性能發(fā)生變化，從而引起可降解地膜的老化和降解[8，9]。蘇南地區(qū)5—7月太陽輻射逐漸增強(qiáng)，紫外光照強(qiáng)度僅次于最強(qiáng)的8月，可降解地膜在陽光的暴曬下加速降解。

溫度與濕度。研究表明，PLA在高濕下極易水解，50℃/80RH環(huán)境下可以加快PBAT/PLA地膜的老化[10]。當(dāng)可降解地膜進(jìn)入土壤中，隨著環(huán)境溫濕度的升高，聚合物分子間結(jié)合能下降，熱穩(wěn)定性降低，聚集態(tài)發(fā)生改變，分子鏈中酯鍵發(fā)生斷裂幾率增加，從而加速降解[11]。蘇南地區(qū)5—7月正值梅雨季節(jié)，高溫高濕，特別是埋膜處理的可降解地膜，土壤含水量大加快了地膜的水解，較設(shè)計(jì)的降解周期縮短了近1個(gè)月。

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，采用家樂蜜(JLM)降解地膜種植扁包菜效果最好，能夠增加株高、冠幅、果球直徑和單果重量，實(shí)際產(chǎn)量比常規(guī)地膜(CK)增產(chǎn)9.72%；采用中達(dá)航(ZDH)和龍達(dá)(LD)全生物降解地膜也能一定程度增加扁包菜株高、冠幅、果球直徑和單果重量，實(shí)際產(chǎn)量較CK分別增產(chǎn)2.72%和0.08%，但是效果均不顯著(P<0.05)。3種降解地膜在土表鋪設(shè)50d以后，隨著氣溫逐漸達(dá)到25～34℃，均加快降解，顏色進(jìn)一步變淺，表面裂痕增多并逐漸碎裂成片狀；降解地膜埋入土中60d以后，隨著氣溫的逐漸達(dá)到29～33℃，濕度增加，降解明顯加快，均碎裂成粉狀，從網(wǎng)狀模具中散出，無法撿拾。