李文昊，韓冬梅，胡松可

(1 石河子大學(xué)水利建筑工程學(xué)院，新疆 石河子832003；2 新疆石河子職業(yè)技術(shù)學(xué)院,新疆 石河子832000)

1996年新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)首次將具有局部濕潤特點(diǎn)的滴灌技術(shù)與蓄水保墑優(yōu)勢的覆膜技術(shù)結(jié)合，形成了膜下滴灌技術(shù)[1]，2012年新疆的膜下滴灌棉花就已連續(xù)20年實(shí)現(xiàn)棉花種植面積、單產(chǎn)、總產(chǎn)和調(diào)出量全國第一[2]，膜下滴灌已成為新疆農(nóng)業(yè)高效節(jié)水的主要模式。

覆膜可以降低膜內(nèi)土壤與大氣間的水分和熱量交換[3]，但農(nóng)用塑料地膜厚度小，回收困難，同時(shí)又屬于高分子化合物，難降解。隨著膜下滴灌大面積的推廣應(yīng)用和時(shí)間的延長，農(nóng)田殘膜不僅影響作物的正常生長，還對環(huán)境造成了嚴(yán)重危害[4]。目前主要采用三種方式進(jìn)行殘膜治理[5]，第1種是加大對殘膜回收機(jī)的研發(fā)投入，裝備回收效率更高的殘膜回收機(jī)，第2種是提倡應(yīng)用加厚地膜，降低殘膜破碎率保證回收效率，第3種是尋求可替代塑料地膜的覆蓋材料，如作物秸稈、液體地膜和可被微生物蠶食或光照可分解的地膜等[6]。

近年來，由廣州金發(fā)科技、新疆天業(yè)集團(tuán)和兵團(tuán)第五師塑料廠等公司研發(fā)并批量生產(chǎn)的可降解地膜，已在新疆滴灌棉花種植中小范圍應(yīng)用，但學(xué)者們對可降解地膜蓄水保墑能力的關(guān)注度不高，將多種可降解地膜進(jìn)行對比的研究很少，因此，本文通過試驗(yàn)研究不同可降解地膜、普通塑料地膜和裸地(對照)處理滴灌棉田土壤水分、溫度的變化，從而準(zhǔn)確評價(jià)可降解地膜的蓄水保墑性能，為干旱綠洲區(qū)“白色污染”的治理和覆膜滴灌技術(shù)在干旱綠洲區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展提供依據(jù)。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2015年3月在石河子大學(xué)現(xiàn)代節(jié)水灌溉兵團(tuán)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)基地(85°59′E、44°19′N)進(jìn)行。試驗(yàn)地點(diǎn)年均日照時(shí)數(shù)2 865 h，無霜期170 d，年均氣溫7.7 ℃±0.9 ℃，最高氣溫出現(xiàn)在7月，平均氣溫25.4 ℃，最低氣溫出現(xiàn)在1月，平均氣溫-5.5 ℃，年均降水量213 mm，年均蒸發(fā)量1 342 mm。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試棉花品種為新陸早33號，種植方式為一膜兩管四行，灌溉定額統(tǒng)一為5 250 m3/ hm2，生育期內(nèi)灌水9次。試驗(yàn)設(shè)計(jì)4個(gè)可降解地膜、1個(gè)普通塑料地膜和裸地(對照)處理；每個(gè)試驗(yàn)處理3個(gè)重復(fù)，共18個(gè)試驗(yàn)小區(qū)?？山到獾啬し謩e購自4家公司，其中，處理1為第五師塑料制品廠生產(chǎn)的生物降解地膜，處理2為天業(yè)節(jié)水灌溉股份有限公司生產(chǎn)的光降解地膜，處理3為新疆寶利豐達(dá)農(nóng)業(yè)科技有限公司生產(chǎn)的液態(tài)生物降解地膜，處理4為廣州金發(fā)公司生產(chǎn)的生物降解地膜，處理5為普通塑料地膜試驗(yàn)處理，裸地試驗(yàn)為對照處理。

1.3 試驗(yàn)指標(biāo)測定

(1)土壤溫度測定。在垂直方向分別取5、10、15、20、25 cm深度的土并測定其溫度，測定時(shí)間為2015年5月22日—7月17日，每2天讀數(shù)1次，讀數(shù)時(shí)間為10:00、12:00、14:00、16:00和18:00。

(2)土壤含水率測定。取5、10、15、20、25 cm土并測定其含水率，每次取土3個(gè)重復(fù)，取土?xí)r間為2015年6月20日—2015年9月1日，共8次；取土?xí)r利用GPS定位，以后每次取樣均在同一定點(diǎn)處；每次取樣后利用烘干法測出土壤的質(zhì)量含水率。

1.4 數(shù)據(jù)分析

所有數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel工作表進(jìn)行處理及繪圖，應(yīng)用SPSS Statistics 19.0軟件進(jìn)行樣品的描述性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同覆蓋土層溫度隨時(shí)間的變化

土壤溫度是反映地膜保溫效果的重要指標(biāo)，覆膜主要通過提高土層溫度影響作物生長[7]。本文不同處理棉田土壤的溫度變化如圖1所示，其中，各處理的土壤溫度值為1天內(nèi)觀測溫度的平均值。

由圖1可知：

(1)不同處理土壤溫度的變化趨勢基本相同，都隨時(shí)間的延續(xù)呈現(xiàn)先減后增再減的變化，在6月7日增幅達(dá)到最大，隨后減小，在6月23日后再次增大，之后趨于穩(wěn)定。

(2)5種覆膜處理的土壤溫度均比裸地的高，溫差增幅為10.07%左右，表現(xiàn)出覆膜的保溫性能。20、25 cm土層，裸地的土壤地溫上升較慢，有膜覆蓋的土壤地溫上升較快；深層土壤溫度提升速度較淺層的慢。其原因是由于5、10 cm土層接近地表，吸收的太陽輻射能量較多，致使溫度上升快。另外，7月17日以后4種可降解地膜處理土壤溫度與裸地處理溫度逐漸接近，處理5的不同土層土壤溫度與可降解膜覆蓋處理差距也在逐漸縮小。其原因一是可降解膜的逐步降解，二是棉花植株的生長影響了光照直射[8]。

(3)不同地膜處理的增溫效果有差別。同日期、相同土層不同處理的土壤溫度從高到低依次為普遍塑料地膜、可降解地膜覆蓋、裸地處理；不同可降解地膜處理的增溫效果從大到小依次為處理1、處理2、處理4、處理3，具體表現(xiàn)為研究周期內(nèi)普通塑料地膜處理日平均氣溫比裸地處理提高1.43 ℃，4種可降解地膜處理日平均氣溫比裸地處理的提高1.25 ℃；在棉花生育期，覆膜處理的增溫效果更明顯，之后隨著棉花生長，由于可降解地膜的逐步降解以及棉花植株生長降低了棵間蒸發(fā)，覆膜處理的增溫效果逐漸降低。

圖1 各土壤深度的溫度隨時(shí)間變化

2.2 不同處理土壤含水率統(tǒng)計(jì)特征

變異系數(shù)Cv值反映樣點(diǎn)的離散程度，Cv<0.1為弱變異性，0.1≤Cv≤1為中等變異性，Cv>1為強(qiáng)變異性[9]。為研究棉花生育期有無覆膜處理對土壤各層含水率的影響，對不同處理各取9個(gè)樣本，并以同一土層、不同時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)取平均值為分析對象，計(jì)算不同覆膜與裸地處理不同土層含水率均值及變異系數(shù)，結(jié)果如表1所示。

表1 不同處理土壤各層含水率統(tǒng)計(jì)表

由表1可知：

(1)觀測期間各土層含水率的整體變化趨勢是隨著土層深度的增加呈現(xiàn)為逐級遞減的變化。裸地處理，5 cm土層含水率比25 cm的高10.42%；各覆膜處理，5 cm土層含水率比25 cm的均提高超過20%以上；在0～10 cm土層，裸地的含水率較覆膜的含水率平均相差約2.44%。表明覆膜除了能夠保溫外，還具有降低土壤蒸發(fā)和保墑的作用。

(2)裸地和覆膜處理的變異系數(shù)均呈現(xiàn)逐級遞減的趨勢，各層土壤含水率的變異系數(shù)多在區(qū)間[0.1，1]內(nèi)，為中等偏弱變異性；5 cm土層含水率的變異系數(shù)較高，這是由于該層土壤離地表最近，受外界的影響較大，易造成土層的含水量變化大；25 cm土層內(nèi)土壤溫度的變異系數(shù)最小，說明此土層內(nèi)水分的變化幅度較小，水分含量趨向于穩(wěn)定。

2.3 不同覆蓋土層含水率隨時(shí)間的變化

土壤水分是保證作物生長的關(guān)鍵因素之一，土壤含水率是土壤重要的物理性狀之一，亦是作物良好生長發(fā)育的基礎(chǔ)[10]。不同覆蓋土層含水率隨時(shí)間的變化如圖2所示，其中，各處理的土壤含水率為一天內(nèi)各觀測點(diǎn)含水率的平均值。

由圖2可知：

(1)各個(gè)土層的土壤含水率隨時(shí)間呈現(xiàn)先增后減、再增再減、再微增的變化。6月棉花植株處于營養(yǎng)生長階段，為滿足棉花的生長需要對棉花進(jìn)行及時(shí)灌溉，使得土層的含水率逐漸增大；7月高溫時(shí)期，大量的水分蒸發(fā)造成土層內(nèi)的水分急劇降低，處理1～4的25 cm土層平均含水率的平均值為9.65%，而處理5為11.88%，對照為8.03%；8月棉花處于花蕾期，棉花植株需灌溉，增肥和催熟處理，對棉花植株進(jìn)行灌溉處理，各土層含水率隨之逐漸上升，4種可降解地膜處理土層平均含水率為18.78%，普通塑料地膜為22.42%，裸地為16.77%；9月棉花進(jìn)入吐絮期，需水量小，此后土壤含水率趨于穩(wěn)定。

(2)總體上各個(gè)土層不同處理土壤含水率從大至小依次都是處理5、處理1～4、裸地。同一時(shí)間處理1～4的0～15 cm土層土壤含水率出現(xiàn)交錯(cuò)現(xiàn)象，說明可降解地膜與普通塑料地膜在某種程度上具有相同的保墑效果；同一時(shí)間處理5的15～25 cm土層土壤含水率比處理1～4的平均值約高1.05%，說明普通塑料地膜的保墑效果在某些土層優(yōu)于可降解地膜。

(3)不同可降解地膜處理的保墑能力略有差別，總體上蓄水保墑能力從大至小依次為處理4、處理2、處理1、處理3。其原因可能主要是不同生產(chǎn)廠家的可降解地膜制造原料和工藝存在差別。

圖2 各土壤深度含水率隨時(shí)間變化

3 討論

干旱綠洲區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨的核心問題是如何達(dá)到農(nóng)業(yè)水資源高效利用，而節(jié)水灌溉是提升農(nóng)業(yè)水資源利用效率的有力措施[11-12]。長期覆膜連作已然造成了“白色污染”問題，尋找可替代塑料地膜的可降解覆蓋材料是治理“白色污染”的有效途徑[13]。

(1)在可降解地膜和普遍塑料地膜對土壤溫度影響的研究中，張永明[14]等研究表明，地膜覆蓋可以明顯提高地下5～15 cm處的地溫，在沒有降解時(shí)與普通地膜相比具有相近的保溫作用；胡宏亮[15]等研究表明，可降解地膜與普通塑料地膜在土壤保溫方面具有相近的作用；本文研究結(jié)果表明，棉花生育期普通地膜的保溫性能比可降解地膜略高。許樹寧[16]等研究表明，隨著土層深度的增加，溫度變化越小，可降解地膜覆蓋能明顯提高土壤溫度；本文研究結(jié)果與其一致。

(2)在可降解地膜和普遍塑料地膜對土壤含水率影響的研究中，陳夢楠[17]等研究發(fā)現(xiàn)，休閑期地膜覆蓋能明顯提高播種期0～30 cm土層含水率，豐水年提高35%，平水年提高48%，欠水年提高101%；鄔強(qiáng)[18]等研究表明，在棉花生育前期，覆蓋生物降解地膜與普通塑料地膜可明顯提高0～15 cm內(nèi)水分；本文研究表明，覆蓋可降解地膜土壤含水率比裸地平均高2.25%，普通地膜土壤含水率比裸地平均高3.88%，與其研究結(jié)論一致。申麗霞[19]等研究表明普通塑料地膜和生物降解地膜有相似的保墑效果；唐文雪[20]等研究表明在玉米生長前期可降解地膜的保水保墑作用顯著；本文研究結(jié)果與其相近。楊青華[21]等研究表明，采用液體地膜覆蓋棉田，對減少土壤水分蒸發(fā)，增加土壤含水率，提高水分利用效率和棉花產(chǎn)量具有明顯的效果；本文研究結(jié)果與其相近。

4 結(jié)論

本文對不同可降解地膜覆蓋處理對滴灌棉田土壤水分和溫度影響的研究，得出以下結(jié)論：

(1)可降解地膜和普通塑料地膜都具有增溫、保墑效果，但可降解地膜的性能略低于普通塑料地膜；可降解地膜和普通塑料地膜的增溫、保墑作用在淺層0～15 cm更明顯，處理5的0～15 cm土層日平均氣溫比裸地處理高1.43 ℃，4種可降解地膜處理的日平均氣溫比裸地處理高1.25 ℃。

(2)受可降解地膜逐步降解、地膜破壞以及棉花植株生長的影響，7月中下旬以后可降解地膜和塑料地膜覆蓋的增溫、保墑效果逐漸減小。

(3)不同公司生產(chǎn)的可降解地膜的制作材質(zhì)及工藝不同，其增溫、保墑效果略有不同。