摘 要 為了評(píng)估不同全生物降解地膜在四季豆種植中的降解性能、增溫保濕效果及其對農(nóng)作物產(chǎn)量的影響，從而為全生物降解地膜推廣提供科學(xué)依據(jù)，采用嚴(yán)格小區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，選取3種來自不同廠家的全生物降解地膜，并以普通聚乙烯（Polyethylene，PE）地膜作為對照，在廣西陸川縣黏土地進(jìn)行覆膜不覆土的對比試驗(yàn)。觀測內(nèi)容包括地膜的降解進(jìn)程、土壤溫度、濕度變化及四季豆產(chǎn)量。結(jié)果顯示，不同全生物降解地膜的降解速率各異，其中降解膜3最快進(jìn)入誘導(dǎo)期（21 d），而降解膜1和降解膜2則在第36 d進(jìn)入誘導(dǎo)期，均顯著早于普通PE地膜（62 d）。各處理土壤溫度濕度的變化沒有規(guī)律，但全生物降解地膜對保持土壤溫度、濕度具有積極作用，尤其是在早期。在四季豆產(chǎn)量方面，3種全生物降解地膜處理下四季豆667 m2產(chǎn)量比對照組提高0.92%～3.86%，顯示出增產(chǎn)效果，其中降解膜2的增產(chǎn)效果最顯著。與普通地膜相比，全生物降解地膜在種植上的應(yīng)用不僅有助于地膜快速降解、減少環(huán)境污染，還能在一定程度上促進(jìn)作物增產(chǎn)，具有良好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞 全生物降解地膜；覆膜不覆土；四季豆；降解效果

中圖分類號(hào)：S316 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2024.23.019

在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，地膜的應(yīng)用極大促進(jìn)了作物的增產(chǎn)增收，然而隨之而來的農(nóng)田地膜殘留問題已成為農(nóng)業(yè)面源污染的一大困擾，尤其是傳統(tǒng)聚乙烯（Polyethylene，PE）地膜造成的“白色污染”日益嚴(yán)重，對農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境構(gòu)成巨大威脅[1]。全生物降解地膜是一種利用特殊生產(chǎn)工藝和原料生產(chǎn)出的薄膜，與普通農(nóng)用薄膜不同的是其能在光照和微生物的綜合作用下分解，最后分解為小分子有機(jī)物，被農(nóng)作物吸收利用，不會(huì)在土壤中形成長期殘留物對土壤造成污染和影響，是解決目前普通地膜大量使用造成白色污染問題的一種有效途徑[2]。2015年以來，我國針對農(nóng)用薄膜提出一系列政策，如《農(nóng)業(yè)農(nóng)村污染治理攻堅(jiān)戰(zhàn)行動(dòng)方案（2021—2025年）》《2022年地膜科學(xué)使用回收試點(diǎn)技術(shù)指導(dǎo)意見》等，推進(jìn)全生物可降解地膜有序替代。

廣西陸川縣位于我國南疆，地處北回歸線以南，屬典型南亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫和，土地肥沃，雨量充沛，光照充足，無霜期多在359 d以上，年平均氣溫為21.6 ℃，年平均降水量為1 942.7 mm，年平均日照時(shí)間為1 760 h，是典型的雙季稻作區(qū)[3]。通過合理安排雙季水稻種植生長期，陸川縣可以在冬季通過利用閑田及合理使用地膜再種植一季四季豆，提高土地利用率，增加農(nóng)民收入。冬季種植四季豆時(shí)，采用地膜覆蓋可以提高地溫、減少水分蒸發(fā)、抗病防蟲，充分利用冬季有限的光、熱、水和養(yǎng)分資源，使大多數(shù)作物普遍增產(chǎn)20%～50%[4]。

根據(jù)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展要求，全國各地要繼續(xù)加大對廢棄農(nóng)膜的回收處置力度，使用生物降解膜可從源頭上治理農(nóng)膜污染，對其的廣泛應(yīng)用是今后的主導(dǎo)發(fā)展方向[5]。鑒于此，深入探究全生物降解地膜在四季豆種植中的應(yīng)用性能，特別是其降解過程、增溫保濕效果及對作物產(chǎn)量的實(shí)際影響，可為全生物降解地膜的科學(xué)推廣提供實(shí)踐依據(jù)。此次研究精心設(shè)計(jì)了對比試驗(yàn)，選用來自3個(gè)不同廠商的全生物降解地膜，并以傳統(tǒng)PE地膜作為對照，在陸川縣的典型黏土地實(shí)施覆膜不覆土試驗(yàn)，通過系統(tǒng)監(jiān)測地膜的降解動(dòng)態(tài)、土壤溫濕度變化及四季豆的產(chǎn)量，力求全面評(píng)估全生物降解地膜的綜合效能，為推動(dòng)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展、保障糧食安全和生態(tài)平衡貢獻(xiàn)力量。此次研究不僅是對新型材料性能的科學(xué)驗(yàn)證，更是對農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展路徑的積極探索，對于減少農(nóng)業(yè)廢棄物、減輕環(huán)境負(fù)擔(dān)、提高經(jīng)濟(jì)效益具有深遠(yuǎn)意義。

1" 材料與方法

1.1" 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地點(diǎn)位于陸川縣烏石鎮(zhèn)吹塘村一農(nóng)田，試驗(yàn)地塊前茬作物為水稻，土壤類型為黏土，肥力中等。試驗(yàn)區(qū)域的氣候條件適宜，為典型的南亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，適合種植四季豆。

1.2" 試驗(yàn)材料

嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)《全生物降解農(nóng)用地膜覆蓋薄膜》（GB/T 35795—2017）的要求，選用合格且增溫保濕、抑制雜草萌發(fā)和生長、可完成降解等性能突出的黑色全生物降解地膜。試驗(yàn)使用不同廠家生產(chǎn)的3種全生物降解地膜，生產(chǎn)廠家分別是蘭州鑫銀環(huán)橡塑制品有限公司（地膜型號(hào)：XYH-2020-133）、浙江家樂蜜園藝科技有限公司（地膜型號(hào)：全生物降解農(nóng)用地面覆蓋薄膜）、山東華昆塑業(yè)有限公司（地膜型號(hào)：銀黑1S）；普通PE地膜的生產(chǎn)廠家為廣西玉林市興業(yè)縣年豐塑業(yè)有限公司（地膜型號(hào)：聚乙烯黑微膜）。3種全生物降解地膜與普通PE地膜的厚度均為0.01 mm。

1.3" 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用嚴(yán)格的小區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，設(shè)置4個(gè)處理，分別為降解膜1組（XYH-2020-133地膜）、降解膜2組（全生物降解農(nóng)用地面覆蓋薄膜）、解膜3組（銀黑1S地膜）及對照組普通PE地膜。每個(gè)處理設(shè)置3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，共12個(gè)小區(qū)；每小區(qū)長12.0 m、寬2.5 m，面積30 m2；每小區(qū)設(shè)2畦，每畦種植四季豆80穴。試驗(yàn)期間，所有處理均進(jìn)行覆膜不覆土操作。

1.4" 四季豆種植管理要點(diǎn)

于2023年11月22日開始覆膜，11月25日用小棍揭穿地膜后播種四季豆。播種后，每畦四季豆都按照常規(guī)方法進(jìn)行同樣的田間管理，包括灌溉、施肥、除草等。四季豆產(chǎn)量測定分3次進(jìn)行，最后一次測定時(shí)間為2014年3月13日。

1.5" 測試項(xiàng)目及方法

1.5.1" 地膜降解性能測試

每小區(qū)固定一個(gè)觀測框，規(guī)格為50 cm×50 cm。覆膜30 d內(nèi)，每隔10 d觀測1次；覆膜31～40 d，每隔5 d觀測1次；覆膜41 d后，每3 d觀測1次，直至誘導(dǎo)期結(jié)束；之后恢復(fù)為每10 d觀測1次。觀測記錄各小區(qū)參試地膜破損情況，記錄破損時(shí)間、裂紋或裂縫大小、破碎程度等相關(guān)信息；根據(jù)現(xiàn)場判斷降解情況，記錄農(nóng)膜降解過程中進(jìn)入誘導(dǎo)期、開裂期、大裂期、破裂期、無膜期的日期，計(jì)算從覆膜后到各階段發(fā)生時(shí)的天數(shù)。1）誘導(dǎo)期。從覆膜到畦面地膜出現(xiàn)多處（每延長米3處以上）直徑小于等于2 cm的自然裂縫或孔洞的時(shí)間。2）開裂期。畦面地膜出現(xiàn)直徑大于2 cm、小于等于20 cm自然裂縫或孔洞的時(shí)間。3）大裂期。畦面地膜出現(xiàn)大于20 cm自然裂縫的時(shí)間。4）破裂期。地膜柔韌性盡失，畦面地膜出現(xiàn)碎裂，最大地膜殘片面積小于等于16 cm2的時(shí)間。5）無膜期。畦面基本見不到地膜殘片的時(shí)間。每次觀測均垂直俯視拍攝一組觀測框的地膜照片，直至無膜期。

1.5.2" 地膜的保溫效果測試

分別在覆膜后10 d、30 d、50 d、70 d，于14：30在現(xiàn)場使用地溫計(jì)測量各小區(qū)膜下5 cm、15 cm、25 cm處的土壤溫度，以此分析不同地膜對地溫的維持能力。

1.5.3" 地膜的保濕效果測試

分別在覆膜后10 d、30 d、50 d、70 d，于14：30使用土壤濕度計(jì)測定膜下0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm處的土壤含水量，考察各地膜對土壤含水量的影響，從而判定地膜保濕效果。

1.5.4" 四季豆產(chǎn)量測試

分別在2024年2月6日、2024年2月28日和2024年3月13日收獲成熟鮮品四季豆，記錄各處理小區(qū)四季豆的實(shí)際產(chǎn)量，比較全生物降解地膜與普通PE地膜處理對作物產(chǎn)量的直接影響，同時(shí)分析增產(chǎn)百分比，確定哪種降解膜的作物增產(chǎn)效果最顯著，從而為全生物降解地膜的推廣提供實(shí)際產(chǎn)量效益依據(jù)。

1.6" 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)使用Excel 2016軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析。

2" 結(jié)果與分析

2.1" 地膜降解性能

各階段供試地膜覆膜后降解時(shí)間記錄如表1所示。由表1可知，降解膜3組覆膜后21 d，各小區(qū)地膜出現(xiàn)多處直徑小于等于2 cm的自然裂縫，進(jìn)入誘導(dǎo)期；覆膜后49 d，地膜出現(xiàn)直徑大于2 cm、小于等于20 cm的自然裂縫，進(jìn)入開裂期；覆膜后62 d，地膜出現(xiàn)直徑大于20 cm的自然裂縫，進(jìn)入大裂期；截至觀測結(jié)束，各小區(qū)的地膜還有一定柔韌性，畦面地膜沒有出現(xiàn)碎裂，沒有進(jìn)入破裂期。降解膜2組覆膜后36 d進(jìn)入誘導(dǎo)期，覆膜后57 d進(jìn)入開裂期，收獲時(shí)各重復(fù)小區(qū)的地膜沒有出現(xiàn)直徑大于20 cm自然裂縫，沒有進(jìn)入大裂期。降解膜1組覆膜后36 d進(jìn)入誘導(dǎo)期，覆膜后62 d進(jìn)入開裂期，收獲時(shí)各重復(fù)沒有出現(xiàn)直徑大于20 cm的自然裂縫，沒有進(jìn)入大裂期。對照組覆膜后62 d，各小區(qū)地膜才出現(xiàn)多處直徑小于等于2 cm自然裂縫，進(jìn)入誘導(dǎo)期，收獲時(shí)地膜沒有出現(xiàn)直徑大于2 cm、小于等于20 cm自然裂縫或孔洞，沒有進(jìn)入開裂期。

由此可知，降解能力從高到低依次為降解膜3、降解膜2、降解膜1、普通PE膜，降解膜3的誘導(dǎo)期最早，開裂期與大裂期也早于其他處理，降解速率較快；降解膜1和降解膜2降解性能接近，但略遜于降解膜3；對照組地膜降解速率最慢。為不影響下一茬早稻種植時(shí)間，于3月13日收獲時(shí)檢查，各小區(qū)殘膜均仍有一定柔韌性，沒有進(jìn)入破裂期和無膜期。

2.2" 地膜的保溫效果

由表2可知，覆膜后10 d觀測，發(fā)現(xiàn)各處理5～25 cm處土壤平均溫度對照組最高，為26.6 ℃；最低為降解膜1組，為24.5 ℃，相差2.1 ℃；覆膜后30 d觀測，各處理5～25 cm處土壤平均溫度降解膜2組最高，為23.7 ℃；最低為對照組，為20.9 ℃，相差2.8 ℃；覆膜后50 d觀測，各處理5～25 cm處土壤平均溫度降解膜2組最高，為19.7 ℃；最低為降解膜3組，為18.9 ℃，相差0.8 ℃；覆膜后70 d觀測，各處理5～25 cm處土壤平均溫度降解膜1組最高，為22.1 ℃；最低為對照組，為20.6 ℃，相差1.5 ℃。覆膜后，膜下土壤溫度變化沒有規(guī)律，各小區(qū)相差0.8～2.8 ℃，降解膜降解速率沒有隨土層土壤溫度變化而變化。

2.3" 地膜的保濕效果

由表3可知，覆膜后10 d進(jìn)行觀測，降解膜1組0～30 cm處土壤平均含水量最高，為66.6%，最低的為降解膜2組（53.8%），兩組相差12.8個(gè)百分點(diǎn)；覆膜后30 d，降解膜1組0～30 cm處土壤平均含水量最大，為63.4%，最低的為對照組的56.3%，兩組相差7.1個(gè)百分點(diǎn)；覆膜后50 d，對照組0～30 cm處土壤平均含水量最大，為76.7%，最低的為降解膜3組（69.8%），兩組相差6.9個(gè)百分點(diǎn)；覆膜后70 d，降解膜1組0～30 cm處土壤平均含水量最大，為59.1%，最小為對照組（52.1%），兩組相差7.0個(gè)百分點(diǎn)。覆膜后，膜下土壤濕度變化與溫度變化一樣沒有規(guī)律，但土層越深，含水量越高；降解膜降解速率沒有隨土層土壤濕度變化而變化。

2.4" 四季豆產(chǎn)量

由表4可知，3次收獲測產(chǎn)后降解膜1組、降解膜2組、降解膜3組和對照組667 m2產(chǎn)量分別為1 068.76 kg、1 099.88 kg、1 098.99 kg和1 059.00 kg。與對照組相比，降解膜1組、降解膜2組、降解膜3組667 m2四季豆產(chǎn)量分別增加9.76 kg、40.88 kg和39.99 kg，分別增產(chǎn)0.92%、3.86%和3.78%。產(chǎn)量變化規(guī)律與土壤溫度、濕度變化類似。

3" 小結(jié)與討論

此次試驗(yàn)對比四季豆種植過程中不同全生物降解地膜覆膜不覆土降解效果，從降解效果方面看，降解膜3降解效果最好；從農(nóng)作物增產(chǎn)效果方面看，降解膜2效果最好；從保溫保濕效果方面看，雖然變化明顯規(guī)律，但全生物降解地膜在種植早期能較好地保持土壤溫度和濕度。3種全生物降解地膜覆膜不覆土在四季豆種植中均有同程度地發(fā)揮較好的降解效果及增產(chǎn)效果，因此為了保證土壤安全，同時(shí)大大節(jié)省人工回收舊地膜的經(jīng)濟(jì)成本，減少對環(huán)境的污染，可以在農(nóng)作物生產(chǎn)時(shí)大力推廣全生物降解地膜的應(yīng)用。

需要注意的是，全生物降解地膜的降解程度受氣候條件影響很大，特別是光照、溫度、水分、空氣相對濕度等。試驗(yàn)于2023年11月至2024年3月進(jìn)行，是陸川縣光照最少、溫度最低的時(shí)期，這在一定程度上會(huì)影響全生物降解膜的降解速率，導(dǎo)致誘導(dǎo)期、開裂期等各時(shí)期延期出現(xiàn)。因此，在未來的研究中，可以適當(dāng)延長觀察時(shí)間，進(jìn)一步評(píng)估降解膜在不同季節(jié)的降解性能及其對作物產(chǎn)量和土壤質(zhì)量的影響，以促進(jìn)全生物降解地膜在農(nóng)業(yè)中的廣泛應(yīng)用和生態(tài)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展。

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（責(zé)任編輯：劉寧寧）