棉田覆盖生物降解膜的生态生物学效应

张教海+别墅+王孝刚+夏松波+张友昌+夏关章

摘要：以中国农业科学院棉花研究所提供的生物降解膜为试验材料，以普通地膜为对照，对比了使用不同地膜覆盖对棉花（Gossypium spp.）生长的影响。结果表明，生物降解膜在棉花生长前期可增温调墒，并在促进早发、早熟和增产方面作用明显，其中生物降解膜A的两年平均产量增产效果优于普通地膜。缺点是试验所用生物降解膜强度不高，易碎裂，抑制杂草时间不长，且使用寿命短。

关键词：棉花（Gossypium spp.）；生物降解膜；生态生物学效应；降解

中图分类号：S562 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）23-6083-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.23.018

Abstract： Taking biodegradable film that provided by Chinese Academy of Agricultural Science as material， and normal plastic film as control，the effects of them on cotton growth was compared. The results showed that，compared with normal plastic film，biodegradable film could significantly improve the soil temperature and regulate the soil moisture，and had obvious effect on promoting early maturity and increasing yield. The effect of biodegradable film-A on increasing yield was more significant than normal plastic film in two years test. But biodegradable film-A had some disadvantages，e.g.，low toughness，breakable，short life and short duration of weed controlled.

Key words： cotton（Gossypium spp.）； biodegradable film； ecology and biological effects； degradation

中国地膜覆盖植棉技术始于1976年，因具有增温调墒、促早增产、控制杂草、抑制返盐、减轻病害及改善土壤微生态等效应，在中国三大棉区广泛应用，与育苗移栽一样，地膜覆盖技术是支撑全国棉花（Gossypium spp.）高产优质、棉区北移和西移取得成功的又一关键性技术，是中国农业的“白色革命”[1-4]。但同时，地膜植棉40年来，“白色污染”问题也日趋严峻，特别是中国最大的产棉区新疆，年种植面积约133.3万hm2以上，全部采用地膜覆盖，而棉田地膜的低回收甚至不回收造成大量残留地膜累积，严重妨碍田间耕作，破坏耕作层土壤结构，阻碍水肥疏导进而影响棉花质量和产量；牛羊误食易造成肠胃消化不良甚至死亡；弃于田边地头的残膜造成“视觉污染”；近年来也成为机采棉最难清理的杂质，严重影响原棉质量和纺织品质量。残膜污染问题不可回避，治理极为迫切，在加强农业清理措施的同时，积极开展可降解地膜的研发应用势在必行。本研究拟通过生物降解膜与普通地膜的比较试验，分析生物降解地膜的保墒、增温、增产效果及田间降解状况[5-7]，旨在为生物降解膜研发与利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料与设计

试验于2014年和2015年在湖北省公安县毛家港镇进行，麦（油）林套栽方式。供试棉花品种为EK288F1，由湖北省农业科学院经济作物研究所提供；生物降解膜由中国农业科学院棉花研究所提供，普通地膜在湖北省公安县当地市场购买，厚度为0.008 mm。试验设生物降解膜A、生物降解膜B、普通地膜及露地（CK）4个处理，4次重复，随机区组排列，小区面积33 m2。4个处理另设试验观察区100 m2。4月15日播种，5月10日预留棉行整厢除草，打封闭，盖膜。试验覆膜同时，地下掩埋3种地膜，掩埋深度20～30 cm，每种膜3个点。

1.2 试验指标的测定

覆膜后利用地温计连续5 d测量各层（0、5、10、15、20 cm）土壤温度，每天3次（8：00、14：00、20：00）；利用根钻法测量土壤湿度变化，根据天气预报连续10 d晴天测量土壤湿度变化，下雨前后土壤湿度变化。利用数码相机定点拍摄膜降解及杂草滋生情况；分别于6月15日、7月15日、8月15日、9月15日调查不同处理的生育性状；棉花收获后分小区收集不同覆膜处理土壤中膜的残留量。

2 结果与分析

2.1 生物降解膜的增温调墒效果

在棉田覆膜后的5月19-23日（第一次）和6月6-10日（第二次）分别对不同处理的0、5、10和15 cm的土壤温度进行了监测，取5日温度平均值进行分析。结果（表1）表明，不同覆膜处理均有很好的增温效果，且前期增温效果明显，生物降解膜A、生物降解膜B、普通地膜5 cm温度分别比对照增加2.3、1.4、1.3 ℃；随着气温升高，增温幅度变小，分别为2.1、0.8、1.1 ℃。前期生物降解膜增温幅度高于普通地膜，30 d后生物降解膜B增溫幅度小于普通地膜，此时生物降解膜B已有不同程度破裂，增温效果下降。土壤湿度监测结果表明，覆膜调墒作用明显，连晴10 d，覆膜处理土壤湿度比对照高1.4～2.2个百分点；雨后不同覆膜处理土壤湿度比对照低0.4～1.2个百分点。

2.2 生物降解膜对棉花早熟性的影响

6月15日的生育性状调查结果（表2）表明，生物降解膜促进早发效果明显，株高、果枝数、现蕾数及第一果枝着生节位等指标均优于对照。不同地膜促早效果生物降解膜A>生物降解膜B>普通地膜。

2.3 生物降解膜对棉花“三桃”的影响

棉花地膜覆盖栽培能促进早熟、提高产量。由表3可见，地膜覆盖伏前桃比对照增加1.7个/株以上，伏桃增加0.9个/株以上，单株成铃增加1.9个以上。但早發的同时，后劲表现不足，普通地膜覆盖单株秋桃数比露地移栽少1.4个。从3种地膜来看，伏前桃生物降解膜A最多，为4.3个/株；伏桃普通地膜处理最多，为25.8个/株；生物降解膜B处理则秋桃数稍多，其次为生物降解膜A。生物降解膜明显后劲不足，这与其强度低、破裂早有关，相比较，生物降解膜A强度略优于生物降解膜B。

2.4 生物降解膜对棉花产量的影响

地膜覆盖能显著提高棉花产量（表4）。2014年生物降解膜A的子棉、皮棉产量最高，子棉产量与生物降解膜B和CK间差异均达极显著水平；普通地膜处理子棉、皮棉产量居第二位，与CK间差异达极显著水平，与生物降解膜B差异不显著。2015年生物降解膜作用效果降低，子棉、皮棉产量普通地膜>生物降解膜A>生物降解膜B>CK；皮棉单产普通地膜与生物降解膜间差异极显著。与CK相比，生物降解膜覆盖可提高衣分0.3～1.0个百分点，普通地膜提高1.1个百分点。不同膜覆盖对铃重的影响不明显。

2.5 不同地膜对杂草的抑制作用及其降解效果

5月10日大田覆膜后，通过每10 d 1次定点调查，至6月30日揭膜，分析不同处理膜裂解、杂草发生情况。结果（图1）显示，随着覆膜时间推移，杂草发生呈不断上升趋势，抑制杂草效果普通地膜>生物降解膜A>生物降解膜B。覆膜后20 d，生物降解膜开始出现裂缝，生物降解膜B破裂程度比生物降解膜A严重，普通地膜较完整；覆膜后30 d，生物降解膜裂解加剧，生物降解膜B土壤裸露面积超过10%，并有许多杂草从裂缝中滋生出来，普通地膜处理也可以看见膜下有少量杂草滋生；覆膜后40 d，生物降解膜B土壤裸露面积达80%，生物降解膜A达50%，普通地膜有少量机械破损；覆膜后50 d，生物降解膜A、B土壤裸露面积分别达60%和95%以上。

通过地膜埋土处理，即5月10日，将生物降解膜A、B及普通地膜分别平铺埋在20 cm的土壤中，11月10日取膜称重，结果见表5。由表5可知，生物降解膜A、生物降解膜B和普通地膜降解率分别为56.9%、56.7%和4.3%。大田处理在揭膜时（7月5日），收集各处理单位面积所有土壤残膜，冲洗后晾干称重，对比相同面积不同地膜质量，测定生物降解膜A、生物降解膜B和普通地膜残膜量，分别为91.9%、90.3%和99.1%。

3 小结与讨论

地膜在中国作为主要农业生产资料之一，增长迅猛，中国2014年地膜使用量144.1万t，地膜覆盖面积1 814.03万hm2，分别是1995年的3.1倍和2.8倍[3]。大量和长期使用地膜势必给环境带来巨大危害，研发性价比高，可降解的地膜是未来发展的必然方向。

通过连续两年试验结果表明，试验所用生物降解膜在前期增温调墒，促进早发、早熟和高产方面作用明显，其中生物降解膜A的增产效果优于普通地膜。但是该生物降解膜强度不高，易碎裂，抑制杂草效果短，且使用寿命不长，需当年购买当年使用，工艺需要改进。

有关生物降解膜在土壤中的降解规律、对土壤环境及后期作物生长发育的影响还需深入研究。

参考文献：

[1] 毛树春.我国棉花耕作栽培技术研究和应用[J].棉花学报，2007，19（5）：369-377.

[2] 中国农业科学院棉花研究所.中国棉花栽培学[M].上海：上海科学技术出版社，2013.623-661.

[3] 张为民.中国农村统计年鉴[M].北京：中国统计出版社，2015.

[4] 张教海，别 墅，唐仕芳，等.移栽地膜棉早熟增产效应研究[J].华中农业大学学报，2001，20（3）：214-217.

[5] 孟俊婷，魏守军，唐淑荣.浅析残膜对棉田及棉花产品的危害与风险[J].棉花科学，2014（8）：58-60.

[6] 严昌荣，刘恩科，舒 帆，等.我国地膜覆盖和残留污染特点与防控技术[J].农业资源与环境学报，2014，31（2）：95-102.

[7] 马木提江·阿不都热合曼.新疆棉田残膜回收的研究[J].农业机械，2014（13）：116-117.