降解地膜过早破裂对玉米地土壤水分温度及产量的影响

董立国，蔡进军，张源润，李生宝

（宁夏农林科学院荒漠化治理研究所，银川750002）



降解地膜过早破裂对玉米地土壤水分温度及产量的影响

董立国，蔡进军，张源润，李生宝

（宁夏农林科学院荒漠化治理研究所，银川750002）

摘 要：生物降解膜是解决农业“白色污染”的重要途径，笔者针对降解膜过早破裂这一过程，开展了土壤温度、水分和作物产量的影响研究。研究结果显示：降解膜过早裂解对土壤温度和土壤水分不同阶段影响程度不同。对土壤温度的影响主要体现在苗期，降解膜地25 cm内土壤温度比PE膜降低14.1%；对土壤水分的影响主要体现在喇叭口期，降解膜地100 cm内土壤水分比PE膜降低13.1%；降解膜种植的玉米在株高、秃尖、穗行数、百粒重和产量等方面明显低于PE膜，减产27.2%。也即降解膜过早裂解显著影响土壤温度、土壤水分和作物产量。

关键词：黄土高原；降解膜；土壤温度；土壤水分；地膜玉米

0　引言

黄土高原旱耕地在中国农业生产中具有重要作用。近年来，地膜覆盖技术在该地区进行了大面积的应用，在增加农民收入、解决粮食安全、提高降水利用效率等方面起到重要作用[1-2]。地膜覆盖能使粮食作物增产20%～35%，经济作物增产20%～60%[3]。地膜覆盖增加了土壤水分[4-5]，地膜覆盖措施已经成为节水增产的关键技术。中国地膜覆盖面积每年超过0.2亿hm2，宁夏每年地膜覆盖面积达到26.7万hm2[6]，占宁夏旱地面积的38.6%，占宁夏耕地面积的24.1%，宁夏地膜玉米（中部干旱带和南部山区）种植面积平均为6.98万hm2（2011、2012、2013年）。地膜作为主推技术在保障粮食安全的情况下，也带来了负面效应[7-9]。地膜覆盖技术造成的“白色污染”是继化肥、农药、除草剂之后的又一重大农业环境问题，遏制地膜残留污染、加速白色污染治理，已成为当前农业生产急需解决的科学问题。

生物降解地膜是解决这一问题的重要措施之一[10-16]，周昌明等[17]研究得出连垄全覆盖降解膜种植方式能有效发挥最佳的蓄积雨水、促进玉米生长和提高产量的效果；何文清等[18]研究得出降解膜的降解特性、增温保墒性能以及对棉花产量的影响存在区域的差异性；赵沛义[19]研究了研究不同覆膜处理对土壤温度、水分和旱地向日葵生长发育的影响；郭仕平等[20]测定生物降解膜在田间降解过程，研究生物降解膜对烤烟产质量的影响；林萌萌等[21]研究了生物降解地膜对花生光合特性和产量的影响。周昌明等[22]研究得出覆盖降解膜有利于改善作物生长的水肥环境,促进作物对氮素的有效吸收，其中连垄全降解膜覆盖种植方式在保护土壤环境、提高耕作层土壤养分以及促进作物对养分的吸收利用效率等方面效果最佳。白有帅[23]研究了旱作区生物降解膜对土壤温度、水分及春小麦产量影响，但是关于降解膜过早裂解对土壤水分、温度和产量的影响的研究较少，明确降解膜过早裂解土壤水分、温度的变化趋势，以及对作物产量的影响程度，对在本区域合理利用降解膜具有重要意义。笔者从降解膜过早裂解这一现象出发，进行了土壤水分和温度及产量等因子的分析，为降解膜的应用提供一定的理论依据。

1　材料与方法

1.1试验设计

研究地点为宁夏彭阳县白阳镇中庄村，具体见文献[24]。本试验采用大区设计，选择地势平坦、肥力均衡的水平梯田0.2 hm2，每个处理0.1 hm2，选择降解膜(1200 mm×0.008 mm)，聚乙烯吹塑农用地面覆盖薄膜(1200 mm×0.008 mm)，玉米种植及田间管理同大田，3月下旬覆膜，4月中旬播种，9月下旬收获。

1.2研究方法

根据玉米生育期及地膜田间表现，在关键时期分别采用烘干称重法在每个处理内、中、外分别测定土壤水分，重复3次，共9次。同时在每个处理内外分别布设2套直角温度计，分别测定5、10、15、20、25 cm处土壤温度。成熟期测定每处理取3个6.6 m2样方，考种及测定玉米产量。

2　结果与分析

2.1过早裂解对土壤温度的影响

宁南山区之所以能够大面积的种植玉米，完全取决于地膜，所以说没有地膜就没有现在大面积的地膜玉米。通过不同生育期土壤温度的变化趋势图可以看出，从5月12日开始，降解膜已经开始破裂，降解膜和PE膜土壤温度间成对t检验得出，差异显著，降解膜比PE膜温度降低3.4%；6月8日，降解膜从膜中间裂开，只有玉米根附近有地膜覆盖，降解膜和PE膜土壤温度间成对t检验得出，差异显著，降解膜比PE膜温度降低14.1%（图1）。之后随着玉米生育进程，地表覆盖度逐渐增大，土壤温度差异变小，降解膜地土壤温度仍然呈现降低趋势，研究得出，降解膜过早裂解影响玉米地土壤温度，只是在不同阶段影响不同而已。

2.2过早裂解对土壤水分的影响

地膜在宁南山区起到增温作用的同时，保水也是其重要作用之一。土壤水分是雨养农业区农业生产的关键因子，通过不同生育期土壤水分观测值作图2，从图可以得出，降解膜裂解后，显著影响到土壤水分，虽然部分时期和不同土壤层次统计检验没有达到显著水平，总体趋势是降解膜裂解影响到土壤水分，尤其在喇叭口期和灌浆期，1 m土层土壤水分成对t检验得出差异显著。喇叭口期对表层影响较大，关键期对20～ 80 cm影响较大。降解膜过早裂解对土壤水分的影响还体现在前期影响大，后期影响小，喇叭口期，降解膜地1 m土壤土壤水分降低13.1%，灌浆期，降解膜地1 m土壤土壤水分降低0.7%。

2.3过早裂解对作物产量的影响

每小区取10株，3次重复分析玉米经济性状指标如表1～2所示，由表1～2可以得出，降解膜在株高、秃尖、穗行数和百粒重等方面明显低于PE膜。产量分析结果表明，降解膜产量明显低于PE膜，减产27.2%。

3　结论与讨论

降解膜过早裂解显著影响地膜玉米土壤温度，尤其对苗期影响较大，随着地表覆盖度的增大，影响逐渐变小；降解膜过早裂解显著影响地膜玉米土壤水分，尤其在大喇叭口期，降解膜地1 m土层土壤水分比PE膜降低13.1%，后期影响较小；降解膜过早裂解显著影响地膜玉米经济性状和产量，降解膜苗期裂解减产27.2%。

降解地膜是为适应社会对于环境保护的需要而产生的一种新型地膜，关于降解膜的研究和应用目前已经处在技术完善和生产应用相结合的阶段。本研究得出降解膜过早裂解显著影响土壤温度、土壤水分和作物产量，对土壤温度和水分在不同阶段影响程度不同，主要与土壤蒸发、作物蒸腾、作物生育进程以及气候变化具有一定的关系，是一个复杂的过程。严昌荣等[25]提出了地膜覆盖安全期的概念，认为它是某一作物在某一区域要求地膜覆盖的最少或者最佳天数，也就是地膜覆盖后能够保持膜面完整的天数，在这个覆盖日数之前覆盖在农田的地膜应该保持基本完整，具有增温、保墒和防除杂草等功效。这一概念将会为降解膜的生产和应用提供理论依据，在以后的研究中应该根据不同的植物生长特点以及地膜对该种植物生长所起的主要作用作为出发点，研究、生产和应用生物降解膜。

图1　降解膜与PE膜不同时期土壤温度变化

图2　降解膜与PE膜不同时期土壤水分变化

参考文献

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表1　降解膜与PE膜玉米经济性状

表2　降解膜与PE膜玉米产量分析

致谢：感谢宁夏大学硕士研究生党薇在数据采集过程中的帮助，感谢Allen David MCHUGH博士对英文摘要的修改。

Premature Fracture of Degradable Mulch on Soil Temperature,Moisture and Corn Yield

Dong Liguo,Cai Jinjun,Zhang Yuanrun,Li Shengbao
(Institute of Desertification Control,Ningxia Academy of Agriculture and Forestry Science,Yinchuan 750002,Ningxia,China)

Abstract:Degradable mulch utilization is an important approach to solve agricultural“white pollution”.The authors studied the effect of premature fracture of degradable mulch on soil temperature,moisture and corn yield.The results showed that premature fracture had different effects on soil temperature and moisture in different stages.The effect on soil temperature mainly reflected in seedling stage,the soil temperature of degradable mulching field decreased by 14.1%comparing with that of PE film mulching field in 25 cm soil layer.The effect on soil moisture mainly reflected in bell stage,soil moisture of degradable mulching decreased by 13.1%comparing with that of PE film in 100 cm soil layer.Crop parameters such as plant height,bald tip, ear rows,hundred kernel weight and yield of degradable mulch treatment were significantly lower under that of PE film treatment,which caused the yield reduction of 27.2%.Therefore,the premature fracture of degradable mulch affected soil temperature,moisture and yield significantly.

Key words:Loess Plateau;Degradable Mulch;Soil Temperature;Soil Moisture;Mulch Corn

中图分类号：S626.2

文献标志码：A论文编号：cjas15110010

基金项目：宁夏农林科学院自主研发项目“宁南山区水土保持耕作措施对土壤关键因子的响应”(NKYJ-13-07)；宁夏农林科学院自主研发项目“宁南山区典型水土保持措施下土壤水分和养分变化特征及机理研究”(NKYJ-15-19)；国家外专局项目“生物降解膜在宁夏保护性农业中的应用”(20156400020)、宁夏环境保护科研项目“宁南山区农业废弃物减控与利用关键技术研究与示范”(20120803)；国家科技支撑计划课题“宁南山区脆弱生态系统恢复及可持续经营技术集成与示范”(2015BAC01B01)；宁夏科技攻关“宁南山区生态产业培育技术集成与示范”(2012ZZS50)。

第一作者简介：董立国，男，1980年出生，宁夏青铜峡人，助理研究员，硕士，主要从事生态修复、农业水资源与环境、生态农业等研究工作。

通信地址：750002宁夏银川市黄河东路590号宁夏农林科学院荒漠化治理研究所，E-mail：dlg0303@163.com。 750002宁夏银川市黄河东路590号宁夏农林科学院荒漠化治理研究所，E-mail：nxnlkxylsb.hi@163.com。

通讯作者：李生宝，男，1958年出生，宁夏石嘴山人，研究员，主要从事荒漠化防治与生态农业研究。

收稿日期：2015-11-12，修回日期：2016-01-13。