第 11 期 郭波等 生物可降解地膜的應用效果及存在問題 977 中國農(nóng)業(yè)氣象 Chinese Journal of Agrometeorology 2023 年 doi 10 3969 j issn 1000 6362 2023 11 001 郭波 楊振興 何文 清 等 生物可 降解地膜的應用效果及存在問題 J 中國農(nóng) 業(yè)氣象 2023 44 11 977 994 生物可降解地膜的應用效果及存在問題 郭 波 1 2 楊振興 2 何文清 1 2 3 劉家磊 1 2 3 1 中國農(nóng)業(yè)科 學院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)膜污染防控重點實驗室 北京 100081 2 山西農(nóng)業(yè) 大學資源環(huán) 境學院 省部共建有機旱作農(nóng)業(yè)國家重點實驗室 籌 太原 030001 3 中 國農(nóng)業(yè)科學院西部農(nóng)業(yè)研究中心 昌吉 831100 摘要 地膜 覆蓋栽培技術(shù)在給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來增產(chǎn) 增收的同時 由于對聚烯烴塑料地膜的長期使用 回收率 不高等問題的存在 使其積存土壤中 造成嚴重的污染問題 在地膜殘留嚴重的區(qū)域 土壤結(jié)構(gòu)受到嚴重破 壞 耕地質(zhì)量下降 農(nóng)業(yè)操作受阻 作物的出苗 營養(yǎng)吸收及根系生長發(fā)育受到限制 生物降解地膜在自然 環(huán)境條件下可被細菌 真菌和放線菌等微生物降解 最終分解成 CO 2 和 H 2 O 不僅對土壤無污染而且對農(nóng)作 物的生長發(fā)育有促進作用 成為解決白色污染問題的有效途徑之一 對生物降解地膜的不斷深入研究 表明 其對土壤環(huán)境及農(nóng)作物產(chǎn)量等均有不同程度的影響 這些影響在不同區(qū)域和作物上存在較大的差異性 無法 簡單通過一項或者幾項試驗直接得出生物可降解地膜較塑料地膜 PE 優(yōu)秀的結(jié)論 本文通過綜述近年來有關(guān) 生物可降 解 地膜對土壤環(huán)境和農(nóng)作物生長發(fā)育及產(chǎn)量影響研究的結(jié)果 比較使用生物可降解地膜 BM 和 塑料地膜 PE 處理后的各種實驗效果 分析其優(yōu)劣性并對生物可降解地膜性能的改進提出建議 以期不斷 完善生物可降解地膜的性能 實現(xiàn)農(nóng)業(yè)科技的可持續(xù)發(fā)展 總結(jié)分析表明 1 生物可降解地膜可以提高土 壤溫度和濕度 滿足作物生長前期所需 加快出苗 縮短生長周期 同時對土壤有機質(zhì) 有效氮和土壤酶活 性等產(chǎn)生有益的影響 提高土壤養(yǎng)分含量 在微生物方面 生物可降解地膜可以促進土壤微生物含量和土壤 呼吸速率的增長 同 時 生 物 降 解 地 膜 具 有 較 PE 地膜優(yōu)秀的減草能力 其中以黑色生物可降解地膜效果最 佳 能夠有效減少田間雜草數(shù)量 保證作物所需營養(yǎng)的供給 2 在農(nóng)作物方面 生物可降解地膜能在 玉 米生育前期和中期促進玉米生長 縮短生育時期 并提高產(chǎn)量 覆蓋生物可降解地膜處理的棉花籽棉產(chǎn) 量 與 PE 地膜處理無顯著差異 覆膜處理較裸地在產(chǎn)量上有顯著提升 生物可降解地膜處理的馬鈴薯在生長 前期因為土壤溫度增加導致發(fā)芽更快 顯著縮短生育周期 提早上市 并且較 PE 地膜和裸地能顯著提高 產(chǎn)量 其中黑色生物可降解地膜效果最明顯 對于谷子作物 覆蓋生物可降解地膜處理下的產(chǎn)量與 PE 地 膜處理無顯著差異 覆膜處理在產(chǎn)量上較裸地處理均有顯著提升 而對于生長周期較短的番茄 茄子和 甜 菜等蔬菜作物 生物可降解地膜能夠長時間發(fā)揮保溫增墑的作用 促進作物快速生長 最終產(chǎn)量與覆蓋 PE 地膜處理無明顯差異甚至有小幅提升 且較裸地處理有顯著提升 3 提出生物可降解地膜現(xiàn)存的不同 成 分對土壤及農(nóng)作物的影響問題 降解可控問題和成本問題 如降解速度難以控制 生物可降解地膜不完 全 降解導致的環(huán)境問題 技術(shù)成熟度不高以及價格較高的問題 同時對今后的研究發(fā)展方向提出建議 對 生 物可降解原料進行改性創(chuàng)新 降低成本 并對生物可降解地膜的降解機理進行調(diào)控 加強生物降解地膜 的 原材料 配方和生產(chǎn)工藝的研究 研發(fā)高性能 多功能化的生物可降解地膜 同時滿足區(qū)域適用性和作 物 適用性的新型生物可降解地膜 為生物降解地膜向更多區(qū)域和更多作物種類的推廣應用奠定理論基礎(chǔ) 關(guān)鍵詞 生 物降解地膜 土壤 農(nóng)作物 增溫保墑 產(chǎn)量 收稿日期 2022 12 23 基金項目 內(nèi)蒙古自治區(qū)科技計劃項目 2021GG0063 新疆維吾爾自治區(qū)重點研發(fā)計劃項目 2022B2033 通訊作者 劉家磊 研究員 研究方向為生物可降解地膜 E mail liujialei 第一作者聯(lián)系方式 郭波 E mail GUOBO9015 中 國 農(nóng) 業(yè) 氣 象 第 44 卷 978 Application Effectiveness and Problems of Biodegradable Mulch GUO Bo 1 2 YANG Zhen xing 2 HE Wen qing 1 2 3 LIU Jia lei 1 2 3 1 Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture Chinese Academy of Agricultural Sciences Key Laboratory of Agricultural Film Pollution Prevention and Control Ministry of Agriculture and Rural Affairs Beijing 100081 China 2 College of Resources and Environment Shanxi Agricultural University State Key Laboratory of Organic Dry Crop Agriculture jointly established by the Ministry and the Province Taiyuan 030001 3 Western Agricultural Research Center Chinese Academy of Agricultural Sciences Changji 831100 Abstract Mulch film mulching cultivation technology not only increases agricultural production and income but also causes serious pollution problems because of the long term use of polyolefin mulch film and low recovery rates In areas with serious mulch film residue the soil structure is seriously damaged the quality of cultivated land is reduced agricultural operations are blocked and crop emergence nutrient absorption and root growth and development are restricted Biodegradable mulch film can be degraded by microorganisms such as bacteria fungi and actinomycetes in the natural environment and finally decomposed into CO 2 and H 2 O which not only has no pollution to soil but also promotes the growth and development of crops and has become one of the effective ways to solve the problem of white pollution With the deepening of the research on biodegradable mulch film people found that biodegradable mulch film has different effects on soil environment and crop yield and these effects are quite different in different regions and crops It is not possible to directly draw the conclusion that biodegradable mulch film is better than PE mulch film through one or several experiments In this paper the effects of biodegradable mulch film on soil environment crop growth and yield in recent years were summarized and the experimental effects of biodegradable mulch film BM and mulch mulch film PE were compared and their advantages and disadvantages were analyzed and suggestions were put forward to improve the performance of biodegradable mulch film so as to continuously improve the performance of biodegradable mulch film and realize the sustainable development of agricultural science and technology Summary and analysis show that 1 Biodegradable mulch film can increase soil temperature and humidity meet the needs of crops in the early stage of growth accelerate the emergence of seedlings shorten the growth cycle and have beneficial effects on soil organic matter available nitrogen and soil enzyme activity and improve soil nutrient content In terms of microorganisms biodegradable mulch film can promote the growth of soil microbial content and soil respiration rate At the same time biodegradable mulch film has better weed control ability than PE mulch film among which black biodegradable mulch film has the best effect which can effectively reduce the number of weeds in the field and ensure the supply of nutrients needed by crops 2 In terms of crops biodegradable mulch film can promote corn growth shorten the growth period and increase the yield in the early and middle stages of corn growth There was no significant difference between the yield of cotton seed cotton covered with biodegradable mulch film and PE mulch film and the yield of cotton seed cotton covered with mulch film is significantly higher than that of bare land The potato treated with biodegradable mulch film germinated faster in the early growth stage because of the increase of soil temperature which significantly shortened the growth cycle and brought it to market earlier and significantly increased the yield compared with PE mulch film and bare land among which the black biodegradable mulch film had the most obvious effect For millet crops there was no significant difference in yield between the treatment with biodegradable mulch film and the treatment with PE mulch film and the yield of the treatment with mulch film was significantly improved compared with the treatment with bare land For vegetable crops such as tomato eggplant and beet with short growth cycle biodegradable mulch film can play the role of heat preservation and moisture increase for a long time and promote the rapid growth of crops The final yield is not significantly different from 第 11 期 郭波等 生物可降解地膜的應用效果及存在問題 979 that of PE mulch film mulching treatment even slightly improved and significantly improved compared with bare land treatment 3 Put forward the influence of different components of biodegradable mulch film on soil and crops controllable degradation and cost problems such as the difficult control of degradation speed environmental problems caused by incomplete degradation of biodegradable mulch film low technical maturity and high price and put forward suggestions for future research and development so as to modify and innovate biodegradable raw materials reduce costs and regulate the degradation mechanism of biodegradable mulch film Strengthen the research on raw materials formula and production technology of biodegradable mulch film and develop new biodegradable mulch film with high performance and multifunction which can meet the regional applicability and crop applicability at the same time and lay a theoretical foundation for the popularization and application of biodegradable mulch film to more regions and more crop varieties Key words Biodegradable mulch film Soil Crops Increasing temperature and preserving moisture Yield 農(nóng)用地膜廣泛應用于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中 可有效 提高土壤溫度 保持土壤水分和肥力 防止病害侵 襲作物 促進植物生長 從而提高農(nóng)作物產(chǎn)量 自 1978 年中國 引進地膜覆蓋栽培技術(shù)以來 地膜作為 農(nóng)業(yè)上繼化肥和種子之后的第三次革命 改變了農(nóng) 業(yè)生產(chǎn)方式 實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的飛躍 為農(nóng)業(yè)的 增產(chǎn)豐收提供了保障 目前中國地膜年產(chǎn)量約為 150 萬 t 覆蓋面 積可達 0 2 億 hm 2 覆蓋作物包括糧食 瓜果 蔬菜 花草等 40 余種 然而 中國目前使用 的地膜多以聚烯烴為原材料 難以降解 農(nóng)膜使用 過程中聚烯烴分子量的明顯下降 農(nóng)膜與土壤 秸 稈之間的纏繞導致其在作物成熟后回收困難 殘膜 所造成的微塑料在土壤中的逐年積累給我國農(nóng)業(yè)生 產(chǎn)帶來了嚴重的白色污染問題 在部分地區(qū)已經(jīng)對 耕地質(zhì)量產(chǎn)生了影響 土壤結(jié)構(gòu)破壞 肥力流失 透氣性受阻 作物出苗率降低 營養(yǎng)吸收及根系生 長發(fā)育受限等 研究表明 番茄在含氧量達到 5 10 時吸收 鉀的速度最快 由于塑料地膜 PE 氣密性強 覆 蓋在土壤表面 尤其在降水后 會影響土壤透氣性 導致根部呼吸受阻 缺氧現(xiàn)象加劇 二氧化碳排放 受限 形成土壤氧氣缺乏 二氧化碳過多的環(huán)境 抑制根系呼吸 導致黃葉 衰老甚至死亡 例如 玉米在生長中期 PE 地膜與莖稈直接接觸 膜上蒸汽 順著莖稈下流 形成高溫高濕環(huán)境 引發(fā)作物莖基 部病害發(fā)生 出現(xiàn)死棵爛苗現(xiàn)象 這些現(xiàn)象都是因 為 PE 地膜厚度普遍偏厚 造成透氣性差所導致 因 此國家在 2020 年規(guī)定使用 0 01mm 超薄 聚乙烯地膜 雖然在生長中后期雜草會更容易頂破地膜使得透氣 性得以改善 但仍存在作物爛根現(xiàn)象 因此 作為具有相同保溫保墑效果以及相同機 械性能 又可以完全降解 不會對土壤造成污染的 生物可降解地膜 BM 引起了廣泛關(guān)注 生物可降 解地膜可以有效解決白色污染問題 而中國作為塑 料農(nóng)膜產(chǎn)量和使用量都居世界第一的農(nóng)業(yè)大國 對 生物可降解地膜的研究更是引起重視 生物可降解地膜在自然環(huán)境條件下可被細菌 真菌和放線菌等微生物降解 最終分解成 CO 2 和 H 2 O 不僅對土壤無污染并且對農(nóng)作物的生長發(fā)育起 到促進作用 近年來對生物可降解地膜的研究不斷 深入 研究發(fā)現(xiàn)生物可降解地膜對土壤環(huán)境及農(nóng)作 物產(chǎn)量等均有不同程度的影響 由于生物可降解地 膜造成的影響具有差異性 無法通過一項或者幾項 試驗驗證其性能和影響較 PE 地膜優(yōu)秀 因此 本 文 旨通過綜述近年來生物可降解地膜對土壤環(huán)境和農(nóng) 作物生長發(fā)育過程快慢及產(chǎn)量影響的研究 總結(jié)生 物可降解地膜較 PE 地膜處理的優(yōu)劣性 并對生物可 降解地膜性能的改進方向提出建議 以期不斷完善 生物可降解地膜的性能 實現(xiàn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技的可持 續(xù)發(fā)展 1 生物可降解地膜發(fā)展現(xiàn)狀 1 1 常用生物可降解地膜類型 通過對 生物可降解地膜 原料 土壤 和 農(nóng)作物 等 關(guān)鍵詞進行檢索 從知 網(wǎng) CNKI 文 庫 中檢索到 106 篇關(guān)于生物可降解地膜對土壤環(huán)境及 農(nóng)作物影響的文獻 由此總結(jié)歸納目前生物可降解地 膜的組成成分 種類 功能以及大田普遍使用情況 生物可降解地膜 BM 主要由生物可降解高分 子材料構(gòu)成 這些材料能夠在大田環(huán)境條件下 60 180d 內(nèi)完全 降解 生成無毒無害的水 二氧化碳及 中 國 農(nóng) 業(yè) 氣 象 第 44 卷 980 其它小分子物質(zhì) 不會對土壤造成污染 降解后的 產(chǎn)物可作為農(nóng)作物的有機碳源 有利于作物生長 屬于低碳 環(huán)保材料 目前 用于生物可降解地膜 的高分子材料種類繁多 包括羥基脂肪酸酯聚合物 PHA 聚乳酸 PLA 聚 己內(nèi)酯 PCL 聚丁二酸丁 二醇酯 PBS 聚己二酸 對苯二甲酸丁二酯 PBAT 和聚碳酸亞 丙酯 PPC 等 其單體類 型和斷裂伸 長率 見表 1 表 1 常用全生物降解樹脂類型及其特征 Table 1 The types and characteristics of commonly used biodegradable resins 材料類型 Material type 單體類型 Monomer type 斷裂伸長率 Elongation at break PHA 羥基脂肪酸 Hydroxyfatty acid 5 1000 PLA 羥基丙酸 2 hydroxypropionic acid 4 10 PCL 聚己內(nèi)酯 Polycaprolactone 700 PBS 丁二酸 丁二醇 Succinic acid Butanediol 600 PPC 環(huán)氧丙烷 二氧化碳 Propylene oxide Carbon dioxide 500 PBAT 己二酸 丁二醇 對苯二甲酸 Adipic acid Butanediol Terephthalic acid 700 1 2 生物可降解地膜常用降解樹脂及其性能 近年來 基于 PBAT 樹脂的生物可降解地膜不斷 涌現(xiàn) 已成為研究熱點 PBAT 樹脂其加工性能 熱 力學性能和機械性能與聚乙烯樹脂最為接近 但由 于 PBAT 地 膜在阻隔性和功能期方面存在缺陷 為提 升生物可降解地膜的阻隔性和功能期 形成了以 PBAT 樹脂為主體 以 PPC PCL PBS 等樹脂為客 體 通過共混添加形成的混合型生物可降解地膜專 用料 1 PBAT 樹 脂與生物基降解材料及植物源功能 助劑的共混體系 PBAT 的化學結(jié)構(gòu)如圖 1 所示 它 是一種半結(jié)晶型聚合物材料 通常結(jié)晶溫度在 110 左右 結(jié)晶度在 30 左 右 而熔點低于 130 密度 在 1 18 1 3g mL 1 PBAT 是脂肪族和芳香族的共聚 物 綜合了脂肪族聚酯的優(yōu)異降解性能和芳香族聚 酯的良好力學性能 但由于苯環(huán)和酯鍵的存在 使 得 PBAT 分 子間距離較大 結(jié)晶度較低 從而導致所 制備生物可降解地膜在水蒸氣阻隔性和功能期方面 的性能下降 其水蒸氣透過率高于 1000g m 2 d 1 誘 導期在 45d 左右 起不到良好保溫 保墑和除雜草 的功效 且與多數(shù)作物的覆膜期要求不匹配 纖維素由于其價格低廉又具有良好的環(huán)境友好 性能 其在生物可降解地膜中的添加一直以來受到 行業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注 趙進文等報道了一種對棉花纖 維進行改性 并將其與沸石粉 水溶性高分子材料 進行復配組合而得到的一種新型 PBAT 降解地膜 該 類生物可降解地膜在力學性能和保溫 保墑功能上 得到有效提升 1 圖1 PBAT 樹 脂的化學結(jié)構(gòu) Fig 1 Chemical structure of PBAT resin 2 PLA 樹脂 PBAT 的化學結(jié)構(gòu)如圖 2 所示 它是一種結(jié) 晶型聚合物 材料 結(jié)晶 度在 30 左右 而熔點在 170 180 密度在 1 25 1 28g mL 1 其 拉伸強度在 40 60MPa 斷裂伸長率 4 10 聚 乳酸樹脂具有良好的生物相容性和可加工性等特 點 因而受到醫(yī)療和環(huán)保領(lǐng)域廣泛的關(guān)注 但是 聚乳酸樹脂的韌性差 使得以聚乳酸為原料的地膜 抗沖擊強度和抗拉伸強度差 使其應用范圍受到了 很大的限制 針對其韌性差的缺陷 主要將 PLA 樹 脂摻入 PBAT 樹脂中 用于提升 PBAT 降解地膜的機 械性能和功能期 圖2 PLA 樹 脂的化學結(jié)構(gòu) Fig 2 Chemical structure of PLA resin 3 PHA 樹脂 聚羥基脂肪酸酯 PHA 樹脂 是一種天然高分子生物材料 由微生物發(fā)酵合成 圖 3 該樹 脂具有優(yōu)異的生物相容性 生物可降解 性 熱塑加工性以及氣體阻隔性等特點 然而 在 生物可降解地膜產(chǎn)品的實際制備過程中 PHA 樹脂 面臨著諸多挑戰(zhàn) 例如加工窗口狹窄 加工成型困 難 結(jié)晶速度緩慢 韌性差和成本高等問題 限制 了其作為主流產(chǎn)品大面積推廣 第 11 期 郭波等 生物可降解地膜的應用效果及存在問題 981 針對 PHA 樹脂在農(nóng)膜加工過程中所存在的缺 陷 王洪軍等通過將 PHA 樹脂與其它全生物降解樹 脂的共混改性 提高其熱穩(wěn)定性以及可加工性 制 備出了斷裂延伸率大于 500 的生物 可降解 PHA 改 性生物可降解地膜 有效改善 PHA 樹脂所存在的固 有缺陷 2 圖3 PHA 樹 脂的化學結(jié)構(gòu) Fig 3 Chemical structure of PHA resin 4 PBAT 樹脂添加 PPC 樹脂 聚 碳酸亞丙酯 Polypropylenecarbonate 縮 寫 PPC 化學結(jié)構(gòu)如圖 4 所示 是通過環(huán)氧丙烷和二氧化碳共聚得到的一種 新型綠色環(huán) 保全生物降解材料 PPC 樹脂具有良好 的阻隔性能 通常使其作為客體阻隔劑加入到 PBAT 或 PLA 主體材料中 用于降低以 PLA 或 PBAT 為主 體材料的生物可降解地膜的水蒸氣透過率 相應的 添加方法包括多層共擠法和共混改性法等 圖4 PPC 樹 脂的化學結(jié)構(gòu) Fig 4 Chemical structure of PPC resin 5 PBAT 樹 脂添加 PBS 樹脂 圖 5 聚丁二 酸丁二醇酯 PBS 是一種白色半結(jié)晶高分子化合物 易溶于氯仿 略溶于四氫呋喃 幾乎不溶于水 甲 醇和乙醇 PBS 具有優(yōu)異的力學性能 熱力學性能 和熱穩(wěn)定性 并且表現(xiàn)出良好的生物可降解性能 因此已成為國內(nèi)外生物降解塑料研發(fā)的重點領(lǐng)域 然而 PBS 結(jié)構(gòu)中含有苯二甲酸單體 這導致 PBS 與 PBAT 之 間存在一定的相容性問題 這種相容性問 題使得降解地膜產(chǎn)品在耐候性方面的性能顯著下 降 無法滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基本需求 陳雷等通過加 入適量的相容劑 解決了 PBS 樹脂與 PBAT 樹脂 之 間的相容性問題 所制備降解地膜產(chǎn)品的力學強度 得到了大幅提升 使生物可降解地膜具有了優(yōu)良的 保墑 抑草性能 滿足農(nóng)作物的生長周期 3 圖5 PBS 樹 脂的化學結(jié)構(gòu) Fig 5 Chemical structure of PBS resin 6 PBAT 樹脂 PPC 樹脂 PLA 的多元共混材 料 PLA 具有較強的剛性結(jié)構(gòu) PBAT 具有良好的韌 性和成膜性 PPC 具有較強的阻隔性 三者的 售 價 又屬于生物降解樹脂中較低的三個品類 引入適量 的相溶劑將 PLA PBAT 和 PPC 三種樹脂進行有效 共混 從理論上可以有效提高生物可降解地膜的包 含機械性能 熱穩(wěn)定性 功能期和阻隔性在內(nèi)的綜 合性能 張會良等通過對增塑劑的篩選 完成了含 有 PLA PBAT 和 PPC 三元樹脂共混的新型生物可 降解地膜專用樹脂材料 三元共混使得基于該類材 料所制備的生物可降解地膜產(chǎn)品在拉伸斷裂伸長 率 直角撕裂強度 耐紫外光老化性能和阻隔性方 面得到大幅提升 4 PBAT 基于其與聚乙烯 PE 類似的斷裂伸長率 和熱力學性能 目前已成為吹制生物可降解地膜的 主體材料 目前研究的生物可降解地膜大多以 PBAT 為主要材料添加其他可降解樹脂或者助劑進行熔融 共混所制得 本文所述相關(guān)研究均針對以 PBAT 為主 要原料的生物可降解地膜 2 生物可降解地膜對土壤環(huán)境的影響 2 1 對土壤溫度和濕度的影響 2 1 1 溫度 農(nóng)作物的正常生長需要適宜的土壤溫度 土壤 溫度的變化會直接影響農(nóng)作物的代謝過程和有機物 合成 運輸?shù)壬磉^程 甚至影響水肥的吸收和輸 導 為了實現(xiàn)農(nóng)作物的高效生長 需要通過控制土 壤溫度來優(yōu)化其生長周期 研究表明 采用生物可 降解地膜進行覆蓋可以增加土壤溫度并保持土壤濕 度 從而防止土壤中的熱量流失 促進農(nóng)作物早期 生長 在提前出苗 縮短生長周期 促進生長等方 面發(fā)揮重要作用 近年來研究發(fā)現(xiàn) 覆蓋生物可降解地膜的土壤 溫度顯著高于裸地 此現(xiàn)象不僅在平原 高原和山 地得到證實 李文昊等研究了干旱綠洲區(qū)可降解地 膜覆蓋對土壤水分和溫度的影響 結(jié)果也表明覆蓋 生物可降解地膜的土壤溫度均比裸地升高 10 07 左 中 國 農(nóng) 業(yè) 氣 象 第 44 卷 982 右 表現(xiàn)出覆膜的保溫性能 5 此結(jié)果對于干旱地區(qū) 的農(nóng)作物覆膜培育具有重要意義 土壤溫度增高會 對農(nóng)作物初期和中期的生長具有顯著的促進作用 理想狀態(tài)下覆膜能持續(xù)穩(wěn)定提高農(nóng)作物生育期的土 壤溫度以達到促進生長的作用 王雯等研究結(jié)果表 明 在玉米的各個生育期內(nèi) 生物可降解地膜覆蓋 的土壤溫度呈先升高再降低后趨于穩(wěn)定的趨勢 趨 于穩(wěn)定時的溫度與普通 PE 地膜覆蓋無顯著差異 且 兩種地膜覆蓋溫度均比裸地處理高 6 這與張俊華等 所研究的不同可降解地膜對土壤溫度的影響結(jié)果相 似 在覆膜中期和后期土壤溫度下降但均高于裸地 處理 7 同時 高華鋒等研究結(jié)果表明 在生物可降 解地膜中總體以白色全降解地膜保溫效果較其他處 理好 白色全降解地膜顯著高于黑色全降解地膜處 理的土壤溫度 8 此現(xiàn)象不僅在種植玉米的土地中顯 示出效果 武巖等的研究也證實了覆膜可顯著提高 馬鈴薯發(fā)芽 出苗期的平均土壤溫度 對馬鈴薯覆 膜種植推廣具有重要的意義 9 通常生物可降解地膜的降解周期低于普通 PE 地 膜 魏靜等結(jié)果表明 在內(nèi)蒙古地區(qū)生物可降解地 膜的保溫效果在第一個月時與普通 PE 地膜無顯著差 異 但第二個月正值農(nóng)作物生長中后期 會出現(xiàn)地 膜破裂的情況 使生物可降解地膜的保溫效果下降 熱量散失 最終導致平均溫度低于普通 PE 地膜 10 這種情況關(guān)系著生物可降解地膜能否持續(xù)高效地提 高土壤溫度 降解周期短會導致土壤溫度在生育中 后期降低 無法提高農(nóng)作物生長的供給量 導致產(chǎn) 量下降等問題 而王斌的研究表明 在生物可降解 地膜處理的甜菜地土壤溫度變化趨勢雖然與上述一 樣 但結(jié)果表明整體上降解膜處理的土壤平均溫度 略高于 PE 地膜 這種現(xiàn)象是因為甜菜生長周期短 生物可降解地膜未完全降解 在保溫方面仍具有顯 著的效果 11 對于生育期短的農(nóng)作物 覆蓋生物可 降解地膜能夠在生育期全程起到保溫作用 且與普 通 PE 地膜處理下的土壤溫度無顯著差異 因此 對 于生育期短的農(nóng)作物可以用其替代普通 PE 地膜 對 于大多數(shù)生育期長的農(nóng)作物 使用生物可降解地膜 前 需要了解生物可降解地膜在生育期中后期降解 導致的土壤溫度下降是否會影響農(nóng)作物產(chǎn)量 近年 來針對此問題的試驗研究報道較多 李秀萍等研究 了地膜覆蓋對大興安嶺南麓丘陵旱作區(qū)土壤溫度 水分和玉米產(chǎn)量的影響 結(jié)果表明在三葉期和苗期 生 物 可降解地膜與普通 PE 地膜處理土壤溫度變化 差異較小 在中后期雖然由于降解地膜逐漸破損 對土壤的保溫效果逐漸降低 但總體上生物可降解 地膜處理導致的土壤溫度變化對玉米生長的影響 較小 12 雖然生物可降解地膜在生育中后期降解破裂 導致土壤溫度下降 但是在前期生物可降解地膜對 土壤的保溫作用優(yōu)異 使得農(nóng)作物得到充分的熱量 并未對后續(xù)的生長發(fā)育造成影響 但延長生物可降 解地膜的降解周期對于土壤溫度的高效保溫具有重 大的研究意義 因此未來研究可針對延長生物可降 解地膜的使用周期方向 2 1 2 濕度 土壤濕度是影響農(nóng)作物水分供應及根系生長的 重要因素 其合適程度直接影響作物根系吸水和葉 片蒸騰的平衡狀態(tài) 若土壤濕度過低 會形成干旱 土壤 影響光合作用正常進行 從而降低作物產(chǎn)量 和品質(zhì) 嚴重缺水則導致作物凋萎和死亡 常見的 地膜材料主要由高分子化合物構(gòu)成 難以在自然條 件下降解 殘留量增加會導致土壤容重上升 孔隙 度下降 地膜殘片還會阻擋水分和空氣的正常運行 導致土壤含水量下降 降低耕地的抗旱能力 此外 土壤的通氣性能和透水性能也會減弱 養(yǎng)分分布不 平衡 微生物活動能力降低 正常土壤結(jié)構(gòu)遭到破 壞 這些都不利于土壤養(yǎng)分的礦化釋放和肥力的提 高 最終導致土壤肥力水平下降 生物可降解地膜可以在作物生育期后降解 減 少對土壤的污染 并且具有高效的保墑作用 馮亞 陽研究表明 未覆膜的土壤因為陽光直射導致地表 蒸發(fā)量大 含水率降低 而生物可降解地膜可有效 抑制膜下土壤水分的蒸發(fā) 起到了較好的保水作用 在不同土層深度的含水量均高于裸地處理 在 0 20cm 土層 增濕效果更明顯 13 劉長源等研究表明 在農(nóng)作物整個生育期內(nèi) 生物可降解地膜處理的土壤體積含水率隨土層深 度 增 加而增大的變化 且都高于裸地處理的含水量 圖 6 14 但降解地膜的保水效果與地膜是否破裂密切相 關(guān) 地膜膜面完整性越好 保水效果就越好 15 孟 玉等研究表明 苗期 抽雄期生物可降解地膜與 PE 膜覆蓋的土壤含水率差異不顯著 但在灌漿期以后 由于生物可 降 解 地 膜 開 始 降 解 水 分 蒸 發(fā) 增 多 生 物 第 11 期 郭波等 生物可降解地膜的應用效果及存在問題 983 圖 6 春玉米拔節(jié)期不同類型地膜覆蓋下各土層土壤含水率 2019 年 6 月 5 日 山東 14 Fig 6 Soil moisture of each layer covered with different types of mulch film at jointing stage of spring maize June 5 2019 Shandong 14 注 BM 為生物 可降解地膜處理 PE 為傳統(tǒng) 的塑料地膜處理 CK 為裸地處理 下同 Note BM is treated with biodegradable mulch film PE is treated with traditional mulch film CK is treated with bare land The same as below 可降解地膜覆蓋的土壤含水率不同程度降低 且低 于普通 PE 地膜 16 成熟 期玉米生長即將結(jié)束 對土 壤水分的需求減少 降解地膜與普通 PE 地膜處理土 壤含水量又基本相近 這與鄧路的結(jié)果相似 研究 表明生物可降解地膜在拔節(jié)期和抽穗期 土壤含水 量高于裸地處理 但與普通 PE 地膜并無明顯差異 但是在成熟期時 生物可降解地膜降解程度達到 4 級 使得土壤保水性大幅度下降 17 此時生物可降 解地膜處理與裸地土壤含水量并無明顯差異 都顯 著低于普通 PE 地膜 并且隨著深度增加 膜下 5 15 和 25cm 土壤平均含水率均為生物可降解膜處理 小于 PE 地膜 其中 15cm 處降解膜處理土壤平均含 水率顯著小于 PE 地膜 圖 7 生物可降解地膜土壤保墑效果整體上低于常規(guī) PE 地膜 圖 8 11 目前使