生物可降解地膜的应用效果及存在问题.pdf

第 11 期 郭波等 生物可降解地膜的应用效果及存在问题 977 中国农业气象 Chinese Journal of Agrometeorology 2023 年 doi 10 3969 j issn 1000 6362 2023 11 001 郭波 杨振兴 何文 清 等 生物可 降解地膜的应用效果及存在问题 J 中国农 业气象 2023 44 11 977 994 生物可降解地膜的应用效果及存在问题 郭 波 1 2 杨振兴 2 何文清 1 2 3 刘家磊 1 2 3 1 中国农业科 学院农业环境与可持续发展研究所 农业农村部农膜污染防控重点实验室 北京 100081 2 山西农业 大学资源环 境学院 省部共建有机旱作农业国家重点实验室 筹 太原 030001 3 中 国农业科学院西部农业研究中心 昌吉 831100 摘要 地膜 覆盖栽培技术在给农业生产带来增产 增收的同时 由于对聚烯烃塑料地膜的长期使用 回收率 不高等问题的存在 使其积存土壤中 造成严重的污染问题 在地膜残留严重的区域 土壤结构受到严重破 坏 耕地质量下降 农业操作受阻 作物的出苗 营养吸收及根系生长发育受到限制 生物降解地膜在自然 环境条件下可被细菌 真菌和放线菌等微生物降解 最终分解成 CO 2 和 H 2 O 不仅对土壤无污染而且对农作 物的生长发育有促进作用 成为解决白色污染问题的有效途径之一 对生物降解地膜的不断深入研究 表明 其对土壤环境及农作物产量等均有不同程度的影响 这些影响在不同区域和作物上存在较大的差异性 无法 简单通过一项或者几项试验直接得出生物可降解地膜较塑料地膜 PE 优秀的结论 本文通过综述近年来有关 生物可降 解 地膜对土壤环境和农作物生长发育及产量影响研究的结果 比较使用生物可降解地膜 BM 和 塑料地膜 PE 处理后的各种实验效果 分析其优劣性并对生物可降解地膜性能的改进提出建议 以期不断 完善生物可降解地膜的性能 实现农业科技的可持续发展 总结分析表明 1 生物可降解地膜可以提高土 壤温度和湿度 满足作物生长前期所需 加快出苗 缩短生长周期 同时对土壤有机质 有效氮和土壤酶活 性等产生有益的影响 提高土壤养分含量 在微生物方面 生物可降解地膜可以促进土壤微生物含量和土壤 呼吸速率的增长 同 时 生 物 降 解 地 膜 具 有 较 PE 地膜优秀的减草能力 其中以黑色生物可降解地膜效果最 佳 能够有效减少田间杂草数量 保证作物所需营养的供给 2 在农作物方面 生物可降解地膜能在 玉 米生育前期和中期促进玉米生长 缩短生育时期 并提高产量 覆盖生物可降解地膜处理的棉花籽棉产 量 与 PE 地膜处理无显著差异 覆膜处理较裸地在产量上有显著提升 生物可降解地膜处理的马铃薯在生长 前期因为土壤温度增加导致发芽更快 显著缩短生育周期 提早上市 并且较 PE 地膜和裸地能显著提高 产量 其中黑色生物可降解地膜效果最明显 对于谷子作物 覆盖生物可降解地膜处理下的产量与 PE 地 膜处理无显著差异 覆膜处理在产量上较裸地处理均有显著提升 而对于生长周期较短的番茄 茄子和 甜 菜等蔬菜作物 生物可降解地膜能够长时间发挥保温增墒的作用 促进作物快速生长 最终产量与覆盖 PE 地膜处理无明显差异甚至有小幅提升 且较裸地处理有显著提升 3 提出生物可降解地膜现存的不同 成 分对土壤及农作物的影响问题 降解可控问题和成本问题 如降解速度难以控制 生物可降解地膜不完 全 降解导致的环境问题 技术成熟度不高以及价格较高的问题 同时对今后的研究发展方向提出建议 对 生 物可降解原料进行改性创新 降低成本 并对生物可降解地膜的降解机理进行调控 加强生物降解地膜 的 原材料 配方和生产工艺的研究 研发高性能 多功能化的生物可降解地膜 同时满足区域适用性和作 物 适用性的新型生物可降解地膜 为生物降解地膜向更多区域和更多作物种类的推广应用奠定理论基础 关键词 生 物降解地膜 土壤 农作物 增温保墒 产量 收稿日期 2022 12 23 基金项目 内蒙古自治区科技计划项目 2021GG0063 新疆维吾尔自治区重点研发计划项目 2022B2033 通讯作者 刘家磊 研究员 研究方向为生物可降解地膜 E mail liujialei 第一作者联系方式 郭波 E mail GUOBO9015 中 国 农 业 气 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 生物可降解地膜的应用效果及存在问题 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 农用地膜广泛应用于现代农业生产中 可有效 提高土壤温度 保持土壤水分和肥力 防止病害侵 袭作物 促进植物生长 从而提高农作物产量 自 1978 年中国 引进地膜覆盖栽培技术以来 地膜作为 农业上继化肥和种子之后的第三次革命 改变了农 业生产方式 实现了农业生产力的飞跃 为农业的 增产丰收提供了保障 目前中国地膜年产量约为 150 万 t 覆盖面 积可达 0 2 亿 hm 2 覆盖作物包括粮食 瓜果 蔬菜 花草等 40 余种 然而 中国目前使用 的地膜多以聚烯烃为原材料 难以降解 农膜使用 过程中聚烯烃分子量的明显下降 农膜与土壤 秸 秆之间的缠绕导致其在作物成熟后回收困难 残膜 所造成的微塑料在土壤中的逐年积累给我国农业生 产带来了严重的白色污染问题 在部分地区已经对 耕地质量产生了影响 土壤结构破坏 肥力流失 透气性受阻 作物出苗率降低 营养吸收及根系生 长发育受限等 研究表明 番茄在含氧量达到 5 10 时吸收 钾的速度最快 由于塑料地膜 PE 气密性强 覆 盖在土壤表面 尤其在降水后 会影响土壤透气性 导致根部呼吸受阻 缺氧现象加剧 二氧化碳排放 受限 形成土壤氧气缺乏 二氧化碳过多的环境 抑制根系呼吸 导致黄叶 衰老甚至死亡 例如 玉米在生长中期 PE 地膜与茎秆直接接触 膜上蒸汽 顺着茎秆下流 形成高温高湿环境 引发作物茎基 部病害发生 出现死棵烂苗现象 这些现象都是因 为 PE 地膜厚度普遍偏厚 造成透气性差所导致 因 此国家在 2020 年规定使用 0 01mm 超薄 聚乙烯地膜 虽然在生长中后期杂草会更容易顶破地膜使得透气 性得以改善 但仍存在作物烂根现象 因此 作为具有相同保温保墒效果以及相同机 械性能 又可以完全降解 不会对土壤造成污染的 生物可降解地膜 BM 引起了广泛关注 生物可降 解地膜可以有效解决白色污染问题 而中国作为塑 料农膜产量和使用量都居世界第一的农业大国 对 生物可降解地膜的研究更是引起重视 生物可降解地膜在自然环境条件下可被细菌 真菌和放线菌等微生物降解 最终分解成 CO 2 和 H 2 O 不仅对土壤无污染并且对农作物的生长发育起 到促进作用 近年来对生物可降解地膜的研究不断 深入 研究发现生物可降解地膜对土壤环境及农作 物产量等均有不同程度的影响 由于生物可降解地 膜造成的影响具有差异性 无法通过一项或者几项 试验验证其性能和影响较 PE 地膜优秀 因此 本 文 旨通过综述近年来生物可降解地膜对土壤环境和农 作物生长发育过程快慢及产量影响的研究 总结生 物可降解地膜较 PE 地膜处理的优劣性 并对生物可 降解地膜性能的改进方向提出建议 以期不断完善 生物可降解地膜的性能 实现现代农业科技的可持 续发展 1 生物可降解地膜发展现状 1 1 常用生物可降解地膜类型 通过对 生物可降解地膜 原料 土壤 和 农作物 等 关键词进行检索 从知 网 CNKI 文 库 中检索到 106 篇关于生物可降解地膜对土壤环境及 农作物影响的文献 由此总结归纳目前生物可降解地 膜的组成成分 种类 功能以及大田普遍使用情况 生物可降解地膜 BM 主要由生物可降解高分 子材料构成 这些材料能够在大田环境条件下 60 180d 内完全 降解 生成无毒无害的水 二氧化碳及 中 国 农 业 气 象 第 44 卷 980 其它小分子物质 不会对土壤造成污染 降解后的 产物可作为农作物的有机碳源 有利于作物生长 属于低碳 环保材料 目前 用于生物可降解地膜 的高分子材料种类繁多 包括羟基脂肪酸酯聚合物 PHA 聚乳酸 PLA 聚 己内酯 PCL 聚丁二酸丁 二醇酯 PBS 聚己二酸 对苯二甲酸丁二酯 PBAT 和聚碳酸亚 丙酯 PPC 等 其单体类 型和断裂伸 长率 见表 1 表 1 常用全生物降解树脂类型及其特征 Table 1 The types and characteristics of commonly used biodegradable resins 材料类型 Material type 单体类型 Monomer type 断裂伸长率 Elongation at break PHA 羟基脂肪酸 Hydroxyfatty acid 5 1000 PLA 羟基丙酸 2 hydroxypropionic acid 4 10 PCL 聚己内酯 Polycaprolactone 700 PBS 丁二酸 丁二醇 Succinic acid Butanediol 600 PPC 环氧丙烷 二氧化碳 Propylene oxide Carbon dioxide 500 PBAT 己二酸 丁二醇 对苯二甲酸 Adipic acid Butanediol Terephthalic acid 700 1 2 生物可降解地膜常用降解树脂及其性能 近年来 基于 PBAT 树脂的生物可降解地膜不断 涌现 已成为研究热点 PBAT 树脂其加工性能 热 力学性能和机械性能与聚乙烯树脂最为接近 但由 于 PBAT 地 膜在阻隔性和功能期方面存在缺陷 为提 升生物可降解地膜的阻隔性和功能期 形成了以 PBAT 树脂为主体 以 PPC PCL PBS 等树脂为客 体 通过共混添加形成的混合型生物可降解地膜专 用料 1 PBAT 树 脂与生物基降解材料及植物源功能 助剂的共混体系 PBAT 的化学结构如图 1 所示 它 是一种半结晶型聚合物材料 通常结晶温度在 110 左右 结晶度在 30 左 右 而熔点低于 130 密度 在 1 18 1 3g mL 1 PBAT 是脂肪族和芳香族的共聚 物 综合了脂肪族聚酯的优异降解性能和芳香族聚 酯的良好力学性能 但由于苯环和酯键的存在 使 得 PBAT 分 子间距离较大 结晶度较低 从而导致所 制备生物可降解地膜在水蒸气阻隔性和功能期方面 的性能下降 其水蒸气透过率高于 1000g m 2 d 1 诱 导期在 45d 左右 起不到良好保温 保墒和除杂草 的功效 且与多数作物的覆膜期要求不匹配 纤维素由于其价格低廉又具有良好的环境友好 性能 其在生物可降解地膜中的添加一直以来受到 行业内的广泛关注 赵进文等报道了一种对棉花纤 维进行改性 并将其与沸石粉 水溶性高分子材料 进行复配组合而得到的一种新型 PBAT 降解地膜 该 类生物可降解地膜在力学性能和保温 保墒功能上 得到有效提升 1 图1 PBAT 树 脂的化学结构 Fig 1 Chemical structure of PBAT resin 2 PLA 树脂 PBAT 的化学结构如图 2 所示 它是一种结 晶型聚合物 材料 结晶 度在 30 左右 而熔点在 170 180 密度在 1 25 1 28g mL 1 其 拉伸强度在 40 60MPa 断裂伸长率 4 10 聚 乳酸树脂具有良好的生物相容性和可加工性等特 点 因而受到医疗和环保领域广泛的关注 但是 聚乳酸树脂的韧性差 使得以聚乳酸为原料的地膜 抗冲击强度和抗拉伸强度差 使其应用范围受到了 很大的限制 针对其韧性差的缺陷 主要将 PLA 树 脂掺入 PBAT 树脂中 用于提升 PBAT 降解地膜的机 械性能和功能期 图2 PLA 树 脂的化学结构 Fig 2 Chemical structure of PLA resin 3 PHA 树脂 聚羟基脂肪酸酯 PHA 树脂 是一种天然高分子生物材料 由微生物发酵合成 图 3 该树 脂具有优异的生物相容性 生物可降解 性 热塑加工性以及气体阻隔性等特点 然而 在 生物可降解地膜产品的实际制备过程中 PHA 树脂 面临着诸多挑战 例如加工窗口狭窄 加工成型困 难 结晶速度缓慢 韧性差和成本高等问题 限制 了其作为主流产品大面积推广 第 11 期 郭波等 生物可降解地膜的应用效果及存在问题 981 针对 PHA 树脂在农膜加工过程中所存在的缺 陷 王洪军等通过将 PHA 树脂与其它全生物降解树 脂的共混改性 提高其热稳定性以及可加工性 制 备出了断裂延伸率大于 500 的生物 可降解 PHA 改 性生物可降解地膜 有效改善 PHA 树脂所存在的固 有缺陷 2 图3 PHA 树 脂的化学结构 Fig 3 Chemical structure of PHA resin 4 PBAT 树脂添加 PPC 树脂 聚 碳酸亚丙酯 Polypropylenecarbonate 缩 写 PPC 化学结构如图 4 所示 是通过环氧丙烷和二氧化碳共聚得到的一种 新型绿色环 保全生物降解材料 PPC 树脂具有良好 的阻隔性能 通常使其作为客体阻隔剂加入到 PBAT 或 PLA 主体材料中 用于降低以 PLA 或 PBAT 为主 体材料的生物可降解地膜的水蒸气透过率 相应的 添加方法包括多层共挤法和共混改性法等 图4 PPC 树 脂的化学结构 Fig 4 Chemical structure of PPC resin 5 PBAT 树 脂添加 PBS 树脂 图 5 聚丁二 酸丁二醇酯 PBS 是一种白色半结晶高分子化合物 易溶于氯仿 略溶于四氢呋喃 几乎不溶于水 甲 醇和乙醇 PBS 具有优异的力学性能 热力学性能 和热稳定性 并且表现出良好的生物可降解性能 因此已成为国内外生物降解塑料研发的重点领域 然而 PBS 结构中含有苯二甲酸单体 这导致 PBS 与 PBAT 之 间存在一定的相容性问题 这种相容性问 题使得降解地膜产品在耐候性方面的性能显著下 降 无法满足农业生产的基本需求 陈雷等通过加 入适量的相容剂 解决了 PBS 树脂与 PBAT 树脂 之 间的相容性问题 所制备降解地膜产品的力学强度 得到了大幅提升 使生物可降解地膜具有了优良的 保墒 抑草性能 满足农作物的生长周期 3 图5 PBS 树 脂的化学结构 Fig 5 Chemical structure of PBS resin 6 PBAT 树脂 PPC 树脂 PLA 的多元共混材 料 PLA 具有较强的刚性结构 PBAT 具有良好的韧 性和成膜性 PPC 具有较强的阻隔性 三者的 售 价 又属于生物降解树脂中较低的三个品类 引入适量 的相溶剂将 PLA PBAT 和 PPC 三种树脂进行有效 共混 从理论上可以有效提高生物可降解地膜的包 含机械性能 热稳定性 功能期和阻隔性在内的综 合性能 张会良等通过对增塑剂的筛选 完成了含 有 PLA PBAT 和 PPC 三元树脂共混的新型生物可 降解地膜专用树脂材料 三元共混使得基于该类材 料所制备的生物可降解地膜产品在拉伸断裂伸长 率 直角撕裂强度 耐紫外光老化性能和阻隔性方 面得到大幅提升 4 PBAT 基于其与聚乙烯 PE 类似的断裂伸长率 和热力学性能 目前已成为吹制生物可降解地膜的 主体材料 目前研究的生物可降解地膜大多以 PBAT 为主要材料添加其他可降解树脂或者助剂进行熔融 共混所制得 本文所述相关研究均针对以 PBAT 为主 要原料的生物可降解地膜 2 生物可降解地膜对土壤环境的影响 2 1 对土壤温度和湿度的影响 2 1 1 温度 农作物的正常生长需要适宜的土壤温度 土壤 温度的变化会直接影响农作物的代谢过程和有机物 合成 运输等生理过程 甚至影响水肥的吸收和输 导 为了实现农作物的高效生长 需要通过控制土 壤温度来优化其生长周期 研究表明 采用生物可 降解地膜进行覆盖可以增加土壤温度并保持土壤湿 度 从而防止土壤中的热量流失 促进农作物早期 生长 在提前出苗 缩短生长周期 促进生长等方 面发挥重要作用 近年来研究发现 覆盖生物可降解地膜的土壤 温度显著高于裸地 此现象不仅在平原 高原和山 地得到证实 李文昊等研究了干旱绿洲区可降解地 膜覆盖对土壤水分和温度的影响 结果也表明覆盖 生物可降解地膜的土壤温度均比裸地升高 10 07 左 中 国 农 业 气 象 第 44 卷 982 右 表现出覆膜的保温性能 5 此结果对于干旱地区 的农作物覆膜培育具有重要意义 土壤温度增高会 对农作物初期和中期的生长具有显著的促进作用 理想状态下覆膜能持续稳定提高农作物生育期的土 壤温度以达到促进生长的作用 王雯等研究结果表 明 在玉米的各个生育期内 生物可降解地膜覆盖 的土壤温度呈先升高再降低后趋于稳定的趋势 趋 于稳定时的温度与普通 PE 地膜覆盖无显著差异 且 两种地膜覆盖温度均比裸地处理高 6 这与张俊华等 所研究的不同可降解地膜对土壤温度的影响结果相 似 在覆膜中期和后期土壤温度下降但均高于裸地 处理 7 同时 高华锋等研究结果表明 在生物可降 解地膜中总体以白色全降解地膜保温效果较其他处 理好 白色全降解地膜显著高于黑色全降解地膜处 理的土壤温度 8 此现象不仅在种植玉米的土地中显 示出效果 武岩等的研究也证实了覆膜可显著提高 马铃薯发芽 出苗期的平均土壤温度 对马铃薯覆 膜种植推广具有重要的意义 9 通常生物可降解地膜的降解周期低于普通 PE 地 膜 魏静等结果表明 在内蒙古地区生物可降解地 膜的保温效果在第一个月时与普通 PE 地膜无显著差 异 但第二个月正值农作物生长中后期 会出现地 膜破裂的情况 使生物可降解地膜的保温效果下降 热量散失 最终导致平均温度低于普通 PE 地膜 10 这种情况关系着生物可降解地膜能否持续高效地提 高土壤温度 降解周期短会导致土壤温度在生育中 后期降低 无法提高农作物生长的供给量 导致产 量下降等问题 而王斌的研究表明 在生物可降解 地膜处理的甜菜地土壤温度变化趋势虽然与上述一 样 但结果表明整体上降解膜处理的土壤平均温度 略高于 PE 地膜 这种现象是因为甜菜生长周期短 生物可降解地膜未完全降解 在保温方面仍具有显 著的效果 11 对于生育期短的农作物 覆盖生物可 降解地膜能够在生育期全程起到保温作用 且与普 通 PE 地膜处理下的土壤温度无显著差异 因此 对 于生育期短的农作物可以用其替代普通 PE 地膜 对 于大多数生育期长的农作物 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 导致的土壤温度下降是否会影响农作物产量 近年 来针对此问题的试验研究报道较多 李秀萍等研究 了地膜覆盖对大兴安岭南麓丘陵旱作区土壤温度 水分和玉米产量的影响 结果表明在三叶期和苗期 生 物 可降解地膜与普通 PE 地膜处理土壤温度变化 差异较小 在中后期虽然由于降解地膜逐渐破损 对土壤的保温效果逐渐降低 但总体上生物可降解 地膜处理导致的土壤温度变化对玉米生长的影响 较小 12 虽然生物可降解地膜在生育中后期降解破裂 导致土壤温度下降 但是在前期生物可降解地膜对 土壤的保温作用优异 使得农作物得到充分的热量 并未对后续的生长发育造成影响 但延长生物可降 解地膜的降解周期对于土壤温度的高效保温具有重 大的研究意义 因此未来研究可针对延长生物可降 解地膜的使用周期方向 2 1 2 湿度 土壤湿度是影响农作物水分供应及根系生长的 重要因素 其合适程度直接影响作物根系吸水和叶 片蒸腾的平衡状态 若土壤湿度过低 会形成干旱 土壤 影响光合作用正常进行 从而降低作物产量 和品质 严重缺水则导致作物凋萎和死亡 常见的 地膜材料主要由高分子化合物构成 难以在自然条 件下降解 残留量增加会导致土壤容重上升 孔隙 度下降 地膜残片还会阻挡水分和空气的正常运行 导致土壤含水量下降 降低耕地的抗旱能力 此外 土壤的通气性能和透水性能也会减弱 养分分布不 平衡 微生物活动能力降低 正常土壤结构遭到破 坏 这些都不利于土壤养分的矿化释放和肥力的提 高 最终导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 减 少对土壤的污染 并且具有高效的保墒作用 冯亚 阳研究表明 未覆膜的土壤因为阳光直射导致地表 蒸发量大 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发 起到了较好的保水作用 在不同土层深度的含水量均高于裸地处理 在 0 20cm 土层 增湿效果更明显 13 刘长源等研究表明 在农作物整个生育期内 生物可降解地膜处理的土壤体积含水率随土层深 度 增 加而增大的变化 且都高于裸地处理的含水量 图 6 14 但降解地膜的保水效果与地膜是否破裂密切相 关 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与 PE 膜覆盖的土壤含水率差异不显著 但在灌浆期以后 由于生物可 降 解 地 膜 开 始 降 解 水 分 蒸 发 增 多 生 物 第 11 期 郭波等 生物可降解地膜的应用效果及存在问题 983 图 6 春玉米拔节期不同类型地膜覆盖下各土层土壤含水率 2019 年 6 月 5 日 山东 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 为生物 可降解地膜处理 PE 为传统 的塑料地膜处理 CK 为裸地处理 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 可降解地膜覆盖的土壤含水率不同程度降低 且低 于普通 PE 地膜 16 成熟 期玉米生长即将结束 对土 壤水分的需求减少 降解地膜与普通 PE 地膜处理土 壤含水量又基本相近 这与邓路的结果相似 研究 表明生物可降解地膜在拔节期和抽穗期 土壤含水 量高于裸地处理 但与普通 PE 地膜并无明显差异 但是在成熟期时 生物可降解地膜降解程度达到 4 级 使得土壤保水性大幅度下降 17 此时生物可降 解地膜处理与裸地土壤含水量并无明显差异 都显 著低于普通 PE 地膜 并且随着深度增加 膜下 5 15 和 25cm 土壤平均含水率均为生物可降解膜处理 小于 PE 地膜 其中 15cm 处降解膜处理土壤平均含 水率显著小于 PE 地膜 图 7 生物可降解地膜土壤保墒效果整体上低于常规 PE 地膜 图 8 11 目前使