全生物降解节水膜对土壤理化性质及果树生长的影响*

凌红波，于瑞德，鲁珊

(1.中国科学院新疆生态与地理研究所，新疆 乌鲁木齐 830011； 2.新疆师范大学生命科学学院，新疆 乌鲁木齐830054)

全生物降解节水膜对土壤理化性质及果树生长的影响*

凌红波1，于瑞德1，鲁珊2

(1.中国科学院新疆生态与地理研究所，新疆 乌鲁木齐 830011； 2.新疆师范大学生命科学学院，新疆 乌鲁木齐830054)

选取新疆小白杏Prunusarmeniaca为研究对象，在新疆吐鲁番亚尔乡布设覆盖全生物降解膜与无膜试验区，对比分析两试验区杏树4-6月生长期土壤水分、温度、养分及杏树生长(基径、新梢、叶)的差异性，并探讨了覆膜调温保墒的作用机制，结果表明：①与无膜区相比，4-6月份覆膜区0

全生物降解膜；新疆小白杏；土壤水分；土壤温度；土壤养分

覆盖地膜作为一项重要的农业增产技术措施，不仅起到有效的调温保墒作用，还可以促进作物生长和增产，从而得到了广泛的应用[1-3]。生物降解膜因其可降解、减少“白色污染”等环境问题并且具有良好的调温保墒等作用而逐渐取代传统塑料地膜[4-8]。当前覆膜在农业生产的应用研究多集中于玉米、棉花、小麦、水稻及马铃薯等作物[9-13]，而在林果业生产中的应用研究较少。新疆林果业因其水土光热等自然资源优势，现已发展为新疆的特色产业与支柱产业[14-15]。但同时新疆气候炎热、蒸发强烈、土壤贫瘠，如何有效的降低土壤水分蒸发、提升土壤肥力水平，从而提高林果业生产水平则成为该区林果业发展需要解决的关键问题[16-17]。因此，本文以新疆小白杏(Prunusarmeniaca)为研究对象，通过在新疆吐鲁番亚尔乡布设覆盖全生物降解膜与无膜试验区，对比分析两试验区杏树4-6月生长期土壤水分、温度、养分及杏树生长(基径、新梢、叶)的差异性，并探讨覆膜调温保墒等的作用机制，以期为全生物降解膜在该区杏树生产中的应用提供科学性参考，进而为促进干旱区林果业的发展提供科技支撑。

1 试验区概况

试验地位于新疆吐鲁番地区吐鲁番市亚尔乡上湖村西北方向约2.95 km处的生物降解膜节水种植技术示范区(N42°59′152″-N42°59′405″，E89°04′822″-E89°04′853″)，海拔108 m。试验地面积共6 000 m2，共设2个试验区，每试验区3 000 m2。该试验地热量丰富，≥0 ℃积温为5 736 ℃, ≥40 ℃极热日为106 d，无霜期最长达246 d，降水稀少，历年平均降水量仅16.5 mm[12-13]，该区为典型的暖温带干旱荒漠气候。试验区土壤为漠土纲的棕漠土，土壤熟化程度差，肥力水平低，主要成分质量分数为：有机质3.62 g/kg；速效氮2.94 mg/kg；速效磷6.54 mg/kg；速效钾28.07 mg/kg，pH值为7.24。依据全国第2次土壤普查各项土壤养分指标[18]，试验区养分指标除速效磷含量较为适宜，其他指标均为很缺乏，可以看出实验区土壤熟化程度低，肥力水平较差。

2 材料与方法

2.1 实验设计

2.2 测定项目及方法

于2015年4月份从杏树抽新叶时开始到6月份果期结束时为止，每10 d进行一次测定，持续观测3个月。试验分别持续观测了试验区土壤水分、温度、养分及杏树的各项生长指标。

2.2.1 土壤水分及温度 土壤水分 温度的测定是采用五点法在两个试验区分别选取杏树定植穴的样点。用土壤墒情速测仪分别在每个样点对距地表深度(H)为0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm的土壤进行水分和温度的测定，每个样点3次重复。

2.2.2 土壤养分的测定 在覆膜区与无膜区分别采用5点取样的方法选取杏树定植穴的样点。在每个样点对距地表20 cm、40 cm、60 cm处取土，土样装袋后标号，在干燥空旷的场地自然风干，然后剔除土样中的石子、植物残渣等杂质，再将土样用10目标准分样筛过滤后备用。在实验室内完成包括全氮、全磷、全钾、速效氮、速效磷、速效钾土壤养分指标的测定，测定方法可参考文献[19]。

2.2.3 杏树生长指标测定 将杏树按其基径(D)大小分为3个径级，20 mm≤D<50 mm为第Ⅰ径级，50 mm≤D<80 mm为第Ⅱ径级，80 mm≤D<110 mm为第Ⅲ径级。在覆膜区和无膜区每一个径级选取5株长势良好的杏树，每株杏树分别从东、西、南、北四个方向测量其新梢长度、新梢宽度、新梢叶片数、从新梢顶端展开叶开始第6节叶片的叶面长和叶面宽、百叶质量、基径。

3 结果与分析

3.1 覆膜对土壤水分温度的影响

由图1可以看出在杏树生长季，覆膜可有效的抑制杏树实验区土壤水分的散失，提高土壤含水量。4-6月份覆膜区较无膜区0

覆膜对4-6月份不同深度土壤温度的影响存在一定差异(图1)，4月份覆膜可显著提升0

图1 不同观测时间样地覆膜与否对土壤含水量、温度的影响不同字母表示差异显著(P<0.05)Fig.1 The effect of Prunus armeniaca of different treatments on soil water and temperature

式中，A代表拟合函数的幅值；ω0为延迟因子，rad·s-1；ω1和振荡周期相关；ωc和波形的初始相位相关。

3.2 覆膜对土壤养分的影响

试验区土壤熟化程度低，肥力水平较差，改善土壤养分水平可有效促进杏树的正常生长繁育。本文通过对比覆膜区与无膜区不同土层土壤养分的差异，以明确覆膜对试验区土壤养分的影响(表2)。

土壤养分指标均有一定程度的增加，但差异性并不显著；20 cm

表2 覆膜对不同深度土壤养分的影响(平均值±标准误)1)

1) 表中数据为平均值±标准误差；不同字母表示差异显著(P<0.05)，*表示差异极显著(P<0.01)

3.3 覆膜对杏树生长的影响

由表3可以看出，覆膜对不同径级杏树的基径、新梢(长度、宽度、叶片数)及叶(长、宽、质量)的生长均表现出一定程度的促进作用。相较于无膜区，覆膜区不同径级杏树的基径增粗显著，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ径级平均基径分别增加了11.86%、9.84%、11.80%。覆膜处理下，3个径级的杏树新梢长度显著长于无膜区，分别平均增长66.5%、53%、25.5%；新梢叶片数也明显增多，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ径级新梢叶片数平均增加72.4%、45.2%、25.2%；覆膜虽可促进新梢宽度的生长，但只有Ⅰ径级杏树覆膜区与无膜区新梢宽度有显著差异，可见杏树径级越小，覆膜对杏树新梢的影响越显著。覆膜区平均叶面长≥6 cm，平均叶面宽≥4 cm，而无膜区平均叶面长≤6 cm，平均叶面宽≤4 cm，差异显著。覆膜区不同径级杏树百叶质量较无膜区均有所增加，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ径级杏树分别增加了111.69%、5.11%、17.56%。

表3 覆膜对杏树生长的影响(平均值±标准误)1)

1) 表中数据为平均值±标准误差；不同字母表示差异显著(P<0.05)

4 讨 论

4.1 覆膜调温保墒作用机制分析

覆膜对土壤水分与温度的影响应是相互作用的整体[20-21]：① 覆膜阻断了土壤与外界水分与热量的直接交换，在本研究区中主要表现为抑制土壤水分的蒸发，同时减少了水量散失造成的潜热损失；② 土壤含水量的变化影响土壤热量的吸收与释放过程，覆膜使土壤含水量增加，土壤温度升温、降温过程均变缓；③ 地膜附着含水层削弱日间太阳的短波辐射及夜间土壤的长波辐射，使得日间升温及夜间降温均减缓。本文中覆膜可使4月份0

4.2 覆膜对土壤养分和杏树生长影响关系的探讨

在作物生长季，由于覆膜处理可增加土壤温度、水分，对作物的生长具有明显的促进作用，从而使得土壤养分含量降低[21-24]。本研究中相较于无膜区，覆膜可在一定程度上改善试验区土壤养分水平，但总体影响并不显著，这可能与覆膜改善土壤温度、水分特征和杏树本身的生长状态有关。试验区灌溉方式为大水漫灌，而试验区土壤保水性较差且水量蒸发强烈，造成土壤肥力持续能力较差，由于覆膜区土壤水分状况优于无膜区，覆膜区土壤养分特性有一定改善，这在一定程度上促进了杏树的生长，而杏树的生长对土壤养分含量产生反作用，使得覆膜区土壤养分与无膜区无显著性差异产生。

4.3 覆膜对杏树栽培的实际生产意义

水资源是限制干旱区农业发展的最主要因素，保证水资源的高效利用是当前农业发展的重要基础。本文研究结果表明覆膜可以有效提升土壤蓄水保墒的作用，在提高水资源利用率的同时，覆膜可减少不利自然条件对杏树生长的影响，对杏树生长有显著的促进作用，基径、新梢及叶的等营养生长可确保杏树具备良好的植株品质，缩短盛果期到来的时间，从而减少农业投入促进增产增收。因此在杏树的栽培生产中将覆膜技术进行推广应用，从而有效提高区域水资源利用率及农业生产效率。

5 结 论

1)在杏树生长期4～6月份，全生物降解膜的使用可有效提高土壤水分，起到调温保墒的作用，同时对试验区土壤肥力也有一定的改善。与无膜区相比，覆膜区0 cm

2)覆膜可显著促进杏树基径、新梢(长度、宽度、叶片数)及叶(长、宽、质量)的生长。覆膜区Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ径级杏树平均基径较无膜区分别增加了11.86%、9.84%、11.80%，杏树径级越小，覆膜对杏树新梢的影响越明显，覆膜区平均叶面长≥6 cm，平均叶面宽≥4 cm，Ⅰ径级杏树百叶质量较无膜区增加111.69%，差异性最为显著。

[1] DONG H, LI W, WEI T, et al. Early plastic mulching increases stand establishment and lint yield of cotton in saline fields[J]. Field Crops Research, 2009, 111(3):269-275.

[2] SHEN L X, WANG P, ZHANG L L. Degradation property of degradable film and its effect on soil temperature and moisture and maize growth[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2012, 28(4): 111-116.

[3] 温晓霞,韩思明.旱作小麦地膜覆盖生态效应研究[J] .中国生态农业学报,2003, 11(2):92-95. WEN X X, HAN S M. Research on ecological effect of wheat with plastic film in dry land[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture,2003, 11(2):92-95.

[4] 许香春,王朝云.国内外地膜覆盖栽培现状及展望[J].中国麻业, 2006, 28(1):6-11. XU X C, WANG C Y. The status and development trend of cultivation mulch film at home and abroad[J]. Plant Fiber Sciences in China, 2006, 28(1):6-11.

[5] 平英华.我国残膜机械化回收装备存在的问题及对策[J].安徽农业科学, 2014,42(22):7678-7679,7682. PING Y H. Existing problems and countermeasures of mechanical recovery equipment for residual film in China[J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences, 2014,42(22):7678-7679,7682.

[6] MÖLLER K, GEVERT T, HOLMSTRÖM A. Examination of a low density polyethylene (LDPE) film after 15 years of service as an air and water vapour barrier[J]. Polymer Degradation & Stability, 2001, 73(1):69-74.

[7] 山立,韩冰.可降解农用地膜国内外研究推广进程与存在问题[J].陕西农业科学, 2015,61(12):73-77. SHAN L, HAN B. Research progress and problems of degradable agricultural film at home and abroad[J]. Shaanxi Journal of Agricultural Sciences, 2015,61(12):73-77.

[8] 齐明阳,巴金娇.生物降解塑料的研究现状和发展趋势[J].生物技术世界, 2015(1):16. QI M Y, BA J J. Research status and development trend of biodegradable plastics[J]. BioTech World, 2015(1):16.

[9] 李兴, 程满金, 勾芒芒,等. 黄土高原半干旱区覆膜玉米土壤温度的变异特征[J]. 生态环境学报, 2010, 19(1):218-222. LI X, CHENG M J, GOU M M, et al. variation of soil temperature about plastic film mulching Maize in semi-arid Areas, the Loess plateau[J]. Ecology and Environment Sciences, 2010, 19(1):218-222.

[10] 娄善伟, 赵强, 高云光,等. 不同密度水平对覆膜棉花田间小气候及产量的影响[J]. 干旱地区农业研究, 2009, 27(5):88-92. LOU S W, ZHAO L, GAO Y G. The effect of different density on microclimate and yield in cotton field under film mulching[J]. Agricultural Research in the Arid Areas, 2009, 27(5):88-92.

[11] 柴守玺, 杨长刚, 张淑芳,等. 不同覆膜方式对旱地冬小麦土壤水分和产量的影响[J]. 作物学报, 2015, 35(5):787-796. CHAI S X, YANG C G, ZHANG S F, et al. Effects of plastic mulching modes on soil moisture and grain yield in dryland winter wheat [J]. Acta Agronomica Sinica, 2015, 35(5):787-796.

[12] 吴文革, 徐秀娟, 陈周前,等. 覆膜旱作水稻生育特点及其适宜栽培技术的研究[J]. 安徽农业科学, 1998(3):227-230. WU W G, XU X J, CHEN Z Q, et al. Study of film mulched rice growth characteristics and suitable cultivation technology[J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences, 1998(3):227-230.

[13] 王东, 卢健, 秦舒浩,等. 沟垄和覆膜连作种植对马铃薯生长、产量及品质的影响[J]. 中国农学通报, 2015,31(7):28-32. WANG D, LU J, QIN S H. Effects of film mulch and ridge-furrow planting on growth,yield and quality of potato in continuous cultivation [J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2015,31(7):28-32.

[14] 赵英, 张开春, 张春山,等. 新疆特色林果业发展面临的机遇与挑战[J]. 北方园艺, 2011，19:166-168. ZHAO Y, ZHANG K C, ZHANG C S. Opportunities and challenges in the development of xinjiang characteristic fruit [J]. Northern Horticulture, 2011，19:166-168.

[15] 刘敬强, 瓦哈甫·哈力克, 王冠生,等. 新疆特色林果业资源时空分异规律研究[J]. 干旱地区农业研究, 2012, 30(2):230-236. LIU J Q, WAHAP H, WANG G S, et al. Study on temporal and spatial distribution rules of characteristic fruit industry resources in Xinjiang [J]. Agricultural Research in the Arid Areas, 2012, 30(2):230-236.

[16] 宋飞,朱丽晶,赵彦英.半干旱农业区土壤蓄水保墒及高效用水技术[J].水利科技与经济,2007,13(6):434-435. SONG F, ZHU L J, ZHAO Y Y. Soil moisture and water use efficiency of soil water in semi arid area of Agricultural Technology [J]. Water Conservancy Science and Technology and Economy,2007,13(6):434-435.

[17] 姜逢清,李珍,胡汝骥. 20世纪下半叶干旱对新疆农业的影响及灾害链效应[J]. 干旱区地理, 2005,28(4):465-473. JIANG F Q, LI Z, HU R J. Influences of drought on agriculture and disaster-chain effect during the second half of the 20th century in Xinjiang [J]. Arid Land Geography, 2005,28(4):465-473.

[18] 全国土壤普查办公室.中国土壤[M].北京:中国农业出版社,2002.

[19] 鲍士旦.土壤农化分析[M].北京:中国农业出版社,2000.

[20] 王树森, 邓根云. 地膜覆盖增温机制研究[J]. 中国农业科学, 1991(3):74-78. WANG S S, DENG G Y. Study on the mechanism of increasing temperature of plastic film mulching [J]. Agricultural Sciences in China, 1991(3):74-78.

[21] 王秀康, 李占斌, 邢英英. 覆膜和施肥对玉米产量和土壤温度、硝态氮分布的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2015, 21(4):884-897. WANG X K, LI Z B, XING Y Y. Effects of mulching and fertilization on maize yield, soil temperature and nitrate-N distribution [J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2015, 21(4):884-897.

[22] 周丽敏. 黄土高原双垄覆膜和地槽集水技术对土壤水温、土壤养分及作物产量的影响[D]. 兰州：兰州大学, 2009. ZHOU L M. How the techniques of double ridges and furrows with plastic mulch and rainwater harvest with subgroove facility affect soil moisture & temperature, soil fertility and crop yield in the semiarid Loess Plateau of China[D]. Lanzhou: Lanzhou University, 2009.

[23] 寇江涛, 师尚礼, 周万海,等. 垄覆膜集雨种植对二年龄苜蓿草地土壤养分的影响[J]. 草业学报, 2011, 20(5):207-216. KOU J T, SHI S L, ZHOU W H, et al. Soil nutrient in two-year alfalfa field on condition of film-mulching rainfall harvesting cultivation [J]. Acta Prataculturae Sinica, 2011, 20(5):207-216.

[24] 宋秋华, 李凤民, 王俊,等. 覆膜对春小麦农田微生物数量和土壤养分的影响[J]. 生态学报, 2002, 22(12):2125-2132. SONG Q H, LI F M, WANG J, et al. Effect of various mulching durations with plastic film on soil microbial quantity and plant nutrients of spring wheat field in semi-arid loess plateau of China[J]. Acta Ecologica Sinica, 2002, 22(12):2125-2132.

Effects of full biodegradable mulch film on soil moisture, temperature, nutrient and growth ofPrunusarmeniaca

LINGHongbo1,YURuide1,LUShan2

(1. Xinjiang Institute of Ecology and Geography, Chinese Academy of Science, Urumqi 830011, China; 2. School of Life Sciences, Xinjiang Normal University, Urumqi 830054, China)

Field experiments were conducted to study the effect of biodegradable film on the soil properties (moisture, temperature, and nutrients) and the growth ofPrunusarmeniaca(base diameter, new shoots, and leaf) during April to June in Tulufan, Xinjiang. The results showed that: ① the application of biodegradable film brought a significant effect on soil moisture and temperature, but not on soil nutrients. Soil water increased by 3.3%, 7.08% and 12.6% at the depth of 0

biodegradable film;Prunusarmeniaca; soil moisture; soli temperature; soil nutrient

10.13471/j.cnki.acta.snus.2017.03.022

2016-06-17 基金项目：新疆维吾尔自治区科技计划项目(Y342131001)，中国科学院千人计划科研项目(Y372051001)

凌红波(1983年生)，男；研究方向：干旱区水文水资源；E-mail: 274953364@qq.com

于瑞德(1962年生)，男；研究方向：干旱区水文水资源； E-mail: yuruide@sina.com

Q945.3

A

0529-6579(2017)03-0158-07