全生物降解膜在芸豆生产中的特性分析

印荔，徐瑞衡，刘彦文，许俊喜，王楠，张莉，周蕾

（1.扬州市江都区园艺站，江苏，225200；2.扬州市江都区农业技术推广中心；3.江苏省现代农业产业园区）

地膜是农业生产中的重要农资之一，覆盖后可起到保温、保湿、保墒、除草及提高土壤肥力等作用，为农业提质增产、农民节本增收作出了重要贡献[1]。但随着地膜的大量使用，尤其是部分不合格地膜和其他用途的超薄塑料膜用于农业生产，加上不注重及时回收处理，长期积累后导致农田土壤结构破坏，影响了农业农村生态环境[2]。近几年来，新材料地膜逐渐推广应用，主要包括强化耐候地膜和可生物降解地膜（完全可生物降解膜和部分可生物降解膜），其中强化耐候膜因耐候性强，使用结束后可有效减少甚至杜绝田间残留，且价格较可生物降解膜低，所以应用较多。但考虑绿色生态发展要求，可生物降解膜具有环保、无污染等特点，优势更为明显，应用前景更为广泛[3]。本试验应用上海弘睿提供的全生物降解膜，对5种降解地膜的保温、保墒、降湿、对作物生长发育及土壤残留的影响进行研究分析，以便为地膜减量替代措施提供科学的技术参数、成本核算和技术指导方案。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验在扬州市江都区吴桥现代农业园区开展，以芸豆为试验作物，品种为霸王龙K6，种植户自行育苗。

试验地膜选用上海弘睿提供的5种规格全生物降解膜试验产品，普通膜为市场采购合格PE 地膜（表1）。

1.2 试验设计

2019年8月27日覆膜，9月1日定植，12月24日采收结束，12月31日地膜捡拾回收；温度测定时间为2019 年8 月29 日至12 月18 日，对比了解芸豆生长期内地膜保温效果，及降解膜降解情况与温度的关联性残留监测时间为2020 年3 月20日。

试验地膜产品与对照地膜颜色一致，均为黑色。共设置6 个处理，以降解膜3 为对照（CK），每个处理设置3 次重复，随机区组排列。小区面积20 m2，各小区采取统一农艺管理措施。试验调查内容包括地膜降解、膜下温度、表土温度、成本核算等。温度测量使用Elitech RC-4 自动温度记录仪，测温仪探头埋在地下10 cm 和膜下位置，每小时记录1 次数据。试验测量数据应用WPS Office 软件进行处理分析。

2 结果与分析

2.1 不同覆膜处理对土壤温度的影响

根据芸豆整个生长周期，对每隔10 d 1：00、5：00、9：00 和13：00 的土壤温度数据进行分析，结果显示（图1、2），地表土壤温度每日变化幅度较大，而-10 cm 土壤温度变化幅度较小；每日从1：00～13：00，土壤温度先降低后上升，在13：00 达到最高值。其中普通膜的土表膜下温度日变化温差最大，为18.7℃，降解膜1 为12.5℃，降解膜2 为25.9℃，降解膜3（CK）为14.6℃，降解膜4 为32.3℃，降解膜5 为32.2℃；普通膜地下10 cm 土壤温度日变化温差最大，为4.1℃，降解膜1 为14.4℃，降解膜2 为4.9℃，降解膜3（CK）为8.7℃，降解膜4为5.8℃，降解膜5 为5℃。

图1 -10cm 土壤温度变化

处理作物生长全程测温数据显示（图3），覆盖降解膜1、2 的地表与-10 cm 土壤最高温和均温均高于降解膜3（CK），其中降解膜1、2 最高温分别达54.4、56.3℃。通过分析厚度一致、宽幅不同的生物降解膜的保温性（图4），降解膜3（CK）、降解膜4地面下10 cm 和膜下地表的最低温、均温皆高于降解膜5，降解膜5 最低温分别为1.9、0.8℃；降解膜地表膜下的最高温度均较高，其中降解膜4 最高温达57.4℃。

图2 地表土壤温度变化

图3 -10cm 土壤不同厚度、宽幅降解膜最高温、最低温和均温统计

图4 地表土壤不同厚度、宽幅降解膜最高温、最低温和均温统计

2.2 地膜裂解结果

地膜降解结果（表2，图5、6）显示，覆膜后21 d，降解膜1 最先发生开裂，诱导期较其他处理早7～10 d，开裂期较其他处理早25～37 d，大裂期较其他处理早5～48 d，12 月27 日达到碎裂期；其他处理降解膜在覆膜60 d 后均进入大裂期，但未进入碎裂期。

图5 10 月23 日各处理地膜观测区域状态

表2 地膜降解统计 月/日

作物拉秧后，畦面仍残留大量地膜未降解，其中降解膜1 和降解膜2 裂解最为严重，碎片较小；降解膜3（CK）、降解膜4、降解膜5 的残膜量多，碎片较大。

2.3 人工成本核算

对所有处理的用工进行核算，主要为盖膜、定植、除草、打药、捡拾等环节。如表3 所示，盖膜用工为0.75 人/d，定植用工为0.75 人/d，打药用工为0.5 人/d，除草和捡拾残膜用工方面不同处理的用工成本存在差异，覆膜前封闭处理，降解膜1 和降解膜2 用工较多，降解膜1 裂解最为严重，除草和捡拾残膜用工最多，普通膜用工最少；整体人工成本核算，普通膜用工最少，为2.8 人/d，其次是厚度为0.008 mm 的降解膜3（CK）、降解膜4、降解膜5，用工为3.25 人/d。

表3 人工成本核算 人/d

2.4 地膜残留监测

芸豆拉秧后至残留监测种植1 茬茼蒿，耕耙均为纵向进行，不相互混淆，茼蒿种植为撒播，未起垄，采收后即开展原位监测。在每种材料的3 块试验区域，统一横向位置各选取3 个监测点（每块试验区域的中间位置），每个监测点为1 m2，深度20 cm（翻耕深度）的土方，筛选出的残留地膜利用超声波清洗后晾干称重。

经晾干恒重后（表4），普通膜与降解膜1 每个样方平均残留均为0.095 g，每667 m2平均残留63.34 g；降解膜2 的平均样方残留0.076 g，估算667 m2平均残留为50.67 g；降解膜3（CK）和降解膜4、5 覆盖区的样方地膜平均残留分别为0.057、0.075、0.126 g，估算667 m2平均残留分别为38.00、50.00、84.00 g。

表4 地膜残留监测结果 g

图6 12 月27 日各处理地膜观测区域状态

3 小结

芸豆，学名菜豆，别名四季豆、刀豆等，是豆科菜豆属中的栽培种，是我国重要蔬菜之一。菜豆在中国南、北方均广为种植，除露地栽培外，可利用各种形式的保护设施进行四季生产、周年供应。研究表明，食荚菜豆每100 g 嫩荚含蛋白质2.0～3.2 g，还含有丰富的矿物质、维生素等其他成分。干籽粒每100 g 可含蛋白质20～25 g，不但营养丰富，而且味道鲜美。菜豆除鲜食和作干籽粮用外，还可加工制罐、速冻和脱水，其种子可以入药。本研究以5种生物可降解生物地膜为试验材料，比较筛选适合江苏省芸豆生产需要的可降解地膜，以期为降解地膜在芸豆规模化生产的推广应用提供理论支持。

本研究中，5种生物降解膜前期都表现出较好的保温效果，能保障秋延后双层宽体大棚内芸豆的正常生产：①不同厚度、不同宽幅生物降解膜的地表和地下10 cm 土壤平均温度均在20℃以上，膜下最高温度在40.8℃以上，地下最高温度在32.5℃以上。②5种生物降解膜的地表土壤温度显著高于普通膜，降解膜1、2、4的最高温度均超过50℃，其中降解膜4 高达57.4℃，生物降解膜是否添加特殊的吸热物质以加速降解，或者是生物降解膜在降解过程中释放热量以提高地表土壤温度。③生物降解膜后期裂解较严重，地下10 cm 的保温效果不及普通膜，普通膜地下10 cm 最低温度为9.7℃，均高于各种降解膜，其中降解膜5 仅为1.9℃。

5种降解膜均表现出自然裂解效果：①降解膜1 裂解最早，其次是降解膜2、5，地膜薄，裂解速度快，前期裂解速度对于芸豆生长前期的草害控制效果影响较大，后期裂解速度对作物保温、保湿效果影响较大，湿度增加易发生病害。②降解膜5 宽度为2 m，中间有走道便于农事操作，长期踩踏，可能会加快地膜裂解速度，此外，地膜粘于湿润土壤表面，裂解后不易捡拾，监测显示平均每1 m2残留0.126 g，高于其他规格的降解膜处理。③本试验从覆膜到监测历经7个月，降解膜各种处理在田7 个月后仍监测到地膜残留，监测清洗中发现降解膜的残膜韧性明显下降，但生物降解膜在土壤中降解的时间以及最佳的降解环境还需加深研究，若能解决全生物降解膜降解时间的控制难题，将能充分发挥其生态效益优势，也能加快其推广应用。

本研究结果表明，试验中所用生物降解膜配套双层大棚覆盖栽培，可保证秋延后芸豆正常生产；生物降解膜前期具有较好的保温效果，但不同规格生物降解膜后期因裂解情况不同，保温、控湿效果不同程度下降；部分规格降解地膜自然裂解时间早、裂解速度快，但在田完全降解时间较长，难以满足保墒、控草、节本等要求。