李 玲，靳 拓，张 杰，彭可为，李 魏，陈 武

（1. 湖南农业大学植物保护学院，湖南 长沙 410128；2. 农业农村部农业生态与与资源保护总站，北京 100125；3. 花垣县农业农村局，湖南 花垣 416400）

湖南马铃薯以冬播春收为主，上市期恰逢湖南春季蔬菜供应的淡季，市场需求旺盛，价格比较优势较好，因而其种植规模比较稳定。冬播马铃薯在生育前期面临低温和阴雨寡照等不利环境条件，地膜覆盖因其具有明显的增温、保墒和抑制杂草等优势而被广泛采用。但PE 地膜因产生大量残留不仅会破坏土壤结构，而且还会导致农田“白色污染”，不利于农业生态环境的可持续发展[1]。而全生物降解地膜具有传统地膜类似的增温和保墒性能，又可经微生物作用分解为CO2和H2O，可有效缓解“白色污染”难题[2]。随着研发水平的提升和国家政策的引导，全生物降解地膜的推广与应用迎来了快速发展。近年来，全生物降解地膜先后在花生[3]、马铃薯[4-5]、烟草[6]、玉米[7]和水稻[8]等作物上得到应用并进行了规模化推广，学者们系统评估了全生物降解地膜对土壤理化性质、作物产量与质量以及生态环境等的影响。例如：刘姝彤等[4]和张淑敏等[5]的研究表明，覆盖全生物降解地膜可增加土壤肥力，提高土壤有机质、有效磷、速效钾含量，从而增加作物产量；张淑敏等[5]还认为，使用生物降解地膜可有效降低杂草种群及密度，更有利于马铃薯增产。湖南省全生物降解地膜的应用研究尚处于起步阶段，为了探讨湖南气候条件、土壤类型及农事操作等因素对全生物降解地膜的降解特性、土壤酶活及作物产量性状等的影响，笔者选用市场上常见的4 种全生物降解地膜，比较研究了其对土壤温度、马铃薯农艺性状的影响以及全生物降解地膜的降解特征等，以期为全生物降解地膜在湖南春马铃薯生产上的推广应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2020 年冬至2021 年春在湖南省长沙市芙蓉区的湖南农业大学耘园基地进行，该地属亚热带季风气候，降水充沛，四季分明。试验地土壤条件均一、肥力中等，土壤类型为壤土，土壤pH 值6.3、容重1.22，土壤有机质、全氮、全磷和全钾含量分别为27.1、2.43、0.62 和26.5 g/kg，速效氮、速效磷和速效钾含量分别为101、38.7 和91.5 mg/kg。

1.2 供试材料

供试马铃薯品种为费乌瑞它，由项目组自行采购。

供试地膜：包括麻纤维地膜（白）、PBAT+PLA（黑）、PPC（棕色）、PPC（黑色）共4 种全生物降解地膜和黑色PE 地膜，均由项目组自行从各自生产厂家采购。

1.3 试验方法

试验设4 种不同全生物降解地膜覆盖，以PE 地膜覆盖和不覆盖地膜为对照（CK1 和CK2）共 6 个处理（见表1）。于2021 年1 月25 日播种，地膜覆盖方式为全膜双垄沟播覆膜，出芽后人工辅助破膜。各处理按随机区组排列，设4 次重复。小区面积为1 m×10 m。各处理的起垄、播种、覆膜和肥水管理等栽培技术措施完全一致。

表1 试验处理及供试地膜的有关信息

1.4 观测项目及方法

1.4.1 地膜降解速度和降解强度采用目测法通过肉眼观测记录地膜颜色、形态以及表面完整度的变化情况，并参考宋欣等[8]的方法对地膜的降解情况按下列标准进行分级。在覆膜后的前30 d 内每10 d 观察1 次，从覆膜后的31 d 起每3 d 观察1 次，直至诱导期结束（最多至覆膜后75 d），以后每10 d 观察1 次。0 级：未出现裂纹；1 级：开始出现裂纹（诱导期）；2 级：田间2%地膜出现细小裂纹；3 级：出现2.0～2.5 cm 裂纹；4 级：出现10 cm 以上裂纹，开始变薄；5 级：地膜裂解为4 cm×4 cm 以下碎片，并变薄；6级：25%地面无肉眼可见地膜；7 级：50%地面无肉眼可见地膜；8 级：75%地面无肉眼可见地膜；9 级：100%地面无肉眼可见地膜。

1.4.2 土壤温度采用温度记录仪测定土壤深度为10 cm 处的温度。

1.4.3 马铃薯生育期及农艺性状分别记录各处理的主要生育期，并在马铃薯进入块茎膨大期时用软尺测量马铃薯地上部分的株高、用游标卡尺测量茎直径。收获时测定各处理的马铃薯总产量以及商品薯和非商品薯比例。

1.4.4 土壤样品采集及土壤酶活测定马铃薯收获时随机布点采集0～10 cm 土层土壤，剔除石块和作物残体后混匀，置于自封袋立即带回实验室，用新鲜土样测定土壤微生物生物量碳、磷；其余土壤样品风干后，测定土壤酶活性。土壤微生物量碳和微生物量磷均采用氯仿熏蒸-NaHCO3浸提法测定；土壤脲酶、β-葡萄糖苷酶、酸性磷酸酶和蔗糖酶酶活均采用试剂盒测定。

1.5 数据处理分析

采用 Microsoft Excel 软件和SPSS 软件进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理膜下10 cm 处的土壤温度比较

提高地温可为马铃薯根系的快速生长和块茎的膨大提供热量基础。由表2 可知，膜下10 cm 处土层的土壤温度平均值从高到低依次为PE（黑，CK1）＞PPC（黑）＞PPC（棕）＞PBAT+PLA（黑）＞麻纤维地膜＞不覆盖（CK2）。不覆盖（CK2）的土壤温度平均值为17.9℃，与CK2 相比，5 个地膜覆盖处理的土壤温度都明显提高；在5 个地膜覆盖处理中，以PE（黑，CK1）的土壤温度最高，达19.6℃，除麻纤维地膜因孔隙度发达，保温性能较差外，其他4 个地膜覆膜处理的保温性能都较好且差异不明显。

表2 各处理膜下10 cm 处土层的土壤温度 （℃）

2.2 不同处理对马铃薯生育期的影响

田间调查结果表明：5 个地膜覆盖处理均可缩短马铃薯的生育期，使成熟期提前，与不覆盖（CK2）相比，成熟期处理3 提前了10 d，处理4 提前了9 d，处理1 和2 均提前了8 d，处理5（CK1）提前了5 d（见表3）。

表3 各处理马铃薯的生育期 （月-日）

2.3 不同处理对马铃薯农艺性状和经济性状的影响

由表4 可知，各地膜覆盖处理马铃薯的株高均显著高于不覆盖处理（CK2），但4 种全生物降解地膜覆盖（处理1～处理4）与普通PE 覆盖（CK1）没有显著性差异；处理1（麻纤维地膜覆盖）的马铃薯茎粗最粗，显著粗于CK2，但与另外4 种地膜覆盖处理（处理2～处理5）没有显著性差异；各地膜覆盖处理的马铃薯商品薯率均高于不覆盖处理（CK2），且处理3～处理5 均显著高于处理6（CK2）；小区产量是处理2 和处理5（CK1）较高，且显著高于除处理4以外的其他处理，但这2 处理间没有显著性差异。这说明PBAT+PLA（黑）和PPC（黑）覆盖不仅马铃薯产量高，而且其商品薯率也较高，株高和茎粗也较大。

表4 不同处理马铃薯农艺性状与经济性状比较

2.4 不同地膜的降解特征

覆膜后对不同地膜的降解情况进行定期调查的结果（表5）表明：以PPC（棕）的降解速度最快，覆膜后36 d 的降解等级即为1 级（诱导期）；覆膜后51 d 时，麻纤维地膜（白）和PPC（棕）的降解等级均为2 级；至覆膜后97 d（采收前2 d）时，除PPC（棕）的降解等级为4 级外，其他3 种全生物降解地膜的降解等级均为3 级，而普通PE（CK1）的降解等级为1级。PPC（黑）和PBAT+PLA（黑）的降解特征相似，都是覆膜后62 d 进入诱导期（降解等级1 级），覆膜后74 和97 d 时，降解等级分别为2 级和3 级，说明这2 种全生物降解地膜的增温保墒能力更强，更有利于马铃薯在早春低温天气的增温保墒。

表5 不同地膜覆膜后不同覆膜天数的地膜降解等级

2.5 不同处理对土壤酶活性的影响

土壤酶是存在于土壤中各酶类的总称。土壤酶参与土壤中腐殖质的合成与分解，有机化合物、动植物和微生物残体的水解与转化以及土壤中有机、无机化合物的各种氧化还原反应等生物化学过程，与土壤中各种营养元素的释放与储存、土壤中腐殖质的形成与发育以及土壤的结构和物理状况都密切相关，其是衡量土壤中物质转化能力的重要指标。该研究结果（表6）表明：土壤β-葡萄糖苷酶活性各处理间无显著性差异；土壤脲酶活性是CK1 最高且显著高于处理1、2 和3，但与处理4 和CK2 没有显著性差异，且除CK1 外其他5 个处理间均无显著性差异；土壤酸性磷酸酶活性是处理2 最高且显著高于处理1 和处理3，但与处理4、CK1 和CK2 无显著性差异，以处理1 最低且显著低于处理2、CK1 和CK2；土壤蔗糖酶活性是处理3 最高，显著高于处理2，但与其他处理无显著性差异。

表6 不同处理的土壤酶活性 （U/g）

2.6 不同处理对土壤微生物量碳和磷含量的影响

微生物量碳（Microbial biomass carbon，MBC）是土壤中易于利用的养分库与有机物分解和氮矿化的动力，与土壤中C、N、P、S 等养分的循环密切相关。土壤微生物量碳含量以处理1 最高，显著高于除CK1 以外的其他处理；不同处理间的土壤微生物量磷（Microbial biomass phosphorus，MBP）含量虽有一定差异，但各处理间的差异不显著（见表7）。

表7 不同处理的土壤微生物量碳和磷含量 （mg/kg）

3 讨 论

试验结果表明：覆膜后膜下10 cm 处土层的土壤温度，4 种全生物降解地膜处理与PE（黑，CK1）无明显差异，说明全生物降解地膜的增温性能与PE 膜基本相当；地膜覆盖处理均可缩短马铃薯的生育期，与不覆盖（CK2）相比可使成熟期提前5～10 d，且各地膜覆盖处理马铃薯的株高均显著高于CK2，但4 种全生物降解地膜覆盖与CK1 没有显著性差异；PBAT+PLA（黑）和PPC（黑）覆盖不仅马铃薯产量高，而且其商品薯率也较高；4 种全生物降解地膜都可在田间进行生物降解，以PPC（棕）的降解速度最快，覆膜后36 d 的降解等级即为1 级（诱导期），其次是麻纤维地膜（白），以PPC（黑）和PBAT+PLA（黑）的降解较慢，覆膜后62 d 才进入诱导期，但至覆膜后97 d（采收前2 d）时，除PPC（棕）的降解等级为4级外，其他3 种全生物降解地膜的降解等级均为3 级，说明4 种全生物降解地膜都有良好的降解特性，可缓解农田白色污染，有利于改善农田生态环境，但由于PPC（黑）和PBAT+PLA（黑）在覆膜后62 d 才进入诱导期，这2 种全生物降解地膜的增温保墒性能更强，更有利于春马铃薯在早春低温天气的增温保墒。综合考虑土壤温度、马铃薯农艺性状和地膜残留对农田土壤生态环境的影响，用PBAT+PLA（黑）和PPC（黑）这2 种全生物降解地膜替代PE（黑）地膜可在湖南春马铃薯生产上推广应用。