杨苏龙，史俊东，席凯鹏，史高川，陶民刚，姚众，常铁牛，张卫民，李朋波，石跃进

（山西省农业科学院棉花研究所，山西运城044000）

生态降解地膜覆盖棉花应用效果研究

杨苏龙，史俊东，席凯鹏，史高川，陶民刚，姚众，常铁牛，张卫民，李朋波*，石跃进

（山西省农业科学院棉花研究所，山西运城044000）

利用3种生态降解地膜为供试材料，以普通聚乙烯地膜作对照，在山西省运城市进行棉田覆膜对比试验，观察生态降解地膜覆盖棉田的适用性和降解特性及其对土壤理化指标、棉花生育进程和农艺性状的影响。结果表明，生态降解地膜3号适合棉田使用，对土壤的理化指标和棉花的农艺性状无影响，降解效果较好。

棉花；生态降解地膜；降解效果；适用性

20世纪80年代初，地膜覆盖栽培技术被引入我国。地膜覆盖具有良好的增温、保墒及生物增产效应，可以在一定程度上克服气候因素对棉花生产的限制，保证棉花全苗壮苗，利于根系发育生长，加快棉株生育进程，极大地提高棉花的产量和效益[1-2]。因此，地膜覆盖栽培广泛应用于棉花生产。但是，普通地膜很难自然降解，且难以回收，导致土壤中残膜量逐年增多，破坏土壤结构，影响作物根系的发育，从而造成了越来越严重的农田“白色污染”[3-4]。因此，推广应用绿色环保的生物降解地膜迫在眉睫。鉴于此，在山西省运城市进行了生态降解地膜与普通聚乙烯地膜覆膜对比试验，观察生态降解地膜在棉田使用性能、降解效果及对棉花农艺性状及理化指标的影响，为推广应用生态降解地膜提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2012－2013年在山西省运城市进行。山西晋南地区土地肥沃、灌溉条件便利、光热资源丰富，年日照时间2000～2900 h、年降水量500～550mm，无霜期200～210d，年平均气温12～13℃，≥10℃积温4000～4300℃，年均日照率达到50%～65%，适于棉花生产。

1.2 供试材料

供试地膜：生态降解膜1号、2号、3号，膜宽为80cM，厚度为0.005 mm，由山东天壮环保科技有限公司生产。使用市场销售的普通地膜作对照（CK），主要成分是聚乙烯，膜宽为80cM，厚度为0.005 mm。

供试的棉花品种为科能0518。

1.3 试验设计

2012年试验在运城市盐湖区进行，测定土壤理化指标、棉花生育进程及农艺性状。共设4个处理，生态降解膜1号（潜伏期45 d）、2号（潜伏期60 d）、3号（潜伏期75 d）。普通地膜主要成分是聚乙烯。3次重复，随机排列。试验小区规模10.0 m× 2.7 m。常规漫灌，机械铺膜。各试验点在铺设时间、铺设方法、农事操作和田间管理等方面与普通地膜相同。于4月10日开始播种，8月15日开始收获测产。2013年从3种生态降解地膜中筛选出符合晋南地区土壤、气候环境应用的地膜，在夏县、临猗、新绛、万荣进行大田示范，分别于4月10日、4月5日、4月12日、4月14日播种，8月20日、8月15日、8月25日、8月28日收获，对比在运城市不同县（区）的应用效果。

1.4 测定指标与方法

1.4.1 生态降解地膜的降解效果。红外光谱是鉴定有机化合物组成和结构的常用快速手段[5]。通过对比铺设前 （2012年4月2日）和铺设后4个月（2012年8月5日）的红外光谱曲线，分析生态降解地膜内部分子结构的变化。将样品（生态降解膜3号）用酒精浸泡后经蒸馏水冲洗干净，晾干，用光谱仪测定地膜的红外吸收光谱。

1.4.2 生态降解地膜的土壤理化指标。利用容重环在花铃期（7月12日）对试验棉田与对照棉田的土壤容重进行测定，观测生态降解地膜对土壤物理性状的影响。采用土盒烘干称量的方法于6月4日测定试验棉田和对照棉田膜下0～50cM土壤含水量，了解2种地膜保水方面的差异。采用地温计连续59d（4月29日－6月26日）测定各处理膜下5cm和10cM土层深度的地温，测量时间为每天8：00、14：00、20：00，对比生态降解膜与普通膜覆盖棉田土壤保温效果。

1.4.3 棉花生育期及农艺性状。调查记录试验棉田与对照棉田的棉花出苗、现蕾、开花时间，分别于2012年5月22日调查棉叶数，5月29日调查现蕾情况，6月25日调查开花情况，观察试验棉田与对照棉田在棉花生育进程方面的差异。

2012年试验于9月14日进行农艺性状调查，2013年试验于9月15日进行农艺性状调查，其中产量为小区实收，观察试验棉田与对照棉田农艺性状的差异。

2 结果与分析

2.1 生态降解地膜的降解效果

2.1.1 直观生态降解地膜的降解效果。生态降解地膜的降解过程如图1～图4（2012年观测）所示。生态降解地膜在降解过程中，首先是拉力和伸长率的降低，部分出现小孔（图1）；随着降解的继续，小孔发展成大孔（图2）；当地膜的断裂伸长率接近零时，地膜变脆（图3），容易被水浸润；在光、热和微生物继续作用下，地膜被降解为二氧化碳和水，逐渐消失（图4）。2013年生态降解地膜3号与普通地膜在播种7个月后的田间对比效果如图5、图6所示，普通膜几乎无变化，生态降解地膜已出现明显分解。

图1 生态降解地膜出现小孔

图2 生态降解地膜上小孔扩展

图3 生态降解地膜变脆

图4 生态降解地膜开始消失

图5 普通膜在播种7个月后效果

图6 生态降解地膜在播种7个月后降解效果

2.1.2 生态降解地膜内部分子结构的变化。生态降解地膜降解后不仅表观形貌发生变化，内部的分子结构也发生了变化。与生态降解地膜铺设前的红外光谱曲线（图7）相比，其在铺设4个月后的红外光谱曲线（图8）在波数1712cM－1处出现明显的羰基（C=O）特征吸收峰，这是生态降解地膜发生氧化降解，内部分子结构发生变化的标志。

图7 生态降解地膜铺设前的红外光谱曲线

图8 生态降解地膜铺设4个月后的红外光谱曲线

2.2 生态降解地膜对土壤理化指标的影响

如表1所示，生态降解膜1号、2号、3号与普通膜（CK）处理棉田土壤容重差异不显著。土壤的物理性状没有因为覆盖生态降解膜而发生改变。

由表1可以看出，生态降解膜2号、3号与普通膜（CK）覆盖棉田在土壤含水量方面差异不显著，生态降解膜1号与普通膜（CK）棉田相比差异显著，可能是由于生态降解膜1号潜伏期较短、降解较快。

表1 4种地膜土壤容重及含水量结果

由表2可知，膜下5cM土层深度生态降解膜2号在20：00的平均地温与普通膜（CK）棉田相比差异显著，膜下10cM土层深度生态降解膜3号在14：00的平均地温与普通膜（CK）棉田相比差异显著。其余组合3种生态降解地膜与普通地膜在膜下5cM和10cM土层深度地温无显著差异。因此，生态降解地膜保温效果与普通膜差异不大。

表2 4种地膜不同时间不同土层深度平均地温 ℃

2.3 生态降解地膜对棉花生长及产量的影响

2.3.1 棉花播种。在播种过程中，未出现粘连、断膜、撕裂等因膜质量原因而停机现象，机播机覆顺利。

2.3.2 生育进程。根据试验点调查记载，生态降解膜1号、2号、3号及普通膜（CK）处理棉田，棉花出苗时间均为8～9 d；平均棉花叶片分别为7.6、7.9、7.5、7.8片；5月29日，3种生态降解膜与普通膜棉田都进入现蕾期；6月25日，3种生态降解膜与普通膜棉田都达到初花期。因此，生态降解膜1号、2号、3号处理在棉花出苗、生长、现蕾及开花时间上与普通膜覆盖棉相比没有明显的差异。

2.3.3 棉花成铃、测产。由表3可知，生态降解膜1号、2号、3号处理的与普通膜相比分别增产4.5%、3.0%、8.4%，生态降解膜3号处理的籽棉产量与普通膜处理差异显著，生态降解膜1号、2号处理与普通膜处理差异不显著。

表3 2012年生态降解膜试验籽、皮棉产量结果

虽然3种生态降解膜对土壤理化指标及棉花生育进程、农艺性状无明显影响，但降解膜1号（潜伏期45 d）、2号（潜伏期60 d）由于光解速度较快与棉花生育期不匹配被淘汰，生态降解膜3号（潜伏期75 d）在棉花封垄后开始降解，更适合在棉田上使用。因此，2013年选择生态降解膜3号，在夏县水头镇牛家凹农场、临猗县牛杜镇王景村、新绛县龙兴镇东木赞村、万荣县光华乡大兴村黄河滩涂分别进行验证示范试验。

从表4可以看出，夏县水头镇牛家凹农场生态降解膜3号处理667 m2籽棉产量为332.4 kg，比普通膜棉田（CK）增产7.4%，但差异不显著。在棉花封垄前，膜光解比例超过30%，与普通膜相比保温、保墒效果无差异。11月24日田间调查，裸露在地表的膜分解比例超过80%，埋在土壤中的部分残膜分解较差，但与普通膜比较有生物降解的效果。

表4 2013年生态降解地膜试验籽、皮棉产量结果

临猗县牛杜镇王景村生态降解膜3号处理667 m2籽棉产量为295.0kg，比普通膜棉田 （CK）增产10.0%，差异显著。由于临猗王景棉田土壤黏重，播种采用干播覆膜后浇水，膜上覆盖一层泥土，清扫不干净，降解膜分解慢，棉花封垄前没有明显分解。11月22日调查，裸露在地表的生态降解膜已分解80%以上。

新绛县龙兴镇东木赞村生态降解膜3号处理667 m2籽棉产量为249.9kg，比普通膜棉田（CK）增产5.0%，但差异不显著。3号膜处理棉花在封垄前表现正常。

万荣县光华乡大兴村黄河滩涂生态降解膜3号处理667 m2籽棉产量为266.4 kg，比普通膜棉田（CK）减产2.2%，差异显著。虽然降解膜3号覆盖棉田后能顺利出苗，但在棉苗3～4叶期出现强烈分解，分解率超过60%，覆膜棉垄部分出现土壤裸露，杂草丛生，影响棉花苗期、蕾期生长，造成减产。这可能是由于在黄河滩涂特殊的气候条件或砂性土壤中，苗期光照强烈、地温较高造成降解较快。

3 结论与讨论

综上所述：生态降解地膜3号使用性能良好，可以用机械铺膜，不改变棉花的传统种植模式和习惯；能够满足棉花生产的要求，降解速率与棉花生育期匹配，对棉花的生长周期及产量无不良影响；在棉田使用，对土壤的理化性状和棉花的农艺性状无显著影响。因此，生态降解地膜3号适宜在山西省运城市普通棉田推广使用，在黄河滩涂地或砂性土壤上有待进一步试验。

在棉花生长后期，生态降解地膜发生降解，机械性能下降，拉力和伸长率下降。试验显示，可降解地膜裸露在地表部分当季可完全降解；埋在土壤中的残膜，随着土壤耕作上浮地表会继续降解，最终也会完全降解成CO2和水。生态降解膜降解后的残留膜，不仅形态上发生变化，其内部分子结构也发生了变化，羰基峰的出现显示可降解地膜在使用过程中发生了真正的降解，而不是简单的分解。因此，运城地区普通棉田可使用生态降解地膜3号替代普通地膜，对缓解农膜残留造成土壤的污染意义重大。

[1]范志杰.山西省早熟、中早熟棉区植棉技术进步与发展[M].太原：山西科学技术出版社，2010：25.

[2]崔建强，李克富，马丽，等.黑色地膜在棉花上的应用效果研究[J].中国棉花，2016，43(6)：17-18.

[3]李付广，章力建，崔金杰，等.我国棉田生态系统立体污染及其防治对策[J].棉花学报，2005，17(5)：299-303.

[4]唐薇，张冬梅，徐士振，等.生物降解膜降解特征及其对棉花生长发育和产量的影响[J].中国棉花，2016，43(4)：21-24，28.

[5]王星.可降解地膜的降解特性及其对土壤环境的影响[D].杨凌：西北农林科技大学，2003.

19The K-segment of maize DHN1 mediates binding to anionic phospholipid vesicles and concomitant structural changes[J].PlantPhysiology,2009,150(3):1503-1514.

[19]Alsheikh M K,Svensson J T,Randall S K.Phosphorylation regulated ion-binding is a property shared by the acidic subclass dehydrins[J].Plant Cell&Environment, 2005,28(9):1114-1122.

[20]Tompa P,Kovacs D.Intrinsically disordered chaperones in plants and animals[J].Biochemistry and Cell Biology, 2010,88(2):167-174.

[21]Hernández-Sánchez I E,Martynowicz D M,Rodríguez-HernándezAA,etal.Adehydrin-dehydrin interaction:The case of SK3fromOpuntia streptacantha[J].Frontiers in Plant Science,2014,5:520.

[22]Hara M,Fujinaga M,Kuboi T.Radical scavenging activity and oxidative modification of citrus dehydrin[J].Plant Physiology and Biochemistry,2004,42(7/8):657-662.

[23]HinchaDK, ThalhammerA. LEAproteins: IDPswith versatile functions in cellular dehydration tolerance[J]. BiochemicalSocietyTransactions, 2012, 40(5): 1000-1003.

Study on the Effects of Eco-Degradable Plastic Film for Cotton

Yang Sulong,Shi Jundong,Xi Kaipeng,Shi Gaochuan,Tao Mingang,Yao Zhong,Chang Tieniu, Zhang Weimin,Li Pengbo*,Shi Yuejin

S562.04

A

1000-632X（2017）08-0024-05

10.11963/1000-632X.ysllpb.20170727

2017-05-12

*通信作者：lpbmhs@126.com

国家现代农业产业技术体系棉花产业技术体系运城棉花综合试验站（CARS-18-29）