关钰 王艳霞 刘明辉

摘 要 随着膜下滴灌技术在新疆绿洲农田的广泛应用，残留在土壤中的地膜引起了越来越多的关注。为了揭示不同大小地膜残片对滴灌玉米生产力和土壤质量的影响，2015—2016年在滴灌条件下开展了大田试验，种前将1 680 kg·hm-2的残膜混入土壤。试验共设置3个残片面积水平：面积小于5 cm2（F1），10～20 cm2（F2）和20～60 cm2（F3）。另设不加残膜的处理作为对照（CK）。结果表明，加残膜处理的玉米产量、地上生物量、N肥偏生产力和P肥偏生产力分别为6 738～6 952 kg·hm-2、15 162～16 618 kg·hm-2、49～55 kg·kg-1和164～184 kg·kg-1;0～20 cm土壤含水量、容重、有机质含量以及>0.25 mm水稳性团聚体百分比分别为9.3%～10.4%、1.34～1.36 g·cm-3、12.58～13.61 g·kg-1、58.8%～60.6%，各指標与对照之间均无显著性差异。除了F3处理，F1和F2处理的玉米产量、地上生物量、土壤大团聚体和有机质含量与对照持平或略高，最大增幅分别为5.9%、4.3%、6.7%和3.0%。因此，面积小于20 cm2的地膜残片短时间内对滴灌农田玉米生产力和土壤质量不会构成显著负面影响。

关键词 地膜残留;玉米产量;土壤容重;水稳性团聚体;土壤有机质

中图分类号：S513;X71 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.32.091

新疆地处我国西北干旱区，水资源短缺，蒸发量大，昼夜温差大，地膜能提高地温，保持土壤水分，提高单产，在绿洲农业高产稳产中发挥着不可替代的作用，同时也对提高农民收入并且保证粮食安全具有重要意义[1]。我国使用的农用地膜主要是线性低密度聚乙烯（LLDPE），性质稳定，不易降解，厚度在0.008 mm左右，易老化破碎，大部分地区回收率不足80%[2]。随着地膜覆盖栽培年限的延长，土壤中的残膜量也逐步增加，新疆目前已成为我国最大的地膜残留区，总残留量超过5.0×105 t[3]。大量研究表明，地膜残留会对农业环境造成一定的危害，比如土壤质量恶化、作物产量下降、环境污染等[4-6]。然而，也有一些研究却得出了不同的结论。齐小娟等[7]的调查和模拟试验结果均显示地膜残留对作物生长无明显影响。Meulen 等[8]发现有地膜残留的弃耕地植被生长更加茂盛，土壤有机质、大团聚体和土壤水分入渗性能都显著高于无地膜残留的地块。蒋丽萍等[9]指出当地膜残留量低于360 kg·hm-2时，西红柿株高、茎粗、叶数、植株干重受到的影响都不大。刘建国等[10]发现残膜碎片对棉花产量未造成影响。

覆膜栽培模式巨大的增产效应使其在现阶段和今后一个时期内仍不可替代[11]。尽管残膜回收机具和可降解地膜的研究取得了一定的进展，但由于技术不成熟及经济投入较大，难以进行大范围推广应用，地膜残留问题短时间内仍然难以完全解决，每年至少还有20%的地膜残留在土壤中。这些地膜残留在土壤中对农作物的生长和土壤质量是否有危害，其危害性又有多大，对此众说纷纭。因此需要重新思考：地膜残留对土壤质量和土地生产力的影响到底是消极的还是积极的;影响程度如何;应该如何正确对待地膜残留问题。仔细分析现有文献就会发现，大部分将地膜残留作为土壤污染物并发现其危害土壤性质和作物生产的文献都没有考虑残膜碎片大小的问题，有的还专门选择碎片较大的残膜进行控制试验研究。而实际残留在田间的地膜80%以上都是面积小于25 cm2的碎片[12]。本试验基于对过去地膜残留正反两方面效应文献进行分析，提出了面积较小的残留地膜不构成污染危害的科学假说，进一步在新疆绿洲滴灌农田上开展模拟试验，研究不同大小地膜残片对玉米产量和土壤质量的影响，旨在合理评价地膜残留污染问题，为保障干旱半干旱地区粮食安全和生态安全提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

大田试验于2015—2016年在石河子大学农学院试验站进行，试验站所在区域位于新疆石河子市（86°03?E，45°19?N），海拔为444 m，具有丰富的热量资源，年平均日照时长为2 526～2 874 h，年平均温度为6.6 ℃，≥0 ℃的积温为3 900～4 100 ℃，无霜期为160 d，年平均降雨量为150 mm。供试土壤为灌耕灰漠土（Calcaric Fluvisals，US Taxonomy），质地为壤土，含砂砾40%，粉粒37%，黏粒23%，pH7.81，有机质16.6 g·kg-1，有效氮75.2 mg·kg-1，速效磷16.7 mg·kg-1，速效钾139.8 mg·kg-1。该地区主要种植作物为棉花、小麦、玉米以及番茄，一年一熟。玉米一般在4月中下旬播种，早期低温以及有效积温缺乏是影响玉米生产的主要因素。

1.2 试验设计

残膜面积大小设3个梯度，分别为<5 cm2，10～20 cm2，20～60 cm2，依次记为F1、F2、F3，残膜使用量选取现有文献中最高的量——1 680 kg·hm-2[13]，另设一个不加残膜的对照，记为CK。收集田间使用过的厚度为0.000 8 mm的废旧地膜，洗净晾干后剪碎，然后均匀翻入农田0～20 cm土层（其原来残留的残膜已经人工拣出，可认为其中残膜密度为0）。由于大量地膜残留是有环境风险的，本试验各小区面积定为10 m2，每个梯度重复3次，试验地共120 m2，各小区以田埂分隔并设保护行。采用覆膜滴灌种植玉米，膜宽145 mm，一膜两管四行，每个小区2膜，株距10 cm，每667 m2的密度为7 500株。供试玉米品种为当地普遍种植的SC-704（Zea mays，SC-704 cv.）。该试验在同一个试验点连续进行2年，2015年4月30日破膜播种，9月18日收获;2016年4月25日破膜播种，9月15日收获。生育期灌水量为5 250 m3·hm-2，共灌水9次。施入氮肥为尿素（N≥46%），磷肥为磷酸二铵（N≥12%，P2O5≥48%），整个生育期施用纯N量为300 kg·hm-2，P2O5量为135 kg·hm-2，所有肥料均在播种前均匀撒入土壤，其余管理为大田常规管理。

大于0.25 mm水稳性团聚体含量常被作为判断土壤结构好坏的依据[24]。本研究中大于0.25 mm水稳性团聚体百分比除了F3处理略有下降，F1和F2都略高于对照，说明土壤结构未遭到破坏。而尉海东等[22]报道随残膜量的增加，0～20 cm土壤团聚体呈下降趋势，但该试验没有介绍地膜残片大小，也没有进行方差分析。

Meulen等[8]的研究结果发现有地膜残留的弃耕地植被生长更加茂盛，土壤有机质和大团聚体都显著高于无地膜残留的地块，最大增幅可达40%。解红娥等[23]发现地膜残留对土壤大量元素、微量元素和有机质含量均无显著影响。本研究得出了类似结果，地膜残留对0～20 cm土壤有机质无显著影响，F1和F2处理持平或略高于对照，F3处理略低于对照。面积较小的地膜残片可以把水分和养分聚集在作物根系周围，一定程度上能够促进玉米生长，使土壤有机质含量略有上升。刘海[17]、张丹等[25]、董合干等[3]的研究发现，随着残膜强度增加土壤有机质显著降低，原因可能是试验选取的地膜残片面积较大，分别为50～300 cm2、25～100 cm2和25～200 cm2，会影响玉米根系的生长，降低了根系生物量，导致向土壤输入的有机质下降。

3 结语

农田中面积小于60 cm2的残膜碎片在短时间内对滴灌玉米生长和土壤质量均无显著影响。其中，面积小于20 cm2的残膜处理各指标基本与无残膜对照持平，甚至略高于对照，而大于20 cm2的残膜处理略低于对照。因此，在生产实际中应该重点回收面积较大的地膜残片，对于实在难以回收的小面积残膜碎片给农业生产带来的影响应该正确看待、合理评估。

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