程万莉 樊廷录 王淑英 李尚中 赵刚 党翼 王磊 张建军 周刚

摘要：全生物降解地膜可作為治理农用聚乙烯地膜残留污染的主要措施之一，但由于其生产工艺不同致使降解性能差异较大，导致使用区域范围和作物种类受限，推广使用时需做适合性试验。为明确全生物降解地膜在河西灌区马铃薯栽培应用中能否满足其生育期对热量的需求，为河西灌区马铃薯种植中全生物降解地膜替代聚乙烯地膜及区域农业生产绿色发展提供数据支撑和科学依据。以马铃薯品种大西洋为指示品种，选用聚乙烯地膜和全生物降解地膜进行垄上覆盖栽培，研究了在河西灌区全生物降解地膜覆盖对马铃薯田耕层土壤温度和马铃薯产量的影响。结果表明，与覆盖聚乙烯地膜相比，采用全生物降解地膜覆盖时5、15、25 cm土层土壤日平均温度降低了1.10 ℃，马铃薯折合产量（39 073.50 kg/hm2）增加了13.64%，这表明全生物降解地膜覆盖能够满足马铃薯生育期对热量的需求，可显著增加马铃薯产量。综上，在不改变当地田间管理措施的条件下，在河西灌区马铃薯栽培中可以使用符合或优于国标（GB 35795-2017）要求的全生物降解地膜替代聚乙烯地膜。

关键词：全生物降解地膜；河西灌区；土壤温度；马铃薯产量

中图分类号：S532                文献标志码：A                文章编号：2097-2172（2023）09-0815-07

doi：10.3969/j.issn.2097-2172.2023.09.006

Effects of Biodegradable Film Mulching on Soil Temperatures and

Potato Yields in Hexi Irrigation Area

CHENG Wanli 1， 2， 3， 4， FAN Tinglu 2， 5， WANG Shuying 1， 2， 3， 4， LI Shangzhong 1， 2， 3， 4， ZHAO Gang 1， 2， 3， 4，

DANG Yi 1， 2， 3， 4， WANG Lei 1， 2， 3， 4， ZHANG Jianjun 1， 2， 3， 4， ZHOU Gang 1， 2， 3， 4，

（1. Dryland Agriculture Research Institute， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou Gansu 730070， China; 2. Key Laboratory of Water Resources Efficient Utilization in Dry Farming Areas of Gansu Province， Lanzhou Gansu 730070，

China; 3. Key Laboratory of Northwest Green and Low- carbon Dryland Crops， Ministry of Agriculture and Rural

Affairs， P. R. China， Lanzhou Gansu 730070， China; 4. Key Laboratory of Stress Resistance， Yield Increase

and Efficient Utilization of Rainwater in Dryland Crops， Jointly Established by the Ministry of Agriculture

and Rural Affairs and Gansu Province， Lanzhou Gansu 730070， China; 5. Gansu Academy of

Agricultural Sciences， Lanzhou Gansu 730070， China）

Abstract： As one of the main measures for the control of residual pollution of polyethylene mulch in agriculture， the use of biodegradable mulch has been the focus of much attention. However， due to differences in production processes， the degradation performance varies widely， and the scope of use is limited by area and crop species， so the popularisation of its use needs to be adapted to local production text. In order to understand whether biodegradable film mulching would be able to provide enough heat for potato production in Hexi irrigation district， so as to provide data support and scientific basis for the popularisation and application of biodegradable film mulching in potato cultivation in Hexi irrigation district， the potato variety Daxiyang was used as the indicator variety， and polyethylene film and biodegradable film were used for ridge mulching cultivation. Effects of biodegradable film mulching on soil temperature and potato yields in Hexi irrigation area were studied. The results showed that， compared with polyethylene mulching， soil temperatures at 5 cm， 15 cm and 25 cm depths of biodegradable film mulching were decreased averagely by 1.10 ℃， and the average potato yield was increased by 13.64%（39 073.50 kg/ha）， which indicated that the biodegradable film mulching could meet the heat demand during the potato growth period and could significantly increase the potato yield. In conclusion， biodegradable film that meets the requirements of the national standard （GB 35795-2017） could be used to replace polyethylene film in potato cultivation in Hexi irrigation district when local field management measures are not changed.

Key words： Biodegradable film; Hexi irrigation area; Soil temperature; Potato yield

收稿日期：2023 - 08 - 25

基金项目：国家重点研发计划（2021YFD1100501）；农业农村部玉米产业技术体系（GARS-02-66）；甘肃省农业农村厅环保站项目“甘肃省地膜科学使用及残留污染综合防治关键技术研究与应用”。

作者简介：程万莉（1989 — ），女，甘肃靖远人，助理研究员，硕士，主要从事土壤改良与培肥工作。Email： chwlir@163.com。

通信作者：樊廷录（1965— ），男，甘肃临洮人，研究员，博士生导师，主要从事旱作农业关键技术研究与科技管理工作。Email：fantinglu3394@163.com。

地膜已成为我国第四大农业生产资料，2021年全国地膜使用量132.03万t，覆盖面积1 728.22万hm2。甘肃农田地膜使用量仅次于新疆，居全国第二位，2021年底全省各类作物地膜用量为12.17万t，覆膜面积139.14万hm2［1 ］。早在20世纪80年代初地膜引进国内起，甘肃就开始在河西地区试点推广地膜覆盖栽培技术，已使用近40年，为保障甘肃省粮食及主要农产品生产贡献巨大，作物产量增产20%～50%［2 - 5 ］，曾被誉为农业上的“白色革命”。目前以聚乙烯（PE）地膜为主，其在自然界降解周期长达数百年，随着地膜用量和使用年限不断增加，加之长期未有效治理，土壤中残膜累积量增加已成为农业可持续发展面临的突出问题之一，地膜又成为“白色污染”［6 - 10 ］。2017年起国家各部委连续出台了系列意见和办法加强农田地膜污染防治。2018年通过的《中华人民共和国土壤污染防治法》规定：“国家鼓励和支持农业生产者使用生物可降解农用薄膜”。因此，使用基于全生物降解聚酯材料的降解地膜及作物栽培技术，是解决“白色污染”的有效途径之一［5 ］。

由于地膜因其具有增温保墒抑草等多种功效，被广泛用于河西灌区马铃薯生产中。全生物降解地膜作为聚乙烯地膜的主要替代品和治理农用聚乙烯地膜残留污染的主要措施，得到国内外高度重视，在地膜污染防控及生产应用中取得了明显的效果，国内生产企业遍及山东、上海、广州、新疆、吉林和甘肃等工业发达区域和地膜使用规模大的地域。但因地膜生产工艺不同、产品生物降解、机械作业和增温保墒等性能差异较大，其使用区域范围和作物种类也受制于降水、温度、光照和土壤等条件，因此，该产品推广应用具有作物选择性和区域优先性，在推广使用时需做适应性试验。基于全生物降解地膜存在的以上问题和特性，我们研究了不同覆盖材料对马铃薯田土壤耕作层5、15、25 cm土壤温度的变化，基于对作物产量的影响，以期明确全生物降解地膜在河西灌区马铃薯栽培应用中能否满足其生育期对热量的需求，为河西灌区马铃薯种植中全生物降解地膜替代聚乙烯地膜提供数据支撑，为区域农业生产绿色发展提供理论依据。

1   材料与方法

1.1   试验地概况

试验设在金昌市永昌县东寨镇双桥村丰泽园种植农民专业合作社基地（东经102° 3′ 396″、北纬38° 13′ 83″）。试验地属河西走廊，当地海拔1 954 m，属于温寒干旱气候，年均温4.8 ℃，无霜期131 d，年平均降水量185.1 mm，年平均蒸发量2 000 mm，年平均日照时数2 884.2 h。试验地土壤为灰钙土，质地为沙壤。试验地前茬为冬小麦，地块平整，土壤肥力均匀，其中耕层土壤含有机质12.28 g/kg、全氮0.34 g/kg、碱解氮52.09 mg/kg、速效磷7.08 mg/kg、速效钾185.34 mg/kg，pH為8.65。

1.2   供试材料

试验用全生物降解地膜为“梓雨”牌黑色地膜（BF膜），其主要成分为聚乳酸和聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯，在土壤微生物作用下降解产物为水和二氧化碳。地膜规格为幅宽800 mm、厚0.01 mm，且质量符合GB 35795 — 2017标准。普通地膜为聚乙烯地膜（PE膜）为“鑫银环”牌黑色地膜，地膜规格为幅宽800 mm、厚0.01 mm，且质量符合GB 13735 — 2017标准。试验用地膜均由兰州鑫银环橡塑制品有限公司研发生产。试验指示马铃薯品种为大西洋原原种，由泰尼科园艺有限公司生产。

1.3   试验方法

试验设聚乙烯地膜（PE膜）覆盖、全生物降解地膜（BF膜）覆盖2个处理，随机区组设计，3次重复，小区面积60 m2（6 m×10 m）。试验采用垄上覆膜播种栽培方式，垄作间距90 cm（其中垄沟宽20 cm、垄底宽70 cm、垄面宽35 cm），垄高35 cm。种植密度为9.3万株/hm2，生育期灌溉12次，每次灌水量375 m3/hm2。其余管理与当地大田一致。

1.4   观测指标及方法

采用杭州路格L93-32全自动地温记录仪（测量范围-40～100℃，分辨率0.1 ℃，测量精度±0.5 ℃），记载马铃薯从苗期至收获期（即2022年5月24日至9月5日）5、15、25 cm土层土壤温度。为降低设备探头系统误差，试验前使用水银温度计对感应探头进行校准。每处理设3个监测点，每2 h记录1次，每个监测点每层每天记录12组地温数据，计算不同处理各土层土壤日均温、月均温变化等。因2个试验处理在同一环境中进行，对覆盖材料影响一致，因此本研究未测定大气温度变化。

在地温监测区域进行实收测产。每个监测点选取6行的长方形样方（54 m2）进行机械实收测产，测产方法参照《农垦系统农业高产攻关活动测产验收办法》［11 ］。

1.5    数据处理

试验数据分析采用WPS 2020和SPSS 22.0统计分析软件进行处理，采用单因素方差分析（one-way ANOVA）进行显著分析（P < 0.05）。

2   结果与分析

2.1   不同地膜覆盖下各土层土壤温度变化特征

河西灌区马铃薯从苗期至成熟收获在5、15、25 cm土层每个处理的监测记录温度如图1所示。从图1可以看出，监测期内，5、15、25 cm各土层地温均表现为PE膜覆盖高于BF膜覆盖，且变化趋势相似。在5 cm土层，土壤温度高温最高、低温最低、变异系数最大，PE膜覆盖温度变化范围为10.4～27.5 ℃，变异系数为17.23%；BF膜覆盖为9.2～25.7℃，变异系数为17.13%。在25 cm土层，土壤温度高温最低、低温最高、变异系数最小，PE膜覆盖温度变化范围为12.9～22.0 ℃，变异系数为10.50%，BF膜覆盖为12.3～20.5 ℃，变异系数为9.46%。在15 cm土层，PE膜覆盖下温度变化范围为12.2～24.7 ℃，变异系数为12.95%；BF膜覆盖下温度变化范围为11.5～22.3 ℃，变异系数为11.79%；且不同覆盖材料下最高土壤温度均低于5 cm土层温度而高于25 cm土层温度，最低土壤温度高于5 cm土層温度而低于25 cm土层温度，变异系数小于5 cm土层而大于25 cm土层。

2.2   不同地膜覆盖下各土层土壤日温度变化特征

不同覆盖材料下5、15、25 cm土层土壤日温度差异较大，但变化趋势基本相同（图2），且均表现为PE膜覆盖日均温高于BF膜覆盖。随着土层深度增加，PE膜和BF膜覆盖日均温度差异逐渐缩小（图3）。

从表1可以看出，5 cm土层PE膜和BF膜日均温差最大，为1.47 ℃；其次为15 cm土层，日均温差为1.08 ℃；25 cm土层最小，日均温差为0.75 ℃。同时可以看出，日均温极差变化与最大值一致，5、15、25 cm土层分别为3.86、3.28、2.51℃。这主要是由于随土层深度增加，覆盖材料对土壤温度的影响逐渐减弱。各土层平均日均温差（1.10 ℃）和平均极差（3.21 ℃）均与15 cm土层接近。

2.3   不同地膜覆盖下各土层土壤月温度变化特征

不同覆盖材料5、15、25 cm土层月均温变化趋势相同，均呈下降趋势（图4），均以5月份平均温度最高。在5 cm土层，PE膜覆盖和BF膜覆盖分别为20.37、18.65 ℃，其中PE膜覆盖5月份平均温度较6、7、8、9月份分别高5.47%、8.75%、12.66%、27.01%；BF膜覆盖5月份平均温度较6、7、8、9月份分别高6.66%、8.94%、8.83%、3.23%。在15 cm土层，PE膜覆盖和BF膜覆盖分别为19.68、18.57 ℃，其中PE膜覆盖5月份平均温度较6、7、8、9月份分别高2.56%、4.01%、7.47%、21.83%，BF膜覆盖5月份平均温度较6、7、8、9月份分别高4.00%、6.70%、6.66%、25.68%。在25 cm土层，PE膜覆盖和BF膜覆盖分别为18.55、18.05 ℃，其中PE膜覆盖5月份平均温度较6、7、8、9月份分别高0.76%、0.55%、3.01%、17.83%，BF膜覆盖5月份平均温度较6、7、8、9月份分别高1.85%、4.05%、3.58%、20.95%。由以上差异可知，在5 cm和25 cm土层，6、7、9月份较5月份全生物降解膜覆盖土壤温度下降幅度均高于聚乙烯地膜，表层土温下降幅度高于深层土温，这可能是因为6、7月份时马铃薯植株地上部较小，未能完全封垄，土壤易受太阳辐射影响。9月份马铃薯植株开始衰老，地表覆盖度降低，加之全生物降解地膜已降解至基本无保温功能，而聚乙烯地膜因其没有发生降解，因此依旧有良好保温效果好、降温幅度较小。

2.4   不同地膜覆盖对马铃薯经济性状及产量的影响

产量是评价栽培措施改变对作物影响最直接的指标，采用实收测产法测定了地温监测区域马铃薯的产量。试验结果（表2）表明，不同覆盖材料对马铃薯株高有极显著影响，对茎粗和单株结薯重无显著性影响，对单株结薯数和产量影响显著。覆盖BF膜时，马铃薯株高为54.9 cm，较覆盖PE膜增加10.02%；茎粗为11.4 cm，较覆盖PE膜增加0.88%；单株结薯数为5.1个，较覆盖PE膜减少17.74%；单株结薯重为1 000.95 g，较覆盖PE膜增加4.57%；折合产量为39 073.50 kg/hm2，较覆盖PE膜增加13.64%。

3   讨论与结论

马铃薯是与水稻、小麦和玉米并称为世界四大农作物，发展潜力大、可替代主粮的非禾谷类作物之一［12 - 13 ］。因其生育喜冷凉环境，在我国适种区域分布在干旱少雨区，覆膜成为确保其稳产的关键栽培措施，但聚乙烯地膜环境潜在污染严重，所以研究降解地膜对马铃薯生育期耕层土壤温度的影响可对马铃薯稳产增产提供技术支撑，为实现马铃薯绿色轻简化生产意义重大。

本研究结果表明，覆盖全生物降解地膜在河西灌区马铃薯栽培应用中能够满足其生育期对热量的需求，可显著增加马铃薯产量。这主要是由于马铃薯生长发育过程对温度需求特征为块茎萌发到出苗期需要较高温度［14 ］，而块茎诱导形成期［15 ］、块茎膨大期［16 ］、干物质积累期较低温度更有利于各生育进程［17 - 18 ］，这与全生物降解地膜从“膜面完整—诱导开裂—碎片化”过程中其增温性能由强到弱的变化基本一致，即全生物降解地膜在马铃薯萌发时膜面完整，提供了满足于马铃薯块茎萌发需要的较高地温的条件；在马铃薯块茎形成期和膨大期，全生物降解地膜开始破裂，增温、保温性能开始逐渐降低，但聚乙烯地膜因其不会裂解、膜面完整，增温、保温性能未减弱，使土壤温度较高，不能提供较适宜的马铃薯块茎膨大所需的温度条件；同时较低的土壤温度会延缓植株衰老［19 ］，从而延长干物质积累的时间，进而有利于马铃薯产量的增加。综上，可以看出全生物降解地膜裂解丧失增温保温功能的过程，使耕层土壤温度降低，5、15、25 cm土层土壤日平均温度比覆盖聚乙烯地膜低1.1 ℃，较低的温度有助于马铃薯薯块膨大和干物质积累，促进产量形成，其产量高达39 073.50 kg/hm2，较覆盖聚乙烯地膜增产13.64%，增产差异极显著。所以认为，在不改变河西灌区马铃薯田间管理措施的条件下，可以使用符合或优于国标（GB 35795 — 2017）要求的全生物降解地膜替代聚乙烯地膜，用以治理“白色污染”问题。另有研究表明，低温更有利于马铃薯淀粉的形成和积累，改善马铃薯品质［20 - 21 ］，但覆盖全生物降解地膜和聚乙烯地膜是否对马铃薯品质有影响尚需进一步深入研究。

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