PBAT型全生物降解膜对南疆番茄产量及土壤理化性质的影响

为探讨聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯(PBAT)材料的全生物降解地膜的降解过程及其对番茄产量和土壤环境的影响,采用田间试验的方法,在南疆对比分析了PBAT型全生物降解地膜(降解膜)和普通聚乙烯地膜(CK)的降解性能及其对土壤温湿度、土壤养分及番茄产量的影响。结果表明,降解膜的降解过程为先出现裂纹,然后裂纹变长,覆膜100 d左右50%膜面无肉眼可见地膜。6—7月降解膜降解率较小,介于4.92%～17.99%,8月较大,为63.03%;而CK在整个生育期未出现降解。降解膜处理的番茄产量较CK减少941.67 kg·hm-2,减产率2.60%,但处理间产量差异不显著。整个生育期,降解膜膜下5、15 cm和25 cm土层平均土温分别较CK低0.73、0.60℃和0.54℃,处理间无显著差异(P0.05);膜下5 cm和25 cm土层降解膜处理平均土壤含水率分别较CK高2.84个百分点和3.54个百分点,而膜下15 cm土层较CK低13.15个百分点,处理间无显著差异(P0.05)。0～20 cm和20～40 cm土层,番茄生育期两处理的土壤养分差异均不显著。研究表明,降解膜降解性能良好,对番茄产量和土壤养分等指标的影响与CK相当,以降解膜代替普通地膜应用于番茄生产具有一定可行性。     

滴灌条件下不同覆盖材料对玉米产量效益及土壤水分的影响

为探明不同覆盖材料对滴灌水肥一体化条件下玉米产量和土壤水分分布的影响,以普通PE地膜和裸地为对照,分析全生物降解膜、加厚PE地膜、玉米秸秆等3种材料覆盖下对玉米产量和水分的影响。结果表明,玉米秸秆、加厚PE地膜和生物降解膜覆盖后玉米产量为13 114.5～13 708.5 kg/hm2,较普通PE地膜增产1.4%～6.0%;水分利用效率为24.17～25.11 kg/(mm·hm2),较普通PE地膜提高2.3%～3.8%。产值与效益均高于普通PE地膜,均以玉米秸秆处理最高,分别为38 383.8、24 283.8元/hm2;生物降解膜次之,分别为37 674.0、21 624.0元/hm2;加厚PE 地膜排第3,分别为36 720.6、21 570.6元/hm2。收获后覆盖处理土壤水分均呈典型的“双峰”曲线,上层含水量高于下层,对深层土壤水分影响较大。在降水量低、蒸发量高的沿黄灌区,覆膜的主要作用是减蒸保水,用可生物降解的环保型降解地膜、易回收型的加厚PE地膜或固炭培肥型的秸秆替代普通PE膜可行。     

全生物降解膜覆盖对玉米生长、产量及氮素利用的影响

  【目的】  研究全生物降解膜替代普通塑料膜对西北干旱农业区膜下滴灌玉米生长和氮素吸收利用、产量、经济效益的影响以及两种膜的降解性能,以探究缓解中国西北地区玉米农田残膜污染问题的方法。  【方法】  2019—2020年田间试验在宁夏平吉堡农场进行。试验采用裂区设计,主因素(覆膜材料)包括覆全生物降解膜(生物膜)、覆普通地膜和不覆膜对照,副因素(氮施用量)处理包括施氮0、120、240和360 kg/hm2,依次记为N0、N120、N240和N360。测定了玉米生长速率、产量和植株氮素利用效率,并分析了生物膜降解率。  【结果】  与不覆膜相比,覆生物膜两年后,玉米地上部干物质累积量平均增加了10.82%,最大累积速率提高了0.034 t/(hm2·d),最大累积速率出现时间提前了6.86天,吸氮量、氮肥回收利用率和氮肥农学效率分别提升了11.97%、31.47%和26.20%,且与普通地膜覆盖处理无显著差异。多曲线回归分析发现,生物膜和普通地膜处理下的玉米最大产量分别为1.42×104和1.43×104 kg/hm2,对应的施氮量分别为285.61和284.44 kg/hm2,两个覆膜处理间最大产量及其所需施氮量均无显著差异。在施氮240 kg/hm2时,两种膜处理的玉米产量及计算的最高产量也无显著差异。生物膜的两年平均降解率为40.65%,普通地膜为2.17%。在N240处理下两个膜处理均达到最大产值和经济效益,生物膜与普通地膜间没有显著差异。  【结论】  全生物降解膜覆盖在提升玉米产量、促进干物质积累和氮素吸收利用方面与普通地膜覆盖效果相近,且实现最高产量和经济效益施氮量也均为240 kg/hm2。虽然生物膜投入成本高于普通地膜,但省去了收集残膜的投入,因而总的经济效益与普通地膜相当。考虑生物降解膜的额外环境效益,推荐在西北干旱农业区以生物降解膜替代普通地膜。     

PBAT全生物降解地膜在玉米田中的降解特性

该文研究了以聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯(PBAT)为主要原料的全生物降解地膜在玉米农田覆盖过程中组成、结构、形态和性能的演变.通过测定PBAT降解过程中抗张强度和断裂伸长率的变化,并采用傅里叶红外、X射线光电子能谱、X射线衍射分析、扫描电子显微镜,探究了PBAT地膜在降解过程中物理和化学性质的变化.结果表明,随着降解时间的延长,PBAT地膜的抗张强度和断裂伸长率同步下降,在前4周时抗张强度和断裂伸长率分别下降了59.3%和68.8%,后期下降缓慢.从傅里叶红外谱图中可以看出,在光氧化、水解、酶解等的作用下,PBAT分子链中酯键的发生了断裂.从X射线光电子能谱中可以看出,碳与氧的原子个数比,从降解前的4.07降低为降解后的1.06,降解后PBAT中的氧元素含量增多,说明PBAT降解也是一个氧化过程,并且C和O元素的结合能均下降.降解过程中,PBAT的结晶区逐渐被破坏,无定形区相对增多.扫描电镜图中,PBAT降解过程不均一.由于PBAT在降解初期水解不是主要作用,因此,在中国的南方雨水多的地方也可以使用,在使用初期也具有良好的保温保墒效果.     

不同类型地膜添加对辽西褐土硝化潜势的影响

土壤硝化作用是肥料氮素进入到土壤中后参与氮素循环的关键过程,为了明确不同种类地膜对辽西褐土硝化活性的影响,本试验采用室内培养分析的方法,研究3种不同类型地膜(普通PE膜,PBAT全生物降解地膜和氧化-生物降解地膜)及不同地膜添加量(0、300、900 kg/hm~2)对辽西褐土硝化潜势的影响,探讨可降解地膜的混入是否会对土壤微生物硝化作用产生抑制和毒害作用。结果表明,与对照土壤相比,添加普通PE膜(T1)、PBAT生物降解膜(T2)和氧化-生物降解膜(T3)并没有显著影响土壤的硝化潜势,3种地膜添加后土壤硝化潜势表现为T1[NO_2-N 5.61 ng/(g·h)]T2[(NO_2-N 4.30 ng/(g·h)]T3[NO_2-N 3.42 ng/(g·h)],且对于普通PE膜和PBAT生物降解膜处理土壤,存在随着地膜添加量增加硝化潜势降低的趋势。通过进一步计算和评估,基于3种供试地膜的污染土壤未对土壤微生物硝化作用产生抑制和毒害作用。研究结果丰富了可降解地膜对土壤环境影响的相关理论,为实现可降解地膜在辽西地区推广应用提供数据参考。     

PBAT生物降解膜覆盖对绿洲滴灌棉花土壤水热及产量的影响

为应对农田残膜污染,探明基于聚己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)材料的完全生物降解地膜代替普通塑料地膜与滴灌结合在棉花滴灌上应用效果,于2015-2016年在新疆石河子大学节水灌溉试验站,分别设置4种不同厚度和降解诱导期生物降解地膜和普通塑料地膜共5种不同处理,研究不同覆盖对滴灌棉花土壤温度、水分及产量的影响,并对可降解膜降解性能和经济效益对比分析.2a试验结果表明,覆膜60～80 d开始出现降解,至覆盖180 d后出现均匀细纹并未完全降解,0.012mm可降解地膜覆膜180 d仅仅出现裂纹,降解速度较慢.0.010mm和0.012mm厚完全生物可降解地膜处理棉花苗期土壤0～25 cm平均温度较对照分别低0.94℃和1.34℃(P＜0.05),但随着作物生长两者差异逐渐减小.4种类型可降解膜覆盖在棉花生长前期均能提高土壤土壤水分,但随地膜降解和棉花生长后期则显著降低,与普通塑料地膜相比土壤水分显著降低1％～3％.总体而言,覆盖完全生物可降解地膜处理2a平均产量较CK减少2％～3％,水分利用效率减少4％左右(P＜0.05),净收入少1 858.5元/hm2 (10.2％),4种类型可降解地膜产投比相比,厚度较薄0.010mm处理应用经济效果较好.可见,目前全生物降解地膜若要代替普通地膜,解决残膜污染,仍需进行较大的改善.     

生物降解地膜对塔额盆地甜菜产量及含糖率的影响

为探究生物降解地膜对塔额盆地甜菜产量及含糖率的影响,于2021—2022年在塔额盆地开展2种地膜应用效果试验,以甜菜专用生物降解地膜(BD)和普通聚乙烯地膜(PE)为处理,以露播(CK)为对照,分析不同地膜对土壤温度、土壤含水量、甜菜产量以及含糖率的影响。结果表明,BD和PE处理较CK具有明显的增温保墒作用,3个处理下土壤温度和土壤含水量均表现为PE>BD>CK;BD处理产量、含糖率、产糖量均最高,较PE处理显著提高5.62%、7.91%、15.83%,较CK显著提高19.85%、9.96%、33.96%;BD处理2年当季地膜降解率可达到75.23%和78.43%,可显著减少白色污染。综上所述,在塔额盆地,生物降解地膜在甜菜生长的前期能保持良好的完整性,具有较好的增温保墒效果,同时生物降解地膜可以显著提高甜菜产量、含糖率和产糖量,能够提高收益,建议大面积推广应用。     

生物降解地膜对黄土旱塬玉米产量及水分利用效率的影响

研究黄土旱塬不同厚度生物降解地膜对作物产量和水分利用效率的影响,为黄土旱塬区生物降解地膜应用提供参考依据。采用0.006、0.008、0.010 mm 3种厚度的生物降解地膜,以裸地为对照,测定不同处理土壤水分、植株性状、产量和水分利用效率等指标。结果表明,生物降解地膜厚度减薄会显著降低地膜对水分的保蓄能力,覆膜后150 d,0.006 mm生物降解地膜单株叶面积小于裸地,0.008、0.010 mm生物降解地膜单株叶面积较裸地分别增加20.2%、22.2%。覆膜后120 d,0.006、0.008 mm生物降解地膜叶片SPAD值与裸地没有明显差异,0.010 mm生物降解地膜叶片SPAD值较裸地增加4.2%。生物降解地膜厚度对春玉米产量和水分利用效率有显著影响,生物降解地膜越厚,春玉米产量和水分利用效率越高,但0.008、0.010 mm生物降解地膜在产量和水分利用效率上没有显著差异。     

聚乳酸生物降解地膜对土壤温度及棉花产量的影响

随着地膜残留污染问题的加剧,降解地膜的应用研究越来越受到关注。通过普通塑料地膜与2种不同厚度聚乳酸生物降解地膜的田间对比试验,研究聚乳酸生物降解地膜降解状况及对土壤温度和棉花产量的影响。结果表明:聚乳酸生物降解地膜在覆膜17~22 d后进入诱导期,60 d后逐渐进入破裂期,130 d左右进入崩裂期。在棉花生长苗期,生物降解膜膜内增温缓慢,白天平均土壤温度普通膜分别高于18μm降解膜和15μm降解膜膜0.8℃和6.2℃。但夜间降解膜膜内平均温度较稳定,保温效果好,膜内温度高于普通地膜1℃左右。18μm聚乳酸降解膜与普通膜相比对棉花产量的影响无显著性差异,而15μm聚乳酸降解膜使棉花减产8.9%。研究表明,聚乳酸生物降解地膜厚度选为18μm较为合适,且具有良好的降解性,可满足棉花的生长需要,有望替代普通地膜在农田中推广使用。     

不同可降解地膜对土壤水热变化和玉米产量的影响

为解决长期地膜覆盖造成的"白色污染"问题,进行了生物降解地膜、液体地膜和普通地膜膜下滴灌种植试验,探讨不同地膜覆盖降解情况及对土壤水热变化及玉米产量的影响。结果表明,不同降解地膜间以EBP(氧化-生物双降解生态塑料)为主要成分的生物降解地膜增温保墒效果较好,虽低于普通地膜处理,但明显高于裸地处理。不同地膜覆盖处理间以EBP为主要成分的生物降解地膜产量最高,其次是液体地膜,以聚已酸丁二酯(PBSA)为主要成分的生物降解地膜产量最低。膜下滴灌玉米田使用以EBP为主要成分的生物降解地膜,可有效减少"白色污染",而且产量显著高于普通地膜覆盖处理,可在辽西地区推广应用。     

热塑淀粉Mater-Bi可生物降解地膜的适用性与降解性能研究

通过霉菌侵蚀法、田间考察法和受控掩埋试验法,对Mater-Bi可生物降解地膜在上海郊区的适用性及其生物降解性能进行了研究。结果表明,Mater-Bi可生物降解地膜由于其高达90%的淀粉含量,能够被霉菌等微生物作为碳源所利用,仅需数天,霉菌菌落即可在该膜表面旺盛生长。在上海崇明岛的气候条件下,Mater-Bi可生物降解地膜的诱导期为60～120d,在田间生产中具有良好的适用性,能够满足上海郊区作物生产的需要。Mater-Bi可生物降解地膜能够被崇明岛当地农田土壤中的微生物迅速降解,在土壤中埋藏90d后,失重率为58.6%。其降解速度在10～20cm耕作层土壤中的最快,90d后失重率即高达84.2%。因此种植季结束后,可生物降解地膜不需要人工或机械捡拾残膜,只需翻耕入土壤即可,最佳翻耕深度为10～20cm。     

华北集约农区马铃薯地膜覆盖安全期的探讨

作物地膜覆盖安全期指某一作物在某一区域要求地膜覆盖的最佳天数,也就是地膜覆盖农田土面能保持膜面完整的日数,在此日数之前地膜应该保持基本完整,维持增温保墒等功能,此日数之后,这些功能基本消失。华北集约农区水分条件基本能满足马铃薯生长的需求,因此,生产中主要根据该区域自然条件和作物对温度需求的特点适期揭膜。为确定华北集约农区马铃薯种植的最佳揭膜时间,在青岛市以露地种植为对照（T1）,分别设置了播种后覆膜30d（T2）、60d（T3）、75d（T4）、90d（T5）4个中途揭膜和全生育期覆膜不揭（T6）共6个处理,观测田间10cm土层土壤温度以及马铃薯生育期、出苗率及产量等指标。结果发现：与露地（T1）相比,地膜覆盖（T2、T3、T4、T5和T6）可以促使研究区马铃薯提前5d出苗,且出苗率得到提高;全生育期覆膜（T6）通过提高地温从而促进马铃薯的生长发育,在马铃薯播种-出苗期,全生育期覆膜（T6）处理较露地（T1）10cm土层土壤日平均温度提高1.1℃,10cm土层地积温增加66.1℃·d。不同揭膜时间的试验结果显示,在播种后60d揭膜处理中,马铃薯田10cm土层的地积温较高,为1795.6℃·d。此外,在马铃薯播种60d内地膜覆盖可以显著提高马铃薯田10cm土层地温日较差,播种60d后揭膜对10cm土层地温日较差影响不大。研究结果显示马铃薯产量与地膜覆盖和揭膜时间密切相关,对照露地种植（T1）产量最低,为40.3thm⁻²;60d揭膜（T3）最高,为45.7thm⁻²,较露地种植（T1）增产13.4%;75d揭膜（T4）较高,较露地种植（T1）增产10.4%。综合看,在该地区马铃薯生产中覆膜后60～75d进行揭膜最合适,即该地区马铃薯地膜覆盖安全期为60～75d。     

不同类型地膜覆盖对玉米农田水热状况及产量的影响

为提高我国北方旱地作物的水分利用效率,探索可降解类型地膜的应用前景,在山西省农科院东阳试验基地,于2015年和2016年连续定点定位设置普通地膜、渗水地膜、生物降解地膜、光降解地膜4种不同类型地膜覆盖模式,以不铺膜为对照,研究不同类型地膜覆盖模式对农田水热效应和玉米产量的影响。研究结果表明:4种覆膜处理下的土壤温度在生育前期土表处分别较不铺膜处理高3.1~5.9℃;渗水地膜和生物降解地膜处理的水分利用效率显著高于其他处理(P0.05),光降解地膜和普通地膜处理次之,不铺膜对照处理最低,渗水地膜、光降解地膜、生物降解地膜、普通地膜处理的水分利用效率分别较对照高11.0、5.9、12.8、5.4 kg/(mm·hm~2)。产量方面,与对照相比较,渗水地膜、光降解地膜、生物降解地膜、普通地膜处理2015年的增产率分别为20.3%、0.1%、15.4%、8.8%;2016年的增产率分别达到44.8%、36.1%、53.6%、31.6%,表现为生物降解地膜渗水地膜普通地膜光降解地膜。地膜增温保墒作用下,处理之间的增产效果与水分利用效率变化协同,其中生物降解地膜能够显著提高玉米的水分利用效率及产量,在未来可替代普通地膜推荐应用到旱地玉米中,同时达到缓解农田残膜污染的效果。     

垄沟集雨种植下不同降解地膜沟覆盖对农田马铃薯产量和土壤水热的影响

为筛选适宜于西北旱作区沟垄集雨系统下马铃薯生长和产量提高的降解地膜类型,于2015—2016年设置两年田间试验,以平作不覆盖为对照(CK),研究生物地膜(DS)、麻纤维地膜(DM)和液态地膜(DY)的降解特征、土壤水热效应及其对马铃薯生长、产量的影响。结果表明,两年试验期内不同类型降解地膜的降解失重率整体表现为DY>DM>DS,DY完全降解,DM和DS两年平均降解失重率达72.3%和38.3%。两年生育期平均土壤蓄水量各处理表现为DS>DM>DY≈CK,DM和DS在生育关键期(播后70 d)有效增加0~160 cm层土壤蓄水量,2015年较CK分别增加29.0%和15.6%,2016年分别增加17.8%和11.6%;而DY与CK无显著差异。与CK相比,DY在播后30~50 d土壤保温效应显著,DM 在播后0~70 d土壤增温效果尤为显著;在播后110 d各处理土壤增温效应差异不显著。土壤水分、温度与马铃薯总产量Pearson相关分析表明,播后30 d土壤水分、温度对马铃薯总产量的形成至关重要,且播后70~90 d土壤水分对总产量的影响高于土壤温度。与CK相比,DM、DS和DY的马铃薯产量2015年分别显著增加20.3%、17.4%和9.2%,2016年分别显著增加18.1%、17.0%和12.2%;DS、DM的水分利用效率2015年分别显著增加24.1%和24.5%,2016年分别显著增加23.1%和15.2%。两年马铃薯纯收益均以DM最高,较CK分别显著增加47.8%和32.4%。综上,沟垄集雨种植下可降解地膜沟覆盖能显著改善旱地土壤水热环境,提高马铃薯产量、水分利用效率和纯收益,以沟覆盖麻纤维地膜处理效果最佳。本研究结果为降解地膜覆盖种植应用于西北旱作区马铃薯农业生产提供了理论依据和技术参考。     

降解周期可调控的甘蔗渣生物降解地膜增温保墒性能分析

针对云贵高原地区春季播种时存在季节性干旱的问题，使用塑料地膜容易导致农田土壤污染的现状，该研究采用Box-Behnken设计试验，将施胶剂成分的硅酸钠、可溶性淀粉、硅油含量作为因变量，将降解率、抗张强度、土壤温度、土壤水分作为响应值，制备了一种降解周期可调控增温保墒甘蔗渣生物降解地膜。以不覆膜作为对照组（CK），探讨生物降解地膜的降解性能、抗张强度及对土壤水分和温度的影响，并观察降解过程中地膜纤维结构的变化。结果表明，地下覆膜的降解速度和降解强度均高于地表覆膜，覆膜72 d时，二者的降解率最高分别达86.41%、70.44%。在覆膜72 d时，地表试验组抗张强度下降到9.77～21.97 N/m，地下试验组在49 d后抗张强度接近为0；扫描电镜观察到地膜出现断裂的短纤维，与降解过程中地膜宏观表现出的膜片出现孔洞、质量逐渐下降规律一致。与CK相比，覆膜对提高土壤早间、午间、晚间温度均具有显著作用（P<0.05），且所有试验组对提高土壤含水率均有显著影响（P<0.05）。综上，甘蔗渣生物降解地膜的增温、保墒性好，为农业生产上推荐适宜的地膜组成及含量以指导生产实践具有较好的应用价值。     

中国可降解膜覆盖对玉米产量效应的Meta分析

可降解膜是解决农业生产中地膜残留污染的有效措施,但覆盖可降解膜的作物产量效应仍存在较大分歧.该研究以玉米为研究对象,分别以不覆盖和覆盖普通地膜作为覆盖可降解膜的对照,通过检索已发表的相关田间试验数据,利用Meta分析方法定量研究覆盖可降解膜对玉米的产量效应和影响因素.结果表明,在可降解膜和不覆盖组合中,覆盖可降解膜的玉米产量较不覆盖平均提高17.8%(95%置信区间14.8%~20.9%);该组合不存在发表偏倚和极端值.可降解膜和普通地膜组合存在发表偏倚,校正前覆盖可降解膜的玉米产量显著低于覆盖普通地膜(平均相差1.8%),校正后二者差异不显著(置信区间-0.9%~2.7%);该组合也不存在极端值.与不覆盖和覆盖普通地膜相比,覆盖可降解膜的累计平均产量效应均随时间趋于稳定.近5 a来,覆盖可降解膜与覆盖普通地膜的玉米产量差异和变幅均较2000—2010年有所减小.在高海拔、低气温区域,平作和使用0.008 mm厚度降解膜时,更有利于提高可降解膜的增产效应.该研究可为降解膜的大规模推广应用和开发研制提供依据.