生物降解膜在旱地的降解特征及对土壤—玉米体系的影响

论文编号lybs0000215152

论文标题生物降解膜在旱地的降解特征及对土壤—玉米体系的影响

论文作者 王聪

指导导师 蒋锐

授予时间2022

授予年份2022

学位级别硕士

学科专业 环境科学

主题词 生物降解膜 降解过程 有机碳库 土壤肥力质量 玉米

授予单位西北农林科技大学

摘要  地膜覆盖技术是保障旱作农业区粮食安全的重要手段,但农田白色污染问题随着地膜覆盖时间的增加而愈加严重,对土壤肥力质量以及作物生产带来了严重负面影响。生物降解膜成为解决农田残膜污染的手段之一,为了明确生物降解膜短期覆盖对旱作农田的影响,本研究采用聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)型生物降解膜,设置生物降解白膜(BWF)、生物降解黑膜(BBF)、聚乙烯白膜(PWF)、聚乙烯黑膜(PBF)以及平作不覆膜(CK)5种处理,以旱作玉米田为研究对象,采用野外采样和定量分析的方法,对生物降解膜在旱作农业区的降解情况以及短期覆盖对土壤环境以及作物生长的影响进行研究。研究表明:(1)在田间覆盖过程中,生物降解白膜在玉米种植70 d左右进入大裂期,在种植110 d左右进入破碎期,覆盖功能完全丧失。生物降解黑膜在玉米种植110 d左右进入破碎期,覆盖功能良好,但膜脆化与表层土壤粘结在一起无法取下。第二年种植前,生物降解膜进入无膜期。生物降解膜在田间覆盖70 d后裁剪成相同面积的地膜片,在埋入20 cm地下410 d后,生物降解膜的剩余面积小于10%,土壤掩埋过程中,生物降解膜逐渐破碎降解,内部组织不断被腐蚀,机械性能丧失。红外光谱显示生物降解膜特征峰如羰基强度降低、峰面积减小,羟基以及碳碳双键形成。表明在旱作农业区生物降解膜在地表和土壤中都具有良好的降解效果。(2)耕作会导致土壤表层(0-20 cm)总有机碳含量下降,经过3年种植,各处理的土壤总有机碳(SOC)含量呈下降趋势,其中PBF处理2021年玉米收获后较2019年玉米收获后SOC含量下降显著(P2 mm)和小团聚体(0.25-2 mm)中SOC含量,降低了微团聚体(2 mm)和小团聚体(0.25-2 mm)中差异显著(P>0.05)。说明生物降解膜较聚乙烯膜和CK相比,有利于田间表层SOC的累积。在玉米生育期期间,生物降解膜与聚乙烯膜在农田形成的微环境不同,导致土壤表层微生物对土壤活性有机碳各组分的利用周转出现差异。生物降解膜在玉米生长季前期以及休闲期较聚乙烯膜提高了土壤表层活性有机碳易氧化有机碳(ROC)含量。经过分析,土壤表层可溶性有机碳(DOC)和ROC含量显著影响SOC含量,DOC对SOC影响最大,且为负效应,ROC对SOC具有正效应。同种颜色生物降解膜处理与聚乙烯膜处理在作物非生育期对土壤DOC影响差异较小,而生物降解膜处理显著增加了土壤ROC含量,有利于SOC的累积。同时间段同种颜色聚乙烯膜处理土壤CO_2通量显著高于生物降解膜(P0.05),其它土壤化学性质无显著差异。生物降解膜处理土壤肥力质量综合指数(IFI)显著高于聚乙烯膜处理和CK处理(P>0.05)。表明在旱作农业区短期覆盖生物降解膜有助于提高土壤肥力质量。(4)测定不同处理间玉米不同生长阶段农艺性状和产量。结果表明,生物降解膜处理与聚乙烯膜处理之间各农艺指标和产量无显著差异,均显著高于CK处理,表明从短期尺度来看,在旱作农业区覆盖生物降解膜可代替聚乙烯膜提高作物产量。(5)综上,从短期覆膜(≤3年)时间尺度的综合考量,可在黄土高原农业区玉米栽培体系推广覆盖生物降解膜。