不同类型地膜对宁南山区农田土壤环境的影响研究

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xieqinghang
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地膜覆盖作为一项增温保墒措施,在农业生产中发挥着重要作用。地膜覆盖技术有效提高了土壤耕层水分和温度,为促进作物增产增收和实现国家粮食安全提供了重要保障。长期以来,地膜的大量使用加之其不易降解,难回收等特点,致使土壤地膜残留严重,不仅破坏土壤结构,而且造成了“白色污染”等环境问题,严重影响了土壤健康和可持续发展。降解地膜在自然条件下可快速降解为CO2和H2O等物质,有效地缓解了土壤环境污染。但降解地膜易受光照、降雨等环境因素影响,在不同气候条件下降解膜对土壤环境效应也有所差异。宁南山区为典型的大陆性季风气候,受干旱和低温气候条件限制,地膜被广泛应用于农业生产实践中,但目前该区域降解地膜对土壤生态环境效应尚不清楚。针对以上科学问题和技术需求,本研究以无覆膜(CK)为对照,选取2种普通聚乙烯地膜(白膜W和黑膜B)和3种不同类型的生物降解地膜(PE、PB和PP)为覆盖材料,无任何作物条件下,分析了不同地膜覆盖对土壤水分温度变化、土壤碳氮含量、土壤酶活性以及土壤细菌群落的影响。主要得出以下结论:(1)无降雨期,相比无覆膜,地膜覆盖处理抑制了土壤水分损耗,普通地膜的保水性能显著优于降解地膜。降雨期,小雨和中雨事件对普通地膜和降解地膜覆盖下的土壤水分均无明显影响。在大雨事件下,普通地膜和降解地膜覆盖均增加了土壤水分含量。与无覆膜相比,后期降解地膜PB和PP由于发生破损,降雨后土壤水分与无覆膜没有明显差异;普通地膜W和B由于膜面遮挡土壤水分补给量明显低于无覆膜和降解地膜。(2)覆膜条件下土壤温度与气温呈正相关。气温每升高1℃,CK、W、B、PE、PB和PP的土壤温度分别增加0.98℃、1.15℃、1.03℃、1.11℃、0.64℃和0.59℃;降解地膜(PB和PP)破损后,其土壤温度的升温速率与无覆膜没有差异。地膜覆盖显著增加了土壤总有效积温,普通地膜的增温效应高于降解地膜。不同地膜覆盖土壤总有效积温大小为W>PE>B>PB>PP>CK。降解地膜(PB和PP)在破损前土壤有效积温显著高于无覆膜,在破损后的土壤有效积温与无覆膜没有显著差异。其中降解膜PE是向传统地膜加入降解颗粒,其土壤有效积温处于普通地膜(W和B)之间但显著高于降解地膜(PB和PP)。(3)覆膜显著改变了0-10 cm土层的微生物量碳氮含量,不同地膜覆盖下土壤微生物量碳氮变化差异显著。相比于无覆膜,普通地膜W和降解地膜PE的土壤微生物量碳分别降低了27.40%和24.53%,普通地膜B、降解地膜PB和PP分别增加了42.55%、132.93%和15.24%。普通地膜W和降解地膜PP的土壤微生物量氮分别增加了117.70%和115.40%,降解地膜PE下降了35.21%,普通地膜B和降解地膜PB与无覆膜CK没有显著差异。(4)不同地膜覆膜下土壤蔗糖酶和脲酶活性存在显著差异。总体来看,与无覆膜相比,所有覆膜处理均降低了土壤蔗糖酶活性;降解地膜(PB和PP)的脲酶活性高于普通地膜(W和B)。覆膜降低了土壤有机碳含量,不同覆膜处理下的有机碳含量表现为无覆膜(CK)>普通膜(W和B)>降解膜(PE、PB和PP),表明降解膜(PE、PB和PP)对土壤有机碳的降低程度高于普通地膜(W和B)。与无覆膜相比,普通地膜W显著增加了土壤全氮含量,普通地膜B和降解地膜(PE、PB和PP)与无覆膜无显著差异。(5)覆膜改变了土壤细菌群落组成。相比于无覆膜,W、B、PB减少了土壤细菌的OTUs,PE和PP增加了土壤细菌的OTUs(操作分类单元,Operational taxonomic units)。不同覆膜处理的细菌多样性大小表现为PP>PE>CK>B>W>PB;丰富度高低表现为B>W>PP>PE>CK>PB。其中变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)是土壤细菌的主要组成部分,相对丰度表现为降解地膜高于普通地膜;而属水平的优势菌群主要是土壤环境中存在而不可培养的细菌菌属。总体来看,地膜覆盖增加了土壤温度且抑制土壤水分蒸发。与无覆膜相比,降解地膜的保水性能和增温效应低于普通地膜,破损后与无覆膜没有差异。不同类型地膜覆盖对土壤微生物量碳氮影响具有较大差异,地膜覆盖降低了土壤有机碳全氮含量和酶活性。降解地膜覆盖增加了土壤细菌群落组成,改善了土壤环境。
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