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新型地膜材料技术和加工技术的不断进步,使得地膜从过去的块状崩解实现了“米汤”状“溶解”入土壤环境,对土壤环境和作物生长的影响大幅度降低,“溶解”后的粉末状聚乙烯残余物是否仍旧严重污染土壤环境成为新一轮争议的热点。本研究在国家“十一五”科技支撑计划课题(批准号:2007BAE42B04)的资助下,主要针对环境降解地膜降解后产物对土壤微环境及理化性质的影响,在特制的高度模拟环境的实验装置中,将聚乙烯地膜原料粉末(地膜残余物)添加进不同土壤并且种植作物,对土壤温度、湿度、二氧化碳浓度定期监测,对种植作物前后和中期的土壤肥力和土壤酶活性进行检测。结果表明:
1.玉米种植期,不同分子量地膜残余物对土壤温度和土壤湿度基本没有影响,或者说其影响力度有限,不足以弥补不同土壤类型之间的温度差异。
2.在玉米种植期,不同分子量的地膜残余物对土壤二氧化碳含量造成比较明显的差异,出苗期和拔节期分子量造成的极差分别达到2923.65和2390.22。但在油菜种植期,不同装置是造成土壤二氧化碳含量变化的主要因素,造成的极差分别为5294.25、4584.17、4553.54和3525.78。
3.玉米种植期,粘土四个时期脱氢酶平均活度分别是砂土四个时期的1.6、1.78、1.36、1.05倍,壤土的2.03、1.43、1.08、1.03倍。磷酸酶的活度由高到低依次为粘土、壤土、砂土。四个时期脱氢酶平均活度分别是砂土四个时期的5.17、2.69、3.18、2.6倍,壤土四个时期的2.35、2.14、1.32、2.58倍。脱氢酶和磷酸酶的活度呈现出粘土高于壤土高于砂土规律。粘土中,在玉米种植的前期,聚乙烯的累积年限长的对土壤脱氢酶活度高,而后期累积年限短的土壤脱氢酶活度高。含5000分子量聚乙烯的粘土和壤土中磷酸酶活度较高。脲酶没有表现出因为土壤不同而造成的差异,砂土中脲酶的活度与聚乙烯分子量的大小成正比。与聚乙烯的分子量呈正比,在粘土和壤土中,与分子量呈反比。
4.在油菜种植期,三个时期粘土脱氢酶平均活度分别是砂土三个时期的7.69、3.31、3.31倍,壤土三个时期的2.22、1.93、2.57倍。磷酸酶平均活度分别是砂土三个时期的2.54、1.56、1.22倍,壤土三个时期的1.32、0.87、0.79倍。粘土脲酶平均活度分别是砂土三个时期的0.94、1.75、1.72倍,壤土三个时期的1.08、1.55、1.44倍。脱氢酶、磷酸酶和脲酶呈现规律的粘土>壤土>砂土的趋势。砂土中,后期分子量与活度成反比。在砂土和粘土中,前期分子量与磷酸酶活度成反比,后期分子量与磷酸酶成正比。在壤土中,分子量与磷酸酶活度成反比。脲酶的活度与聚乙烯分子量,前期成反比,后期成正比。在壤土中,脲酶活度与累积年限成正比,与分子量成反比。在粘土中,脲酶活度与累积年限成正比,与分子量成正比
5.油菜种植期,砂土处理中,分子量与pH成反比。分子量大的,土壤有机质变化幅度较大。在油菜种植期前期,碱解氮、有效磷、速效钾均呈现与对照一致的下降趋势,但在后期表现出差异。壤土处理中,前期pH均呈现下降趋势,后期2000分子量的与对照类似,而5000分子量和LLDPE的pH有小幅升高。从苗期到开花期,土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾均有下降,而后期变化趋势无明显随分子量变化的趋势。
6.对玉米种植期土壤二氧化碳变化建立不同模型。综合对比,拟合度较高的为五次多项式模型。R2分别达到了0.8829,0.9381,0.9882,0.9155,0.9819,0.9023,0.8947,0.9338和0.9396。可见各处理二氧化碳变化符合五次多项式模型。
综上所述,地膜残余物对土壤微环境的影响较为复杂,因不同的土壤,在不同作物的不同生长时期呈现出较大的差异。但总的来说,这种影响从作用时间、作用范围和作用力度上都较为有限。