环境科学  2022, Vol. 43 Issue (1): 560-568   PDF    
引用本文
闵文豪, 王春丽, 王莉玮, 易廷辉, 卞京军, 支梅, 孙琪惠, 宿锦锦, 赵秀兰. 全生物降解地膜原料颗粒对土壤性质、小麦生长和养分吸收转运的影响[J]. 环境科学, 2022, 43(1): 560-568.
MIN Wen-hao, WANG Chun-li, WANG Li-wei, YI Ting-hui, BIAN Jing-jun, ZHI Mei, SUN Qi-hui, SU Jin-jin, ZHAO Xiu-lan. Effects of Biodegradable Film Raw Material Particles on Soil Properties, Wheat Growth, and Nutrient Absorption and Transportation[J]. Environmental Science, 2022, 43(1): 560-568.
全生物降解地膜原料颗粒对土壤性质、小麦生长和养分吸收转运的影响
闵文豪1, 王春丽2, 王莉玮2, 易廷辉2, 卞京军2, 支梅1, 孙琪惠1, 宿锦锦1, 赵秀兰1     
1. 西南大学资源环境学院, 重庆 400716;
2. 重庆市农业生态与资源保护站, 重庆 401120
收稿日期: 2021-05-10; 修订日期: 2021-06-23
基金项目: 农业农村部农业农村环境治理专项（13200246）；重庆市大学生创新创业计划项目（S20190635024）
作者简介: 闵文豪(1997~), 男, 硕士研究生, 主要研究方向为土壤污染控制, E-mail: 240512571@qq.com
通信作者: 赵秀兰, E-mail: zxl@swu.edu.cn
摘要: 全生物降解地膜是解决白色污染问题的有效途径之一，但其对土壤-植物系统的影响尚不清楚.为全生物降解地膜大面积应用的安全性评价提供依据，采用盆栽试验研究了全生物降解地膜原料颗粒种类（H、S和X）和用量（2.5、10和40 g·kg-1）对土壤理化性质、生物学性质及植物生长和养分吸收转运的影响.结果表明，3种全生物降解地膜原料颗粒显著提高土壤pH，但对土壤有机质含量影响不显著，H地膜颗粒中高用量和S地膜颗粒低中用量时对土壤硝化作用及土壤氮的有效性有积极作用，而X地膜颗粒则表现为抑制作用；H地膜颗粒使土壤有效磷含量提高，S和X无显著影响；X地膜颗粒使土壤有效钾含量提高，S和H无显著影响.3种全生物降解地膜颗粒对土壤酶活性的影响因地膜种类、用量和酶的类型的不同而异，随着地膜颗粒用量提高，3种土壤酶活性均呈现下降趋势.对小麦（Triticum aestivum L.）生长而言，除低中用量的S处理外，其余处理均抑制小麦的生长，其中X地膜颗粒对小麦根、茎叶和籽粒生物量抑制作用最大且随地膜颗粒用量提高小麦生物量抑制效果越明显.对小麦养分而言，在地膜颗粒低用量时促进氮吸收、高用量时抑制氮吸收，且地膜颗粒对磷钾吸收起抑制作用.3种地膜颗粒处理下，小麦茎叶和籽粒氮磷的分配比例差异显著，但钾的分配比例差异不显著.相关分析表明，小麦生物量是影响小麦养分积累量的主要因素.
关键词: 全生物降解地膜原料颗粒      土壤理化性质      小麦      生长性状      养分     
Effects of Biodegradable Film Raw Material Particles on Soil Properties, Wheat Growth, and Nutrient Absorption and Transportation
MIN Wen-hao1 , WANG Chun-li2 , WANG Li-wei2 , YI Ting-hui2 , BIAN Jing-jun2 , ZHI Mei1 , SUN Qi-hui1 , SU Jin-jin1 , ZHAO Xiu-lan1     
1. College of Resources and Environment, Southwest University, Chongqing 400716, China;
2. Chongqing Agricultural Ecology and Resource Protection Station, Chongqing 401120, China
Abstract: Biodegradable plastic film is one of the effective ways to solve the problem of white pollution in agriculture. However, its impacts on soil-plant systems are not well documented. In order to provide a basis for the safety evaluation of large-scale application of biodegradable plastic film, pot experiments were conducted to investigate the effects of the types(H, S, and X) and doses(2.5, 10, and 40 g·kg-1) of biodegradable film raw material particles on the soil physiochemical properties, biological properties, growth, and nutrient absorption by wheat (Triticum aestivum L.). The results showed that three types of biodegradable film raw material particles significantly increased soil pH but had no significant effect on soil organic matter content; medium-high doses of H and low-medium doses of S plastic particles had a positive effect on soil nitrification and soil nitrogen availability, whereas X film particles had an inhibitory effect. H film particles increased soil available phosphorus content, and S and X had no significant effect. X film particles increased the content of soil available potassium, but S and H had no significant effect. The effects of three types of biodegradable raw material particles on soil enzyme activities varied with the types and doses of plastic film and enzyme types. With the increase in the doses of plastic film particles, the activities of three kinds of soil enzymes showed a downward trend. Except for the low and medium doses of the S treatment, the other treatments inhibited the growth of wheat, in which X film particles had the greatest inhibitory effect on the biomass of wheat roots, stems, leaves, and grain; with the increase in the doses of film particles, the inhibition effect of wheat biomass was more obvious. For wheat nutrients, the absorption of nitrogen was promoted at low doses and inhibited at high doses, and the three types of film particles inhibited the absorption of phosphorus and potassium. There were significant differences in the distribution ratio of nitrogen and phosphorus between the stems, leaves, and grains of wheat by all the film particles; however, there was no significant difference in the distribution ratio of potassium between those treatments. Correlation analysis showed that wheat biomass was the main factor affecting wheat nutrient accumulation.
Key words: biodegradable plastic film material particles      soil physiochemical properties      wheat      growth trait      nutrient     

地膜覆盖是改善作物生长环境和抑制杂草生长的有效方法之一, 在提高作物产量、改善作物品质和减少农药用量等方面发挥着巨大作用[1, 2].然而, 目前常见的地膜材料大多为聚乙烯成分, 其分子结构非常稳定, 在自然条件下降解非常缓慢[3], 长期使用导致大量碎膜残留在土壤中, 使土壤环境恶化, 作物产量降低, 引起严重的环境问题[4].解决这一问题的有效途径之一就是改变材料基质, 研制和应用全生物降解地膜[5].全生物降解地膜是一种利用全生物降解材料生产, 在特定时间范围内, 能够自然完全降解为CO2和H2 O的塑料薄膜[6].已有研究和田间应用表明, 全生物降解地膜在保温、抑草和提高作物产量方面具有与普通聚乙烯地膜相当的功能, 可以替代聚乙烯地膜使用[7, 8], 从而达到降低农业土壤中地膜残留的效果[9].然而, 全生物降解地膜使用过程中或使用后会发生降解, 生成的降解产物会进入土壤中, 对土壤健康和作物生长可能产生不良影响, 因而全生物降解地膜应用的环境安全性受到极大关注[10, 11].

全生物降解地膜是由不同聚合物组合而成, 在生产过程中需加入少量的添加剂以满足加工要求, 使最终产品达到预期性能, 如良好的机械安装性能和稳定性, 特定的覆盖特征或促进地膜降解等[12].目前, 关于全生物降解地膜成品、降解材料单一聚合物和添加剂等对土壤理化性质及作物生长的影响已有报道.如Qi等[13]的研究将淀粉基全生物降解地膜碎片施入土壤中, 发现土壤孔隙率和田间持水量等显著增大; Fritz等[14]的研究发现, 在含2%生物降解塑料地膜碎片的土壤中种植水芹、小麦和油菜, 其生物量降低20% ~50%. 有研究将聚酰胺和纤维等6种不同的单一聚合物分别埋入土壤, 发现大葱的生物量、元素成分、根系性状和土壤理化性质发生显著变化[15]; Boots等[16]的研究将聚乳酸和纤维等单一聚合物分别埋入土壤中, 发现黑麦草发芽率、生长高度被抑制和土壤水稳性团聚体结构发生显著变化.Xie等[17]的研究发现添加剂邻-苯二甲酸酯对土壤碳、氮和磷循环有显著影响; 张惠[18]的研究发现添加剂邻-苯二甲酸二甲酯明显抑制了黄瓜生长且显著改变植物酶活性.但关于全生物降解地膜原料颗粒对土壤理化性质、生物学性质、植物生长和养分吸收转运的影响报道很少.本研究选择3个企业的全生物降解地膜原料颗粒, 采用盆栽试验研究了全生物降解地膜原料颗粒种类和添加量对土壤理化性质、生物学性质及植物生长和养分转运吸收的影响, 以期为全生物降解地膜大面积应用的安全性评价提供依据.

1 材料与方法 1.1 试验材料

供试小麦品种为糯麦1号(Triticum aestivum L. var. Ruomai No.1), 要求种子大小一致、饱满度高, 试验前做发芽试验保证发芽率在95%以上.

全生物降解地膜原材料颗粒来自国内3家全生物降解地膜生产企业, 编号分别为X、S和H.主要成分均为聚己二酸-对-苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)和聚乳酸(PLA), 3种地膜颗粒经马弗炉在600℃高温下完全转化为灰分, 再用1 ∶1盐酸溶解地膜颗粒灰分, 定容后用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES, Agilent Technologies)测定地膜颗粒元素成分含量(表 1).

表 1 全生物降解地膜原料颗粒元素含量 Table 1 Contents of particulate elements in biodegradable film raw material particles

供试土壤为石灰岩黄壤.采集自重庆市彭水县鹿鸣乡, 海拔高度约为420 m.采集后, 土壤样品经风干去除杂物后混匀磨碎, 过5 mm尼龙筛备用.土壤的基本性质为pH 6.95, ω(总氮)1.10 g ·kg-1, ω(总磷)2.10 g ·kg-1, ω(总钾)6.35 g ·kg-1, ω(有效氮)45.08 mg ·kg-1, ω(有效磷)16.21 mg ·kg-1, ω(有效钾)160.02 mg ·kg-1, ω(有机质)23.75 g ·kg-1.根据全国第二次土壤普查养分分级标准, 本试验用的土壤肥力处于中上水平.

1.2 试验设计

X、S和H这3种地膜颗粒按2.5、10和40 g ·kg-1用量与500 g风干土壤混合混匀, 装入塑料盆中, 记为低、中和高用量, 以不添加地膜颗粒为对照(CK), 共10个处理, 每处理重复3次, 随机排列, 在田间持水量70%的土壤水分条件下培养3个月后, 每盆播入10粒小麦种子, 当小麦幼苗生长至株高10cm左右间苗, 每盆保留5株长势均匀的植株, 培养至成熟期.培养过程中, 每周随机更换盆播的位置, 采用称重方法保持土壤水分在田间持水量的70%左右.

1.3 分析测试方法 1.3.1 小麦植株生长性状及养分测定

待小麦生长至成熟期, 用卷尺测定小麦株高, 并收获植株.将收获的植株分成根、茎叶和籽粒3部分, 用自来水清洗后再用去离子水洗净, 70℃烘干后用称重, 磨细, 依照文献[19], 采用H2SO4-H2 O2法对植株样品消解后, 分别用凯氏定氮法、钼蓝比色法和火焰光度法测定植株各部分的氮、磷和钾含量.

1.3.2 土壤基本理化性质及酶活性测定

收获后采集土样, 风干磨细过2 mm筛, 依照文献[19], 采取电位法(水土比2.5 ∶1)测定土壤pH, 2 mol ·L-1KCl提取-分光光度法测定土壤铵态氮和硝态氮含量, 0.5 mol ·L-1 NaHCO3提取-钼蓝比色法测定土壤有效磷含量, 1 mol ·L-1 NH4AC提取-火焰光度法测定土壤有效钾含量, 高温外热重铬酸钾氧化法测定土壤有机质含量.依照文献[20]分别采用苯酚-次氯酸钠比色法、3, 5-二硝基水杨酸比色法和高锰酸钾滴定法测定土壤脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性. 3种酶活性的表示方法分别以单位土壤生成的NH4+质量、单位土壤生成的葡萄糖质量和单位土壤消耗0.02 mol ·L-1KMnO4溶液体积与对照消耗的溶液体积差值表示.

1.4 数据统计与分析

图表中的数据均为3次重复的平均值±标准误差, 用Excel 2010进行数据整理, 采用SPSS 20.0软件进行方差分析, 采用邓肯法进行数据间的差异比较.相关性分析采用皮尔逊相关分析法, 显著性检验为双尾检验.设定p < 0.05为显著水平.

2 结果与分析 2.1 3种全生物降解地膜原料颗粒对土壤基本理化性质的影响

添加3种全生物降解地膜原料颗粒后土壤基本理化性质如表 2所示. 3种地膜原料颗粒使土壤pH提高0.30~0.57个单位, 提高幅度随地膜原料颗粒添加量的提高而增大, 增幅以S最大, H最小. 3种地膜颗粒使土壤有机质含量略有提升, 但差异不显著.

表 2 全生物降解地膜原料颗粒对土壤基本性质的影响1) Table 2 Effect of biodegradable film raw material particles on soil physiochemical properties

随地膜颗粒用量提高, 土壤铵态氮含量呈下降趋势, 但仅S在高用量时, X在中高用量时较CK显著降低.与铵态氮不同, 随地膜颗粒用量提高, 土壤硝态氮呈先升高后降低趋势, 与CK相比, H低用量, S高用量和所有X处理均显著降低, H中高用量和S低中用量显著升高.无机氮为土壤铵态氮与硝态氮之和.H处理土壤无机氮含量与CK差异不显著, S地膜颗粒低中用量显著升高、高用量显著降低, X地膜颗粒所有用量均显著降低.土壤有效磷含量均随地膜颗粒添加量的提高而增高, 但与CK相比, H地膜颗粒所有处理均增高, 在中高用量达显著水平, S地膜颗粒降低, X在低用量时降低, 中高用量时略有增高.土壤有效钾含量随地膜颗粒用量的增高无明显变化规律, 除H高用量和所有X处理较CK显著升高, 其余处理差异不显著. 3种地膜中, S与H处理土壤铵态氮、硝态氮及无机氮含量的平均值显著高于X处理, 但与CK差异不显著; 有效磷含量以S处理最低, 但3种地膜颗粒处理与CK差异不显著; 土壤有效钾含量X处理显著高于CK、S和H处理, 且后3者间的差异性不显著.

2.2 3种全生物降解地膜原料颗粒对土壤酶活性的影响

添加全生物降解地膜原料颗粒后, 土壤蔗糖酶、脲酶和过氧化氢酶活性变化如表 3所示.土壤蔗糖酶活性在H和X地膜颗粒低中用量时与CK差异不显著, 高用量显著降低, S地膜颗粒在低用量时显著提高, 中高用量与CK差异不显著但较低用量显著降低.3种地膜颗粒均使土壤脲酶活性降低, 且地膜颗粒用量愈大降低幅度增大, 其中H和S低用量与CK差异不显著但中高用量显著降低, X所有用量均显著降低.土壤过氧化氢酶活性随3种地膜颗粒用量提高而降低, 其中H低中用量显著升高, 高用量与CK差异不显著, S低用量显著升高, 中高用量与CK差异不显著, X用量均显著提高, 但中高用量间的差异不显著.

表 3 全生物降解地膜原料颗粒对土壤酶活性的影响1) Table 3 Effects of biodegradable film raw material particles on the activities of soil enzymes

2.3 3种全生物降解地膜原料颗粒对小麦生长性状的影响

3种地膜颗粒对小麦株高影响不显著, 对小麦生物量影响随地膜颗粒种类、用量和作物的部位不同而异(图 1).随着地膜颗粒用量的提高, H处理小麦根、茎叶和籽粒的生物量呈下降趋势, 但不同用量间的差异不显著; S地膜颗粒在低中用量时使小麦根和茎叶的生物量提高, 高用量时下降, 但与CK的差异不显著; X处理小麦根、茎叶和籽粒生物量均降低, 降低幅度随颗粒用量提高而升高, 且以籽粒降低幅度最大. 3种地膜颗粒间株高的差异不显著, 根、茎叶和籽粒生物量表现为: S>H>X.除低中用量的S处理外, 其余处理均抑制小麦的生长.

图 1 全生物降解地膜原料颗粒对小麦生长性状影响 Fig. 1 Effects of biodegradable film raw material particles on the growth of wheat

2.4 3种全生物降解地膜原料颗粒对小麦养分吸收与转运的影响

3种全生物降解地膜原料颗粒对小麦各部位氮磷钾含量的影响也因地膜颗粒、用量和元素的不同而异(图 2).施用地膜颗粒小麦根系氮含量显著降低, 除H地膜颗粒不同用量间的差异不显著外, S和X均随地膜用量提高降低幅度增大; 小麦茎叶和籽粒氮含量先升高后降低, 在低用量时显著高于CK, 中用量时茎叶氮含量高于CK, 高用量时与CK差异不显著, 茎叶氮含量在不同处理间的差异不显著, 但籽粒氮含量在低用量时不同处理间的差异不显著, 中高用量时, H和X处理显著低于CK和S, 且两个用量间的差异不显著.随着地膜颗粒用量增高, 小麦根和茎叶的磷含量呈先降低后增高的趋势, 3种地膜颗粒分别在中用量和低用量时根和茎叶磷含量最低, 且与CK差异显著; 籽粒磷含量S处理随用量的提高呈下降再升高的变化趋势, H处理呈先增高再降低的变化趋势, 而X地膜颗粒则呈上升趋势. 3种地膜颗粒中, 磷含量的顺序, 根为: H>S>X, 茎叶为: S>X>H, 籽粒为: X>H>S.施用3种地膜颗粒使小麦根的钾含量显著降低, 对茎叶钾含量影响不显著, 籽粒钾含量在低用量时提高, 中高用量变化不明显.

图 2 全生物降解地膜原料颗粒对小麦氮、磷和钾含量影响 Fig. 2 Effects of biodegradable film raw material particles on wheat N, P, and K content

植物养分的累积量为各部位生物量与其相应养分含量的乘积和, 反映植物养分的吸收量.如表 4所示, 施用3种地膜颗粒, 小麦植株氮的累积量均随地膜颗粒用量提高呈先升高后降低趋势, 与CK相比, H低用量和S低中用量时显著升高, H中用量、S高用量和X低用量时差异性不显著, H高用量和X中高用量时显著降低.小麦的磷累积量除H低用量略有提高外其余处理均降低, 其中S所有用量差异性不显著, H高用量和X中高用量时显著降低, 且用量愈高, 降低幅度愈大.小麦钾的累积量除H低用量和S中用量时增高外, 其余处理均降低, 其中X高用量时达显著水平.总体看, 3种全生物降解地膜原料颗粒对小麦氮的吸收在低用量时促进, 高用量时抑制, 对小麦磷和钾的吸收有抑制作用. 3种地膜颗粒中, 对氮吸收的促进作用以S最强, 对氮磷钾吸收的抑制作用以X最强.

表 4 全生物降解地膜颗粒对小麦养分积累量影响1) Table 4 Effects of biodegradable film raw material particles on nutrient accumulation of wheat

将小麦各部位氮磷钾的累积量除以植株总累积量, 得到氮磷钾在各部位的分配比例.如图 3所示, 全生物降解地膜颗粒对氮磷钾在根中的分配影响不大, 但能显著提高氮在茎叶的分配比例, 降低氮在籽粒分配比例, 3种地膜颗粒均以中用量时影响最大.相反, 3种地膜颗粒使磷在茎叶分配比例降低, 提高籽粒中的磷分配比例, 均以低用量时影响最大. 3种地膜颗粒对钾在根茎叶积累量分配比例影响不明显. 横坐标中CK为对照处理, H-2.5为H地膜颗粒2.5 g ·kg-1用量处理, H-10为H地膜颗粒10 g ·kg-1

用量处理, H-40为H地膜颗粒40 g ·kg-1用量处理, 以此类推 图 3 全生物降解地膜颗粒对小麦各部分氮、磷和钾分配比例影响 Fig. 3 Proportion of N, P, and K distribution in different parts of wheat as affected by biodegradable film raw material particles

3 讨论 3.1 3种全生物降解地膜原料颗粒对土壤理化性质的影响

目前, 全生物降解地膜原材料颗粒对土壤理化性质影响的研究很少. Boots等[16]的研究表明, 全生物降解材料碎片施入土壤后使土壤pH显著降低.Qi等[21]的研究表明, 1%全生物降解地膜碎片施入土壤后, 早期时(2个月)pH显著升高, 后期(4个月)pH显著降低, 表明生物降解材料与土壤之间的响应时间有关.本研究中3种全生物降解地膜颗粒施入土壤6个月后土壤pH仍显著提高, 与上述报道不同, 这可能与土壤条件和地膜颗粒与土壤接触面积较地膜碎片减小未充分降解有关.全生物降解地膜是一种富含有机碳的材料[22], 添加到土壤后对土壤碳储存有积极的影响, 可以提高土壤有机碳含量[23]. Zumstein等[24]的研究表明标记PBAT材料的C原子, 也发现土壤微生物利用PBAT每个单体的碳来获取能量以此提高土壤碳的库存量, 本研究中, 即使3种全生物地膜颗粒的添加量达到40 g ·kg-1, 土壤有机质含量的提升也未达显著水平, 其原因可能是所使用的地膜颗粒不含促进地膜降解的添加剂, 导致地膜颗粒降解缓慢, 其产物未释放到土壤中, 而部分原料颗粒在土样制备过筛时未能过筛而损失也导致土壤有机质提升不显著.

土壤铵态氮含量仅S和X中高用量时显著下降, 土壤硝态氮在H地膜颗粒低用量时降低, 中高用量升高, S地膜颗粒低中用量升高而高用量降低, X地膜颗粒所有用量均显著降低, 说明全生物地膜颗粒对土壤硝化作用影响大于氨化作用.盆栽条件下排除雨水的淋溶作用, 硝态氮含量降低意味着硝化作用可能受抑制.由此可知, 3种地膜颗粒中, X处理对土壤的硝化作用有抑制作用, 而S和H地膜颗粒适当用量有促进作用.有研究表明, 全生物降解地膜材料是一种高碳物质, 施入土壤后可能对土壤的N循环有负面影响[25].本研究中, H中高用量和S低中用量时土壤无机氮及硝态氮含量均提高, 表明上述两种全生物降解地膜颗粒对土壤氮的有效性有积极作用, 而X处理无机氮和硝态氮含量显著降低, 说明X地膜颗使土壤无机氮含量降低与硝化作用受抑制有关, 这可能与微生物对氮的固定作用有关[26].H地膜颗粒使土壤有效磷含量提高, S和X影响不显著; X地膜颗粒使土壤有效钾含量提高, 而S和H的影响不显著, 可能与地膜颗粒中的磷钾含量有关.

3.2 3种全生物降解地膜原料颗粒对土壤酶活性的影响

土壤蔗糖酶是体现土壤碳循环的一项指标[27], 土壤脲酶与土壤氮循环密切相关, 尤其是含氮有机物的水解[28], 土壤过氧化氢酶与土壤孔隙结构密切相关[29].本研究中, 低用量时蔗糖酶活性略有提高(H和X)或显著提高(S), 脲酶活性变化不明显, 过氧化氢酶活性显著提高; 进一步提高全生物降解地膜颗粒用量, 3种酶活性降低, 但中用量时蔗糖酶活性变化不显著, 除H外脲酶活性显著下降, 除S外过氧化氢酶仍显著提高, 高用量时, S处理蔗糖酶活性变化不显著, H处理脲酶活性变化不显著, X处理过氧化氢酶活性仍显著提高, 其余处理酶活性均降低, 说明全生物降解地膜颗粒对土壤酶活性的影响因地膜种类、用量和酶的类型的不同而异.其作用强度, S对土壤蔗糖酶的活性抑制作用最弱, H对土壤脲酶活性的抑制作用最弱, S对土壤过氧化氢酶活性的促进作用最弱.有研究表明, 塑性材料碎片可能会改变土壤物理性质, 如增加孔隙度和改变团聚体结构, 从而影响土壤酶活性[29~31].本研究中, 土壤蔗糖酶和脲酶的活性与土壤无机氮含量呈显著正相关(表 5), 说明施用全生物降解地膜颗粒引起的无机氮含量变化可能与土壤蔗糖酶和脲酶活性有关, 这与Chen等[32]的研究结论一致.此外, 溶解性有机质(DOM)活性增加也可能对土壤蔗糖酶和脲酶活性产生了影响[29].本研究中过氧化氢酶活性与土壤理化性质相关性不显著, 但该酶被认为是一种指示好氧微生物的酶, 与好氧微生物的丰度密切相关[33], 提高土壤孔隙率会有效增加好氧微生物丰度从而提升其活性[28]. H、X处理和低用量的S处理使过氧化氢酶活性提高可能与其增加了土壤孔隙率有关.

表 5 土壤酶活性与土壤性质间的皮尔逊相关性1) Table 5 Pearson correlation between soil enzyme activity and soil nutrients

3.3 全生物降解地膜原料颗粒对小麦生长及养分吸收转运的影响

全生物降解地膜原料颗粒对小麦株高影响不显著, H和S地膜颗粒对小麦生物量影响不大, 仅S地膜颗粒显著提高小麦根生物量, X地膜颗粒显著抑制小麦根、茎叶和籽粒生物量, 且随着用量提高抑制程度升高, 说明地膜颗粒成分与种类都是影响小麦生长的因素, 且地膜颗粒成分是主要因素.Qi等[34]的研究用1%的全生物降解地膜碎片埋入土壤中发现, 小麦株高与对照相似, 但植株根、茎叶和籽粒生物量明显低于对照组, 这与本研究中的X地膜颗粒的影响一致, 可能是由于X地膜颗粒降解释放一些化学物质抑制了小麦植株的生长发育[21], 但相关研究有待进一步进行.

Boots等[16]的研究指出植株生长性状及营养品质对生物降解塑料的响应取决于降解塑料添加的成分与用量.Iqbal等[35]的研究认为可生物降解塑料作为一种新型污染物可能影响土壤理化性质, 进而影响植株生长发育及养分吸收.本研究中, 小麦植株氮累积量低用量时提高, 高用量时降低, 表明全生物降解地膜颗粒对小麦氮的吸收存在低用量促进, 高用量抑制的作用.随地膜颗粒用量提高, 3种地膜颗粒处理小麦磷的累积量降低, 说明全生物降解地膜颗粒对磷的吸收存在显著抑制作用, 而不同水平下小麦钾累积量的下降也意味着全生物降解地膜对钾吸收存在抑制作用.从变化幅度看, 中低量S颗粒对小麦氮吸收的促进作用最明显, X对氮磷钾吸收的抑制作用最明显.至于氮磷钾养分在小麦体内的分配, 全生物降解地膜颗粒对根中的养分分配比例影响不显著, 但可降低籽粒中氮的分配比例, 提高籽粒中的磷分配比例, 影响幅度氮以中用量时最大, 磷以低用量时最大, 3种地膜颗粒处理对钾的分配影响不显著.

3.4 影响小麦养分积累量的主要因素分析

相关分析表明, 小麦氮、磷和钾的累积量与土壤无机氮、有效磷和有效钾的相关系数分别为0.457、-0.346和-0.354, 其中仅小麦氮与土壤无机氮的相关性达显著水平, 表明土壤的无机氮与小麦氮累积量相关性最大.氮累积量与小麦根、茎叶和籽粒生物量的相关系数分别为0.581、0.692和0.807, 与其氮含量的相关系数分别为0.116、0.670和0.837; 磷累积量与小麦根、茎叶和籽粒生物量的相关系数分别为0.336、0.463和0.804, 与其磷含量的相关系数分别为0.521、0.207和0.123; 钾累积量与小麦根、茎叶和籽粒生物量的相关系数分别为0.304、0.748和0.636, 与其钾含量的相关系数分别为0.029、0.553和0.019, 表明小麦生物量是影响小麦养分积累量的主要因素.

4 结论

(1) 3种全生物降解地膜原料颗粒可显著提高土壤pH, 对土壤有机质含量影响不显著, 对土壤无机氮、有效磷和有效钾含量因地膜颗粒种类和用量的不同而异.提高地膜颗粒用量使过氧化氢酶、脲酶和蔗糖酶的活性降低.高用量时, 脲酶和蔗糖酶的活性均显著降低.

(2) 3种全生物降解地膜原料颗粒高用量时均使根、茎叶和籽粒的生物量降低, 其中X地膜颗粒表现得最为明显; 对小麦氮、磷和钾的积累量的影响表现为低用量时促进氮的吸收, 抑制磷和钾的吸收, 高用量时氮、磷和钾的吸收均被抑制, 且小麦养分吸收积累主要受其生物量的影响.全生物降解地膜颗粒抑制氮向籽粒转运, 促进磷向籽粒转运, 对钾的转运影响不明显.

(3) 本研究表明了高用量全生物降解地膜原料颗粒对土壤有效养分及生物学性质有一定的不良影响, 但所获结果仅来自小麦收获后的样品, 缺乏全生物降解地膜颗粒降解动态与土壤氮、磷和钾养分有效性变化的耦合关系、土壤微生物数量和组成的变化动态研究, 所用的土壤也仅有1种, 以后应加强这些方面的研究, 研究全生物降解地膜原料颗粒对不同土壤的环境效应, 为全面评价全生物降解地膜的环境影响提供更多依据.

参考文献
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