旱作农田地膜残留对土壤质量的影响与土壤保护对策

Plastic film mulch technology is becoming more and more important for production in different types of croplands following chemical fertilizer, irrigation and chemical pesticides. However, it is always worried about possible pollution of plastic residue in soils. Based on the analysis of references already published before and our pre-study we proposed a hypothesis that plastic residue be not a pollution source or become beneficial to soil quality and productivity if the fragments of residue film are small enough. Therefore, this project will focus on 1) solar radiation and tillage effects on fragmentation of plastic film, 2) whether fragmentation of plastic residue could promote biodegradation of plastic residue and the influencing factors, 3) effects of quantity and fragmentation of plastic residue on soil quality and cropland productivity. Theses studies will promote to illustrate the possible negative or positive effects of film residue on soil quality and crop production, which will be helpful to lay the scientific foundation for avoiding the negative effects of plastic residue and conserving soil quality and productivity in the croplands with plastic film mulching.

地膜覆盖正在成为继化肥、灌溉、农药之后最重要的高产栽培措施，而地膜残留可能带来的农田潜在污染却是人们挥之不去的后顾之忧。基于过去关于地膜残留对农田造成影响的大量文献的调研和我们的前期预研究，本项目提出了有可能使残留地膜不构成污染危害甚至变害为利的科学假说。为此将重点研究：太阳辐射和农业耕作对农田残留地膜破碎化程度的影响，残膜破碎化可否促进土壤环境中的生物降解及其影响因素，残膜数量和破碎化程度对土壤质量和土地生产力的影响。通过这些内容的研究，将阐明地膜残留对土壤质量可能存在的正负影响和机制，揭示地膜残留对土地生产力产生的可能影响和机理，从而提出化解地膜残留的负面影响、保护土壤质量、提高土地生产力的科学依据和途径。

在过去大约20年里，由于地膜的国家标准相对较低，有大量残膜留存在农田土壤中，构成潜在的环境风险。本项目试图通过残膜破碎化探讨加快残膜降解的新途径。系统研究了：1) 不同破碎残膜量对土壤质量和作物产量的影响, 2)不同大小残膜(破碎化程度)对土壤质量和作物产量的影响, 3) 太阳辐射和机械碾压对残膜物理性能和生物降解潜力的影响, 4）聚乙烯地膜降解菌株的筛选，5）豆科植物草地氮磷营养与地膜覆盖的生产和生态效应。.本项目研究发现，残膜破碎化对生产力和土壤质量的影响具有不确定性，不适合作为农田残膜管理的主要手段。残膜经机械碾压或阳光暴晒(光氧化)，显示明显的促进生物降解的现象，可以作为残膜降解中有潜力的途径进行深入研究。在残膜土壤中，以羰基指数、水接触角、微生物生长曲线等参数判断，筛选出9个残膜降解菌株。进一步选择其中2个表现最好的菌株，在液体培养基中，以残膜作为唯一碳源，进一步确认了其残膜降解的有效性，并经16 S rRNA测序分析和基因库比对，确认这两个菌株分别为Arthrobacter nicotianae和链霉菌属（Streptomyces）。.黄土高原苜蓿草地土壤有效磷缺乏是导致产草量低下的常见因素。采用施加磷肥和地膜覆盖相结合的试验发现，在未用地膜覆盖时，产草量随着施磷量的提高而增加，而在地膜覆盖之后，只有中等施磷量的草地能够获得高产，高施磷量反而会使产草量出现下降的趋势。这一结果显示，地膜覆盖配以中等施磷量可以节约磷肥和降低氮素损失风险的同时实现高产，是一个优化的选择。.在甘肃榆中北山地区的东南坡向、北坡向和丘陵山顶三个典型空间位置，研究了撂荒地演替过程中，分别加入两种豆科植物，多年生紫花苜蓿（Medicago sativa L.）和两年生草木樨（Melilotus suaveolens L.），对撂荒地植被恢复(2003- 2013)的影响。试验发现，引入草木樨之后两年内地上生物量高于自然撂荒和紫花苜蓿引入的恢复草地。之后，引入紫花苜蓿的恢复草地生物量快速增加，多年保持最高水平。苜蓿草地土壤的轻组有机碳和重组有机碳都高于其它两个处理。