اثرات لایه پلاستیکی باقیمانده بر عملکرد محصول و حاصلخیزی خاک در یک سیستم کشاورزی دیم
استفاده از مالچ فیلم پلاستیکی در تولیدات کشاورزی برای حفظ عملکرد محصول در مناطق خشک و نیمه خشک ضروری است. با این حال، وجود فیلم باقیمانده در خاک زمین کشاورزی نیز بسیار جلب توجه کرده است. در این مطالعه سه آزمایش انجام شده است. در دو طرح آزمایشی اول 0، 450، 1350 و 2700 کیلوگرم در هکتار از قطعات فیلم باقیمانده به طول تقریبا 5 سانتیمتر به مدت هفت سال به خاک مزرعه (عمق خاک 20-0 سانتیمتر) و چهار سال به خاک گلدان افزوده شد. در سومین آزمایش، 1350 کیلوگرم در هکتار از لایه باقیمانده در اندازه‌های مختلف (2-5، 5-10، 10-15، و 15-20 سانتیمتر) به مدت شش سال به خاک مزرعه افزوده شد تا اثر اندازه فیلم باقیمانده بر مواد مغذی، میکروارگانیسم‌های خاک، رشد و عملکرد محصول بررسی شود. فیلم باقیمانده تاثیر کمی بر رطوبت خاک در عمق 0-2 (یا 0-1.8 متری) داشت. هیچ تاثیر قابل ملاحظه‌ای بر روی کربن آلی، نیتروژن کل، نیتروژن معدنی، فسفر کل یا فسفر موجود در لایه 20-0 سانتیمتری خاک مشاهده نشد. وجود لایه باقیمانده تقویت و تنوع جامعه باکتریایی در خاک سطحی لایه باقیمانده را به حداقل رساند اما تاثیر محسوسی بر روی جامعه میکروبی خاک غیرسطحی نداشت. میزان رشد گندم و عدس اغلب میزان قابل توجهی از مقادیر مختلف لایه‌های باقیمانده افزوده شده به مزرعه را کاهش داد. فیلم باقیمانده در 450-2700 کیلوگرم در هکتار ارتفاع گیاه، قطر ساقه ذرت و زیست توده اندام هوایی در ذرت برداشت شده را 11-19 درصد کاهش داد. میانگین عملکرد ذرت و سیب زمینی درطول هفت سال کاهش یافت ولی تفاوت آماری محسوسی بین روش‌های تیمار وجود نداشت. این نتایج حاصل شده داده‌های مهمی را به منظور درک علمی جامع از اثرات لایه باقیمانده بر روی خاک و محصولات در سیستم‌های کشاورزی دیم ارائه می‌دهد.
فیلم پلاستیکی به طور گسترده در کشاورزی مدرن استفاده می‌شود به طوری که در مناطق خشک و نیمه خشک استفاده از آن ضروری است. فیلم پلاستیکی به عنوان مهم ترین کالای پرمصرف در سراسر جهان، سالانه بیش از 20 میلیون هکتار از زمین‌های کشاورزی در چین با فیلم پلاستیکی مالچ پاشی می‌شوند و مساحت این زمین‌ها همچنان روبه افزایش است. با این حال، استفاده گسترده از فیلم پلاستیکی مالچ شده و بازیابی نامناسب آن سالانه مقادیر زیادی قطعات پلاستیکی در زمین‌های کشاورزی انباشت کرده و این "آلودگی سفید" اخیرا بسیار مورد توجه قرار گرفته است. از آنجا که فیلم پلاستیکی سنتی ساخته شده از پلی اتیلن پایدار بوده و تجزیه آن در محیط طبیعی دشوار است، ممکن است موانع فیزیکی در خاک ایجاد کند که این موانع بر حرکت آب و مواد مغذی در خاک تاثیر بگذارد. فیلم باقیمانده همچنین می‌تواند مواد سمی مضر برای محصولات زراعی و انسان را آزاد کند. برهمین اساس، در سال‌های اخیر چندین بررسی من جمله افزایش ضخامت فیلم پلاستیکی، بهبود نرخ بازیابی بقایای فیلم پلاستیکی و توسعه فیلم تجزیه پذیر انجام شد. با این حال، بسیاری از باقیمانده‌های پلاستیکی به دلیل طولانی مدت مالچ پاشی فیلم پلاستیکی در زمین زراعی باقی مانده‌اند. علاوه براین، این لایه‌های باقیمانده نیز به تدریج به میکروپلاستیک‌ها تجزیه می‌شوند که حذف آنها از خاک بسیار دشوار است. اگرچه برخی از مطالعات اثرات لایه باقیمانده بر خاک و محصولات را بررسی کرده‌اند اما نتایج حاصل از آنها متفاوت بوده است و قطعات فیلم باقیمانده می‌توانند درطول زمان مهاجرت کرده و اندازه آنها نیز تغییر کند. اثرات لایه باقیمانده بر روی خاک ممکن طولانی مدت و کُند باشد. با این حال، داده‌های تحقیقاتی از اثرات مقادیر مختلف و اندازه قطعات بقایای فیلم در خاک و محصولات در دوره‌های طولانی در دسترس نیست. در اینجا ما آزمایشات چندین ساله مزرعه و گلدان را مطالعه کردیم:
1. اثرات مقادیر مختلف و اندازه قطعات بقایای فیلم پلاستیکی بر حاصلخیزی خاک و جامعه میکروبی؛
2. اثرات اندازه‌های مختلف لایه‌های باقیمانده بر سبز شدن نهال و عملکرد محصول؛
3. اثرات مقادیر مختلف بقایای فیلم پلاستیکی بر عملکرد محصول و زیست توده اندام هوایی. این مطالعه داده‌های مهمی از درک علمی اثرات فیلم باقیمانده در خاک کشاورزی دیم ارائه می‌دهد.
اثرات لایه باقیمانده بر مواد مغذی و رطوبت خاک
لایه باقیمانده با مقادیر یا اندازه‌های مختلف تاثیر قابل توجهی بر کربن آلی خاک، نیتروژن کل، نیتروژن معدنی، فسفر کل یا سطوح فسفری موجود در خاک‌های مزرعه نداشت. این مقاله با یافته‌های گان و همکارانش مطابقت داشت که به این نتیجه رسیدند فیلم باقیمانده هیچ اثر قابل توجهی بر مواد آلی خاک یا سنگدانه‌های پایدار در آب (کمتر از 0.25 میلیمتر) ندارد. درمقابل، برخی دیگر از محققان دریافتند که لایه باقیمانده pH خاک، رسانش خاک و مواد مغذی خاک را تحت تاثیر قرار می‌دهند. همچنین اثبات شد که لایه باقیمانده می‌تواند به طور قابل ملاحظه‌ای مواد آلی خاک و سنگدانه‌ها را با افزایش اندازه ذرات افزایش دهد. میکروپلاستیک‌های تشکیل شده توسط لایه باقیمانده می‌توانند باعث تشکیل سنگدانه‌ها و افزایش ظرفیت خاک در نگهداری آب شوند. اثرات لایه باقیمانده بر روی خاک ممکن است به خواص خاک مانند بافت خاک، مواد مغذی و محتوای آب، اندازه و مقدار فیلم باقیمانده، حالت‌ها یا اشکال خاک بستگی داشته باشد. ماچادو و همکارانش دریافتند که این ذرات پلاستیکی می‌توانند اثرات خود را بر روی خاک تغییر دهند. همچنین در آزمایشات مزرعه مشخص شده که مقادیر مختلف فیلم باقیمانده تاثیر قابل توجهی بر محتوای آب 200-0 سانتیمتری (یا 0-180 سانتیمتر) لایه خاک ندارد. در دیگر مطالعات مشاهده شد که لایه باقیمانده می‌تواند ظرفیت نگهداری آب، ذخیره سازی آب، نفوذپذیری آب و ظرفیت تبخیر خاک را به حداقل برساند.
اثرات فیلم باقیمانده بر روی جامعه میکروبی خاک
شاخص‌های چائو و شانن جامعه باکتریایی در خاک‌های جمع آوری شده از سطح لایه باقیمانده به طور قابل توجهی کمتر از نمونه‌های خاک غیرسطحی یا خاک کنترل بودند. درعین حال باتوجه به جدول زیر، تفاوت معناداری در جامعه قارچی بین خاک‌های تیمار شده مشاهده نشد.
جدول 1:
علاوه بر این، ترکیب میکروبی در خاک‌های جمع آوری شده از سطح فیلم تفاوت چشمگیری با نمونه‌های کنترل و نمونه خاک غیرسطحی داشت. این تفاوت‌ها ممکن است بر توزیع مواد مغذی و آب در سطح فیلم باقیمانده تاثیر بگذارد. فیلم باقیمانده همچنین می‌تواند مواد سمی را آزاد کند تا میکروارگانیسم‌ها و جامعه میکروبی خاک متصل به فیلم باقیمانده را تحت تاثیر قرار دهند. همان طور که در جدول بالا ارائه شد، مقادیر مختلف لایه باقیمانده تاثیر محسوسی بر تنوع جامعه قارچی نداشت. این نتایج حاصل شده نشان داد که اثر فیلم باقیمانده بر میکروارگانیسم‌های خاک به جامعه باکتریایی روی سطح فیلم باقیمانده محدود شده و هیچ تاثیری بر روی قارچ‌ها و باکتری‌ها در محیط وسیعتر خاک ندارد. پاسخ‌های مختلف قارچ‌ها و باکتری‌ها به فیلم باقیمانده ممکن است به این دلیل امکان پذیر است که لایه باقیمانده بستر و فضای رشد میکروبی را فراهم کرده و قارچ‌هایی با هیف‌های پراکنده ممکن است راحت‌تر از باکتری‌ها سطح فیلم را در بر بگیرند. وانگ و همکارانش در بررسی‌های گلدانی خود دریافتند که تنوع جامعه میکروبی با مقادیر فیلم باقیمانده در 67.5 و 337.5 کیلوگرم/هکتار کاهش زیادی یافته است.
بقایای فیلم پلاستیکی در مقادیر و اندازه‌های مختلف اثرات قابل توجهی بر رطوبت و سطوح مواد مغذی خاک نداشتند. این بقایا فقط مواد مغذی و تنوع جامعه باکتریایی در خاک چسبیده به سطح فیلم باقیمانده را کاهش دادند. اندازه‌های مختلف لایه‌های باقیمانده (2-5 تا 15-20 سانتیمتر طول) اثرات کاهشی متناقضی بر میزان سبز شدن محصولاتی همچون گندم و عدس داشتند. 450-2700 کیلوگرم/هکتار از لایه باقیمانده افزوده شده به خاک بر ارتفاع بوته ذرت و قطر ساقه در نهال تاثیر گذاشت و به طور قابل توجهی زیست توده اندام هوایی ذرت برداشت شده و روند عملکرد ذرت و سیب زمینی را نیز به حداقل رساند. به طور کلی، تولید محصول تحت تیمارهای مختلف تغییرات خطی چشمگیری در طی یک سال یا افزایش مقدار فیلم باقیمانده به همراه نداشت. با این حال، انباشت فیلم باقیمانده همچنان زیست توده یا عملکرد محصول را تحت تاثیر قرار می‌دهد که ممکن است به پراکندگی تصادفی فیلم باقیمانده در مزرعه و تجمع آن در خاک بینجامد. بنابراین حذف لایه باقیمانده از زمین‌های کشاورزی با هدف تمیز نگه داشتن خاک و حفظ تولید محصول ضروری است.
