不同植棉模式下全生物降解地膜對K07-12 產量和纖維品質的影響

張東風，王洪彬，賀立強，毛鵬志，吳旭麗

（1.新疆生產建設兵團第七師農業科學研究所，新疆 奎屯 833200；2.新疆應用職業技術學院，新疆 奎屯 833200）

地膜覆蓋具有增溫、保墑、抑草、抑鹽堿、促早熟、增產等作用，被廣泛運用于農業生產中，對我國農業結構產生了重要影響，被譽為“農業的第二次革命”。 地膜覆蓋有利于促進棉花的營養生長和生殖生長，可為棉花提早成熟、增加產量、改善纖維品質等打下堅實的基礎[1]。新疆于1981 年開始推廣地膜覆蓋技術。 據國家統計局統計數據，2010—2019年全國農用地膜使用量增長了10.8%，新疆地區農用地膜使用量增加了53.8%（表1）。

表1 2010—2019 年全國及新疆地區農用地膜使用量 萬t

地膜覆蓋給農業生產帶來巨大經濟效益的同時，也給農田生態環境帶來了負面影響。據調查，新疆長期覆膜棉田地膜平均殘留量在200 kg·hm-2以上，對農田土壤環境、作物生長發育、農事作業等造成嚴重影響[2-4]。 隨著環境保護力度的加大，近年全國農用地膜使用量略有下降。雖然各地政府通過各種方式積極鼓勵農戶回收殘膜， 但回收率也僅為80%～90%，土壤中聚氯乙烯地膜殘留量仍以每年10%的速率增長， 殘膜污染問題尚無法根除，且殘膜回收再利用成本高、效益低。 發展綠色環保的全生物降解地膜將是未來解決農田“白色污染”的理想途徑[5-7]。 基于此，筆者等分析了新型全生物降解地膜在新疆生產建設兵團第七師（以下簡稱為七師）奎屯墾區不同植棉模式下的降解情況，及其對5～25 cm 地溫、K07-12 棉花產量和纖維品質等的影響， 為全生物降解地膜在當地植棉區的推廣應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

七師位于新疆準噶爾盆地西南部的奎屯河流域，北緯44°20′～47°04′、東經83°51′～85°51′，南鄰天山，北接古爾班通古特沙漠，處于北疆天山北坡經濟帶中心區域， 也是南北疆重要的交通樞紐，總面積為4 525.21 km2，轄11 個農牧團場，耕地面積約為15 萬hm2。 屬溫帶大陸性干旱荒漠氣候區，年平均溫度6.4～7.1 ℃，≥10 ℃積溫3 599～3 617 ℃，無霜期159～186 d，年均日照時間3 000 h，年平均降水量160.7～182.1 mm，年平均蒸發量1 709.7～1 761.9 mm。 在七師農業科學研究所130 團8 連試驗地開展試驗。 試驗地土壤肥力中等偏上，土地平整，無鹽堿，滴灌設施齊全。

1.2 試驗材料

供試棉花品種為K07-12[8-9]，由新疆錦棉種業科技股份有限公司提供。

供試地膜為全生物降解地膜，對照為本地區大田生產用的聚乙烯（polyethylene,PE）地膜，均采購自農資市場，地膜的寬度均為2.05 m，厚度均為0.01 mm。

1.3 試驗設計

植棉模式為1 膜3 行3 帶、1 膜4 行3 帶和1膜6 行3 帶，滴灌帶距播種行5～7 cm。其中1 膜3行采用76 cm 等行距， 株距為7.5 cm；1 膜4 行采用（73.5＋15.0＋66.0）cm 行距，株距為7.5 cm；1膜6 行采用（66＋10）cm 寬窄行行距，株距為11.25 cm。各植棉模式下均設置全生物降解地膜處理和PE地膜處理。 3 次重復，隨機區組排列，共18 個小區，每個小區的面積為20.52 m2。 2021 年4 月15 日機械鋪膜播種，采用1 穴1 粒膜上精量點播。 田間管理方式同當地常規棉田。

1.4 調查項目及方法

1.4.1土壤溫度測定。 每小區選取1 個樣點，每個樣點埋設5 支土壤分層溫度計，分別于苗期（5 月8日）、蕾期（5 月27 日）、盛蕾期（6 月15 日）、花期（7月1 日）、盛花期（7 月8 日）、結鈴期（7 月14 日）的09：00-10：00、14：00-15：00 和20：00-21：00，測定膜下5 cm、10 cm、15 cm、20 cm、25 cm 土層土壤溫度，各時段數據采用算術平均法進行統計。

1.4.2產量性狀測定。吐絮期在每個小區取棉株上部（第7～9 果枝）、中部（第4～6 果枝）和下部（第1～3 果枝）各20 個吐絮棉鈴，測定鈴重和衣分；各小區實收籽棉，計算籽棉單產（kg·hm-2），根據籽棉單產和衣分計算皮棉單產（kg·hm-2）。

1.4.3纖維品質測定。 每個小區取皮棉樣品30 g，由新疆生產建設兵團第七師農業科學研究所纖維檢驗室測定（HVI 校準棉花標準校準）棉纖維的上半部平均長度、長度整齊度指數、馬克隆值、斷裂比強度和斷裂伸長率。

1.4.4地膜降解狀況調查。 （1）地膜降解分級參照鄔強等[10]的方法。0 級：未出現裂紋；1 級：開始出現裂紋；2 級：田間25%地膜出現細小裂紋；3 級：地膜出現2.0～2.5 cm 裂紋；4 級：地膜出現均勻網狀裂紋；5 級：地膜裂解為4 cm×4 cm 以下碎片。 從鋪膜后開始，每周調查1 次地膜表面變化，記錄地膜顏色、形態以及表面完整情況，同時用相機照相記錄。 （2） 生物降解膜斷裂伸長率測定， 采用GB/T 1040.3-2006《塑料 拉伸性能的測定 第3 部分：薄膜和薄片的試驗條件》[11]的方法，用2 型的長條形樣條，拉伸速度為50 mm·min-1。

1.5 數據統計分析

采用Microsoft Excel 365 和DPS 7.05 統計軟件進行數據處理分析， 采用最小顯著差數法（least significant difference, LSD）進行多重范圍檢驗，其中衣分、長度整齊度指數和斷裂伸長率數據均通過了正態性檢驗。

2 結果與分析

2.1 不同處理對土壤溫度的影響

從6 個生育時期（苗期、蕾期、盛蕾期、花期、盛花期和結鈴期）土壤溫度測定數據的平均值來看，1膜3 行、1 膜4 行和1 膜6 行種植模式下，PE 地膜處理較全生物降解地膜處理5～25 cm 土層土壤平均溫度分別高1.24 ℃、1.95 ℃和2.41 ℃（表2）。 與PE 地膜處理相比， 全生物降解地膜處理在1 膜3行、1 膜4 行和1 膜6 行種植模式下，5 cm 土層土壤溫度分別降低0.65 ℃、2.16 ℃和3.56 ℃，10 cm 土層土壤溫度分別降低2.28 ℃、2.61 ℃和2.65 ℃，15 cm 土層土壤溫度分別降低0.8 ℃、2.11 ℃和2.41 ℃，20 cm 土層土壤溫度分別降低1.49 ℃、1.59 ℃和2.04 ℃，25 cm 土層土壤溫度分別降低1.00 ℃、1.28 ℃和1.39 ℃。

表2 不同處理膜下5～25 cm 土層土壤溫度比較

1 膜3 行種植模式下，棉花苗期至結鈴期全生物降解地膜和PE 地膜膜下5 cm、10 cm、15 cm、20 cm、25 cm 土層土壤溫度均呈升- 降- 升- 降的變化趨勢，其中蕾期和盛蕾期土壤溫度較高（圖1）。苗期，全生物降解地膜5 cm 土層土壤溫度略高于PE 地膜。 蕾期至結鈴期，PE 地膜5 cm、10 cm、15 cm、20 cm、25 cm 土層土壤溫度均高于全生物降解地膜（圖1）。

圖1 1 膜3 行種植模式下不同處理土壤溫度的變化

1 膜4 行種植模式下，棉花苗期至結鈴期全生物降解地膜和PE 地膜膜下5 cm、10 cm、15 cm、20 cm、25 cm 土層土壤溫度均呈升- 降- 升- 降的變化趨勢，其中蕾期和盛蕾期土壤溫度較高（圖2）。苗期，全生物降解地膜10 cm 土層土壤溫度略高于PE 地膜。蕾期至結鈴期，PE 地膜5 cm、10 cm、15 cm、20 cm、25 cm 土層土壤溫度均高于全生物降解地膜（圖2）。

圖2 1 膜4 行種植模式下不同處理土壤溫度的變化

1 膜6 行種植模式下， 棉花苗期至結鈴期PE地膜處理和全生物降解地膜處理5 cm、10 cm、15 cm、20cm 和25cm 土層土壤溫度呈升-降-升-降的變化趨勢（圖3）。 苗期至結鈴期，PE 地膜5 cm、10 cm、15 cm、20 cm 和25 cm 土層土壤溫度均高于全生物降解地膜，其中5 cm 土層土壤溫度差異較大。

圖3 1 膜6 行種植模式下不同處理土壤溫度的變化

2.2 不同處理對K07-12 產量性狀的影響

同一種植模式下，PE 地膜處理的鈴重顯著高于全生物降解地膜（表3）。 1 膜3 行、1 膜4 行種植模式下，PE 地膜的衣分顯著高于全生物降解地膜。其中，PE 地膜1 膜3 行種植模式下的鈴重最大，衣分最高。與PE 地膜相比，全生物降解地膜在1 膜3行、1 膜4 行和1 膜6 行種植模式下的籽棉單產分別顯著降低26.26%、24.70%和16.53%， 皮棉單產分別顯著降低28.17%、26.19%和16.67%。 全生物降解地膜和PE 地膜處理均在1 膜4 行種植模式下獲得最高的籽棉單產和皮棉單產。全生物降解地膜處理在1 膜4 行和1 膜6 行下的籽棉單產和皮棉單產均無顯著差異，但二者顯著高于1 膜3 行種植模式；PE 地膜處理在1 膜4 行種植模式下的籽棉單產和皮棉單產均顯著高于1 膜3 行和1 膜6行種植模式，1 膜3 行種植模式的籽棉單產和皮棉單產顯著高于1 膜6 行。

表3 不同處理K07-12 產量相關性狀的比較

2.3 不同處理對K07-12 纖維品質的影響

同一種植模式下，全生物降解地膜處理的纖維馬克隆值顯著低于PE 地膜，全生物降解地膜與PE地膜處理的纖維上半部平均長度、 長度整齊度指數、斷裂比強度和斷裂伸長率均無顯著差異（表4）。 PE 地膜處理下，1 膜3 行和1 膜6 行的纖維上半部平均長度無顯著差異， 但均顯著低于1 膜4行；1 膜3 行、1 膜4 行和1 膜6 行的長度整齊度指數、 馬克隆值和斷裂伸長率均無顯著差異；1 膜3行和1 膜4 行的斷裂比強度無顯著差異，但二者均顯著高于1 膜6 行。 全生物降解地膜處理在1 膜3行、1 膜4 行和1 膜6 行種植模式下的纖維上半部平均長度、長度整齊度指數、馬克隆值、斷裂比強度和斷裂伸長率均無顯著差異。

表4 不同處理K07-12 纖維品質指標的比較

2.4 全生物降解地膜裂解性狀

2.4.1全生物降解地膜裂解期。 由表5 可以看出，全生物降解地膜在覆蓋第30 天開始出現裂紋進入誘導期， 在1 膜3 行、1 膜4 行、1 膜6 行種植模式下均無差異；第40～70 天撕裂嚴重，在第60 天時1 膜3 行棉花株行間幾乎無完整膜面，地膜縮聚在株行周圍；70 d 以后， 不同種植模式間地膜降解無明顯差異，這主要由于棉花株高增加、葉面積增大，遮擋了陽光紫外線的射入。 總體來看，1 膜3 行、1膜4 行、1 膜6 行種植模式下全生物降解地膜的膜面裂解情況無明顯差異，主要原因在于地膜的裂解和撕裂主要在覆膜后70 d 內發生[6]，這段時間內棉花植株較矮，不足以遮擋紫外線的射入。

表5 不同種植模式下全生物降解地膜裂解等級

2.4.2全生物降解地膜斷裂伸長率測定。根據室內全生物降解地膜斷裂伸長率測定結果（表6）可以看出，隨著地膜覆蓋時間的延長，地膜斷裂伸長率逐漸下降。 覆膜后60 d，不同種植模式下全生物降解地膜的斷裂伸長率差異不明顯； 覆膜后30 d 和90 d，1 膜4 行種植模式下的地膜斷裂伸長率較1膜3 行和1 膜6 行的低；覆膜后30 d、60 d 和90 d，1 膜3 行和1 膜6 行的地膜斷裂伸長率均無差異。

表6 不同種植模式下全生物降解地膜斷裂伸長率的比較

3 討論與結論

本研究發現，該全生物降解地膜處理在1 膜3行、1 膜4 行和1 膜6 行種植模式下5～25 cm 土層土壤平均溫度分別較PE 地膜處理低1.24 ℃、1.95 ℃和2.41℃，說明該全生物降解地膜的增溫能力弱于PE 地膜。 全生物降解地膜處理在1 膜3 行、1 膜4行和1 膜6 行種植模式下的K07-12 平均籽棉單產分別較PE 地膜處理低26.26%、24.70%和16.53%，皮棉單產分別較PE 地膜處理低28.17%、26.19%和16.67%。 全生物降解地膜和PE 地膜處理均在1 膜4 行種植模式下籽棉和皮棉單產最高。 1 膜3 行模式由于膜面覆土較少，膜面整潔度較高，更易造成膜的裂解和被風撕裂，繼而導致棉花生長發育后期田間滋生雜草。 隨著地膜覆蓋時間的延長，全生物降解地膜的斷裂伸長率逐漸降低，但不同種植模式下地膜的裂解程度差異不明顯。

由于全生物降解地膜質地較脆、韌性不足等特性，其鋪設對土地平整度及機械作業要求較高。 在全生物降解地膜鋪設過程中，稍有不慎，就會出現播種機械零部件、硬土塊和秸稈掛膜現象，從而加速地膜的裂解，降低其保溫效果，導致棉田雜草滋生[6]。但本研究通過田間觀察發現，硬土塊和棉花秸稈對全生物降解地膜的影響屬于大田機械作業中的普遍現象，對研究結果并不產生影響；同時，發現全生物降解地膜的側邊在覆膜后90～150 d 被棉花毛細根穿透，對比PE 地膜可進一步證實該全生物降解地膜的可降解性。 目前，市面上的全生物降解地膜普遍存在裂解期短、質地脆弱、韌性不足等問題，如何延長其裂解期、提高韌性，提升增溫保墑效果，仍需進一步探索。