不同植棉模式下全生物降解地膜对K07-12 产量和纤维品质的影响

张东风，王洪彬，贺立强，毛鹏志，吴旭丽

（1.新疆生产建设兵团第七师农业科学研究所，新疆 奎屯 833200；2.新疆应用职业技术学院，新疆 奎屯 833200）

地膜覆盖具有增温、保墒、抑草、抑盐碱、促早熟、增产等作用，被广泛运用于农业生产中，对我国农业结构产生了重要影响，被誉为“农业的第二次革命”。 地膜覆盖有利于促进棉花的营养生长和生殖生长，可为棉花提早成熟、增加产量、改善纤维品质等打下坚实的基础[1]。新疆于1981 年开始推广地膜覆盖技术。 据国家统计局统计数据，2010—2019年全国农用地膜使用量增长了10.8%，新疆地区农用地膜使用量增加了53.8%（表1）。

表1 2010—2019 年全国及新疆地区农用地膜使用量 万t

地膜覆盖给农业生产带来巨大经济效益的同时，也给农田生态环境带来了负面影响。据调查，新疆长期覆膜棉田地膜平均残留量在200 kg·hm-2以上，对农田土壤环境、作物生长发育、农事作业等造成严重影响[2-4]。 随着环境保护力度的加大，近年全国农用地膜使用量略有下降。虽然各地政府通过各种方式积极鼓励农户回收残膜， 但回收率也仅为80%～90%，土壤中聚氯乙烯地膜残留量仍以每年10%的速率增长， 残膜污染问题尚无法根除，且残膜回收再利用成本高、效益低。 发展绿色环保的全生物降解地膜将是未来解决农田“白色污染”的理想途径[5-7]。 基于此，笔者等分析了新型全生物降解地膜在新疆生产建设兵团第七师（以下简称为七师）奎屯垦区不同植棉模式下的降解情况，及其对5～25 cm 地温、K07-12 棉花产量和纤维品质等的影响， 为全生物降解地膜在当地植棉区的推广应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

七师位于新疆准噶尔盆地西南部的奎屯河流域，北纬44°20′～47°04′、东经83°51′～85°51′，南邻天山，北接古尔班通古特沙漠，处于北疆天山北坡经济带中心区域， 也是南北疆重要的交通枢纽，总面积为4 525.21 km2，辖11 个农牧团场，耕地面积约为15 万hm2。 属温带大陆性干旱荒漠气候区，年平均温度6.4～7.1 ℃，≥10 ℃积温3 599～3 617 ℃，无霜期159～186 d，年均日照时间3 000 h，年平均降水量160.7～182.1 mm，年平均蒸发量1 709.7～1 761.9 mm。 在七师农业科学研究所130 团8 连试验地开展试验。 试验地土壤肥力中等偏上，土地平整，无盐碱，滴灌设施齐全。

1.2 试验材料

供试棉花品种为K07-12[8-9]，由新疆锦棉种业科技股份有限公司提供。

供试地膜为全生物降解地膜，对照为本地区大田生产用的聚乙烯（polyethylene,PE）地膜，均采购自农资市场，地膜的宽度均为2.05 m，厚度均为0.01 mm。

1.3 试验设计

植棉模式为1 膜3 行3 带、1 膜4 行3 带和1膜6 行3 带，滴灌带距播种行5～7 cm。其中1 膜3行采用76 cm 等行距， 株距为7.5 cm；1 膜4 行采用（73.5＋15.0＋66.0）cm 行距，株距为7.5 cm；1膜6 行采用（66＋10）cm 宽窄行行距，株距为11.25 cm。各植棉模式下均设置全生物降解地膜处理和PE地膜处理。 3 次重复，随机区组排列，共18 个小区，每个小区的面积为20.52 m2。 2021 年4 月15 日机械铺膜播种，采用1 穴1 粒膜上精量点播。 田间管理方式同当地常规棉田。

1.4 调查项目及方法

1.4.1土壤温度测定。 每小区选取1 个样点，每个样点埋设5 支土壤分层温度计，分别于苗期（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）、结铃期（7 月14 日）的09：00-10：00、14：00-15：00 和20：00-21：00，测定膜下5 cm、10 cm、15 cm、20 cm、25 cm 土层土壤温度，各时段数据采用算术平均法进行统计。

1.4.2产量性状测定。吐絮期在每个小区取棉株上部（第7～9 果枝）、中部（第4～6 果枝）和下部（第1～3 果枝）各20 个吐絮棉铃，测定铃重和衣分；各小区实收籽棉，计算籽棉单产（kg·hm-2），根据籽棉单产和衣分计算皮棉单产（kg·hm-2）。

1.4.3纤维品质测定。 每个小区取皮棉样品30 g，由新疆生产建设兵团第七师农业科学研究所纤维检验室测定（HVI 校准棉花标准校准）棉纤维的上半部平均长度、长度整齐度指数、马克隆值、断裂比强度和断裂伸长率。

1.4.4地膜降解状况调查。 （1）地膜降解分级参照邬强等[10]的方法。0 级：未出现裂纹；1 级：开始出现裂纹；2 级：田间25%地膜出现细小裂纹；3 级：地膜出现2.0～2.5 cm 裂纹；4 级：地膜出现均匀网状裂纹；5 级：地膜裂解为4 cm×4 cm 以下碎片。 从铺膜后开始，每周调查1 次地膜表面变化，记录地膜颜色、形态以及表面完整情况，同时用相机照相记录。 （2） 生物降解膜断裂伸长率测定， 采用GB/T 1040.3-2006《塑料 拉伸性能的测定 第3 部分：薄膜和薄片的试验条件》[11]的方法，用2 型的长条形样条，拉伸速度为50 mm·min-1。

1.5 数据统计分析

采用Microsoft Excel 365 和DPS 7.05 统计软件进行数据处理分析， 采用最小显著差数法（least significant difference, LSD）进行多重范围检验，其中衣分、长度整齐度指数和断裂伸长率数据均通过了正态性检验。

2 结果与分析

2.1 不同处理对土壤温度的影响

从6 个生育时期（苗期、蕾期、盛蕾期、花期、盛花期和结铃期）土壤温度测定数据的平均值来看，1膜3 行、1 膜4 行和1 膜6 行种植模式下，PE 地膜处理较全生物降解地膜处理5～25 cm 土层土壤平均温度分别高1.24 ℃、1.95 ℃和2.41 ℃（表2）。 与PE 地膜处理相比， 全生物降解地膜处理在1 膜3行、1 膜4 行和1 膜6 行种植模式下，5 cm 土层土壤温度分别降低0.65 ℃、2.16 ℃和3.56 ℃，10 cm 土层土壤温度分别降低2.28 ℃、2.61 ℃和2.65 ℃，15 cm 土层土壤温度分别降低0.8 ℃、2.11 ℃和2.41 ℃，20 cm 土层土壤温度分别降低1.49 ℃、1.59 ℃和2.04 ℃，25 cm 土层土壤温度分别降低1.00 ℃、1.28 ℃和1.39 ℃。

表2 不同处理膜下5～25 cm 土层土壤温度比较

1 膜3 行种植模式下，棉花苗期至结铃期全生物降解地膜和PE 地膜膜下5 cm、10 cm、15 cm、20 cm、25 cm 土层土壤温度均呈升- 降- 升- 降的变化趋势，其中蕾期和盛蕾期土壤温度较高（图1）。苗期，全生物降解地膜5 cm 土层土壤温度略高于PE 地膜。 蕾期至结铃期，PE 地膜5 cm、10 cm、15 cm、20 cm、25 cm 土层土壤温度均高于全生物降解地膜（图1）。

图1 1 膜3 行种植模式下不同处理土壤温度的变化

1 膜4 行种植模式下，棉花苗期至结铃期全生物降解地膜和PE 地膜膜下5 cm、10 cm、15 cm、20 cm、25 cm 土层土壤温度均呈升- 降- 升- 降的变化趋势，其中蕾期和盛蕾期土壤温度较高（图2）。苗期，全生物降解地膜10 cm 土层土壤温度略高于PE 地膜。蕾期至结铃期，PE 地膜5 cm、10 cm、15 cm、20 cm、25 cm 土层土壤温度均高于全生物降解地膜（图2）。

图2 1 膜4 行种植模式下不同处理土壤温度的变化

1 膜6 行种植模式下， 棉花苗期至结铃期PE地膜处理和全生物降解地膜处理5 cm、10 cm、15 cm、20cm 和25cm 土层土壤温度呈升-降-升-降的变化趋势（图3）。 苗期至结铃期，PE 地膜5 cm、10 cm、15 cm、20 cm 和25 cm 土层土壤温度均高于全生物降解地膜，其中5 cm 土层土壤温度差异较大。

图3 1 膜6 行种植模式下不同处理土壤温度的变化

2.2 不同处理对K07-12 产量性状的影响

同一种植模式下，PE 地膜处理的铃重显著高于全生物降解地膜（表3）。 1 膜3 行、1 膜4 行种植模式下，PE 地膜的衣分显著高于全生物降解地膜。其中，PE 地膜1 膜3 行种植模式下的铃重最大，衣分最高。与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 行种植模式下的籽棉单产分别显著降低26.26%、24.70%和16.53%， 皮棉单产分别显著降低28.17%、26.19%和16.67%。 全生物降解地膜和PE 地膜处理均在1 膜4 行种植模式下获得最高的籽棉单产和皮棉单产。全生物降解地膜处理在1 膜4 行和1 膜6 行下的籽棉单产和皮棉单产均无显著差异，但二者显著高于1 膜3 行种植模式；PE 地膜处理在1 膜4 行种植模式下的籽棉单产和皮棉单产均显著高于1 膜3 行和1 膜6行种植模式，1 膜3 行种植模式的籽棉单产和皮棉单产显著高于1 膜6 行。

表3 不同处理K07-12 产量相关性状的比较

2.3 不同处理对K07-12 纤维品质的影响

同一种植模式下，全生物降解地膜处理的纤维马克隆值显著低于PE 地膜，全生物降解地膜与PE地膜处理的纤维上半部平均长度、 长度整齐度指数、断裂比强度和断裂伸长率均无显著差异（表4）。 PE 地膜处理下，1 膜3 行和1 膜6 行的纤维上半部平均长度无显著差异， 但均显著低于1 膜4行；1 膜3 行、1 膜4 行和1 膜6 行的长度整齐度指数、 马克隆值和断裂伸长率均无显著差异；1 膜3行和1 膜4 行的断裂比强度无显著差异，但二者均显著高于1 膜6 行。 全生物降解地膜处理在1 膜3行、1 膜4 行和1 膜6 行种植模式下的纤维上半部平均长度、长度整齐度指数、马克隆值、断裂比强度和断裂伸长率均无显著差异。

表4 不同处理K07-12 纤维品质指标的比较

2.4 全生物降解地膜裂解性状

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盖第30 天开始出现裂纹进入诱导期， 在1 膜3 行、1 膜4 行、1 膜6 行种植模式下均无差异；第40～70 天撕裂严重，在第60 天时1 膜3 行棉花株行间几乎无完整膜面，地膜缩聚在株行周围；70 d 以后， 不同种植模式间地膜降解无明显差异，这主要由于棉花株高增加、叶面积增大，遮挡了阳光紫外线的射入。 总体来看，1 膜3 行、1膜4 行、1 膜6 行种植模式下全生物降解地膜的膜面裂解情况无明显差异，主要原因在于地膜的裂解和撕裂主要在覆膜后70 d 内发生[6]，这段时间内棉花植株较矮，不足以遮挡紫外线的射入。

表5 不同种植模式下全生物降解地膜裂解等级

2.4.2全生物降解地膜断裂伸长率测定。根据室内全生物降解地膜断裂伸长率测定结果（表6）可以看出，随着地膜覆盖时间的延长，地膜断裂伸长率逐渐下降。 覆膜后60 d，不同种植模式下全生物降解地膜的断裂伸长率差异不明显； 覆膜后30 d 和90 d，1 膜4 行种植模式下的地膜断裂伸长率较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 行的地膜断裂伸长率均无差异。

表6 不同种植模式下全生物降解地膜断裂伸长率的比较

3 讨论与结论

本研究发现，该全生物降解地膜处理在1 膜3行、1 膜4 行和1 膜6 行种植模式下5～25 cm 土层土壤平均温度分别较PE 地膜处理低1.24 ℃、1.95 ℃和2.41℃，说明该全生物降解地膜的增温能力弱于PE 地膜。 全生物降解地膜处理在1 膜3 行、1 膜4行和1 膜6 行种植模式下的K07-12 平均籽棉单产分别较PE 地膜处理低26.26%、24.70%和16.53%，皮棉单产分别较PE 地膜处理低28.17%、26.19%和16.67%。 全生物降解地膜和PE 地膜处理均在1 膜4 行种植模式下籽棉和皮棉单产最高。 1 膜3 行模式由于膜面覆土较少，膜面整洁度较高，更易造成膜的裂解和被风撕裂，继而导致棉花生长发育后期田间滋生杂草。 随着地膜覆盖时间的延长，全生物降解地膜的断裂伸长率逐渐降低，但不同种植模式下地膜的裂解程度差异不明显。

由于全生物降解地膜质地较脆、韧性不足等特性，其铺设对土地平整度及机械作业要求较高。 在全生物降解地膜铺设过程中，稍有不慎，就会出现播种机械零部件、硬土块和秸秆挂膜现象，从而加速地膜的裂解，降低其保温效果，导致棉田杂草滋生[6]。但本研究通过田间观察发现，硬土块和棉花秸秆对全生物降解地膜的影响属于大田机械作业中的普遍现象，对研究结果并不产生影响；同时，发现全生物降解地膜的侧边在覆膜后90～150 d 被棉花毛细根穿透，对比PE 地膜可进一步证实该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、质地脆弱、韧性不足等问题，如何延长其裂解期、提高韧性，提升增温保墒效果，仍需进一步探索。