逄子劍，劉昌文，胡愛芝，龔舉武，伍少明，李文穎，謝永磊，古麗娜爾·艾麥提江，朱明慧，熱依漢古麗·托合提夏，周桂花，高歡歡，馮贊成，隋杰禮

（1.新疆莎車縣巴格阿瓦提鄉(xiāng)人民政府，新疆 莎車 844710；2.新疆喀什地區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，新疆 喀什 844000；3. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所 棉花生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 安陽 455000；4.麥蓋提星聯(lián)科技農(nóng)膜有限公司，新疆 麥蓋提 844600；5.廣東星聯(lián)科技農(nóng)膜有限公司，廣東 佛山 528000；6.湖北光合生物科技有限公司，湖北 荊門 448000；7.新疆喀什地區(qū)瓜果蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展中心，新疆 喀什 844000；8.煙臺(tái)大學(xué)，山東 煙臺(tái) 264000）

1938年英國科學(xué)家Massey［1］發(fā)明PE地膜后就逐漸廣泛應(yīng)用于棉花、玉米、甘蔗、水稻、蔬菜及果樹上。Mbah等［2-7］研究表明覆蓋地膜具有增溫、保墑、除草和促進(jìn)植物幼苗、根系生長(zhǎng)的作用，可促進(jìn)農(nóng)作物增產(chǎn)達(dá)55%～142%。Song等［8］研究表明厚度在0.0152～0.0508 mm的地膜難以回收，會(huì)導(dǎo)致土壤耕力下降。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國地膜年使用量達(dá)140萬t，占全球總用量的70%，長(zhǎng)期使用地膜雖然在保障我國糧食安全、促進(jìn)農(nóng)民增收方面發(fā)揮了不可替代的作用，但同時(shí)也導(dǎo)致了當(dāng)前農(nóng)業(yè)三大污染源之一的“白色污染”［9］。胡美華等［10］研究表明國內(nèi)外緩解農(nóng)膜污染問題的方法有：使用易回收的加厚地膜，在使用完后通過回收機(jī)進(jìn)行回收再加工；降低農(nóng)膜覆蓋率或一膜多用，從源頭上減少地膜用量；使用降解地膜。李鵬輝等［11］研究了不同強(qiáng)度地膜對(duì)棉花生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響。羅劍洪等［12］研究了不同厚度地膜覆蓋對(duì)棉花產(chǎn)量及品質(zhì)的影響。

本研究以BT101高強(qiáng)度地膜及PE傳統(tǒng)地膜為試驗(yàn)材料，測(cè)試2種地膜的保溫保墑性能，并分析覆蓋BT101地膜及PE傳統(tǒng)地膜對(duì)苗期、根系、花鈴、單株鈴數(shù)和產(chǎn)量的影響，橫向縱向地膜的物理機(jī)械性能及殘膜回收率，旨在為全生物降解地膜取代PE傳統(tǒng)地膜，并有效治理土壤白色污染途徑提供理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)材料為新疆喀什地區(qū)麥蓋提縣星聯(lián)科技農(nóng)膜有限公司生產(chǎn)的無色，厚度0.01 mm、寬度2.05 m的高強(qiáng)度產(chǎn)品BT101，對(duì)照材料為市場(chǎng)購買的無色，厚度0.01 mm、寬度2.05 m的PE傳統(tǒng)地膜。

棉花品種：新陸中66。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 研究地位于新疆喀什地區(qū)麥蓋提縣5鄉(xiāng)14村（東經(jīng)77.64°，北緯38.90°）。設(shè)BT 101地膜和PE傳統(tǒng)地膜2個(gè)處理，行長(zhǎng)為520 m，每個(gè)處理覆蓋28個(gè)地膜，于3月28日按照1機(jī)2膜、1膜3管、1管2行的方式播種，株行距設(shè)置為（13 cm+63 cm+13 cm+63 cm+13 cm）×10 cm，薄膜之間交接行距66 cm（圖1）。

圖1 播種模式設(shè)置圖

田間管理措施為：3月24日結(jié)合犁地施二胺525 kg/hm2，尿素136.5 kg/hm2，鉀肥229.5 kg/hm2作為基肥；采用水肥一體技術(shù)，每次滴水30～50 m3/667m2，隨水滴肥按照兩頭輕中間重的原則，每次滴尿素及沖施肥30～90 kg/hm2，全生育滴水8次，于9月初停水，合計(jì)滴水300 m3/667m2，滴尿素和沖施肥均為397.5 kg/hm2。全生育期先后7次用吡蟲啉、啶蟲脒、阿維菌素、甲維鹽、噻蟲嗪和敵敵畏等農(nóng)藥來防治棉薊馬、棉蚜、紅蜘蛛、牧草盲蝽象等蟲害。

1.2.2 測(cè)試項(xiàng)目 測(cè)試項(xiàng)目包括物理機(jī)械性能測(cè)試、保溫保墑性能測(cè)試以及殘膜回收率等。

地膜物理機(jī)械性能測(cè)試采用 GB 13735—2017標(biāo)準(zhǔn)，分別于覆膜后0、120和180 d（棉花收獲后）取地膜樣1 m，于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測(cè)定地膜橫向、縱向最大拉伸負(fù)荷（N）和斷裂標(biāo)稱應(yīng)變（%）等。

地膜保溫性能測(cè)試應(yīng)用《地面氣象觀測(cè)規(guī)范》中的標(biāo)準(zhǔn)，在3月31日將溫度自動(dòng)記錄儀傳感器探頭按照間隔2.4 m，5、15、25 cm這3個(gè)深度埋好。溫度自動(dòng)記錄儀啟動(dòng)后每小時(shí)讀取記錄1次數(shù)據(jù)，每日土壤溫度為各土層深度24 h的平均溫度。

地膜保墑性能測(cè)試采用水蒸氣透過率測(cè)試法，采用設(shè)備為PERME W3/060 水蒸氣透過率測(cè)試儀，每個(gè)樣品3次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)循環(huán)6次，取其穩(wěn)定值為該地膜的水蒸氣透過率。

地膜回收率測(cè)試采用新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院聯(lián)合研制的4JSM-1800A1(2.1A)型棉稈還田及殘膜回收聯(lián)合作業(yè)機(jī)，于11月6日回收殘膜，回收后每處理選擇5個(gè)點(diǎn)截取長(zhǎng)度為5 m的一幅膜，進(jìn)行當(dāng)年殘留地膜回收率的計(jì)算，公式為：

地膜回收率（%）=［100-(每點(diǎn)種植壟的殘膜面積/5×2.05)］×100%。

1.2.3 性狀調(diào)查 于播后第25天調(diào)查苗情，并計(jì)算保苗率、爛種率、爛芽率及其他（大風(fēng)危害及空穴率）并計(jì)算出苗率。保苗率（%）=調(diào)查現(xiàn)有苗數(shù)/調(diào)查總穴數(shù)×100%；爛種率（%）=調(diào)查爛種數(shù)/調(diào)查總穴數(shù)×100%；爛芽率（%）=調(diào)查爛芽數(shù)/調(diào)查總穴數(shù)×100%；其他（%）=（調(diào)查大風(fēng)危害死苗數(shù)+空穴數(shù)）/調(diào)查總穴數(shù)×100%；出苗率（%）=保苗率+其他。播后50 d調(diào)查側(cè)根數(shù)；于6月30日調(diào)查株高、果枝臺(tái)數(shù)及現(xiàn)花率；于7月15日—8月15日調(diào)查單株結(jié)鈴數(shù)及單位面積地膜雜草量。

每個(gè)處理取3個(gè)點(diǎn)，每點(diǎn)取6.67 m2，測(cè)單位面積株數(shù)、單株鈴數(shù)及單鈴重并計(jì)算平均產(chǎn)量。單位面積株數(shù)=測(cè)產(chǎn)點(diǎn)平均株數(shù)×1500÷10000；單株鈴數(shù)=測(cè)產(chǎn)點(diǎn)平均鈴數(shù)/測(cè)產(chǎn)點(diǎn)平均株數(shù)；單鈴重即每個(gè)處理隨機(jī)取100個(gè)鈴統(tǒng)計(jì)單鈴重并計(jì)算平均值；單位面積籽棉重=平均面積株數(shù)×單株鈴數(shù)×單鈴重÷1000。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同地膜覆蓋對(duì)膜下溫度的影響

由圖2可知，從播種開始到6月中旬，覆蓋BT 101地膜的增溫效果優(yōu)于覆PE傳統(tǒng)地膜的，其平均溫度較覆PE傳統(tǒng)地膜的高1.0 ℃，至6月中旬以后兩者差異不明顯；2種不同地膜的膜下溫度變化分為3個(gè)階段：第一階段即自覆膜至6月中旬，覆BT101高強(qiáng)度地膜的膜下溫度較PE傳統(tǒng)地膜的整體偏高，尤其是4月16日—5月24日最為明顯；第二階段即6月中旬—7月8日，覆蓋2種地膜的膜下溫度差異不明顯，其中覆BT101地膜的膜下溫度較覆蓋PE傳統(tǒng)地膜偏高的天數(shù)有24 d、偏低的有12 d；第三階段即7月9日后，覆BT101地膜的膜下溫度低于覆PE傳統(tǒng)地膜的。

圖2 不同地膜覆蓋膜下溫度變化情況

2.2 不同地膜的水蒸氣透過率的差異

從圖3可見，傳統(tǒng)地膜的水蒸氣透過率為 53.5 g/（m2·d），BT101地膜的水蒸氣透過率為41.9 g/（m2·d），BT101地膜的水蒸氣透過率較傳統(tǒng)地膜的減少11.6 g/（m2·d），降幅為21.7%。

圖3 2種地膜的水蒸氣透過率比較

2.3 不同地膜覆蓋對(duì)棉花保苗及農(nóng)藝性狀的影響

由不同地膜覆蓋對(duì)棉花保苗及農(nóng)藝性狀影響差異分析可知（表1），覆膜第25天（4月21日）調(diào)查新陸中66的苗情發(fā)現(xiàn)，覆蓋BT101地膜與覆PE傳統(tǒng)地膜相比保苗率高8個(gè)百分點(diǎn)，出苗率高出6個(gè)百分點(diǎn)，爛芽率差異不大，而覆蓋PE傳統(tǒng)地膜的爛種率是覆BT101地膜的2.5倍。覆膜第50天（5月15日）調(diào)查新陸中66植株的生長(zhǎng)情況發(fā)現(xiàn)，覆蓋BT101地膜植株為4葉1心，覆PE地膜的為3葉1心；覆BT101地膜的側(cè)根數(shù)平均多2條/株，雜草平均減少3.1株/m2。覆膜第96天（6月30日）調(diào)查新陸中66植株發(fā)現(xiàn)，覆蓋BT101地膜較覆PE傳統(tǒng)地膜的平均株高多11.4 cm，增幅達(dá)21.35%；覆蓋BT101地膜的棉花果枝數(shù)較覆PE傳統(tǒng)地膜的多1.5個(gè)/株，增幅高達(dá)24.59%；覆蓋BT101地膜的棉花見花率是覆PE傳統(tǒng)地膜的2.1倍。

表1 不同地膜覆蓋對(duì)棉花保苗及農(nóng)藝性狀的影響

2.4 不同地膜覆蓋對(duì)棉花產(chǎn)量性狀的影響

由表2可知，BT101地膜的單株鈴數(shù)在覆膜后111 d（7月15日）和142 d（8月15日）比覆PE傳統(tǒng)地膜的分別多0.43、1.10 個(gè)/株。覆蓋BT101地膜1個(gè)月后新增單株鈴數(shù)4.17個(gè)/株，而覆PE傳統(tǒng)地膜的增加3.50個(gè)/株。于覆膜后203 d（10月15日）測(cè)產(chǎn)量，覆蓋BT101地膜和PE傳統(tǒng)地膜的平均籽棉產(chǎn)量分別為7095.0、6495.0 kg/hm2，前者較后者增加了9.2%；單鈴重與密度和單株鈴數(shù)的相關(guān)性不明顯。

表2 不同地膜覆蓋對(duì)棉花產(chǎn)量性狀的影響

2.5 不同地膜的物理機(jī)械性能比較

由表3可知，不同地膜在覆膜后0、120及180 d這3個(gè)時(shí)間段的最大拉伸負(fù)荷和斷裂標(biāo)稱應(yīng)變差異明顯。BT101地膜只有在覆膜當(dāng)日（0 d）的縱向最大拉伸負(fù)荷較PE傳統(tǒng)地膜的小0.3 N。在覆膜后3個(gè)不同時(shí)間段里，BT101高強(qiáng)度地膜橫向和縱向的斷裂標(biāo)稱應(yīng)變均較PE傳統(tǒng)地膜的大。

表3 不同地膜的物理機(jī)械性能比較

2.6 不同地膜的機(jī)械回收率比較

從圖1可知，膜面寬為175 cm，邊膜寬為30 cm，回收率檢測(cè)點(diǎn)膜面投入面積為8.75 m2,回收率檢測(cè)點(diǎn)邊膜投入面積為1.5 m2。由表4可知，BT101地膜的平均膜面殘留量為0.14 m2，平均殘留率為8.0%，平均回收率高達(dá)92.0%；PE傳統(tǒng)地膜膜面平均殘留量為1.31 m2，平均殘留率為27.4%，平均回收率為72.6%；BT101地膜的邊膜平均殘留量為0.68 m2，而PE傳統(tǒng)地膜的邊膜平均殘留量為1.50 m2。

表4 不同地膜的機(jī)械回收率比較

3 討論

3.1 不同地膜的增溫性、保溫性及保墑性比較

張丹等［13］研究表明，在監(jiān)測(cè)期內(nèi)隨著地膜厚度的增加，玉米和花生的土壤溫度增加；張富林等［14］研究表明，增加地膜厚度可提高湖北省南瓜膜下0～5 cm土壤的溫度；張妮等［15］研究表明，厚地膜的增溫保墑作用優(yōu)于薄地膜；銀敏華等［16］研究表明，增加地膜厚度可有效減少玉米灌溉次數(shù)。

BT101地膜為非加厚的高強(qiáng)度高耐候型地膜，本研究表明覆蓋BT101地膜與覆蓋PE傳統(tǒng)地膜具有相似的增溫性，不一樣的保溫性。膜下溫度受光照及外界溫度的雙重影響，前期光照占主導(dǎo)，后期外界溫度占主導(dǎo)，導(dǎo)致棉花生育前期覆蓋BT101地膜的膜下溫度較覆蓋PE傳統(tǒng)地膜的高，棉花生育后期覆蓋BT101地膜的膜下溫度較覆蓋PE傳統(tǒng)地膜低，可能是由于受到光照影響，膜下溫度快速升高，夜間因外界溫度偏低導(dǎo)致膜內(nèi)熱量向外釋放，BT101地膜因其較好的保溫性導(dǎo)致膜下溫度偏高，相反棉花生育后期棉田已封行，此時(shí)膜內(nèi)溫度主要受外界溫度影響，BT101地膜從較好的保溫性轉(zhuǎn)變?yōu)檩^好的隔熱性，導(dǎo)致其膜下溫度偏低。研究還表明覆蓋BT101地膜對(duì)土壤含水量的影響與其對(duì)溫度的影響相類似，覆蓋BT101地膜的保墑性更好。主要原因可能是BT101地膜在鋪設(shè)和應(yīng)用過程中不容易破裂，其完整性有利于發(fā)揮地膜的保溫保墑作用；同時(shí)BT101地膜較傳統(tǒng)地膜的水蒸氣透過率更低、保密性更好，均有利于保溫保墑。

3.2 不同地膜覆蓋對(duì)棉花保苗及其他農(nóng)藝性狀的差異比較

李鵬輝等［11］研究表明，覆蓋高強(qiáng)度地膜較覆常規(guī)地膜更利于棉花出苗、促進(jìn)葉片和棉株生長(zhǎng)。羅劍洪等［12］研究表明，覆蓋加厚地膜更利于促進(jìn)棉花生長(zhǎng)，提高防草效果。本研究表明覆蓋BT101地膜的出苗率較覆蓋PE傳統(tǒng)地膜的高6個(gè)百分點(diǎn)，主要原因是2021年春播期間降水量較往年偏多，導(dǎo)致覆蓋PE傳統(tǒng)地膜的爛種率高達(dá)10%。5月15日調(diào)查得知，覆蓋BT101地膜較覆蓋PE傳統(tǒng)地膜的真葉多1片，側(cè)根多2條。6月30日調(diào)查得知覆蓋BT101地膜的平均株高較覆蓋PE傳統(tǒng)地膜的增加了11.4 cm，其主要原因是BT101地膜的保溫保墑性較好，更有利于棉花根系及棉株的生長(zhǎng)發(fā)育。在防雜草方面，覆蓋BT101地膜的防草效果遠(yuǎn)好于PE傳統(tǒng)地膜的，因?yàn)樵摰啬ね暾院们覐?qiáng)度高，不利于長(zhǎng)草。

3.3 不同地膜覆蓋對(duì)棉花產(chǎn)量性狀及產(chǎn)量的差異比較

羅劍洪等［12］研究表明，相較于覆蓋傳統(tǒng)地膜，覆蓋加厚地膜的棉花單株果枝數(shù)增加0.2個(gè)，有效鈴數(shù)增加0.4個(gè)，籽棉產(chǎn)量提高5.35%，皮棉產(chǎn)量增加7.39% 。李鵬輝等［11］研究表明，覆蓋高強(qiáng)度地膜對(duì)棉花的生長(zhǎng)效果優(yōu)于覆傳統(tǒng)地膜PE的，與傳統(tǒng)地膜PE相比，覆蓋高強(qiáng)度地膜能促進(jìn)棉花生長(zhǎng)，棉花產(chǎn)量提高2.96%～3.42%。本研究表明覆蓋BT101地膜的棉花單株鈴數(shù)較覆蓋傳統(tǒng)地膜的增加0.5個(gè)/株，單鈴重增加0.5 g，籽棉產(chǎn)量提高600 kg/hm2，增幅達(dá)9.2%。

3.4 不同地膜的物理機(jī)械性能及機(jī)械回收率比較

李鵬輝等［11］研究表明，高強(qiáng)度地膜在使用前后的拉伸性能和斷裂標(biāo)稱應(yīng)變指數(shù)均高于傳統(tǒng)地膜PE的。本研究表明，2種不同地膜覆膜后0、120及180 d的橫向最大拉伸負(fù)荷與斷裂標(biāo)稱應(yīng)變的差異明顯，縱向最大拉伸負(fù)荷與斷裂標(biāo)稱應(yīng)變的差異較小。覆膜180 d后BT101地膜的橫向最大拉伸負(fù)荷大于覆膜0 d的傳統(tǒng)地膜的。