張東風(fēng)，王洪彬，賀立強(qiáng)，毛鵬志，吳旭麗

（1.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第七師農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，新疆 奎屯 833200；2.新疆應(yīng)用職業(yè)技術(shù)學(xué)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(chǎn)等作用，被廣泛運(yùn)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了重要影響，被譽(yù)為“農(nóng)業(yè)的第二次革命”。 地膜覆蓋有利于促進(jìn)棉花的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)，可為棉花提早成熟、增加產(chǎn)量、改善纖維品質(zhì)等打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[1]。新疆于1981 年開(kāi)始推廣地膜覆蓋技術(shù)。 據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2010—2019年全國(guó)農(nóng)用地膜使用量增長(zhǎng)了10.8%，新疆地區(qū)農(nóng)用地膜使用量增加了53.8%（表1）。

表1 2010—2019 年全國(guó)及新疆地區(qū)農(nóng)用地膜使用量 萬(wàn)t

地膜覆蓋給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)巨大經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也給農(nóng)田生態(tài)環(huán)境帶來(lái)了負(fù)面影響。據(jù)調(diào)查，新疆長(zhǎng)期覆膜棉田地膜平均殘留量在200 kg·hm-2以上，對(duì)農(nóng)田土壤環(huán)境、作物生長(zhǎng)發(fā)育、農(nóng)事作業(yè)等造成嚴(yán)重影響[2-4]。 隨著環(huán)境保護(hù)力度的加大，近年全國(guó)農(nóng)用地膜使用量略有下降。雖然各地政府通過(guò)各種方式積極鼓勵(lì)農(nóng)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(zhǎng)， 殘膜污染問(wèn)題尚無(wú)法根除，且殘膜回收再利用成本高、效益低。 發(fā)展綠色環(huán)保的全生物降解地膜將是未來(lái)解決農(nóng)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(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第七師（以下簡(jiǎn)稱為七師）奎屯墾區(qū)不同植棉模式下的降解情況，及其對(duì)5～25 cm 地溫、K07-12 棉花產(chǎn)量和纖維品質(zhì)等的影響， 為全生物降解地膜在當(dāng)?shù)刂裁迏^(qū)的推廣應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

七師位于新疆準(zhǔn)噶爾盆地西南部的奎屯河流域，北緯44°20′～47°04′、東經(jīng)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(jīng)濟(jì)帶中心區(qū)域， 也是南北疆重要的交通樞紐，總面積為4 525.21 km2，轄11 個(gè)農(nóng)牧團(tuán)場(chǎng)，耕地面積約為15 萬(wàn)hm2。 屬溫帶大陸性干旱荒漠氣候區(qū)，年平均溫度6.4～7.1 ℃，≥10 ℃積溫3 599～3 617 ℃，無(wú)霜期159～186 d，年均日照時(shí)間3 000 h，年平均降水量160.7～182.1 mm，年平均蒸發(fā)量1 709.7～1 761.9 mm。 在七師農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所130 團(tuán)8 連試驗(yàn)地開(kāi)展試驗(yàn)。 試驗(yàn)地土壤肥力中等偏上，土地平整，無(wú)鹽堿，滴灌設(shè)施齊全。

1.2 試驗(yàn)材料

供試棉花品種為K07-12[8-9]，由新疆錦棉種業(yè)科技股份有限公司提供。

供試地膜為全生物降解地膜，對(duì)照為本地區(qū)大田生產(chǎn)用的聚乙烯（polyethylene,PE）地膜，均采購(gòu)自農(nóng)資市場(chǎng)，地膜的寬度均為2.05 m，厚度均為0.01 mm。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

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(shè)置全生物降解地膜處理和PE地膜處理。 3 次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，共18 個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)的面積為20.52 m2。 2021 年4 月15 日機(jī)械鋪膜播種，采用1 穴1 粒膜上精量點(diǎn)播。 田間管理方式同當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)棉田。

1.4 調(diào)查項(xiàng)目及方法

1.4.1土壤溫度測(cè)定。 每小區(qū)選取1 個(gè)樣點(diǎn)，每個(gè)樣點(diǎn)埋設(shè)5 支土壤分層溫度計(jì)，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(jié)鈴期（7 月14 日）的09：00-10：00、14：00-15：00 和20：00-21：00，測(cè)定膜下5 cm、10 cm、15 cm、20 cm、25 cm 土層土壤溫度，各時(shí)段數(shù)據(jù)采用算術(shù)平均法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

1.4.2產(chǎn)量性狀測(cè)定。吐絮期在每個(gè)小區(qū)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(gè)吐絮棉鈴，測(cè)定鈴重和衣分；各小區(qū)實(shí)收籽棉，計(jì)算籽棉單產(chǎn)（kg·hm-2），根據(jù)籽棉單產(chǎn)和衣分計(jì)算皮棉單產(chǎn)（kg·hm-2）。

1.4.3纖維品質(zhì)測(cè)定。 每個(gè)小區(qū)取皮棉樣品30 g，由新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第七師農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所纖維檢驗(yàn)室測(cè)定（HVI 校準(zhǔn)棉花標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)）棉纖維的上半部平均長(zhǎng)度、長(zhǎng)度整齊度指數(shù)、馬克隆值、斷裂比強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率。

1.4.4地膜降解狀況調(diào)查。 （1）地膜降解分級(jí)參照鄔強(qiáng)等[10]的方法。0 級(jí)：未出現(xiàn)裂紋；1 級(jí)：開(kāi)始出現(xiàn)裂紋；2 級(jí)：田間25%地膜出現(xiàn)細(xì)小裂紋；3 級(jí)：地膜出現(xiàn)2.0～2.5 cm 裂紋；4 級(jí)：地膜出現(xiàn)均勻網(wǎng)狀裂紋；5 級(jí)：地膜裂解為4 cm×4 cm 以下碎片。 從鋪膜后開(kāi)始，每周調(diào)查1 次地膜表面變化，記錄地膜顏色、形態(tài)以及表面完整情況，同時(shí)用相機(jī)照相記錄。 （2） 生物降解膜斷裂伸長(zhǎng)率測(cè)定， 采用GB/T 1040.3-2006《塑料 拉伸性能的測(cè)定 第3 部分：薄膜和薄片的試驗(yàn)條件》[11]的方法，用2 型的長(zhǎng)條形樣條，拉伸速度為50 mm·min-1。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用Microsoft Excel 365 和DPS 7.05 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析， 采用最小顯著差數(shù)法（least significant difference, LSD）進(jìn)行多重范圍檢驗(yàn)，其中衣分、長(zhǎng)度整齊度指數(shù)和斷裂伸長(zhǎng)率數(shù)據(jù)均通過(guò)了正態(tài)性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)土壤溫度的影響

從6 個(gè)生育時(shí)期（苗期、蕾期、盛蕾期、花期、盛花期和結(jié)鈴期）土壤溫度測(cè)定數(shù)據(jù)的平均值來(lái)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(jié)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(shì)，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(jié)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(jié)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(shì)，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(jié)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(jié)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(shì)（圖3）。 苗期至結(jié)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(duì)K07-12 產(chǎn)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(chǎn)分別顯著降低26.26%、24.70%和16.53%， 皮棉單產(chǎn)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(chǎn)和皮棉單產(chǎn)。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(chǎn)和皮棉單產(chǎn)均無(wú)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(chǎn)和皮棉單產(chǎn)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(chǎn)和皮棉單產(chǎn)顯著高于1 膜6 行。

表3 不同處理K07-12 產(chǎn)量相關(guān)性狀的比較

2.3 不同處理對(duì)K07-12 纖維品質(zhì)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(zhǎng)度、 長(zhǎng)度整齊度指數(shù)、斷裂比強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率均無(wú)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(zhǎng)度無(wú)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(zhǎng)度整齊度指數(shù)、 馬克隆值和斷裂伸長(zhǎng)率均無(wú)顯著差異；1 膜3行和1 膜4 行的斷裂比強(qiáng)度無(wú)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(zhǎng)度、長(zhǎng)度整齊度指數(shù)、馬克隆值、斷裂比強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率均無(wú)顯著差異。

表4 不同處理K07-12 纖維品質(zhì)指標(biāo)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(kāi)始出現(xiàn)裂紋進(jìn)入誘導(dǎo)期， 在1 膜3 行、1 膜4 行、1 膜6 行種植模式下均無(wú)差異；第40～70 天撕裂嚴(yán)重，在第60 天時(shí)1 膜3 行棉花株行間幾乎無(wú)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(wú)明顯差異，這主要由于棉花株高增加、葉面積增大，遮擋了陽(yáng)光紫外線的射入。 總體來(lái)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(wú)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(nèi)發(fā)生[6]，這段時(shí)間內(nèi)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(jí)

2.4.2全生物降解地膜斷裂伸長(zhǎng)率測(cè)定。根據(jù)室內(nèi)全生物降解地膜斷裂伸長(zhǎng)率測(cè)定結(jié)果（表6）可以看出，隨著地膜覆蓋時(shí)間的延長(zhǎng)，地膜斷裂伸長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)率均無(wú)差異。

表6 不同種植模式下全生物降解地膜斷裂伸長(zhǎng)率的比較

3 討論與結(jié)論

本研究發(fā)現(xiàn)，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(shuō)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(chǎn)分別較PE 地膜處理低26.26%、24.70%和16.53%，皮棉單產(chǎn)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(chǎn)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(fēng)撕裂，繼而導(dǎo)致棉花生長(zhǎng)發(fā)育后期田間滋生雜草。 隨著地膜覆蓋時(shí)間的延長(zhǎng)，全生物降解地膜的斷裂伸長(zhǎng)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(zhì)地較脆、韌性不足等特性，其鋪設(shè)對(duì)土地平整度及機(jī)械作業(yè)要求較高。 在全生物降解地膜鋪設(shè)過(guò)程中，稍有不慎，就會(huì)出現(xiàn)播種機(jī)械零部件、硬土塊和秸稈掛膜現(xiàn)象，從而加速地膜的裂解，降低其保溫效果，導(dǎo)致棉田雜草滋生[6]。但本研究通過(guò)田間觀察發(fā)現(xiàn)，硬土塊和棉花秸稈對(duì)全生物降解地膜的影響屬于大田機(jī)械作業(yè)中的普遍現(xiàn)象，對(duì)研究結(jié)果并不產(chǎn)生影響；同時(shí)，發(fā)現(xiàn)全生物降解地膜的側(cè)邊在覆膜后90～150 d 被棉花毛細(xì)根穿透，對(duì)比PE 地膜可進(jìn)一步證實(shí)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(zhì)地脆弱、韌性不足等問(wèn)題，如何延長(zhǎng)其裂解期、提高韌性，提升增溫保墑效果，仍需進(jìn)一步探索。