不同生物降解膜在西瓜生產上的應用分析

攸學松，馬 超，王廣世，陳艷利，穆生奇，張 瑩，徐 進*

（1.北京市農業技術推廣站，北京 100029；2.北京市延慶區農業技術推廣站，北京 102100）

農用地膜已成為我國繼種子、化肥、農藥之后的第4大農資，根據國家統計局數據顯示，我國每年的農用地膜產量和使用量均居世界第1，預計到2024年，我國地膜覆蓋面積將達到2 200萬hm2，使用量超過200萬t[1]；但是，我國地膜回收率低，平均殘留率達20%，土壤平均地膜殘留量達60 kg/hm2[2]。地膜覆蓋技術在帶動了我國農業生產力顯著提高和生產方式巨大改變的同時，也帶來了一系列問題，特別是地膜的不科學使用以及有效回收環節的缺失，導致地膜殘留污染日益嚴重，耕地質量不斷下降。

推廣應用可降解地膜是解決當前白色污染，實現農業綠色可持續發展的重要途徑[3]，目前市場上可降解地膜類型分為全生物型和添加劑型可降解地膜。全生物可降解地膜是指以生物降解材料為主要原料制備的，在自然界中能夠通過微生物作用完全“生物降解”的地膜，降解最終產物為二氧化碳和水，對環境無污染[4]。添加劑型可降解地膜是指在傳統聚乙烯地膜生產過程中添加降解劑以改變地膜特性，使得聚乙烯在自然環境中被氧化，產生“崩解”，其降解最終產物對環境是否有危害還處于實驗室研究階段。

本試驗以聚對苯二甲酸-己二酸丁二醇酯（PBAT）、聚乳酸（PLA）、聚亞內基碳酸酯（PPC）等為原料的4種生物降解地膜為試驗材料，以普通PE膜為對照，在小型西瓜上開展不同生物降解膜應用試驗，調查其在促進生長發育、增產提質方面的效果以及降解情況，以篩選出適宜在北京地區小型西瓜上推廣應用的生物降解地膜，為其在北京地區西瓜生產上的推廣應用提供科學依據。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗地點位于北京市延慶區香營鄉新莊堡基地，設施類型為塑料大棚，棚寬12 m、長60 m。肥力條件為中等，壤土，3月5日—4月15日播種育苗，3月25日旋耕、起壟，4月5日鋪膜，4月19日定植，吊蔓栽培。采用膜下微噴灌溉，整個生育期共澆水4次，分別為底水、伸蔓水、膨瓜水和定瓜水，每667 m2澆水量總計約110 m3；定植前每667 m2施有機肥800 kg作底肥，伸蔓期和膨瓜期每667 m2分別追施沖施肥20 kg；6月29日進行收獲考種。

1.2 試驗材料

供試地膜包括華盛、清田、金發、弘睿4種品牌全生物降解地膜和普通PE膜，具體特性如表1所示。供試西瓜品種為超越夢想，種子購于市場。

表1 不同生物降解地膜基本情況

1.3 試驗設計

試驗設置5個處理（表1），以普通PE膜為對照，以4種品牌全生物降解地膜為試驗材料，開展西瓜覆膜栽培試驗。每處理3次重復，小區面積24 m2，隨機區組設計，地膜均為全畦覆蓋。

1.4 測定內容與方法

覆膜效果指標測定：用地溫計調查各處理不同生育期10 cm土層的地溫情況，自4月27日起，每10 d測量1次，于10：00在每個處理取3個點位進行測溫，計算平均值；調查各處理西瓜50%植株進入某生育期的苗齡天數和日期；成熟后每處理隨機選擇10個瓜進行測產，然后采用折光糖度計分別測量中心和邊際可溶性固形物含量[5-6]。

農膜降解速率觀測：每個處理選擇1個固定樣點進行定點觀測，分別觀測各處理進入誘導期、開裂期、大裂期、碎裂期以及無膜期的時間。在覆膜后第30天起，每5 d進行1次觀測，直至收獲。階段劃分：階段A—誘導期，指壟面地膜出現多處（每1 m長地膜出現3處及以上）≤2 cm自然孔縫的時間；階段B—開裂期，指壟面地膜出現＞2 cm且＜20 cm自然孔縫的時間；階段C—大裂期，指壟面地膜出現≥20 cm自然孔縫的時間；階段D—碎裂期，指壟（畦）面地膜出現碎裂，最大地膜殘片面積≤16 cm2的時間；階段E—無膜期，指壟（畦）面地膜基本見不到地膜殘片的時間。

1.5 數據處理

應用Origin 2023軟件進行試驗數據處理分析。

2 結果與分析

2.1 不同農膜處理對10 cm土層溫度的影響

如表2所示，P2處理的土壤溫度在4月27日和5月7日均顯著高于對照和其他處理，分別比對照高出3.5 ℃和1.5 ℃，比P4高出3.0 ℃和3.5 ℃；在5月17日，P2顯著高于除對照外的其他可降解農膜處理，提溫效果最好；而P1、P3在5月7日、5月17日的土壤溫度則均顯著低于對照；而在生育中后期，P4在6月17日、6月27日溫度最高，均顯著高于其他處理，原因是白色地膜透光，升溫快。由此可知，P2在定植初期至授粉期的提溫效果最佳。

表2 不同農膜對10 cm土層溫度的影響 ℃

2.2 不同農膜降解速率觀測

由表3可知，對照在西瓜全生育期內未出現明顯降解情況，P3在農膜有效覆膜期僅出現誘導期，P1、P2、P4均出現了誘導期和開裂期。各處理地膜降解速率從大到?。ń到饪炻╉樞蚍謩e為P4＞P1＞P2＞P3＞CK，誘導期最短的為P4，覆膜45 d后即出現≤2 cm自然孔隙，覆膜60 d后進入開裂期，出現＞2 cm裂縫；P1、P2分別自覆膜后50、50 d和65、60 d進入誘導期和開裂期。P3在覆膜55 d后進入誘導期，90 d進入開裂期，幾種降解農膜至生育期結束均未進入大裂期。因此在降解速率方面，P4、P1、P2表現較好。

表3 不同農膜的田間降解情況

2.3 不同農膜處理西瓜的生長發育情況

由表4可知，不同農膜處理對生育期影響差異不顯著。在進入伸蔓期，P2苗齡為35 d，比其他處理早1 d，這與其較好的提溫效果一致；在進入開花期、膨瓜期，P2苗齡分別為53 d和64 d，對照和P3均分別為54 d和65 d，比P2晚1 d。最后，對照和P3全生育期均為96 d，P1、P2、P4的全生育期均為95 d。

表4 不同農膜覆蓋西瓜生育期情況

2.4 不同農膜處理對西瓜產量和品質的影響

因本試驗西瓜管理上采用人工授粉，坐瓜率基本一致，產量與單瓜質量呈正相關，由表5可知，4種可降解農膜與對照的產量關系為P2＞P4＞CK＞P3＞P1，其中對照組單瓜質量為1.56 kg，折合667 m2產量為2 808 kg；P2單瓜質量為1.65 kg，折合667 m2產量為2 964 kg，較對照顯著增產5.56%，表現最好；其次為P4，單瓜質量為1.58 kg，折合667 m2產量為2 844 kg，較對照增產1.28%，但與對照差異不顯著；P1、P3的667 m2產量分別為2 160、2 406 kg，均顯著低于對照。品質方面，P1、P2、P4中心可溶性固形物均顯著優于對照，尤以P2最優，較對照高出1.10百分點；邊際可溶性固形物方面，4種生物降解膜處理均顯著高于對照，P2表現最優，為10.62%，高于對照1.25百分點。由于農膜的主要作用是在生育初期保溫、提墑及抑制雜草，后期氣溫升高或會影響西瓜生長，適時降解則有利于西瓜生長，因此得出，P2西瓜產量與品質表現均最優。

表5 不同農膜覆蓋的西瓜產量與品質分析

2.5 不同農膜處理的成本效益分析

如表6所示，供試4種全生物降解膜的市場價格相同，均為35元/kg，每667 m2用量約為5.8～6.0 kg，每667 m2成本為203～210元。普通PE農膜價格約為10元/kg，每667 m2用量約為5.5 kg，每667 m2成本約為55元。667 m2農膜使用總成本方面，生物降解膜比普通農膜高出148～155元。

表6 不同農膜投入成本比較

但在效益方面，全生物降解農膜可在西瓜收獲后與殘秧一起粉碎還田，進而實現完全降解，減少了單獨撿拾農膜用工，每667 m2可減少用工1個，產生效益約150元。綜合來看，生物降解膜與普通農膜之間成本與效益相當，具備推廣價值。

3 討論與結論

近年來，隨著農業生產的高度發展，聚乙烯農膜的持續使用，我國基于農膜殘留的土壤面源污染愈發嚴重，給農業生產和土壤環境帶來巨大的負面影響。針對這一現狀，國內外相繼開展了大量的可降解農膜研究[7-8]，包括基于玉米淀粉（CS）、熱塑性淀粉（TPS）、聚乳酸（PLA）、聚ε-己內酯（PCL）等多糖類原材料的新配方，以及用于農用地膜的關鍵評價以及水和光相互作用后的降解情況等，國內亦有較為成熟的研究成果和生產廠商?；诖?，本試驗在北京地區小型西瓜生產上開展了試驗，對所選的幾種以PBAT或PPC為主要原料的全生物降解膜開展應用評價。

可降解農膜的適用性評價指標包括覆蓋效果（對作物生長發育和產量品質影響）、降解速率以及成本效益等，覆蓋效果又因作物不同而各異[9]。生物降解膜的降解速率主要取決于聚合物的結構、誘導期的長短和外界的環境條件，通常同一類型可降解農膜中，厚度越大則農膜降解速率越慢，栽培密度越大則降解越慢，覆土部分比不覆土部分降解慢。農膜的降解速率又通過影響保墑保溫性間接影響植株的生長發育期長短和后期產量品質，因此需根據作物類型、茬口、種植模式、栽培密度、地域以及肥水等條件綜合考慮選用[10]。在西瓜生產上，不同地膜覆蓋對其產量和品質影響不同，金發全生物降解農膜與對照聚乙烯農膜相比可以提高西瓜產量和品質，這與白有帥等[11]研究結論類似；另外，降解速率與成本效益情況，在推廣應用中同樣應該得到關注。

從本試驗可以得出，可降解農膜中PBAT可降解膜（P1、P2）與PPC可降解膜（P4）在北京地區西瓜生產上運用效果較好。從覆蓋效果、降解情況以及成本效益來看，全生物降解膜在西瓜生產上均可以滿足西瓜生長的需要，其中P2（金發）產量最高，而P4（華盛）降解效率最高，可節省后期部分撿拾成本，適合在北京地區春大棚小型西瓜生產中使用。但從目前來看，其經濟效益并不十分明顯，普通農戶或者園區在生產中自發使用存在困難。

因此，在推廣過程中有以下幾方面建議：一方面是加大降解膜科研投入，降低企業生產和銷售成本，提高其經濟效益；另一方面是加大推廣示范力度，研究出臺針對全生物降解膜使用的獎補政策，引導發展綠色生產。