生物降解地膜對(duì)甜菜生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響

王 旭,和海秀,范守杰,彭椿皓,王瑞楠,孟 玲,徐 巧 ,白如霄,3,崔 瑜

(1.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第九師農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所(畜牧科學(xué)研究所),新疆塔城 834601;2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院,烏魯木齊 830052;3.新疆農(nóng)墾科學(xué)院,新疆石河子 832000)

0 引 言

【研究意義】覆蓋地膜技術(shù)可以有效的改善土壤水熱狀況、控制雜草,提高作物品質(zhì)[1],但普通塑料地膜,天然環(huán)境下不易分解,回收利用率低。2018年新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)覆膜播種面積約為78.93×104hm2(1 184萬(wàn)畝),覆膜作物主要有棉花、玉米、番茄、甜菜和其他作物,全年地膜投入量為7×104t左右。新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第九師占各師種植面積之和的6%[2]。在連續(xù)覆蓋的耕地中,隨著覆蓋時(shí)間的延長(zhǎng),薄膜殘留的數(shù)量也相應(yīng)增加[3-5]。此外,覆膜還會(huì)使土壤性質(zhì)、結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,使土壤的通氣、儲(chǔ)水量下降,土壤微生物無(wú)法正常發(fā)育,并在一定程度上形成阻擋地帶,使作物無(wú)法充分吸收營(yíng)養(yǎng)和水分[6];同時(shí)也會(huì)對(duì)植株的根的均勻性、植株的正常生長(zhǎng)產(chǎn)生一定的干擾,影響到秧苗的出苗率,造成作物減產(chǎn)[7]。第九師甜菜種植面積在0.4×104～0.67×104hm2(6×104～10×104畝),約占兵團(tuán)種植面積的1/3,地膜覆蓋種植過(guò)程中揭膜對(duì)甜菜增產(chǎn)十分有利。采用頭水后揭膜比全生育期覆膜增產(chǎn)9.4%,含糖提高0.6度,產(chǎn)糖量增加13.1%。研究生物降解地膜對(duì)新疆北疆甜菜生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響,對(duì)篩選適宜甜菜專用地膜、提高甜菜產(chǎn)量和含糖量有重要意義。【前人研究意義】劉群等[8]對(duì)玉米進(jìn)行BD研究表明,BD能使玉米增產(chǎn)18.7%,比PE增產(chǎn)1%。BD對(duì)玉米的產(chǎn)量有極顯著的增益效果,與PE之間無(wú)明顯差異,在增產(chǎn)效果方面用BD可以代替PE。袁躍斌等[9]研究表明,BD地膜和PE比較對(duì)烤煙的產(chǎn)量和產(chǎn)值沒(méi)有影響且烤煙覆膜種植為保障煙葉后期生長(zhǎng)需要揭膜處理種植成本增加,不揭膜會(huì)造成田間BD滯留。【本研究切入點(diǎn)】有關(guān)生物降解地膜對(duì)甜菜生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響文獻(xiàn)較少,需研究新疆塔額墾區(qū)6 μm甜菜專用生物降解地膜對(duì)甜菜生長(zhǎng)、產(chǎn)量及含糖率的影響。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】參試甜菜品種為BETA379,塔額墾區(qū)應(yīng)用6 μm甜菜專用生物降解地膜,優(yōu)化專用生物降解地膜技術(shù)模式,分析塔額墾區(qū)開(kāi)展BD覆蓋下的保溫效應(yīng)以及對(duì)甜菜生長(zhǎng)、產(chǎn)量和含糖量的影響。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)區(qū)團(tuán)場(chǎng)位于新疆塔額墾區(qū)額敏縣,全年平均氣溫為5.5℃。光照充足,晝夜溫差大,有效積溫2 800～3 200℃,霜期較長(zhǎng),絕對(duì)無(wú)霜期為138 d,年均降水量398.4 mm,年蒸發(fā)量1 515.5 mm。示范地點(diǎn)168團(tuán)10連;種植面積2 hm2(30畝),參試甜菜品種為BETA379。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)置3個(gè)處理,分別為生物降解地膜(簡(jiǎn)稱BD)厚度為6±2(μm),普通聚乙烯地膜(PE)和裸地(CK),每個(gè)處理重復(fù)3次。種植行距55 cm,株距19 cm;按1膜1管2行設(shè)置,膜下設(shè)置滴灌,播種方式為直播。3個(gè)處理播種方式、肥料用量、種植與管理等一致。2021年4月29日播種,10月9日收獲。于7月1日第1次灌溉,之后根據(jù)天氣變化平均14 d灌溉1次,共灌溉7次,前2次灌溉量為900 m3/hm2,其余4次灌溉量為600 m3/hm2。

1.2.2 測(cè)定指標(biāo)

1.2.2.1 地膜破損率

BD降解:采用定點(diǎn)目測(cè)法,在每個(gè)處理固定面積一致的3個(gè)觀測(cè)點(diǎn),甜菜整個(gè)生育期(6～10月),每隔15 d定點(diǎn)采集BD、PE照片和3個(gè)處理甜菜生長(zhǎng)情況用地膜每條地膜寬行處相同位置放置相框(40 cm×40 cm)定時(shí)定點(diǎn)拍照,并觀察地膜表面變化(薄膜表面有無(wú)裂紋、裂縫等)。BD降解主要分4個(gè)階段:誘導(dǎo)階段:膜表面開(kāi)始出現(xiàn)微小裂紋形成的時(shí)期;破裂階段:膜表面產(chǎn)生較大裂紋的時(shí)期;崩裂階段:膜破裂為大塊的時(shí)期;完全降解階段:地表幾乎無(wú)法觀測(cè)到明顯地膜殘留的時(shí)期。BD降解率采用像素分析法[10]。

1.2.2.2 土壤溫度

采用土壤溫度記錄儀對(duì)PE、降解、CK 3個(gè)處理膜下10 cm土壤的溫度連續(xù)測(cè)定,監(jiān)測(cè)時(shí)間間隔為0.5 h,測(cè)定時(shí)間為5月1日～10月7日。

1.2.2.3 甜菜根系生長(zhǎng)量

在甜菜生長(zhǎng)期內(nèi),每隔15 d在每個(gè)處理隨機(jī)取3個(gè)植株,用游標(biāo)卡尺,直尺等測(cè)量甜菜根系的直徑(取橫向最粗處的值),根長(zhǎng),計(jì)算甜菜根系的表面積及體積。

甜菜根系表面積=π×R(根直徑)×L(根長(zhǎng)).

甜菜根系體積=π×r2(根半徑)×L(根長(zhǎng)).

1.2.2.4 甜菜產(chǎn)量、含糖率

田間隨機(jī)選擇3次重復(fù),每個(gè)樣點(diǎn)取6.67 m2,計(jì)算平均行距,再計(jì)算出雙行長(zhǎng)度,記錄雙行株數(shù),計(jì)算667m2株數(shù);每點(diǎn)所有甜菜塊根完好挖出,按照原料甜菜的削切標(biāo)準(zhǔn),切除莖葉、支根、毛根和直徑1 cm以下的尾根,刮去泥土,稱量塊根鮮質(zhì)量,計(jì)算平均單株重、計(jì)算甜菜產(chǎn)量。

甜菜產(chǎn)量(t/hm2)=

從挖掘的塊根中選擇10個(gè)典型的塊根莖,利用甜菜塊根采樣器對(duì)著根莖傾斜插入,將條形試樣從試樣中抽出,運(yùn)用壓榨鉗抽汁,并采用PAL-1型的手持折射計(jì)測(cè)量塊根錘度。將10個(gè)塊根錘度的平均值與錘度值相乘,得出塊根含糖量為0.83。

從挖取的塊根中選擇10個(gè)典型的塊根莖,利用甜菜塊根采樣器對(duì)著根莖進(jìn)行傾斜,將條形試樣從試樣中抽出,利用壓榨鉗抽汁,并采用PAL-1型的手持折射計(jì)測(cè)量塊根錘度。將10個(gè)塊根錘度的平均值與錘度值(0.83)相乘,得到塊根含糖率。計(jì)算甜菜單產(chǎn)含糖量(t/hm2)=平均錘度(%)×遮光系數(shù)(0.83)×產(chǎn)量(t/hm2)。

1.2.2.5 土壤溫度

采用土壤溫度記錄儀對(duì)PE、降解、CK 3個(gè)處理地表下10 cm土壤的溫度連續(xù)測(cè)定,監(jiān)測(cè)時(shí)間間隔為0.5 h,測(cè)定時(shí)間為4月29日～10月7日。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用DPS和Excel2016軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析,數(shù)據(jù)間比較采用獨(dú)立樣本Duncan新復(fù)極差法檢驗(yàn)方法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同覆膜處理對(duì)土壤日均溫度和土壤累計(jì)溫度的影響

2.1.1 不同覆膜處理對(duì)甜菜生育期不同時(shí)間土壤溫度變化

研究表明,在播種后直至甜菜收獲,PE和BD都能有效的提高土壤溫度,在6月5日前,PE和BD之間的對(duì)土壤溫度的增加效果差異不明顯,但明顯高于CK土壤溫度; 6月5日～8月20日,3個(gè)處理土壤溫度基本趨于一致。8月20日～10月7日,3個(gè)處理的日均溫度差異明顯。PE>BD>CK,PE和BD處理在甜菜生育期超過(guò)一半的時(shí)間里對(duì)土壤溫度的提高都有一定增益效果,其中BD的增溫效果在前期與PE差異不大,但在后期增溫效果比PE略低。圖1

圖1 不同覆膜處理對(duì)甜菜生育期土壤日溫度變化

2.1.2 不同覆膜處理對(duì)地表下10 cm土壤累計(jì)溫度的影響

研究表明,甜菜整個(gè)生育期地表下10 cm土壤溫度日均積溫PE>BD>CK;PE和BD較CK積溫差異性顯著,分別增溫17.1%和24.2%,PE和BD對(duì)土壤保溫效果有促進(jìn)作用。圖2

圖2 不同覆膜處理下地表下10 cm土壤累計(jì)溫度變化

2.2 不同覆膜處理對(duì)甜菜生育期生長(zhǎng)發(fā)育影響

2.2.1 不同覆膜處理對(duì)甜菜根系生長(zhǎng)發(fā)育影響

研究表明,與CK相比,根長(zhǎng)在BD下表現(xiàn)最佳,達(dá)到差異顯著水平,PE在7月10日表現(xiàn)不如CK,但是未達(dá)到顯著差異水平;根直徑在PE下表現(xiàn)最好,BD相較CK根長(zhǎng)有一定的增益效果,但差異性不顯著,7月10日PE與CK處理差異性顯著;甜菜的根表面積影響著甜菜吸收土壤中養(yǎng)分的能力,影響甜菜最終的產(chǎn)量,3個(gè)處理下BD表現(xiàn)最佳,7月10日與CK,PE相比均達(dá)到顯著差異水平;甜菜苗期根系體積的大小對(duì)其后期生長(zhǎng)有著重要的影響作用,3個(gè)處理中BD整體上表現(xiàn)最好,與CK處理相比達(dá)到顯著差異水平。表1

表1 不同覆膜處理下甜菜產(chǎn)根系生長(zhǎng)發(fā)育變化

2.2.2 不同覆膜處理對(duì)甜菜生物量的影響

研究表明,甜菜整個(gè)植株、地上部分和地下部分的干物積累均隨生育過(guò)程而增加,相比較地上部分是PE>BD>CK,地下部分是BD>PE>CK,子葉期和幼苗期甜菜的地下干物質(zhì)積累大于干物質(zhì)的積累,到繁茂期甜菜葉片生長(zhǎng)迅速,地上干物質(zhì)的積累大于地下干物質(zhì)的積累,到塊根成熟期時(shí)明顯可以看出地下部分干物質(zhì)積累迅速增加。干物質(zhì)的積累在塊根成熟期的達(dá)到巔峰,占整個(gè)生育期的45%～52%。甜菜的塊根積累期至收獲期,PE和BD間地上、地下干物質(zhì)之前無(wú)顯著性差異,PE和BD兩個(gè)處理較之CK之間干物質(zhì)之間存在顯著差異性。圖3

注:生物量均為干質(zhì)量,測(cè)定日期為2021年10月9日(kg/hm2)

2.2.3 不同覆膜處理對(duì)甜菜產(chǎn)量及含糖量影響

研究表明,BD產(chǎn)量80.84 t/hm2,PE產(chǎn)量76.73 t/hm2,CK產(chǎn)量為67.71 t/hm2,BD和PE較CK分別增產(chǎn)19.39%和13.41%;BDP87塊根含糖率17.44%,PE栽培塊根含糖率16.09%,CK在栽培塊根含糖率15.83%,BD和PE較CK栽培增加1.61%和0.26%。BD產(chǎn)糖量為14.10 t/hm2,PE單產(chǎn)糖量為12.35 t/hm2,CK處理單產(chǎn)糖量為10.72 t/hm2,BD和PE栽培較CK栽培單產(chǎn)糖量分別增加10.17%和1.6%。

BD、PE和CK3個(gè)處理收獲株數(shù)、單株重差異性不明顯,BD、PE和CK相比產(chǎn)量差異性極顯著,BD和PE之間產(chǎn)量差異不顯著,BD較PE增產(chǎn)效果不顯著。

BD較PE和CK相比含糖率和含糖量差異性顯著,BD較對(duì)甜菜含糖率和含糖量有增加有促進(jìn)作用。表2

表2 不同覆膜處理下甜菜產(chǎn)量及含糖量變化

2.3 甜菜生育期生物降解地膜破損特征

研究表明,BD在覆蓋40 d后,表面發(fā)生了細(xì)小的裂紋,出現(xiàn)降解現(xiàn)象,但是膜表面幾乎保持完好,對(duì)保持土壤溫度仍具有較好作用,大約可以維持14 d左右。覆膜67 d膜面的延展性變差,易破裂,膜表面產(chǎn)生了許多裂縫,加速了膜的降解。覆膜95 d后膜面出現(xiàn)了大面積降解,幾乎沒(méi)有完全的膜面,破裂為大量的碎片。直到甜菜收獲時(shí),地面上還殘存著一些破碎的地膜。PE從始至終都未降解。BD的降解率為75.23%。表3

表3 甜菜生育期降解膜膜面降解破裂變化

3 討 論

3.1薛源清等[11]研究顯示,6 μm厚BD地膜增溫保墑及增產(chǎn)效果與普通地膜相當(dāng),具有推廣價(jià)值。孫濤等[12]研究顯示,在花生生長(zhǎng)前期,生物BD在保溫與普通地膜無(wú)顯著差異。試驗(yàn)結(jié)論與上述研究結(jié)果相符,試驗(yàn)早期 BD保持良好,因此其保溫性能與常規(guī) PE基本相同;而試驗(yàn)中后期,由于BD破裂,造成BD保溫能力下降。6月下旬～8月中旬氣溫和地溫均較高,地膜的增溫效果基本表現(xiàn)不出,所以BD和CK、PE土壤溫度差異性不顯著,8月下旬至10月上旬,由于BD地膜破裂,并且部分降解,土壤處于裸露狀態(tài),因此表現(xiàn)出PE日均溫大于BD大于CK處理。

3.2采用全生物降解地膜有利于甜菜的生長(zhǎng)發(fā)育。王斌等[13]在新疆南疆的研究結(jié)果表明BD的甜菜在生育進(jìn)程、生物量(包括地下部分、地上部分)、含糖量和產(chǎn)量與 PE相比沒(méi)有明顯的差別。而研究與上述研究結(jié)論有所不同,研究中BD處理與PE比較,BD促進(jìn)了甜菜葉叢繁茂期的根長(zhǎng)、根表面積增加;在采收期間,提高了產(chǎn)量和含糖率。

3.3降解時(shí)間和分解速率是評(píng)價(jià)可降解薄膜質(zhì)量的一個(gè)主要因素。劉群[14]通過(guò)降解試驗(yàn)得知,該生物膜的降解誘導(dǎo)期為60 d,馮歡等[10]研究顯示,BD在覆膜后51～62 d開(kāi)始逐漸降解,降解的程度隨著時(shí)間延遲而增加。試驗(yàn)所采用的生物降解地膜,是根據(jù)新疆北疆區(qū)域甜菜生長(zhǎng)特性而研發(fā)功能期50 d左右的專用生物降解地膜。張國(guó)翠等[15]研究顯示,地膜栽培甜菜必須適期揭膜能有效的吸收光照、水分,改善甜菜生長(zhǎng)環(huán)境,協(xié)調(diào)根葉比,促進(jìn)甜菜的產(chǎn)量和糖含量的提高。

4 結(jié) 論

4.1在新疆塔額墾區(qū)甜菜出苗期氣溫低,倒春寒時(shí)有發(fā)生,覆膜對(duì)于促進(jìn)作物生長(zhǎng)有顯著影響。BD在甜菜塊根成熟期前可以有效提高土壤溫度,且甜菜整個(gè)生育期土壤 10 cm 平均溫度顯著高于無(wú)覆蓋。

4.2與無(wú)覆蓋相比顯著提高生長(zhǎng),PE和BD兩個(gè)處理較之CK之間干物質(zhì)之間存在顯著差異性。BD和PE較CK分別增產(chǎn)19.39%和13.41%,P87 6 μm甜菜專用生物降解地膜(BD)和普通聚乙烯地膜(PE)栽培較CK栽培667 m2產(chǎn)糖量分別增加10.17%和1.6%。P87 6 μm甜菜專用生物降解地膜(BD)可作為普通聚乙烯地膜(PE)替代品,具有推廣價(jià)值。