全生物降解地膜在加工番茄上的應(yīng)用效果研究

姜明君范燕敏武紅旗劉曉偉王德俊劉卓張悅

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院西部農(nóng)業(yè)研究中心，新疆 昌吉 831199；3.新疆土壤與植物生態(tài)過(guò)程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊 830052)

引言

地膜已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最重要的材料，其應(yīng)用給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力帶來(lái)了巨大飛躍[1]。地膜覆蓋技術(shù)可以使作物水分利用效率提高30%左右，大幅度減少了肥料流失和降低除草劑用量，作物產(chǎn)量提高30%左右[2]。2015—2022年，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部科技教育司領(lǐng)銜開(kāi)展了對(duì)我國(guó)各典型類(lèi)型區(qū)生物降解地膜進(jìn)行實(shí)驗(yàn)評(píng)估，闡明各類(lèi)型全生物降解地膜降解特性，增溫保墑作用，防除雜草效果及對(duì)產(chǎn)量的影響等方面存在差異，但仍存在全生物降解地膜可供選擇的適宜作物及適宜區(qū)域尚不清楚，作物全生物降解地膜使用技術(shù)缺乏標(biāo)準(zhǔn)，農(nóng)業(yè)應(yīng)用要求脫節(jié)及企業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新等問(wèn)題[3]。傅璽豪等[4]研究表明，與普通塑料地膜相比，降解地膜在降解性和對(duì)土壤增溫、辣椒性狀和產(chǎn)量中表現(xiàn)有一定優(yōu)勢(shì)。艾福軻等[5]研究表明，生物可降解塑料薄膜在環(huán)保與經(jīng)濟(jì)發(fā)展上都有重要意義，中國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的新需求是如何合理使用生物可降解膜制品及覆膜技術(shù)[6]。客觀上，地膜選用的材質(zhì)、地膜覆蓋使用的作物、區(qū)域農(nóng)業(yè)氣候等因素都會(huì)影響可降解地膜的使用效果，關(guān)于地膜覆蓋研究及應(yīng)用在中國(guó)西北地區(qū)及其主要旱作物上的研究較多[7]。新疆自20世紀(jì)90年代以來(lái)，已形成規(guī)模化生產(chǎn)加工番茄，加工番茄產(chǎn)量約占國(guó)內(nèi)90%，本文全面分析全生物可降解地膜在新疆加工番茄生產(chǎn)上的應(yīng)用效果，對(duì)新疆農(nóng)民收入、技術(shù)推廣人員發(fā)展特色產(chǎn)業(yè)均具有重要作用。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況和土壤條件

本文以新疆昌吉回族自治州現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范園(昌吉市老龍河示范區(qū))中糧屯河加工番茄試驗(yàn)基地為研究區(qū)，地理位置N44°16′1″～44°16′3″，E87°21′23″～87°21′25″，見(jiàn)圖1，該地區(qū)是全疆最適宜種植加工番茄的區(qū)域之一，同時(shí)加工番茄已成為當(dāng)?shù)氐奶厣?jīng)濟(jì)作物。

圖1 研究區(qū)概況圖

圖2 全生物降解地膜鋪膜現(xiàn)場(chǎng)

試驗(yàn)區(qū)土壤為鹽化灰漠土，土壤養(yǎng)分含量如表1所示。

表1 土壤養(yǎng)分含量

1.2 研究材料和小區(qū)試驗(yàn)布置

試驗(yàn)的加工番茄品種為“屯河1902”，單果重55～60g，株高70～80cm，長(zhǎng)勢(shì)較強(qiáng)，坐果性好，抗病性強(qiáng)。在昌吉回族自治州加工番茄試驗(yàn)地采用相同的田間管理措施，進(jìn)行常規(guī)的種植操作，設(shè)置8種處理，包括裸地、6種以PBAT為原材料的全生物降解地膜和普通聚乙烯地膜，如表2所示。每個(gè)處理為1個(gè)試驗(yàn)區(qū)，3次重復(fù)，共24個(gè)區(qū)。所有試驗(yàn)地膜都按照編號(hào)進(jìn)行覆膜和記錄，在試驗(yàn)區(qū)四周均設(shè)有保護(hù)行，整個(gè)試驗(yàn)田種植密度水平均勻一致，其他管理方式與普通大田一致，人工移栽前進(jìn)行滴灌，滴灌量373.14m3·hm-2，施肥量為氮肥343.28kg·hm-2、磷肥343.28kg·hm-2、鉀肥373.14kg·hm-2。

表2 全生物降解地膜基本情況

1.3 全生物降解地膜評(píng)價(jià)指標(biāo)和方法

1.3.1 上機(jī)性能測(cè)試

根據(jù)各地實(shí)際情況，使用地方常規(guī)覆膜機(jī)械進(jìn)行覆膜工作，主要檢查覆膜機(jī)在正常行駛條件下全生物降解地膜是否存在破損和粘連等情況[8]。

1.3.2 增溫性能測(cè)試

土壤溫度測(cè)定，采用鉑電阻地溫傳感器配套數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的方法進(jìn)行測(cè)定。在每個(gè)觀測(cè)區(qū)、不覆膜處理、普通PE地膜處理分別取對(duì)角線上3個(gè)等分點(diǎn)進(jìn)行埋設(shè)，并在每個(gè)填埋點(diǎn)設(shè)置醒目標(biāo)識(shí)[8]。

1.3.3 地膜保墑性能測(cè)試

地膜保墑性能采用水蒸氣透過(guò)率測(cè)試法進(jìn)行測(cè)試，設(shè)備為PERME W3/060水蒸氣透過(guò)率測(cè)試儀，測(cè)試精度為0.01g·m-2·24h-1，每個(gè)樣品3次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)做6次循環(huán)，取其穩(wěn)定值為該地膜的透濕量[8]。

1.3.4 降解性能測(cè)試

觀測(cè)采取固定框法，在各核心觀測(cè)點(diǎn)按梅花形狀選取3個(gè)觀測(cè)點(diǎn)。觀察框架視作物的行距和覆膜的寬度而定，觀測(cè)人員每10d對(duì)其進(jìn)行觀察記錄1次。

1.3.5 產(chǎn)量測(cè)定

生育期的確定是指小區(qū)內(nèi)超過(guò)50%的植株進(jìn)入此生長(zhǎng)期，在每小區(qū)選擇3個(gè)樣點(diǎn)，每點(diǎn)5m2，稱(chēng)重計(jì)算產(chǎn)量，在小區(qū)中剔除雜株、非試驗(yàn)因子造成的畸形株，并按小區(qū)平均產(chǎn)量補(bǔ)償被剔除的植株。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物降解地膜的機(jī)械性能

研究區(qū)所使用的6種全生物降解地膜和1種PE地膜按照常規(guī)操作進(jìn)行鋪設(shè)，結(jié)果顯示，試驗(yàn)的全生物降解地膜在機(jī)械覆膜過(guò)程中與PE地膜基本一致，表明試驗(yàn)的全生物降解地膜可以滿足機(jī)械覆蓋的要求[9]。

2.2 生物降解地膜對(duì)土壤溫度的影響

如圖3所示，與裸地不覆膜處理相比，全生物降解地膜和PE膜覆膜處理顯著提高了農(nóng)田土壤日均溫度，并隨著時(shí)間的推移增溫效果比較明顯，全生物降解地膜覆膜3d后，SZDH、LSTH、SHHR、CAAS、WHHX處理范圍在1.3～2.4℃；60d后，地膜日平均溫度總體趨勢(shì)為SDQT膜處理>SZDH膜處理>PE膜處理>LSTH膜處理>SHHR膜處理>CAAS膜處理>WHHX膜處理。

圖3 不同覆膜下土壤溫度的變化

如圖4所示，與裸地未覆膜的對(duì)照比較，全生物降解地膜和PE膜的土壤總積溫明顯高于裸地未覆膜的處理。在加工番茄前2個(gè)生育期，PE膜處理的土壤積溫比全生物降解地膜高。在全生物降解地膜中，SZDH在加工番茄各生育期的土壤積溫都較高，而WHHX膜處理最低。

圖4 不同覆膜下10cm土壤積溫的變化

2.3 生物降解地膜的保墑性能

如圖5所示，PE膜透濕率最低，保墑性能明顯優(yōu)于試驗(yàn)的6種全生物降解地膜。在全生物降解地膜中，保墑性能大小為L(zhǎng)STH膜>SHHR膜>WHHX膜>SZDH膜>SDQT膜>CAAS膜。試驗(yàn)的全生物降解地膜的透濕率主要集中在400g·m-2·24h-1左右，遠(yuǎn)低于全生物降解地膜國(guó)家要求的<800·m-2·24h-1標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明在現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)全生物降解地膜的持水性已有較大改善。新疆昌吉地區(qū)以滴灌為主要栽培方式，如果出現(xiàn)生理性缺水，可以隨時(shí)進(jìn)行灌水，可以很好地保證作物生長(zhǎng)和發(fā)育所需的用水，所以，不同全生物降解地膜在實(shí)際生產(chǎn)中并沒(méi)有顯示出保墑性的差異。

圖5 不同地膜透濕率

2.4 生物降解地膜降解情況

根據(jù)田間調(diào)查發(fā)現(xiàn)，LSTH膜處理、SZDH膜處理、WHHX膜處理從覆膜至進(jìn)入碎裂期均在100d內(nèi)，而PE普通膜基本上沒(méi)有降解變化，如表3所示。

表3 不同地膜降解狀況

2.5 覆膜對(duì)加工番茄產(chǎn)量的影響

由表4可知，從單株果數(shù)和百果重分析，PE膜處理、裸地不覆膜處理和SZDH、SHHR、CASS 3個(gè)生物降解地膜處理顯著高于其他處理，但其他各處理間差異不明顯；百果重結(jié)果表現(xiàn)為L(zhǎng)STH、SZDH、WHHX、SDQT 4種生物降解地膜處理顯著高于其他處理；從成熟度及爛果情況來(lái)看，由于加工番茄在生長(zhǎng)后期雨量多，PE膜保水性強(qiáng)，水分透過(guò)率低且顯著高于生物降解地膜，因此濕度較大，爛果率高，其余各處理間沒(méi)有顯著差異；就產(chǎn)量而言，覆蓋地膜的處理產(chǎn)量極顯著大于不覆蓋地膜的處理，而各覆膜處理之間的產(chǎn)量無(wú)顯著差異。其中，3種生物降解地膜覆蓋產(chǎn)量高于普通PE地膜覆蓋產(chǎn)量，具體表現(xiàn)為SZDH膜處理>LSTH膜處理>WHHX膜處理，其他覆膜處理間差異不明顯。

表4 不同覆膜下產(chǎn)量的分析

2.6 加工番茄生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)分析

加工番茄的投入主要有化肥、地膜、種苗、農(nóng)藥、水電等。如表5所示，按照PE地膜179.10元·kg-1·hm-2，投資成本是1.20萬(wàn)元·hm-2。全生物降解地膜以462.69元·kg-1·hm-2，成本投資是4.78萬(wàn)元·hm-2。因此，覆膜處理純利潤(rùn)各不相同，具體表現(xiàn)為PE膜>SZDH膜>LSTH膜=WHHX膜>SHHR膜>CAAS膜>SDQT膜。普通PE地膜的利潤(rùn)相較于LSTH膜處理高686.57元·hm-2，相較于SZDH和WHHX膜處理高1492.54元·hm-2，相較于SHHR膜處理、CAAS膜處理、SDQT膜處理提高3970～6761元·hm-2不等，該結(jié)果表明，全生物降解地膜應(yīng)用于加工番茄生產(chǎn)過(guò)程中的經(jīng)濟(jì)性和可行性。

表5 加工番茄生產(chǎn)資金投入表

表6 加工番茄生產(chǎn)投入產(chǎn)出表

3 結(jié)論與討論

全生物降解膜具有很好的降解能力，其對(duì)番茄產(chǎn)量及土壤營(yíng)養(yǎng)狀況的影響與對(duì)照基本一致，利用生物降解膜替代常規(guī)塑料薄膜在番茄生產(chǎn)上的應(yīng)用是可行的[9]。通過(guò)在新疆昌吉國(guó)家農(nóng)業(yè)示范園區(qū)大面積(20hm2)加工番茄生產(chǎn)的應(yīng)用，現(xiàn)階段我國(guó)10μm厚的全生物降解地膜已能完全適應(yīng)機(jī)械化生產(chǎn)的需要。盡管試驗(yàn)的全生物降解地膜在升溫、持水能力方面與PE膜稍有不同，但是加工番茄的產(chǎn)量和品質(zhì)基本能達(dá)到生產(chǎn)需要，并且從生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)角度都體現(xiàn)著全生物降解地膜覆蓋技術(shù)的重要性。