吳博，練文明，邰紅中，盧金寶，周龍，趙靜，蔡利華

（新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團第一師農(nóng)業(yè)科學研究所,新疆阿拉爾843300）

新疆是我國最大的棉花生產(chǎn)基地，形成了成熟的“矮、密、早、膜”栽培模式，棉田鋪膜率達到100%；然而，地膜在實現(xiàn)棉花高產(chǎn)增收的同時，帶來的地膜污染問題也日益加重， 嚴重破壞生態(tài)環(huán)境。針對地膜污染嚴重、殘膜治理難度大的現(xiàn)狀，應用可降解材質(zhì)的地膜成為治理地膜污染問題的理想途徑。氧化-生物雙降解地膜作為添加劑型降解地膜，綜合利用了氧化降解和生物降解技術(shù)，具有降解時間可控、力學性能良好、增溫保墑效果與普通地膜相同的優(yōu)勢，使其在棉花生產(chǎn)中具有代替普通地膜使用的可行性[1-5]。本研究采用山東省天壯環(huán)?？萍加邢薰咎峁┑? 種不同配方的氧化- 生物雙降解地膜，開展氧化- 生物雙降解地膜在棉花生產(chǎn)上應用的試驗研究，通過棉花生長情況、增溫保墑效果和降解性能對氧化- 生物雙降解地膜的降解效果進行探討，為氧化- 生物雙降解地膜的應用提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況及材料

試驗在新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團第一師農(nóng)業(yè)科學研究所2# 試驗田（東經(jīng)81°18′49，北緯40°33′14″）進行，暖溫帶極端大陸性干旱荒漠氣候，年均降水量為40.1～82.5 mm。試驗地前茬作物為棉花，土壤中水解性氮含量為70.5 mg·kg－1， 有效磷29.7 mg·kg－1，速效鉀171 mg·kg－1，有機質(zhì)13.6 g·kg－1。

試驗采用由山東天壯環(huán)?？萍加邢薰咎峁┑难趸? 生物雙降解地膜的兩種型號：棉花采收前降解的2018 新疆阿拉爾棉花1 號（簡稱：棉花1 號，規(guī)格：2 050 mm×0.008 mm）， 棉花采收后降解的2018 新疆阿拉爾棉花2 號（簡稱：棉花2 號，規(guī)格：2 050 mm×0.008 mm），對照采用普通膜聚乙烯地膜（規(guī)格：2 050 mm×0.01 mm）。 供試棉花品種為新陸中82 號，由新疆塔里木河種業(yè)股份有限公司提供。

1.2 試驗設(shè)計

2018 年進行田間小區(qū)試驗， 采用棉花1 號和棉花2 號兩種類型， 以普通聚乙烯地膜為對照，采取隨機排列設(shè)計，每個處理設(shè)置3 次重復，共計9個試驗小區(qū)，每個小區(qū)面積為69 m2。

2019 年根據(jù)2018 年的試驗結(jié)果，為研究降解地膜在土壤中的降解效果進行填埋試驗。設(shè)置4 個處理，處理1 和處理2 分別是：2019 年拆封的降解地膜棉花1 號（處理1）和棉花2 號（處理2），處理3 和處理4 分別是：2018 年田間使用1 年后的邊行種床及種床側(cè)面覆土部位完整形態(tài)的降解地膜棉花1 號（處理3）、棉花2 號（處理4）。各處理分別取一片降解地膜平鋪展開裝入20 目網(wǎng)袋，于2019 年4 月10 日埋入15～20 cm 耕層， 2020 年3 月25日取出，超聲波清洗后30 ℃烘干，并計算地膜降解率，每個處理3 次重復。

1.3 栽培管理措施

試驗田進行冬春2 次漫灌。播前基施磷酸二銨300 kg·hm－2（含N 18 %、含P2O546 %），尿素225 kg·hm－2（含N 46%），氯化鉀75 kg·hm－2（含K2O 50%）。4 月10 日采用人工點播方式進行1 穴1 粒播種， 播種密度為2.52 萬株·hm－2， 種植模式為（66＋10）cm。生育期間滴水10 次，單次滴水350～520 m3·hm－2。 生育期追肥采用隨水滴施，生育期追肥總量850 kg·hm－2。 打頂、化控、植保措施同當?shù)貦C采棉栽培模式相同。

1.4 調(diào)查項目與方法

1.4.1生育期及出苗率。調(diào)查記錄棉花各個生育時期及出苗率。

1.4.2農(nóng)藝性狀。 每個小區(qū)連續(xù)選10 株， 調(diào)查株高、單株果枝數(shù)、果枝始節(jié)位、果枝始節(jié)位高度、葉片數(shù)。

1.4.3產(chǎn)量性狀。 9 月20 日前后每個小區(qū)連續(xù)調(diào)查10 株的單株成鈴數(shù)；10 月15 日，每個小區(qū)采收整株吐絮鈴90 個，用于計算鈴重和檢測纖維品質(zhì)；11 月10 日，每個小區(qū)實收籽棉，測定每個小區(qū)的籽棉產(chǎn)量，并稱取1 kg 籽棉檢測衣分。

1.4.4溫度及土壤含水量。采用溫度記錄器測量膜下10 cm 地溫；土壤含水量采用烘干稱重法，每間隔10 d 取膜下20 cm 深度土壤進行測定。

1.4.5地膜降解性能觀測及地膜降解率。觀測地膜降解性能，將地膜降解分為5 個時期，即為誘導期（出現(xiàn)多處自然裂縫或孔洞直徑≤2 cm）、 開裂期（出現(xiàn)2 cm＜孔洞直徑或裂縫長度＜20 cm）、大裂期（出現(xiàn)自然裂縫≥20 cm）、碎裂期（地膜柔韌性盡失，出現(xiàn)碎裂，可收集的最大地膜殘片面積≤16cm2）、無膜期（見不到地膜殘片存在）。 每間隔5 d 進行肉眼觀測，并記錄地膜變化情況。地膜降解率＝（降解前質(zhì)量－降解后質(zhì)量）/降解前質(zhì)量×100%。 2018年試驗中：降解前質(zhì)量取播種前面積為（2.9×2.05）m2（可鋪土地面積6.67 m2）的地膜，降解后質(zhì)量為11月15 日取棉田土地面積為 （2.9×2.3）m2的地膜。2019 年填埋試驗：降解前質(zhì)量為填埋前地膜質(zhì)量，降解后質(zhì)量為填埋結(jié)束后地膜質(zhì)量。

1.4.6纖維品質(zhì)測定。取10 月15 日前后采收的棉樣30 g，由新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團第一師農(nóng)業(yè)科學研究所檢驗測試中心進行纖維品質(zhì)檢測 （HVICC 校準），測定棉花纖維上半部平均長度、斷裂比強度、馬克隆值、整齊度、成熟度、短纖維共計6 項指標。

1.4.7數(shù)據(jù)處理。 采用DPS 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（7.05 專業(yè)版）和MS Excel 2003 進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 氧化-生物雙降解地膜對棉花生長的影響

2.1.1棉花生育期。 棉花1 號、2 號與普通地膜處理的出苗、 現(xiàn)蕾等生育時期相差1 d 或無差別；出苗率表現(xiàn)較為一致，各處理的生育期沒有明顯差異（表1）。 表明氧化-生物雙降解地膜對棉花生育期基本未造成顯著影響。

2.1.2棉花農(nóng)藝性狀。棉花1 號處理的果枝始節(jié)位和果枝始節(jié)位高度顯著低于棉花2 號和普通地膜，這可能是由于棉花1 號降解地膜開裂較早，導致地表溫度下降，降低營養(yǎng)生長速度，始果枝節(jié)位較低，但是這種變化并未對株高、果枝數(shù)、葉片數(shù)造成顯著影響（表2）。

2.1.3棉花產(chǎn)量及其性狀。 通過表3 表明，3 個處理在密度、成鈴數(shù)、鈴重、單株鈴數(shù)并未表現(xiàn)顯著差異； 普通地膜處理的實收籽棉產(chǎn)量略高于其他處理，但是各處理間無顯著差異，表明棉花1 號、2 號與普通地膜處理的產(chǎn)量性狀表現(xiàn)較為一致。

2.1.4棉花纖維品質(zhì)。從表4 可以看出，棉花1 號、2 號和普通地膜處理沒有對棉花纖維品質(zhì)造成顯著影響，上半部平均長度、斷裂比強度、馬克隆值3個纖維品質(zhì)的重要指標均無顯著差異， 整齊度、成熟度和短纖維雖然略有差別， 但沒有達到顯著水平，表明2 種降解地膜處理沒有對纖維品質(zhì)造成顯著影響。

表2 不同處理的農(nóng)藝性狀表現(xiàn)

表3 不同處理的產(chǎn)量性狀

表4 不同處理的棉花纖維品質(zhì)

2.2 氧化- 生物雙降解地膜對土壤溫度和含水量的影響

2.2.1土壤溫度。4 月17 日至8 月31 日（137 d）膜下10 cm 地溫收集結(jié)果（表5）表明，棉花1 號、2 號和普通地膜處理≥10 ℃有效積溫沒有顯著差異，同一月份的不同處理間≥10 ℃有效積溫均未達到顯著差異水平。 2 種降解地膜對10 cm 地溫未造成顯著影響。

表5 4 月17 日－8 月31 日各處理膜下10 cm ≥10 ℃有效積溫 ℃

2.2.2土壤含水量。 覆蓋棉花1 號、2 號和普通地膜的土壤含水量（表6）均表現(xiàn)出隨時間推移含水量呈下降趨勢，對比3 個處理同一日期的含水率，3個處理間含水量沒有顯著差異，表明2 種降解地膜對20 cm 深度土壤含水量未造成影響。

表6 不同時期各處理的土壤含水量 %

2.3 氧化-生物雙降解地膜降解性能

2.3.1地膜降解性能觀測。 從表7 可以看出：棉花1 號降解時間早，播種后39 d 進入誘導期，地表裸露部分的地膜出現(xiàn)多處裂縫和小孔洞；播種后57 d后進入開裂期，播種后72 d 后進入大裂期，出現(xiàn)大裂縫；播種后103 d 后進入碎裂期，地表裸露、陽光直射部位的膜面呈片狀， 緊貼地表， 拉力消失，變脆。 至2019 年4 月，棉花1 號在地表裸露、陽光直射部位的膜面破碎呈近粉狀，個別呈碎片狀緊貼地表，難以撿拾；在種床莖基部的地膜形態(tài)完整，手扯拉力較對照相同部位的地膜略有下降，可完整揭起而不斷裂；種床側(cè)面覆土部分形態(tài)完整，手扯拉力較對照覆土部位地膜略微下降，可將地膜從覆土部位較為完整地撿出。棉花2 號于11 月25 日進入誘導期，歷時204 d，至2019 年4 月沒有進入開裂期，膜面形態(tài)較為完整，拉力下降，較對照地膜略微變脆，可以完整揭起。 普通地膜膜面及覆土部分均未表現(xiàn)任何破碎現(xiàn)象，形態(tài)完整，拉力良好。

表7 2018 年不同處理的地膜降解時期及降解率

2.3.2地膜降解率。 2018 年11 月15 日分別對各處理的每個小區(qū)取面積為6.67 m2地膜， 計算各處理降解率。從表7 中可以看出降解率最高的為棉花1 號，降解率達47.3%。 由于人為誤差，在回收取樣過程中可能存在樣品損耗（損耗同等面積的地膜，厚度較大的普通地膜質(zhì)量損失較大）， 導致普通地膜的降解率略高于棉花2 號， 但未達到顯著水平。然而在實際取樣過程中，普通地膜和棉花2 號的地膜形態(tài)完整，拉力良好，均未觀測到降解現(xiàn)象。

2.3.32019 年填埋試驗。2020 年3 月25 日取出填埋試驗的降解地膜，試驗結(jié)果表明各處理降解率均較低，且不存在顯著差異（表8）。 處理1 和處理2膜面完整，較普通地膜拉力略差，拉扯中會出現(xiàn)2～3 個低于3 mm 孔洞，未出現(xiàn)脆狀；處理3 和處理4膜面完整，其中種床部位拉力較普通地膜差，拉扯易撕裂，質(zhì)地松脆，種床側(cè)面覆土部位較普通地膜拉力略差， 拉扯中會出現(xiàn)2～3 個低于3 mm 孔洞，未出現(xiàn)脆狀。結(jié)果表明在埋土試驗中，各處理地膜表現(xiàn)出拉力變差的現(xiàn)象，但未表現(xiàn)出明顯的降解現(xiàn)象。

表8 2019 年填埋試驗不同處理的降解率

3 討論與結(jié)論

降解地膜在棉花生產(chǎn)中的應用，要注意3 個重要問題：力學性能、增溫保墑效果和降解性能。在力學性能方面， 本研究采用常規(guī)播種機械進行鋪膜，氧化- 生物雙降解地膜棉花1 號和2 號與普通地膜使用效果相同，均能滿足機械鋪膜、播種的要求。

降解性能直接影響增溫保墑效果。降解地膜過快進入誘導期會縮短降解時間，影響地膜的增溫保墑效果，導致減產(chǎn)[6-8]；誘導期過長，可能在棉花收獲時出現(xiàn)地膜碎片或無法降解， 從而影響降解效果。在棉花生產(chǎn)中應用降解地膜，其誘導期需要根據(jù)當?shù)貧夂颦h(huán)境條件和栽培管理技術(shù)進行選擇[4]。 南殿杰等[9]認為，可降解地膜誘導期控制在60 d 左右為宜；趙彩霞等[10]的研究表明誘導期為45 d 對棉花產(chǎn)量影響不顯著， 而低于30 d 的降解地膜表現(xiàn)出明顯減產(chǎn)現(xiàn)象；朱友娟等[4]等對誘導期30～120 d 的不同降解地膜進行試驗，表明降解地膜與普通聚乙烯膜的棉花產(chǎn)量無顯著差異；袁海濤等[11]對誘導期31～64 d 的4 種氧化- 生物雙降解地膜進行研究，表明4 種降解地膜對棉花生長發(fā)育及產(chǎn)量構(gòu)成沒有造成顯著影響；袁海濤等[12]在隨后的示范試驗中表明誘導期為40 d 的降解地膜表現(xiàn)出一定的增產(chǎn)效果。 本研究中誘導期為39 d 的棉花1 號和204 d的棉花2 號均未對產(chǎn)量造成顯著影響， 表明39 d的誘導期可以滿足當?shù)孛藁ㄉa(chǎn)的需要。

降解性能是衡量降解地膜應用價值的關(guān)鍵指標。試驗中降解速率快的棉花1 號在收獲時未進入消失期，降解地膜呈碎片狀，使用機械采收可能會造成地膜污染， 還需要提高誘導期之后的降解速率，使降解地膜在機械采收前進入消失期。 降解速率較慢的棉花2 號在翌年播前并未進入開裂期，其在土壤中的降解效果決定其降解性能， 但是2018年的使用結(jié)果表明棉花1 號和棉花2 號的種床側(cè)面覆土部位的降解地膜僅表現(xiàn)輕微的拉力變化，未發(fā)生明顯降解；2019 年的填埋試驗結(jié)果表明各處理僅表現(xiàn)出拉力變差，未發(fā)生明顯降解，表明氧化-生物雙降解地膜在土壤中的降解效果還有待于進一步試驗。 建議可對氧化-生物雙降解地膜在土壤中降解性能、土壤微生物群落、土壤理化性狀及降解后的形態(tài)進行進一步研究，以便于完善配方，提高降解性能，加快降解地膜的推廣應用，解決殘膜污染問題。

從本試驗的棉花生育期、農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量性狀和纖維品質(zhì)4 個方面來看，對比普通地膜，使用棉花1 號和棉花2 號對棉花生長均未造成顯著影響；結(jié)合土壤10 cm 地溫和20 cm 含水量的試驗結(jié)果，綜合表明供試的降解地膜對棉花生長、產(chǎn)量和土壤增溫保墑效果與普通地膜基本相同， 其中誘導期較短的棉花1 號降解性能較好， 具有較高的應用價值。