生物降解地膜应用于果蔗效果初探

高旭华，陈骏佳，黄瑶珠，杨 翀 ，李发勇，谢 东*

(1广东省科学院生物工程研究所，广东广州510316；2广东省生物材料工程技术研究中心，广东广州510316)

0 引言

果蔗是一种生长于热带、亚热带地区的特色经济作物，富含糖类、氨基酸、维生素和微量元素，具有消炎止咳、解酒等功能[1]，深受人们的喜爱，其经济附加值较高，市场需求量较大，种植面积不断扩大，广东是果蔗种植主要地区之一[2]，2012年全省果蔗种植面积约为1.99万hm2，果蔗产量达到189.91万t，主要分布于珠三角和粤北地区，是农民就业致富的重要经济来源之一[3]。其中，广州南沙区果蔗种植面积达到0.4万～0.5万hm2，是当地种植面积最大的农作物。

广州地区果蔗生产成本较高，据不完全统计，平均每公顷的生产成本为7.82万元[4]。为了实现果蔗的优质高产，生长期内必须施用大量的复合肥，多次喷施农药，然而复合肥的过量使用很容易造成土壤板结、营养不平衡等问题，除草剂的大量使用也使得田间杂草的抗药性增加，杂草防治效果逐年下降。而除草地膜的使用不仅可以有效解决田间杂草的防治问题，减少喷施除草剂的人工成本和除草剂的使用量，而且覆盖地膜后可以减少雨水对肥料的冲刷，提高肥料的利用率。因此，地膜覆盖栽培技术已在果蔗种植上广泛应用[5]。由于种植管理的要求，一般在覆膜后一个月时进行人工揭膜，方便果蔗后期的追肥培土，揭掉的地膜一般丢置于田头，并未进行有效地回收处理，既浪费人工又易造成农田白色污染。

生物降解地膜是以生物降解材料为主要原料制备的，用于农作物种植时土壤表面覆盖的、具有生物降解性能的薄膜，其不仅具备普通塑料膜的功能，而且在自然状态下可以被微生物完全降解[6-7]，广大科研工作者已在马铃薯[8]、花生[9-10]、玉米[11]等多种大田作物上开展了相关的应用研究，并取得了良好效果，但是，生物降解地膜在果蔗上的应用效果研究鲜有报道，为此，笔者从2019年开展了相关的田间试验，旨在为生物降解地膜今后在广州地区的推广提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验地设于广州市南沙区东涌镇万洲村，前茬作物为果蔗，种植条件较好。供试果蔗品种为黑皮果蔗，普通PE地膜(宽40 cm，厚0.012 mm)，生物降解地膜Ⅰ(宽40 cm，厚0.012 mm)，生物降解地膜Ⅱ(宽40 cm，厚0.016 mm)，使用肥料为挪威复合肥。

1.2 试验方法

试验设普通PE地膜(CK)、生物降解地膜Ⅰ(处理 A)和生物降解地膜Ⅱ(处理 B)共 3个处理，每个处理重复3次，小区面积135 m2，播种时间为2019年4月2日，覆膜时间为2019年4月3日，收获期为2020年2月13日。播种前机械开宽畦，每畦宽4.5 m，畦与畦之间设排水沟，沟宽60 cm，每畦植蔗3行，行距150 cm，下种量平均每米2.5段蔗种，每条蔗种 5～8个芽，排好蔗种后用轮式压膜机盖膜。果蔗定苗后每20～25天追肥1次，在果蔗整个生长期控制施肥量12750 kg/hm2，普通PE地膜处理待果蔗出苗后人工揭膜，生物降解地膜处理不揭膜，直接进行培土追肥等田间管理。

2 结果和分析

2.1 生物降解地膜力学性能

生物降解地膜的初始力学性能如表1所示，同样厚度下，生物降解地膜的拉伸负荷和拉伸强度均优于普通PE地膜，而普通PE地膜的横向直角撕裂负荷和纵向断裂伸长率优于生物降解地膜。随着生物降解地膜厚度的增加，地膜的拉伸负荷和直角撕裂负荷均相应提高。不同厚度的生物降解地膜均满足《GB/T 35795-2017全生物降解农用地面覆盖薄膜》中的力学性能要求。

表1 地膜初始力学性能

2.2 生物降解地膜降解情况

田间调查发现(见表2)，在果蔗栽培条件下，覆膜后66天，处理A的降解失重率为26.75%，处理B的降解失重率低于处理A，为14.71%；而覆膜后248天，处理A已完全降解，降解失重率达到100%，而处理B的降解失重率仅为57.41%。

表2 地膜田间降解情况

2.3 生物降解地膜对果蔗农艺形状的影响

覆膜后不同时期果蔗株高的调查情况见表3，3个处理的株高整体变化趋势一致，均随着时间的推移株高均逐渐增加。

覆膜后60～80天，3个处理株高从高到低依次为 A＞B＞CK，此阶段果蔗生长速度较慢；覆膜后80～100天，此阶段果蔗生长旺盛，处理A的日伸长速度达到 2.01 cm，各处理果蔗的株高接近 100 cm；覆膜后 100～190天，此阶段果蔗进入快速生长期，蔗茎保持快速的伸长速度，仍然以处理A的速度最快，各处理间差异不大；覆膜后190～250天，此阶段果蔗生长速度变缓，CK处理的株高介于二者之间。

分别于覆膜后160、190、250天调查3个处理的茎径，具体调查情况见表4。3个处理各时期茎径差异不大，且在160～250天期间茎径无明显变化，茎径均维持在37～41 mm之间。

表3 不同时期果蔗株高调查结果

表4 不同时期果蔗茎径调查结果

2.4 生物降解地膜对果蔗产量及构成因素的影响

不同处理对果蔗产量的影响如表5所示，3个处理中以处理A的产量最高，处理B次之，CK处理最低，处理 A和 B较 CK分别增产 13.47%和13.05%；由于试验地果蔗精细化管理，实施总体苗数控制，所以试验地有效茎数差异不大；株高以处理A最高，处理B最低，CK介于二者之间；收获期3个处理茎径从高到低依次为B＞A＞CK；单茎重处理B最高达到3.65 kg，处理A为3.57 kg，CK最少为3.23 kg。

表5 生物降解地膜对果蔗产量的影响

3 结论与讨论

生物降解地膜应用于果蔗种植，不仅在覆膜后一个月果蔗可以自动穿膜免去人工揭膜的工序，而且在果蔗的生长中后期可以在膜上直接进行追肥培土，保证果蔗生长对养分的需求，同时由于降解材料的特殊性在覆膜后一定时间生物降解地膜已完全降解，不会对土壤生态环境造成影响。

生物降解地膜在苗期可以较好地发挥增温、保墒、保肥和除草功能，促进果蔗早发芽，延长其有效生长期，为果蔗的高产奠定基础。本研究试验结果表明，2种生物降解地膜处理的产量分别为139470、138948 kg/hm2，较普通PE地膜处理分别增产13.47和13.05个百分点，增产效果明显，这可能与生物降解地膜在果蔗齐苗后继续保留在田间有一定的关系。虽然果蔗齐苗后膜面出现了一定数量的降解裂口，但是仍然可以发挥部分的增温保水功能，而普通PE膜已完全揭掉，二者相比生物降解地膜的增产优势更加明显。

广州市南沙区种植果蔗历史悠久，地膜覆盖栽培技术已作为一种常规手段被广泛应用。一般在覆膜时采用轮压的方式进行覆膜，这种方式对地膜的机械性能要求较高，如果地膜力学性能较差，膜面很容易在覆膜的过程中出现破损，严重影响地膜的使用效果，本试验中所使用的生物降解地膜能够较好地满足机械覆膜的要求。种植果蔗地膜的使用量较少，一般为3 kg左右，生物降解地膜单位面积的使用量要大于普通PE膜，但是使用生物降解地膜在果蔗的出苗期不用人工揭膜节省了一定劳动力成本，且产量有所增加，综合经济效益明显。在农业生态环境污染日益突出的情况下，推广生物降解地膜较好地解决了使用普通 PE膜引起的环境污染问题，是一种符合现代农业发展的绿色新产品。鉴于生物降解地膜在果蔗上的使用效果，建议扩大应用面积，进而从源头上彻底解决塑料地膜造成的农业面源污染问题。