不同材质生物降解地膜的性能及其对番茄生长的影响

侯 爽，祁俊锋，王铁臣，王 帅，李云飞，赵 鹤，郭 芳，徐 进*

（1.北京市农业技术推广站，北京 100029；2.北京市绿富隆农业股份有限公司，北京 102109）

农业生产中使用的传统地膜主要成分是不可降解的聚乙烯，会对土壤造成严重污染。由于长期重使用、轻回收，我国覆膜农田土壤均有不同程度的地膜残留，局部地区地膜残留污染严重，平均667 m残膜量在4～20 kg，而生物降解农用地膜具有原材料丰富、成本低、环境友好等特点。聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯（PBAT）材质降解膜和PBAT＋聚乳酸（PLA）混合材质降解膜是目前生产中使用比较多的2种生物降解地膜。PBAT属于热塑性生物降解塑料，兼具聚己二酸-1,4-丁二醇酯二醇（PBA）和聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）的特性，既有较好的延展性和断裂伸长率，又有优良的生物降解性，PBAT在自然环境中通过微生物的代谢，最终可以被转化为二氧化碳和水，是生物降解塑料研究中非常活跃和市场应用最好的降解材料之一。PBAT＋PLA是在PBAT材质的基础上混合了PLA材质，PLA是以乳酸为主要原料的聚合物，主要以玉米、木薯等为原料，来源充分且可以再生。聚乳酸的生产过程无污染，而且具有良好的生物可降解性，使用后能被自然界中的微生物完全降解，最终生成二氧化碳和水，实现生态循环，因此是理想的绿色高分子材料。本试验通过比较PBAT材质、PBAT＋PLA混合材质的生物降解地膜的差异性，以筛选出易降解、对环境污染小、适宜在北京地区塑料大棚番茄生产中应用的生物降解地膜，从而解决地膜残留造成的污染问题。

1 材料和方法

1.1 试验时间与地点

试验于4—9月在北京市延庆区东羊坊镇有机农业示范园塑料大棚进行，棚长45 m、宽8 m，棚室面积360 m。当地海拔500 m左右，年平均气温8 ℃，年日照时数2 800 h，年降水量400～500 mm。

1.2 试验材料

供试番茄品种为瑞粉882，荷兰瑞克斯旺（中国）种子有限公司产品，4月7日播种，5月4日定植，株距40 cm，行距80 cm。

选择2种PBAT生物降解膜（喜丰品牌和弘睿品牌）和2种PBAT＋PLA材质生物降解膜（华盛品牌和清田品牌）为试验材料，具体成分见表1。

表1 不同材质生物降解地膜品牌、成分及产地情况

1.3 试验方法

试验设置5个处理，每个处理3次重复，小区面积23 m。处理1是在番茄塑料大棚中覆盖PBAT降解膜1，处理2覆盖PBAT降解膜2，处理3覆盖PBAT＋PLA降解膜1，处理4覆盖PBAT＋PLA降解膜2，对照处理覆盖普通塑料地膜。地膜厚度均为0.01 mm。5月1日采用人工覆膜。

1.4 指标测定

5、10 cm土层温度测定：分别在09：00、12：00、17：00测量记录5、10 cm土层温度，每隔10 d测1次，每个小区选取3个固定点进行测量。

地膜抑蒸率测定：在番茄定植时，选用400 mL玻璃烧杯，杯内注水400 mL，将预先裁剪好、规格为20 cm×20 cm的5种供试地膜置于杯口，用橡皮筋扎紧封口。在番茄拉秧时记录烧杯中剩余水量，计算抑蒸率。抑蒸率＝[（当前水杯总质量－水杯质量）/（原始水杯总质量－水杯质量）]×100%。

地膜降解速率判定：观测记录不同材质地膜表面出现裂纹、裂缝、孔洞的情况，依此判定降解速率。

番茄株高、茎粗、叶片数测量：各试验区随机选取8株番茄做标记，每10 d调查1次株高、主茎粗和叶片数。株高为植株根基部至生长点的自然高度，茎粗为第1片真叶下1 cm处茎粗，叶片数为番茄植株所有真叶数量。

产量测定：自采摘之日开始，记录各处理产量，并折算667 m产量。

1.5 数据分析

采用Excel 2018软件进行数据统计和方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同材质地膜对5、10 cm土层温度的影响

5月13日—6月4日各处理5、10 cm土层温度数据（表2）表明，各处理5、10 cm土层温度差异不显著，其中最大温度差为PBAT＋PLA降解膜1与PBAT降解膜1在5月24日09：00的10 cm土层温度，PBAT降解膜1的10 cm土层温度比PBAT＋PLA降解膜1的高出1.2 ℃。

表2 不同材质生物降解地膜对5、10 cm土层温度的影响 ℃

2.2 不同材质地膜对番茄生长的影响

由表3可知，覆盖PBAT降解膜1、PBAT降解膜2和普通塑料地膜的番茄最终株高分别为158.8、157.6、158.3 cm，最终叶片数分别为23.8、23.5、24.1片；番茄株高、叶片数均表现为PBAT降解膜1、PBAT降解膜2和普通塑料地膜显著高于PBAT＋PLA降解膜1、PBAT＋PLA降解膜2；不同处理对番茄的茎粗无显著影响。

表3 不同材质地膜对番茄生长的影响

2.3 不同材质地膜抑蒸率和降解速率比较

如表4所示，塑料地膜、PBAT降解膜1、PBAT降解膜2的抑蒸率较高，分别为93.2%、92.7%、92.5%，三者之间差异不显著，但均显著高于PBAT＋PLA降解膜1和PBAT＋PLA降解膜2的抑蒸率。PBAT降解膜1最先进入诱导期和开裂期，其次依次是PBAT降解膜2、PBAT＋PLA降解膜1、PBAT＋PLA降解膜2，可见PBAT降解膜的降解性能较好。

表4 不同材质地膜对番茄667 m2产量及效益的影响

2.4 不同材质地膜对番茄产量及效益的影响

从表4可以看出，覆盖塑料地膜、PBAT降解膜1、PBAT降解膜2的番茄产量和效益较高，三者间无显著差异，667 m产量和效益均显著高于覆盖PBAT＋PLA降解膜1、PBAT＋PLA降解膜2这2个处理，因后2个处理地膜投入较高，因此效益较低。

3 结论与讨论

通过试验可以得出，从地膜保温性能方面来看，不同材质地膜的土层温度差异不显著；从地膜抑蒸率方面来看，塑料地膜、PBAT降解膜1、PBAT降解膜2抑蒸率较高；从地膜降解速率来看，PBAT降解膜1降解最快，其次是PBAT降解膜2；从番茄植株长势、产量及效益方面来看，PBAT降解膜1、PBAT降解膜2和塑料地膜表现较好。因此得出结论：PBAT材质降解膜在抑制水分蒸发、降解性能、提高番茄产量方面，比PBAT＋PLA材质降解膜的效果好，故在塑料大棚番茄生产中可选用PBAT材质降解膜。

王斌等的研究表明，PBAT降解膜降解性能良好，对番茄产量等指标的影响与普通塑料地膜相当，以PBAT降解膜代替普通地膜应用于番茄生产具有一定可行性。在此基础上，本试验对PBAT和PBAT＋PLA这2种不同材质的降解膜进行了对比，明确了PBAT降解膜在抑制水分蒸发、降解性能及提高番茄产量方面的效果更好。但生物降解地膜的降解过程较为复杂，其降解速度与周期受到气候条件、土壤环境、作物类型等因素的影响；因此，仍需要进行大量的试验与应用分析，以了解和掌握不同材质生物降解地膜在不同地区、不同作物上的应用特性。