全生物降解地膜在加工番茄上的应用效果研究

姜明君范燕敏武红旗刘晓伟王德俊刘卓张悦

(1.新疆农业大学资源与环境学院，新疆 乌鲁木齐 830052；2.中国农业科学院西部农业研究中心，新疆 昌吉 831199；3.新疆土壤与植物生态过程重点实验室，新疆 乌鲁木齐 830052)

引言

地膜已经成为农业生产中最重要的材料，其应用给农业生产力带来了巨大飞跃[1]。地膜覆盖技术可以使作物水分利用效率提高30%左右，大幅度减少了肥料流失和降低除草剂用量，作物产量提高30%左右[2]。2015—2022年，农业农村部科技教育司领衔开展了对我国各典型类型区生物降解地膜进行实验评估，阐明各类型全生物降解地膜降解特性，增温保墒作用，防除杂草效果及对产量的影响等方面存在差异，但仍存在全生物降解地膜可供选择的适宜作物及适宜区域尚不清楚，作物全生物降解地膜使用技术缺乏标准，农业应用要求脱节及企业产品创新等问题[3]。傅玺豪等[4]研究表明，与普通塑料地膜相比，降解地膜在降解性和对土壤增温、辣椒性状和产量中表现有一定优势。艾福轲等[5]研究表明，生物可降解塑料薄膜在环保与经济发展上都有重要意义，中国现代农业发展的新需求是如何合理使用生物可降解膜制品及覆膜技术[6]。客观上，地膜选用的材质、地膜覆盖使用的作物、区域农业气候等因素都会影响可降解地膜的使用效果，关于地膜覆盖研究及应用在中国西北地区及其主要旱作物上的研究较多[7]。新疆自20世纪90年代以来，已形成规模化生产加工番茄，加工番茄产量约占国内90%，本文全面分析全生物可降解地膜在新疆加工番茄生产上的应用效果，对新疆农民收入、技术推广人员发展特色产业均具有重要作用。

1 材料与方法

1.1 研究区概况和土壤条件

本文以新疆昌吉回族自治州现代农业示范园(昌吉市老龙河示范区)中粮屯河加工番茄试验基地为研究区，地理位置N44°16′1″～44°16′3″，E87°21′23″～87°21′25″，见图1，该地区是全疆最适宜种植加工番茄的区域之一，同时加工番茄已成为当地的特色经济作物。

图1 研究区概况图

图2 全生物降解地膜铺膜现场

试验区土壤为盐化灰漠土，土壤养分含量如表1所示。

表1 土壤养分含量

1.2 研究材料和小区试验布置

试验的加工番茄品种为“屯河1902”，单果重55～60g，株高70～80cm，长势较强，坐果性好，抗病性强。在昌吉回族自治州加工番茄试验地采用相同的田间管理措施，进行常规的种植操作，设置8种处理，包括裸地、6种以PBAT为原材料的全生物降解地膜和普通聚乙烯地膜，如表2所示。每个处理为1个试验区，3次重复，共24个区。所有试验地膜都按照编号进行覆膜和记录，在试验区四周均设有保护行，整个试验田种植密度水平均匀一致，其他管理方式与普通大田一致，人工移栽前进行滴灌，滴灌量373.14m3·hm-2，施肥量为氮肥343.28kg·hm-2、磷肥343.28kg·hm-2、钾肥373.14kg·hm-2。

表2 全生物降解地膜基本情况

1.3 全生物降解地膜评价指标和方法

1.3.1 上机性能测试

根据各地实际情况，使用地方常规覆膜机械进行覆膜工作，主要检查覆膜机在正常行驶条件下全生物降解地膜是否存在破损和粘连等情况[8]。

1.3.2 增温性能测试

土壤温度测定，采用铂电阻地温传感器配套数据采集系统的方法进行测定。在每个观测区、不覆膜处理、普通PE地膜处理分别取对角线上3个等分点进行埋设，并在每个填埋点设置醒目标识[8]。

1.3.3 地膜保墒性能测试

地膜保墒性能采用水蒸气透过率测试法进行测试，设备为PERME W3/060水蒸气透过率测试仪，测试精度为0.01g·m-2·24h-1，每个样品3次重复，每个重复做6次循环，取其稳定值为该地膜的透湿量[8]。

1.3.4 降解性能测试

观测采取固定框法，在各核心观测点按梅花形状选取3个观测点。观察框架视作物的行距和覆膜的宽度而定，观测人员每10d对其进行观察记录1次。

1.3.5 产量测定

生育期的确定是指小区内超过50%的植株进入此生长期，在每小区选择3个样点，每点5m2，称重计算产量，在小区中剔除杂株、非试验因子造成的畸形株，并按小区平均产量补偿被剔除的植株。

2 结果与分析

2.1 生物降解地膜的机械性能

研究区所使用的6种全生物降解地膜和1种PE地膜按照常规操作进行铺设，结果显示，试验的全生物降解地膜在机械覆膜过程中与PE地膜基本一致，表明试验的全生物降解地膜可以满足机械覆盖的要求[9]。

2.2 生物降解地膜对土壤温度的影响

如图3所示，与裸地不覆膜处理相比，全生物降解地膜和PE膜覆膜处理显著提高了农田土壤日均温度，并随着时间的推移增温效果比较明显，全生物降解地膜覆膜3d后，SZDH、LSTH、SHHR、CAAS、WHHX处理范围在1.3～2.4℃；60d后，地膜日平均温度总体趋势为SDQT膜处理>SZDH膜处理>PE膜处理>LSTH膜处理>SHHR膜处理>CAAS膜处理>WHHX膜处理。

图3 不同覆膜下土壤温度的变化

如图4所示，与裸地未覆膜的对照比较，全生物降解地膜和PE膜的土壤总积温明显高于裸地未覆膜的处理。在加工番茄前2个生育期，PE膜处理的土壤积温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积温都较高，而WHHX膜处理最低。

图4 不同覆膜下10cm土壤积温的变化

2.3 生物降解地膜的保墒性能

如图5所示，PE膜透湿率最低，保墒性能明显优于试验的6种全生物降解地膜。在全生物降解地膜中，保墒性能大小为LSTH膜>SHHR膜>WHHX膜>SZDH膜>SDQT膜>CAAS膜。试验的全生物降解地膜的透湿率主要集中在400g·m-2·24h-1左右，远低于全生物降解地膜国家要求的<800·m-2·24h-1标准，说明在现阶段，国内全生物降解地膜的持水性已有较大改善。新疆昌吉地区以滴灌为主要栽培方式，如果出现生理性缺水，可以随时进行灌水，可以很好地保证作物生长和发育所需的用水，所以，不同全生物降解地膜在实际生产中并没有显示出保墒性的差异。

图5 不同地膜透湿率

2.4 生物降解地膜降解情况

根据田间调查发现，LSTH膜处理、SZDH膜处理、WHHX膜处理从覆膜至进入碎裂期均在100d内，而PE普通膜基本上没有降解变化，如表3所示。

表3 不同地膜降解状况

2.5 覆膜对加工番茄产量的影响

由表4可知，从单株果数和百果重分析，PE膜处理、裸地不覆膜处理和SZDH、SHHR、CASS 3个生物降解地膜处理显著高于其他处理，但其他各处理间差异不明显；百果重结果表现为LSTH、SZDH、WHHX、SDQT 4种生物降解地膜处理显著高于其他处理；从成熟度及烂果情况来看，由于加工番茄在生长后期雨量多，PE膜保水性强，水分透过率低且显著高于生物降解地膜，因此湿度较大，烂果率高，其余各处理间没有显著差异；就产量而言，覆盖地膜的处理产量极显著大于不覆盖地膜的处理，而各覆膜处理之间的产量无显著差异。其中，3种生物降解地膜覆盖产量高于普通PE地膜覆盖产量，具体表现为SZDH膜处理>LSTH膜处理>WHHX膜处理，其他覆膜处理间差异不明显。

表4 不同覆膜下产量的分析

2.6 加工番茄生产经济分析

加工番茄的投入主要有化肥、地膜、种苗、农药、水电等。如表5所示，按照PE地膜179.10元·kg-1·hm-2，投资成本是1.20万元·hm-2。全生物降解地膜以462.69元·kg-1·hm-2，成本投资是4.78万元·hm-2。因此，覆膜处理纯利润各不相同，具体表现为PE膜>SZDH膜>LSTH膜=WHHX膜>SHHR膜>CAAS膜>SDQT膜。普通PE地膜的利润相较于LSTH膜处理高686.57元·hm-2，相较于SZDH和WHHX膜处理高1492.54元·hm-2，相较于SHHR膜处理、CAAS膜处理、SDQT膜处理提高3970～6761元·hm-2不等，该结果表明，全生物降解地膜应用于加工番茄生产过程中的经济性和可行性。

表5 加工番茄生产资金投入表

表6 加工番茄生产投入产出表

3 结论与讨论

全生物降解膜具有很好的降解能力，其对番茄产量及土壤营养状况的影响与对照基本一致，利用生物降解膜替代常规塑料薄膜在番茄生产上的应用是可行的[9]。通过在新疆昌吉国家农业示范园区大面积(20hm2)加工番茄生产的应用，现阶段我国10μm厚的全生物降解地膜已能完全适应机械化生产的需要。尽管试验的全生物降解地膜在升温、持水能力方面与PE膜稍有不同，但是加工番茄的产量和品质基本能达到生产需要，并且从生产和经济角度都体现着全生物降解地膜覆盖技术的重要性。