生物全降解地膜在曲靖烤煙生產中的應用研究

高華鋒，王全會，楊麗平，秦汝平，敖金成，趙 翠，肖毅恒

（1.云南省曲靖市煙草公司，云南 曲靖 655000；2.云南農業大學資源與環境學院，昆明 650201）

地膜覆蓋因其具有明顯的增溫、保墑、減蒸、抑制雜草等諸多優勢，在干旱半干旱［1-3］、高寒等區域雨養農業上被廣泛應用，是提高作物產量和高效用水的最佳栽培方式，在中國糧食作物增產方面貢獻巨大［4］。在受資源缺乏和積溫不足的區域，地膜覆蓋面積廣，使用強度大［5，6］。然而聚乙烯分子較高的結晶度與相對分子質量、較強的疏水性與分子作用力導致其難以被降解［7］，使用后大量地膜碎片長期殘留于農田土壤中，對土壤及農事作業、作物生長及農產品品質產生不利影響［8，9］，形成嚴重的白色污染。劉中敏等［10］研究指出，解決該問題的最好途徑就是降解材料的研制和開發應用。因此，開發可降解地膜，并在不同作物上推廣應用成為研究熱點［11-14］，并且眾多研究認為替代常規地膜技術是可行的［11］。

曲靖市地處云貴高原中部滇東高原向黔西高原過渡地帶，屬低緯高原亞熱帶季風氣候區，宜煙耕地面積超過 56 萬 hm2，年均烤煙產量達 1.75×105t，是云南最大的烤煙產區，地膜用量大。研究認為，生物降解膜適用于烤煙的覆蓋應用［15］，應用于煙草生產是可行的［16］。然而，地膜的降解性能受環境的影響較大［17，18］。有研究認為，湖南永州植煙區烤煙地膜覆蓋栽培宜選用60 d 開始降解的生物降解地膜［19］。另外，使用成本、用量遠高于普通PE 膜［20］，使得生物降解地膜推廣應用受阻，而且不同生物全降解地膜在特定煙區條件下降解特性及其綜合效應研究鮮見報道。為此，本研究在曲靖核心煙區開展新型可降解地膜的篩選，為曲靖煙區篩選出適于烤煙生產應用的可降解地膜提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區域概況

試驗于2019 年4—9 月在曲靖市馬龍縣舊縣鄉進行，地處東經 103°23′10″，北緯 25°20′20″，區域平均海拔2 000 m，年降雨量1 032 mm，年日照時間大于1 900 h，無霜期大于240 d。供試土壤為紅壤，移栽前基礎養分有機質、速效氮、速效磷、速效鉀含量分別為 24.5 g∕kg、137.09 mg∕kg、35.22 mg∕kg、191.17 mg∕kg，pH 為 5.47。

1.2 試驗設計

試驗設3 個處理，即常規黑色PE（CK）膜、黑色全生物降解地膜（T1）、白色全生物降解地膜（T2）。常規PE 膜厚度為0.010 mm，全生物降解地膜厚度為0.012 mm，寬均為100 cm。供試品種為當地主栽烤煙品種云煙97。采用漂浮育苗方式育苗。烤煙于2019 年4 月15 日移栽，肥料用量、烤煙栽培及田間管理與常規種植一致。采用隨機區組試驗，每個處理 667 m2，設 3 次重復。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 土壤溫濕度 分別于覆膜后間隔10 d，培土之后間隔20 d，在15：00 使用土壤溫濕度測量儀記錄各處理土壤10～15 cm 深度的溫濕度，常規溫度測量膜外溫度。

1.3.2 降解率 于中耕培土前，每個處理隨機調查10 株，即壟面 600 cm 長，間隔 10 d 調查 1 次，記錄地膜降解開裂日期及開裂長度。培土覆蓋后，間隔20 d 調查1 次，直至烤煙采烤結束觀察地膜降解速度，以地膜碎片大小確定降解程度（按5 級降解程度劃分）。

1.3.3 降解膜抗張強度和抗張力 抗張強度和抗張力依據GB∕T 12914—2008 紙和紙板抗張強度的測定進行。

1.3.4 土壤關鍵養分 土壤主要養分速效氮、速效磷、速效鉀、有機質含量及pH 測定均參照文獻［21］進行。

1.3.5 煙葉化學成分 煙葉化學成分水溶性總糖、鉀、總植物堿、氯、總氮、淀粉含量的測定分別參考標準 YC∕T 159—2002、YC∕T 217—2007、YC∕T 160—2002、YC∕T162—2011、YC∕T161—2002、YC∕T 216—2007 進行。

1.4 數據處理

利用SPSS 16.0 和Excel 2007 軟件進行數據統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同覆膜處理對土壤保溫保濕效果的影響

從移栽后10、20、30 d、40 d 的土溫調查數據（表1）可以看出，不同覆膜處理的土壤溫度差異不明顯，但總體以白色全降解地膜保溫效果較其他處理好，常規PE 膜次之，其中覆膜后30 d 常規PE 膜處理土壤溫度顯著高于黑色全降解地膜（P＜0.05），與白色全降解地膜無顯著差異（P＞0.05）。全降解地膜土壤保墑效果整體上低于常規PE，2 種顏色生物全降解地膜保墑效果不同調查期規律性不同，差異不顯著（P＞0.05）。

2.2 不同覆膜處理中膜的物理特性及降解特征

從表2 可以看出，常規PE 新膜抗張力和抗張強度均大于全降解地膜，3 個處理間差異不顯著（P＞0.05）。覆膜150 d 后，常規PE 膜的抗張力和抗張強度極顯著大于2 種試驗全生物降解地膜（P＜0.01），黑色和白色全降解地膜的抗張力和抗張強度差異不顯著（P＞0.05），但黑色全降解膜降解率達63.73%，白色全降解地膜降解率達55.41%，常規PE 地膜降解率為0，說明黑色全降解地膜降解得更快，這可能與其力學性能差有關。

表1 不同覆膜對土壤保溫保濕效果的影響

表2 不同處理地膜的物理特性及降解特征

2.3 破裂特征分析

從表3 可以看出，黑色全降解地膜降解較快，移栽后35 d 開始開裂，且平均開裂長度達6.5 cm，較白色全降解地膜提前15 d，而常規PE 地膜未見開裂，說明黑色全降解地膜降解較快。

表3 不同地膜破裂特征分析

2.4 不同覆膜處理對土壤養分的影響

從表4 可以看出，與常規的PE 地膜相比，生物全降解地膜處理的植煙土壤堿解氮、速效磷和速效鉀含量略低于PE 地膜處理，但黑色生物全降解地膜處理土壤有機質含量高于PE 地膜和白色生物全降解地膜處理，白色生物全降解地膜和PE 地膜處理土壤pH 一致。這可能與全降解地膜覆蓋致使養分發生一定流失或更有利于植株吸收養分，而常規PE 膜因為未揭膜對養分淋溶損失產生阻隔效應有關，因而對照土壤的養分水平優于全降解地膜處理。

2.5 不同覆膜處理對中上部煙葉化學成分協調性的影響

從表5 可以看出，覆膜類型對中上部煙葉化學成分協調性有一定影響。試驗中，B2F 等級煙葉化學成分綜合指數大小關系表現為T2＞T1＞CK，C3F等級煙葉化學成分綜合指數大小關系表現為T2＞CK＞T1。說明白色全降解地膜對中上部煙葉常規化學成分協調性有正效應。

表4 不同覆膜對土壤關鍵養分含量的影響

表5 不同覆膜對中上部煙葉化學成分協調性的影響

3 討論與結論

韓冬梅等［22］研究表明，與對照相比，降解地膜對不同土層溫度均有較好的提升效果，5～10 cm 土層增溫幅度達4.8%～9.9%，較對照平均增濕0.6%～0.13%。唐文雪等［23］研究了地膜降解特征對土壤水熱效應和玉米產量的影響，指出不同降解膜降解速率有明顯差異，具有顯著的保墑性能，但隨著破損程度的增加，保墑性能降低。本試驗中，全降解地膜的保溫保濕效果整體低于常規PE 地膜，且白色全降解地膜保溫效果優于黑色全降解地膜。這與崔磊等［24］研究氧化-生物雙降解地膜因過早降解顯著降低了土壤溫度、土壤水分結果一致。云南一般自4月10 日起對烤煙膜下小苗開始移栽，至5 月10 日常規移栽基本結束，5 月、6 月中上旬正值云南旱季，而本試驗降解地膜新膜及移栽后150 d 膜的抗張力和抗張強度值均低于常規PE 地膜，黑色全降解地膜在移栽后35 d 出現開裂，失去保墑效應。增溫保墑性能是降解膜能否應用于生產實踐的重要指標［25，26］。因此，生物全降解地膜過早降解，不利于前期植煙土壤的保墑作用，生物全降解地膜在曲靖煙區使用應進一步驗證。

生物降解地膜對煙葉化學成分的協調性有一定的正效應。樊俊等［16］研究認為，地膜覆蓋的烤煙農藝性狀、煙葉產量和化學成分協調性好于露地對照，以普通地膜最好，其次為生物降解地膜。本試驗中，生物降解地膜處理煙葉化學成分協調性整體優于常規PE 地膜處理，其中以白色全降解地膜效果最佳，這與高維常等［27］研究結論一致，說明白色全降解地膜對改善煙葉品質具有正效應，這可能與生物降解地膜覆蓋有利于改善煙株光合作用有關［15］。

綜上所述，在曲靖核心煙區使用全生物降解地膜覆蓋栽培是可行性的，既可降低揭膜的人工成本，也能在一定程度提高煙葉品質，雖然目前生物降解地膜的成本較高，使用量較大，但隨著高效低成本的生物降解膜開發出來，烤煙全生物降解地膜覆蓋栽培的應用前景廣闊。