不同材質(zhì)生物降解地膜的性能及其對(duì)番茄生長的影響

侯 爽，祁俊鋒，王鐵臣，王 帥，李云飛，趙 鶴，郭 芳，徐 進(jìn)*

（1.北京市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，北京 100029；2.北京市綠富隆農(nóng)業(yè)股份有限公司，北京 102109）

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用的傳統(tǒng)地膜主要成分是不可降解的聚乙烯，會(huì)對(duì)土壤造成嚴(yán)重污染。由于長期重使用、輕回收，我國覆膜農(nóng)田土壤均有不同程度的地膜殘留，局部地區(qū)地膜殘留污染嚴(yán)重，平均667 m殘膜量在4～20 kg，而生物降解農(nóng)用地膜具有原材料豐富、成本低、環(huán)境友好等特點(diǎn)。聚己二酸/對(duì)苯二甲酸丁二酯（PBAT）材質(zhì)降解膜和PBAT＋聚乳酸（PLA）混合材質(zhì)降解膜是目前生產(chǎn)中使用比較多的2種生物降解地膜。PBAT屬于熱塑性生物降解塑料，兼具聚己二酸-1,4-丁二醇酯二醇（PBA）和聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯（PBT）的特性，既有較好的延展性和斷裂伸長率，又有優(yōu)良的生物降解性，PBAT在自然環(huán)境中通過微生物的代謝，最終可以被轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水，是生物降解塑料研究中非常活躍和市場(chǎng)應(yīng)用最好的降解材料之一。PBAT＋PLA是在PBAT材質(zhì)的基礎(chǔ)上混合了PLA材質(zhì)，PLA是以乳酸為主要原料的聚合物，主要以玉米、木薯等為原料，來源充分且可以再生。聚乳酸的生產(chǎn)過程無污染，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，最終生成二氧化碳和水，實(shí)現(xiàn)生態(tài)循環(huán)，因此是理想的綠色高分子材料。本試驗(yàn)通過比較PBAT材質(zhì)、PBAT＋PLA混合材質(zhì)的生物降解地膜的差異性，以篩選出易降解、對(duì)環(huán)境污染小、適宜在北京地區(qū)塑料大棚番茄生產(chǎn)中應(yīng)用的生物降解地膜，從而解決地膜殘留造成的污染問題。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)時(shí)間與地點(diǎn)

試驗(yàn)于4—9月在北京市延慶區(qū)東羊坊鎮(zhèn)有機(jī)農(nóng)業(yè)示范園塑料大棚進(jìn)行，棚長45 m、寬8 m，棚室面積360 m。當(dāng)?shù)睾０?00 m左右，年平均氣溫8 ℃，年日照時(shí)數(shù)2 800 h，年降水量400～500 mm。

1.2 試驗(yàn)材料

供試番茄品種為瑞粉882，荷蘭瑞克斯旺（中國）種子有限公司產(chǎn)品，4月7日播種，5月4日定植，株距40 cm，行距80 cm。

選擇2種PBAT生物降解膜（喜豐品牌和弘睿品牌）和2種PBAT＋PLA材質(zhì)生物降解膜（華盛品牌和清田品牌）為試驗(yàn)材料，具體成分見表1。

表1 不同材質(zhì)生物降解地膜品牌、成分及產(chǎn)地情況

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)設(shè)置5個(gè)處理，每個(gè)處理3次重復(fù)，小區(qū)面積23 m。處理1是在番茄塑料大棚中覆蓋PBAT降解膜1，處理2覆蓋PBAT降解膜2，處理3覆蓋PBAT＋PLA降解膜1，處理4覆蓋PBAT＋PLA降解膜2，對(duì)照處理覆蓋普通塑料地膜。地膜厚度均為0.01 mm。5月1日采用人工覆膜。

1.4 指標(biāo)測(cè)定

5、10 cm土層溫度測(cè)定：分別在09：00、12：00、17：00測(cè)量記錄5、10 cm土層溫度，每隔10 d測(cè)1次，每個(gè)小區(qū)選取3個(gè)固定點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。

地膜抑蒸率測(cè)定：在番茄定植時(shí)，選用400 mL玻璃燒杯，杯內(nèi)注水400 mL，將預(yù)先裁剪好、規(guī)格為20 cm×20 cm的5種供試地膜置于杯口，用橡皮筋扎緊封口。在番茄拉秧時(shí)記錄燒杯中剩余水量，計(jì)算抑蒸率。抑蒸率＝[（當(dāng)前水杯總質(zhì)量－水杯質(zhì)量）/（原始水杯總質(zhì)量－水杯質(zhì)量）]×100%。

地膜降解速率判定：觀測(cè)記錄不同材質(zhì)地膜表面出現(xiàn)裂紋、裂縫、孔洞的情況，依此判定降解速率。

番茄株高、莖粗、葉片數(shù)測(cè)量：各試驗(yàn)區(qū)隨機(jī)選取8株番茄做標(biāo)記，每10 d調(diào)查1次株高、主莖粗和葉片數(shù)。株高為植株根基部至生長點(diǎn)的自然高度，莖粗為第1片真葉下1 cm處莖粗，葉片數(shù)為番茄植株所有真葉數(shù)量。

產(chǎn)量測(cè)定：自采摘之日開始，記錄各處理產(chǎn)量，并折算667 m產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2018軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同材質(zhì)地膜對(duì)5、10 cm土層溫度的影響

5月13日—6月4日各處理5、10 cm土層溫度數(shù)據(jù)（表2）表明，各處理5、10 cm土層溫度差異不顯著，其中最大溫度差為PBAT＋PLA降解膜1與PBAT降解膜1在5月24日09：00的10 cm土層溫度，PBAT降解膜1的10 cm土層溫度比PBAT＋PLA降解膜1的高出1.2 ℃。

表2 不同材質(zhì)生物降解地膜對(duì)5、10 cm土層溫度的影響 ℃

2.2 不同材質(zhì)地膜對(duì)番茄生長的影響

由表3可知，覆蓋PBAT降解膜1、PBAT降解膜2和普通塑料地膜的番茄最終株高分別為158.8、157.6、158.3 cm，最終葉片數(shù)分別為23.8、23.5、24.1片；番茄株高、葉片數(shù)均表現(xiàn)為PBAT降解膜1、PBAT降解膜2和普通塑料地膜顯著高于PBAT＋PLA降解膜1、PBAT＋PLA降解膜2；不同處理對(duì)番茄的莖粗無顯著影響。

表3 不同材質(zhì)地膜對(duì)番茄生長的影響

2.3 不同材質(zhì)地膜抑蒸率和降解速率比較

如表4所示，塑料地膜、PBAT降解膜1、PBAT降解膜2的抑蒸率較高，分別為93.2%、92.7%、92.5%，三者之間差異不顯著，但均顯著高于PBAT＋PLA降解膜1和PBAT＋PLA降解膜2的抑蒸率。PBAT降解膜1最先進(jìn)入誘導(dǎo)期和開裂期，其次依次是PBAT降解膜2、PBAT＋PLA降解膜1、PBAT＋PLA降解膜2，可見PBAT降解膜的降解性能較好。

表4 不同材質(zhì)地膜對(duì)番茄667 m2產(chǎn)量及效益的影響

2.4 不同材質(zhì)地膜對(duì)番茄產(chǎn)量及效益的影響

從表4可以看出，覆蓋塑料地膜、PBAT降解膜1、PBAT降解膜2的番茄產(chǎn)量和效益較高，三者間無顯著差異，667 m產(chǎn)量和效益均顯著高于覆蓋PBAT＋PLA降解膜1、PBAT＋PLA降解膜2這2個(gè)處理，因后2個(gè)處理地膜投入較高，因此效益較低。

3 結(jié)論與討論

通過試驗(yàn)可以得出，從地膜保溫性能方面來看，不同材質(zhì)地膜的土層溫度差異不顯著；從地膜抑蒸率方面來看，塑料地膜、PBAT降解膜1、PBAT降解膜2抑蒸率較高；從地膜降解速率來看，PBAT降解膜1降解最快，其次是PBAT降解膜2；從番茄植株長勢(shì)、產(chǎn)量及效益方面來看，PBAT降解膜1、PBAT降解膜2和塑料地膜表現(xiàn)較好。因此得出結(jié)論：PBAT材質(zhì)降解膜在抑制水分蒸發(fā)、降解性能、提高番茄產(chǎn)量方面，比PBAT＋PLA材質(zhì)降解膜的效果好，故在塑料大棚番茄生產(chǎn)中可選用PBAT材質(zhì)降解膜。

王斌等的研究表明，PBAT降解膜降解性能良好，對(duì)番茄產(chǎn)量等指標(biāo)的影響與普通塑料地膜相當(dāng)，以PBAT降解膜代替普通地膜應(yīng)用于番茄生產(chǎn)具有一定可行性。在此基礎(chǔ)上，本試驗(yàn)對(duì)PBAT和PBAT＋PLA這2種不同材質(zhì)的降解膜進(jìn)行了對(duì)比，明確了PBAT降解膜在抑制水分蒸發(fā)、降解性能及提高番茄產(chǎn)量方面的效果更好。但生物降解地膜的降解過程較為復(fù)雜，其降解速度與周期受到氣候條件、土壤環(huán)境、作物類型等因素的影響；因此，仍需要進(jìn)行大量的試驗(yàn)與應(yīng)用分析，以了解和掌握不同材質(zhì)生物降解地膜在不同地區(qū)、不同作物上的應(yīng)用特性。