南疆機采棉田利于殘膜回收的寬窄雙膜栽培模式研究*

馬麒，徐守振，宿俊吉，李吉蓮，林海，寧新柱

(1. 新疆農墾科學院棉花研究所/農業農村部西北內陸區棉花生物學與遺傳育種重點實驗室/ 新疆兵團棉花改良與高產栽培重點實驗室，新疆石河子，832000；2. 甘肅農業大學農學院，蘭州市，730070)

0 引言

新疆是中國重要的農產品生產基地，覆膜種植總面積達3 478 khm2，年地膜投入量超過200 kt，是全國殘膜污染最為嚴重區域，具有代表性[1-3]。新疆是我國最重要的產棉區，南疆更是重中之重。據統計，新疆南疆棉花種植面積約占全疆的2/3[4]。新疆作為中國棉花主產區，地膜覆蓋面積及使用量均居全國首位，殘膜污染問題尤為嚴重[5-7]，影響了棉花發育生長及產量[8-9]，降低了農機作業質量[10]及造成了棉紡織品異性纖維含量超標[11-13]，諸多問題表明地膜使用與農業生態環境保護及農業綠色可持續發展之間的矛盾日益突出[14]。

近年來，新疆棉田殘膜污染引發的危害日漸凸顯，最直接的是對棉花生育性狀及產量造成一定的影響。主要表現在影響棉花出苗質量，抑制棉花根系生長發育，最終降低棉花產量水平[15]。此外，隨著新疆機采棉的大面積推廣，棉田殘膜會對機采原棉造成污染，異性纖維增多，部分殘膜混入機采棉中導致機采棉含雜率增加，導致原棉品質下降[16-17]。

目前，新疆棉田殘膜回收的方法主要有以下3種：(1)通過使用可降解地膜代替難以降解的聚氯乙烯塑料薄膜；(2)通過機械回收殘膜；(3)通過機械加人工輔助進行殘膜回收作業。但上述三種方法在機采棉生產中的應用效果均不佳。首先，可降解地膜存在成本高、技術不成熟，降解不可控等問題[15]，難以在生產上大面積推廣應用；其次，人工進行殘膜回收效率低、成本高。雖然機械回收作業是目前棉田殘膜污染治理的最佳方式[16]，但回收效果不理想，只能回收部分殘膜，且回收成本相對較高，如果要實現90%以上的殘膜回收還需要一定的人工輔助作業。因此通過優化農藝栽培措施來提高殘膜回收效率是一條可能的途徑。

我國新疆南疆地區干旱少雨、鹽堿較重，近年來隨著棉花膜下滴灌技術的不斷發展與完善，在生產上南疆部分地區一般采用雙膜覆蓋栽培技術。雙膜覆蓋栽培技術不僅能起到增溫保墑作用，能夠有效實現一播全苗，而且在出苗前起到防風、防雨、防板結的作用，對保苗、增產和提質具有明顯作用[18]。但目前生產上所用的常規雙膜栽培技術依然存在下膜回收難、機采棉原棉殘膜污染嚴重、殘膜回收成本較高等系列問題。為了從根本上解決南疆機采棉田殘膜污染嚴重、殘膜回收成本高，以及機采原棉含雜率較高的問題。本研究在常規機采棉田一膜4行、株行距配置為(66+10)cm的基礎上，發明了一種利于殘膜回收的寬窄雙膜栽培模式T。并以南疆早中熟陸地棉新陸中45號為試驗材料，以生產上推廣的常規雙膜栽培模式為對照(CK)，研究在兩種栽培模式(T和CK)下棉田殘膜的回收率、回收成本、纖維品質及產量性狀的差異性，以期為新疆機采棉田殘膜高效回收提供重要依據和參考信息。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為生產上推廣的早中熟陸地棉品種新陸中45號。該品種生育期135 d左右，屬早中熟陸地棉品種，株型相對緊湊、植株塔型、豐產、吐絮集中暢快、纖維品質優良、抗逆性較好。

1.2 試驗設計與方法

1.2.1 試驗設計

試驗于2018—2019年在新疆生產建設兵團第二師植棉團場29團開展，具體地點為29團8連二斗七條田。選擇品種為新陸中45號。田間試驗共設常規雙膜栽培模式(CK)和利于殘膜回收的寬窄雙膜栽培2種模式(圖1)。本研究以目前生產上常用的(66+10)cm的機采棉株行距配置方式為基礎，一膜4行種植，株距9.5 cm。常規雙膜覆蓋栽培方式是下膜打穴點播，然后覆蓋上膜，上下膜寬度相同，均為1.25 cm。而寬窄雙膜栽培模式是在常規雙膜栽培模式基礎上進行創新性地改進，即在鋪膜播種時同樣覆蓋雙層膜，只是下膜覆蓋寬度為60 cm的窄膜，也就是只覆蓋圖1(b)中播種行中間66 cm的部分區域，且不覆蓋播種穴孔，上膜覆寬度為1.25 cm全膜，上膜兩邊覆土壓邊，上膜處于全密封狀態。試驗所用地膜均為國標地膜，上膜厚度為0.008 mm，下膜厚度為0.01 mm。每種覆膜栽培模式各設置3個重復，每個重復為1個小區，小區面積為30 m2，種植留苗密度為22.5萬株/hm2。其他生產條件同當地大田。

(a) 常規雙膜覆蓋栽培模式

(b) 寬窄雙膜覆蓋栽培模式

1.2.2 寬窄雙膜栽培模式下殘膜的回收方法

利于殘膜回收的寬窄雙膜覆蓋栽培模式下的揭膜方法：待子葉出土后，出苗約60%～70%時，人工及時揭掉上膜，揭掉的上膜完整度好，韌性較好，可繼續回收利用。揭掉上膜后，只保留60 cm的下膜，下膜同樣具有增溫、透光、保墑及防雜草的作用。待棉花生長至鈴期，人工揭掉下膜，下膜由于只覆蓋圖2中66 cm播種行的部分區域，在殘膜回收時基本不受棉株對殘膜回收的影響，可基本實現殘膜100%回收。

1.2.3 產量、品質性狀指標的測定

吐絮期調查每個小區實際株數及總鈴數，計算單株結鈴數(個)。收獲期在每個試驗小區中隨機收取棉株中部30個考種鈴，室內考種測其衣分(%)、單鈴重(g)等產量構成性狀，以各小區收獲實際株數和鈴重及衣分計算籽棉、皮棉產量(kg/hm2)。軋花后取棉樣約10 g左右送農業農村部棉花品質監督檢驗測試中心，利用棉花大容量纖維檢測儀HVI9 000測定其纖維長度(mm)、斷裂比強度(cN/tex)、馬克隆值、整齊度指數(%)及伸長率(%)等主要纖維品質性狀指標。

1.2.4 數據統計與分析

利用 Microsoft Excel 2007 進行數據整理分析，利用 SPSS 26.0進行產量、品質及其構成性狀指標的比較分析。

2 結果與分析

2.1 棉田殘膜回收效率及成本分析

對寬窄雙膜覆蓋栽培模式下連續兩年的殘膜回收率和回收成本進行分析，并與常規雙膜覆蓋栽培模式進行比較。結果發現，寬窄雙膜覆蓋栽培模式下，通過人工揭上膜，機械揭下膜，當年棉田殘膜回收率可達到100%，而常規雙膜栽培模式下，通過人工揭上膜，僅依靠機械而不通過人工輔助的方式揭下膜，當年棉田殘膜回收率僅為85%。從殘膜回收成本來看，寬窄雙膜栽培模式下殘膜回收成本相對較低，為120～150元/hm2，而常規雙膜的回收成本則相對較高，為525～600元/hm2(表1)。結果表明，在寬窄雙膜栽培模式下，棉田殘膜回收率可提高15%，殘膜回收成本可降低27%～30%，說明寬窄雙膜栽培模式在提高殘膜回收率和降低殘膜回收成本方面優勢顯著。

表1 寬窄雙膜與常規雙膜栽培模式的比較Tab. 1 Comparison of new double film and conventional double film cultivation mode

2.2 對產量及產量構成性狀的影響

對寬窄雙膜栽培模式(T)下棉纖維產量性狀指標與常規雙膜覆蓋栽培模式(CK)下進行差異比較分析。研究發現，與常規覆雙膜栽培模式相比，在寬窄雙膜栽培模式下，新陸中45號的單鈴重、單株結鈴數、籽指均相對較低，除單株結鈴數在2018年表現出顯著性(P<0.05)差異外，其余均沒有表現出顯著性差異；而在寬窄雙膜栽培模式下，新陸中45號的籽棉產量、皮棉產量則相對較高，但未表現出顯著差異性(P>0.05)；此外，在寬窄雙膜栽培模式下，新陸中45號的衣分在2018年表現出高于常規雙膜栽培模式(CK)，但在2019年則表現出低于對照(圖2)。整體來看，寬窄雙膜栽培模式下棉纖維產量性狀指標與常規雙膜覆蓋栽培模式下相比，差異并不顯著(P>0.05)，說明寬窄雙膜栽培模式對新陸中45號的產量及其產量性狀指標影響不明顯。

2.3 對纖維品質及其品質構成性狀的影響

對寬窄雙膜栽培模式下纖維品質構成性狀指標與常規雙膜覆蓋栽培模式(CK)下進行差異性比較分析。結果發現，在寬窄雙膜栽培模式下，新陸中45號的纖維長度、整齊度指數、伸長率相對較低，但差異性不顯著(P>0.05)；而在寬窄雙膜栽培模式下，新陸中45號的斷裂比強度、馬克隆值2018年表現出低于對照，但2019年則表現出高于對照，且差異沒有達到顯著性水平(圖3)。綜合來看，寬窄雙膜栽培模式下棉纖維品質性狀指標與常規雙膜覆蓋栽培模式下相比，差異并不顯著，說明寬窄雙膜栽培模式對棉花纖維品質的影響同樣不明顯。

圖2 兩種雙膜栽培模式下纖維產量及構成性狀的比較

Fig. 2 Comparison of fiber yield and component traits under two double film cultivation modes

(d) 兩種栽培模式下整齊度指數的差異性比較 (e) 兩種栽培模式下伸長率的差異性比較圖3 兩種雙膜栽培模式下纖維品質性狀的比較Fig. 3 Comparison of fiber quality traits under two double film cultivation modes

3 討論

3.1 在殘膜回收中節本增效方面優勢顯著

目前，新疆棉區殘膜回收主要是秋后收膜，通常采用機械起膜配合人工撿拾的模式，根據新疆生產建設兵團《農田殘膜污染治理三年行動攻堅計劃》，機械化回收能達到 65%～80%[3]，只有配合人工采取“三撿三平”殘膜回收方式(“三撿三平”方式即在翻地、整地、播種等3種耕作條件時實施人工撿拾地膜作業)，兩者結合回收可實現當年膜的回收率達93%以上[3, 19]。這主要原因是在常規覆膜栽培模式下，地膜覆蓋整個植株播種行的全膜，收獲結束后對殘膜進行機械或人工回收時，由于植株對殘膜回收的干擾，容易造成殘膜回收效率較低，且回收成本相對較高，常規雙膜栽培模式下，殘膜回收成本費用約在525～600元/hm2。而寬窄雙膜栽培模式則不同，殘膜的回收在棉花盛鈴期內完成，在回收時由于下膜的寬度僅有60 cm，并沒有覆蓋植株播種行，在殘膜回收時基本不受植株對殘膜回收的干擾，回收相對容易，并且回收效率較高，成本也相對較低，殘膜回收成本費用僅為120～150元/hm2，節本率為75.0%～77.1%。因此，寬窄雙膜栽培技術在殘膜回收的節本增效方面優勢顯著。

3.2 對棉花產量和品質的影響不明顯

地膜覆蓋的增產增效的機制首先在于改善土壤生態環境，即水、熱狀況，進而活化土壤養分，使養分有效性和水分利用效率得以提高[20]。研究發現，寬窄雙膜覆蓋栽培模式與現有的常規雙膜覆蓋栽培模式相比，最大的優勢在于能夠實現當年殘膜的完全回收。同時發現，在寬窄雙膜覆蓋栽培模式下，新陸中45號的單鈴重、單株結鈴數、籽指均降低，但差異不顯著(P>0.05)；籽棉產量、皮棉產量則有所提高，但未表現出顯著差異性(P>0.05)；新陸中45號的纖維長度、整齊度指數、伸長率均降低，但差異也不顯著(P>0.05)。上述研究結果表明，寬窄雙膜栽培模式可有效實現當年殘膜的完全回收，且不造成其纖維品質及產量性狀指標的顯著降低。這說明利用寬窄雙膜栽培模式且在鈴期揭下膜的情況下，棉纖維的產量、品質性狀的差異不明顯。近年生產實踐證明，全生育期覆蓋地膜，會導致棉株生育后期側根量偏少、根層浮淺，難以吸收充足的養分，且中后期土壤溫度偏高，會加快棉株的早衰，從而影響產量和品質[8]。也有研究表明，地膜覆蓋會因作物生長前期土壤水分和養分耗竭嚴重，后期會出現嚴重的脫水脫肥現象，從而導致減產[21]。因此，新疆機采棉田鈴期至收獲期是否需要覆蓋地膜是一個值得研究和關注的問題。利于殘膜回收的寬窄雙膜栽培模式在出苗期至鈴期因在下膜兩側播種，播種行并沒有覆蓋地膜，這可能對棉花的生育進程有一定的影響，但后期由于鈴期揭掉下膜，提高了土壤的通透性，有利于植株根系呼吸，加快水分和養分的吸收，從而彌補了前期因播種行無膜覆蓋造成的影響。

3.3 對棉花綠色、可持續發展具有重要作用

地膜覆蓋栽培技術的廣泛應用雖然極大地促進了我國農業的發展，但大量殘留地膜容易造成“白色污染”，對農業生產、農業環境的安全造成了巨大的威脅。農田殘膜污染已經成為影響農業環境、破壞土壤結構、危害作物正常生長發育并造成農作物減產的重要因素之一[22]。寬窄雙膜栽培模式是以常規機采棉株行距模式(66+10)cm為基礎，在鋪膜播種時覆雙層膜，由于下膜的寬度只有66 cm，而并沒有完全覆蓋植株播種行，因此在殘膜回收時，不受棉株對殘膜回收的干擾，可實現100%的回收，并且回收的地膜完整度相對較好，可進一步加以利用。因此，寬窄雙膜覆蓋栽培模式在解決殘膜污染土壤和環境方面具有無可替代的作用和優勢。從保護生態環境方面來看，生態效益十分顯著，它能夠有效實現殘膜的100%回收，因此可從根本上消除殘膜對耕地土壤結構的破壞。這對于實現新疆棉花的綠色、可持續發展具有重大意義。

3.4 寬窄雙膜栽培模式能有效減少機采棉異性纖維

近年來，機采棉中夾雜異性纖維的現象日趨嚴重，棉紡織品中夾入的異性纖維嚴重困擾著紡織品的質量，造成棉紗降等、布面“疵點”、索賠或是退貨事件日漸增多。據悉，一個1萬錠的棉紡廠，每年需要60～80人挑揀“三絲”。一個中型棉紡企業，每天要用300～400人挑揀“三絲”，每年付出的工資高達200多萬元[23]。而在寬窄雙膜覆蓋栽培模式下，通過第1次揭膜和鈴期第2次揭膜，基本能夠保證當年殘膜的完全回收。因此，在收獲期采棉機作業時，棉田地表完全沒有地膜，這能夠有效保證機采原棉中無殘膜混入，可大大降低機采棉異性纖維的含量，進而減少紡紗時挑揀異性纖維的人工費用，提高紡紗品質量。

3 結論

以南疆早中熟陸地棉新陸中45號為試驗材料，以生產上推廣的常規雙膜栽培模式為對照(CK)，研究發現在一種利于殘膜回收的寬窄雙膜覆蓋栽培模式下，棉田殘膜回收率提高15%，殘膜回收成本可降低27%～30%；新陸中45號的單鈴重、單株結鈴數、籽指均降低，但差異不顯著(P>0.05)；籽棉產量、皮棉產量則有所提高，但未表現出顯著差異性(P>0.05)。纖維品質指標方面，纖維長度、整齊度指數、伸長率均降低，但差異也不顯著(P>0.05)。證明寬窄雙膜栽培模式可有效實現當年殘膜的完全回收，且不造成其纖維品質及產量性狀指標的顯著降低。研究結果對解決南疆機采棉殘膜回收難度大、成本高、效率低、機采棉原棉品質差等問題具有重要作用，對機采棉的綠色、可持續發展具有重要現實意義。這對于類似南疆的干旱半干旱地區因地膜覆蓋引起的“白色污染” 起到根本性的治理作用，可有效實現未來棉花產業乃至整個干旱半干旱地區農業的綠色、可持續發展。