不同地膜對棉花產量及殘膜回收率分析

逄子劍，劉昌文，胡愛芝，龔舉武，伍少明，李文穎，謝永磊，古麗娜爾·艾麥提江，朱明慧，熱依漢古麗·托合提夏，周桂花，高歡歡，馮贊成，隋杰禮

（1.新疆莎車縣巴格阿瓦提鄉人民政府，新疆 莎車 844710；2.新疆喀什地區農業技術推廣中心，新疆 喀什 844000；3. 中國農業科學院棉花研究所 棉花生物學國家重點實驗室，河南 安陽 455000；4.麥蓋提星聯科技農膜有限公司，新疆 麥蓋提 844600；5.廣東星聯科技農膜有限公司，廣東 佛山 528000；6.湖北光合生物科技有限公司，湖北 荊門 448000；7.新疆喀什地區瓜果蔬菜產業發展中心，新疆 喀什 844000；8.煙臺大學，山東 煙臺 264000）

1938年英國科學家Massey［1］發明PE地膜后就逐漸廣泛應用于棉花、玉米、甘蔗、水稻、蔬菜及果樹上。Mbah等［2-7］研究表明覆蓋地膜具有增溫、保墑、除草和促進植物幼苗、根系生長的作用，可促進農作物增產達55%～142%。Song等［8］研究表明厚度在0.0152～0.0508 mm的地膜難以回收，會導致土壤耕力下降。據不完全統計，我國地膜年使用量達140萬t，占全球總用量的70%，長期使用地膜雖然在保障我國糧食安全、促進農民增收方面發揮了不可替代的作用，但同時也導致了當前農業三大污染源之一的“白色污染”［9］。胡美華等［10］研究表明國內外緩解農膜污染問題的方法有：使用易回收的加厚地膜，在使用完后通過回收機進行回收再加工；降低農膜覆蓋率或一膜多用，從源頭上減少地膜用量；使用降解地膜。李鵬輝等［11］研究了不同強度地膜對棉花生長及產量的影響。羅劍洪等［12］研究了不同厚度地膜覆蓋對棉花產量及品質的影響。

本研究以BT101高強度地膜及PE傳統地膜為試驗材料，測試2種地膜的保溫保墑性能，并分析覆蓋BT101地膜及PE傳統地膜對苗期、根系、花鈴、單株鈴數和產量的影響，橫向縱向地膜的物理機械性能及殘膜回收率，旨在為全生物降解地膜取代PE傳統地膜，并有效治理土壤白色污染途徑提供理論依據。

1 試驗材料與方法

1.1 供試材料

試驗材料為新疆喀什地區麥蓋提縣星聯科技農膜有限公司生產的無色，厚度0.01 mm、寬度2.05 m的高強度產品BT101，對照材料為市場購買的無色，厚度0.01 mm、寬度2.05 m的PE傳統地膜。

棉花品種：新陸中66。

1.2 試驗設計與分析

1.2.1 試驗設計 研究地位于新疆喀什地區麥蓋提縣5鄉14村（東經77.64°，北緯38.90°）。設BT 101地膜和PE傳統地膜2個處理，行長為520 m，每個處理覆蓋28個地膜，于3月28日按照1機2膜、1膜3管、1管2行的方式播種，株行距設置為（13 cm+63 cm+13 cm+63 cm+13 cm）×10 cm，薄膜之間交接行距66 cm（圖1）。

圖1 播種模式設置圖

田間管理措施為：3月24日結合犁地施二胺525 kg/hm2，尿素136.5 kg/hm2，鉀肥229.5 kg/hm2作為基肥；采用水肥一體技術，每次滴水30～50 m3/667m2，隨水滴肥按照兩頭輕中間重的原則，每次滴尿素及沖施肥30～90 kg/hm2，全生育滴水8次，于9月初停水，合計滴水300 m3/667m2，滴尿素和沖施肥均為397.5 kg/hm2。全生育期先后7次用吡蟲啉、啶蟲脒、阿維菌素、甲維鹽、噻蟲嗪和敵敵畏等農藥來防治棉薊馬、棉蚜、紅蜘蛛、牧草盲蝽象等蟲害。

1.2.2 測試項目 測試項目包括物理機械性能測試、保溫保墑性能測試以及殘膜回收率等。

地膜物理機械性能測試采用 GB 13735—2017標準，分別于覆膜后0、120和180 d（棉花收獲后）取地膜樣1 m，于實驗室內測定地膜橫向、縱向最大拉伸負荷（N）和斷裂標稱應變（%）等。

地膜保溫性能測試應用《地面氣象觀測規范》中的標準，在3月31日將溫度自動記錄儀傳感器探頭按照間隔2.4 m，5、15、25 cm這3個深度埋好。溫度自動記錄儀啟動后每小時讀取記錄1次數據，每日土壤溫度為各土層深度24 h的平均溫度。

地膜保墑性能測試采用水蒸氣透過率測試法，采用設備為PERME W3/060 水蒸氣透過率測試儀，每個樣品3次重復，每個重復循環6次，取其穩定值為該地膜的水蒸氣透過率。

地膜回收率測試采用新疆農業科學院聯合研制的4JSM-1800A1(2.1A)型棉稈還田及殘膜回收聯合作業機，于11月6日回收殘膜，回收后每處理選擇5個點截取長度為5 m的一幅膜，進行當年殘留地膜回收率的計算，公式為：

地膜回收率（%）=［100-(每點種植壟的殘膜面積/5×2.05)］×100%。

1.2.3 性狀調查 于播后第25天調查苗情，并計算保苗率、爛種率、爛芽率及其他（大風危害及空穴率）并計算出苗率。保苗率（%）=調查現有苗數/調查總穴數×100%；爛種率（%）=調查爛種數/調查總穴數×100%；爛芽率（%）=調查爛芽數/調查總穴數×100%；其他（%）=（調查大風危害死苗數+空穴數）/調查總穴數×100%；出苗率（%）=保苗率+其他。播后50 d調查側根數；于6月30日調查株高、果枝臺數及現花率；于7月15日—8月15日調查單株結鈴數及單位面積地膜雜草量。

每個處理取3個點，每點取6.67 m2，測單位面積株數、單株鈴數及單鈴重并計算平均產量。單位面積株數=測產點平均株數×1500÷10000；單株鈴數=測產點平均鈴數/測產點平均株數；單鈴重即每個處理隨機取100個鈴統計單鈴重并計算平均值；單位面積籽棉重=平均面積株數×單株鈴數×單鈴重÷1000。

2 結果與分析

2.1 不同地膜覆蓋對膜下溫度的影響

由圖2可知，從播種開始到6月中旬，覆蓋BT 101地膜的增溫效果優于覆PE傳統地膜的，其平均溫度較覆PE傳統地膜的高1.0 ℃，至6月中旬以后兩者差異不明顯；2種不同地膜的膜下溫度變化分為3個階段：第一階段即自覆膜至6月中旬，覆BT101高強度地膜的膜下溫度較PE傳統地膜的整體偏高，尤其是4月16日—5月24日最為明顯；第二階段即6月中旬—7月8日，覆蓋2種地膜的膜下溫度差異不明顯，其中覆BT101地膜的膜下溫度較覆蓋PE傳統地膜偏高的天數有24 d、偏低的有12 d；第三階段即7月9日后，覆BT101地膜的膜下溫度低于覆PE傳統地膜的。

圖2 不同地膜覆蓋膜下溫度變化情況

2.2 不同地膜的水蒸氣透過率的差異

從圖3可見，傳統地膜的水蒸氣透過率為 53.5 g/（m2·d），BT101地膜的水蒸氣透過率為41.9 g/（m2·d），BT101地膜的水蒸氣透過率較傳統地膜的減少11.6 g/（m2·d），降幅為21.7%。

圖3 2種地膜的水蒸氣透過率比較

2.3 不同地膜覆蓋對棉花保苗及農藝性狀的影響

由不同地膜覆蓋對棉花保苗及農藝性狀影響差異分析可知（表1），覆膜第25天（4月21日）調查新陸中66的苗情發現，覆蓋BT101地膜與覆PE傳統地膜相比保苗率高8個百分點，出苗率高出6個百分點，爛芽率差異不大，而覆蓋PE傳統地膜的爛種率是覆BT101地膜的2.5倍。覆膜第50天（5月15日）調查新陸中66植株的生長情況發現，覆蓋BT101地膜植株為4葉1心，覆PE地膜的為3葉1心；覆BT101地膜的側根數平均多2條/株，雜草平均減少3.1株/m2。覆膜第96天（6月30日）調查新陸中66植株發現，覆蓋BT101地膜較覆PE傳統地膜的平均株高多11.4 cm，增幅達21.35%；覆蓋BT101地膜的棉花果枝數較覆PE傳統地膜的多1.5個/株，增幅高達24.59%；覆蓋BT101地膜的棉花見花率是覆PE傳統地膜的2.1倍。

表1 不同地膜覆蓋對棉花保苗及農藝性狀的影響

2.4 不同地膜覆蓋對棉花產量性狀的影響

由表2可知，BT101地膜的單株鈴數在覆膜后111 d（7月15日）和142 d（8月15日）比覆PE傳統地膜的分別多0.43、1.10 個/株。覆蓋BT101地膜1個月后新增單株鈴數4.17個/株，而覆PE傳統地膜的增加3.50個/株。于覆膜后203 d（10月15日）測產量，覆蓋BT101地膜和PE傳統地膜的平均籽棉產量分別為7095.0、6495.0 kg/hm2，前者較后者增加了9.2%；單鈴重與密度和單株鈴數的相關性不明顯。

表2 不同地膜覆蓋對棉花產量性狀的影響

2.5 不同地膜的物理機械性能比較

由表3可知，不同地膜在覆膜后0、120及180 d這3個時間段的最大拉伸負荷和斷裂標稱應變差異明顯。BT101地膜只有在覆膜當日（0 d）的縱向最大拉伸負荷較PE傳統地膜的小0.3 N。在覆膜后3個不同時間段里，BT101高強度地膜橫向和縱向的斷裂標稱應變均較PE傳統地膜的大。

表3 不同地膜的物理機械性能比較

2.6 不同地膜的機械回收率比較

從圖1可知，膜面寬為175 cm，邊膜寬為30 cm，回收率檢測點膜面投入面積為8.75 m2,回收率檢測點邊膜投入面積為1.5 m2。由表4可知，BT101地膜的平均膜面殘留量為0.14 m2，平均殘留率為8.0%，平均回收率高達92.0%；PE傳統地膜膜面平均殘留量為1.31 m2，平均殘留率為27.4%，平均回收率為72.6%；BT101地膜的邊膜平均殘留量為0.68 m2，而PE傳統地膜的邊膜平均殘留量為1.50 m2。

表4 不同地膜的機械回收率比較

3 討論

3.1 不同地膜的增溫性、保溫性及保墑性比較

張丹等［13］研究表明，在監測期內隨著地膜厚度的增加，玉米和花生的土壤溫度增加；張富林等［14］研究表明，增加地膜厚度可提高湖北省南瓜膜下0～5 cm土壤的溫度；張妮等［15］研究表明，厚地膜的增溫保墑作用優于薄地膜；銀敏華等［16］研究表明，增加地膜厚度可有效減少玉米灌溉次數。

BT101地膜為非加厚的高強度高耐候型地膜，本研究表明覆蓋BT101地膜與覆蓋PE傳統地膜具有相似的增溫性，不一樣的保溫性。膜下溫度受光照及外界溫度的雙重影響，前期光照占主導，后期外界溫度占主導，導致棉花生育前期覆蓋BT101地膜的膜下溫度較覆蓋PE傳統地膜的高，棉花生育后期覆蓋BT101地膜的膜下溫度較覆蓋PE傳統地膜低，可能是由于受到光照影響，膜下溫度快速升高，夜間因外界溫度偏低導致膜內熱量向外釋放，BT101地膜因其較好的保溫性導致膜下溫度偏高，相反棉花生育后期棉田已封行，此時膜內溫度主要受外界溫度影響，BT101地膜從較好的保溫性轉變為較好的隔熱性，導致其膜下溫度偏低。研究還表明覆蓋BT101地膜對土壤含水量的影響與其對溫度的影響相類似，覆蓋BT101地膜的保墑性更好。主要原因可能是BT101地膜在鋪設和應用過程中不容易破裂，其完整性有利于發揮地膜的保溫保墑作用；同時BT101地膜較傳統地膜的水蒸氣透過率更低、保密性更好，均有利于保溫保墑。

3.2 不同地膜覆蓋對棉花保苗及其他農藝性狀的差異比較

李鵬輝等［11］研究表明，覆蓋高強度地膜較覆常規地膜更利于棉花出苗、促進葉片和棉株生長。羅劍洪等［12］研究表明，覆蓋加厚地膜更利于促進棉花生長，提高防草效果。本研究表明覆蓋BT101地膜的出苗率較覆蓋PE傳統地膜的高6個百分點，主要原因是2021年春播期間降水量較往年偏多，導致覆蓋PE傳統地膜的爛種率高達10%。5月15日調查得知，覆蓋BT101地膜較覆蓋PE傳統地膜的真葉多1片，側根多2條。6月30日調查得知覆蓋BT101地膜的平均株高較覆蓋PE傳統地膜的增加了11.4 cm，其主要原因是BT101地膜的保溫保墑性較好，更有利于棉花根系及棉株的生長發育。在防雜草方面，覆蓋BT101地膜的防草效果遠好于PE傳統地膜的，因為該地膜完整性好且強度高，不利于長草。

3.3 不同地膜覆蓋對棉花產量性狀及產量的差異比較

羅劍洪等［12］研究表明，相較于覆蓋傳統地膜，覆蓋加厚地膜的棉花單株果枝數增加0.2個，有效鈴數增加0.4個，籽棉產量提高5.35%，皮棉產量增加7.39% 。李鵬輝等［11］研究表明，覆蓋高強度地膜對棉花的生長效果優于覆傳統地膜PE的，與傳統地膜PE相比，覆蓋高強度地膜能促進棉花生長，棉花產量提高2.96%～3.42%。本研究表明覆蓋BT101地膜的棉花單株鈴數較覆蓋傳統地膜的增加0.5個/株，單鈴重增加0.5 g，籽棉產量提高600 kg/hm2，增幅達9.2%。

3.4 不同地膜的物理機械性能及機械回收率比較

李鵬輝等［11］研究表明，高強度地膜在使用前后的拉伸性能和斷裂標稱應變指數均高于傳統地膜PE的。本研究表明，2種不同地膜覆膜后0、120及180 d的橫向最大拉伸負荷與斷裂標稱應變的差異明顯，縱向最大拉伸負荷與斷裂標稱應變的差異較小。覆膜180 d后BT101地膜的橫向最大拉伸負荷大于覆膜0 d的傳統地膜的。