生物降解地膜覆蓋對黃瓜生長發(fā)育和光合作用的影響

摘要 為明確生物降解地膜顏色及厚度對黃瓜生長和生理代謝的影響，以普通白色地膜為對照（CK），研究白色和黑色及2種厚度（0.8絲、1絲）生物降解地膜對設(shè)施栽培黃瓜生長、葉綠素、光合作用、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響。結(jié)果表明，與CK相比，黑色生物降解地膜可以提高土壤溫度，而白色生物降解地膜更容易降解，T4處理比黑色生物降解地膜提前20 d。黑色生物降解地膜處理（T3）顯著增加黃瓜莖粗，而生物降解地膜顯著降低黃瓜葉片數(shù)，與CK相比，分別下降了15.29%、9.71%和6.96%。生物降解地膜T3和T5處理顯著增加黃瓜葉片蒸騰速率（Tr）和水分利用效率（WUE），與CK相比，分別提高了34.75%、31.66%和40.63%、34.38%。加厚地膜和不同顏色及厚度生物降解地膜覆蓋對黃瓜葉綠素、凈光合速率（Pn）、可溶性固形物和單果重等無顯著影響。表明白色生物降解地膜綜合性能優(yōu)于黑色生物降解地膜，可以替代傳統(tǒng)地膜用于設(shè)施黃瓜栽培生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞 生物降解膜；黃瓜；生長；光合作用；降解率

中圖分類號 S627.2 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2025）06-0048-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2025.06.012

Effect of Biodegradable Plastic Film Covering on the Growth， Development， and Photosynthesis of Cucumber

SHI" Zhen-wei LI" Shuai2，YI Qing2" et al

（1.Wuxi Xishan District Agricultural Development Service Center， Wuxi， Jiangsu"" 214000;2.College of Horticulture， Nanjing Agricultural University， Nanjing， Jiangsu" 210095）

Abstract In order to clarify the effects of color and thickness of biodegradable plastic film on the growth and physiological metabolism of cucumber， two colors and two thicknesses （0.8 silk and 1 silk） of biodegradable plastic film were selected to investigate the effects on the growth， chlorophyll， photosynthesis， yield and quality of greenhouse cultivated cucumber.The results showed that compared with CK， black biodegradable film could increase soil temperature， while white biodegradable film was more easily degraded， and T4 treatment was 20 days earlier than black biodegradable film.The black biodegradable film treatment （T3） significantly increased cucumber stem thickness， while the biodegradable film significantly reduced the number of cucumber leaves， which decreased by 15.29%， 9.71%， and 6.96% compared to CK， respectively.The treatment with biodegradable film T3 and T5 significantly increased the transpiration rate （Tr） and water use efficiency （WUE） of cucumber leaves， with an increase of 34.75%，31.66%，40.63% and 34.38% compared to CK， respectively.Thickened plastic film and different colors and thicknesses of biodegradable film cover have no significant effects on cucumber chlorophyll， net photosynthetic rate （Pn）， soluble solids， and single fruit weight.The above results indicate that the comprehensive performance of white biodegradable film is better than that of black biodegradable film， and it can replace traditional plastic film for greenhouse cucumber cultivation and production.

Key words Biodegradable plastic film;Cucumber;Growth;Photosynthesis;Degradation rate

地膜覆蓋栽培技術(shù)作為蔬菜生產(chǎn)上一種廣泛應(yīng)用的技術(shù)，對蔬菜作物具有良好的增溫保墑作用，可有效提高作物產(chǎn)量、改善土壤肥力以及控制草害等［1-2］。由于普通地膜成本低，沒有回收利用價值，生產(chǎn)上多是直接翻耕于土壤中或者收集后集中填埋、焚燒，造成土壤和空氣污染，給環(huán)境帶來了嚴重的污染問題。傳統(tǒng)地膜材料為聚乙烯（PE），自然條件下降解周期長，能夠在土壤中殘存百年以上，間接破壞土壤結(jié)構(gòu)，影響植株根系吸收水分和養(yǎng)分，阻礙作物正常生長發(fā)育，導(dǎo)致蔬菜作物產(chǎn)量和品質(zhì)明顯下降［3］。

為減少塑料地膜污染，研究地膜減量或地膜替代成為當前作物栽培生產(chǎn)較為熱門的領(lǐng)域之一。生物降解地膜是一種具有降解性能的新型農(nóng)用地膜，自然條件下能在微生物作用下降解為CO2和H2O［4］。白色生物降解膜與傳統(tǒng)地膜相比，能縮短大白菜的生育期并提高產(chǎn)量［5］。生物降解膜覆蓋對櫻桃番茄農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量以及土壤的保溫保濕功能、理化性質(zhì)等無明顯影響，但有助于促進番茄前期的生長［6］。楊雅等［7］研究濕潤氣候下不同材質(zhì)生物降解地膜的降解特性以及對辣椒生長發(fā)育的影響，發(fā)現(xiàn)富含聚羥基脂肪酸酯（PHA）地膜提高辣椒成熟期莖粗、莖高和干物質(zhì)量的效果接近或者優(yōu)于普通地膜。

目前有關(guān)不同厚度和顏色降解地膜覆蓋對作物生長發(fā)育影響的研究較少。為此，筆者以普通地膜為對照，研究降解地膜厚度及顏色對蔬菜生長發(fā)育、產(chǎn)量等的影響以及地膜降解程度，為地膜減量和替代技術(shù)在蔬菜作物上的應(yīng)用提供理論和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料 試驗地點位于江蘇省無錫市錫山區(qū)五稼農(nóng)莊內(nèi)。生物降解地膜由蘇州中達航材料科技有限公司提供。

1.2 試驗設(shè)計

當黃瓜兩葉一心時，開始覆膜定植，設(shè)6個處理：CK，普通白色地膜（1絲）；T1，白色加厚膜（1.5絲）；T2，黑色降解膜60 d（0.8絲）；T3，黑色降解膜90 d（1絲）；T4，白色降解膜60 d（0.8絲）；T5，白色降解膜90 d（1絲）。黃瓜定植后，所有處理設(shè)施環(huán)境控制和水肥管理條件一致。

1.3 測定指標與方法

1.3.1 生長指標。

黃瓜幼苗節(jié)間長用直尺測定；用游標卡尺測量與子葉展開方向平行的子葉節(jié)或子葉節(jié)下0.5 cm 處的粗度；葉面積采用數(shù)字圖像處理技術(shù)，利用已知參照物的實際面積與被測葉面積對比，使用手機軟件“數(shù)圖”進行分析計算。

1.3.2 SPAD值。

選取葉位一致、完全展開的功能葉，采用手持式SPAD-502葉綠素儀測量葉片表面的SPAD值，以該值反映葉綠素含量。

1.3.3 光合作用。

選取葉位一致、完全展開的功能葉，選擇晴天09：00—11：00 進行光合參數(shù)測定，采用便攜式光合測定系統(tǒng)（Li-6400，美國 LI-COR 公司）測定凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間二氧化碳濃度（Ci）、蒸騰速率（Tr）。測定時葉室溫度控制在25 ℃，光強設(shè)置為1 000 μmol/（m2·s），參比室 CO2 濃度（Ca）為（400±10）μmol/mol，相對濕度（RH）為 60%～75%。參考Farquhar等［8］的方法計算氣孔限制值（Ls）：Ls 1-Ci/Ca，水分利用效率（WUE）：WUE=Tr/Pn。

1.3.4 單果重。選取節(jié)位一致的黃瓜果實，用電子秤測定單瓜重，每處理取3 次重復(fù)。

1.3.5 品質(zhì)。黃瓜果實縱徑、橫徑使用直尺測定。每個處理隨機選取同一節(jié)位的果實，用折射儀測定可溶性固形物含量［9］。

1.3.6 地膜降解情況調(diào)查。

采用田間目測法，將地膜降解過程分為3個時期：誘導(dǎo)期，覆膜到出現(xiàn)≤2 cm小裂縫的時間；開裂期，畦面地膜出現(xiàn)2 cm＜裂縫或孔洞＜20 cm的時間；大裂期，畦面地膜出現(xiàn)≥20 cm 裂縫或孔洞的時間。

1.4 數(shù)據(jù)分析 所有數(shù)據(jù)采用 SAS軟件 Duncan’s多重比較法進行顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物降解地膜對土壤溫度的影響 由圖1可知，T2和T3處理不同程度地提高地溫，而T2處理能顯著提高土壤5和10cm處地溫，與CK相比，分別提高了7.83%和8.83%。加厚地膜和其他生物降解地膜處理對地溫的影響不顯著。

2.2 生物降解地膜降解情況

由表1可知，不同種類地膜覆蓋時間為2月26日，黃瓜定植時間為2月28日。不同顏色生物降解地膜覆蓋后，白色生物降解地膜更容易提前降解，0.8絲白色生物降解地膜（T4）于4月6日開始出現(xiàn)裂縫，比同厚度黑色生物降解地膜提前了19 d。T4處理開裂期、大裂期分別出現(xiàn)在4月23日、5月10日，比同厚度的黑色生物降解地膜（T2）分別早出了17和12 d。較厚的黑色生物降解地膜（T3）開裂期、大裂期分別出現(xiàn)在5月15日、6月7日，降解程度明顯低于同厚度的白色生物降解地膜。

2.3 生物降解地膜對黃瓜生長的影響

由表2可知，生物降解地膜覆蓋顯著降低黃瓜節(jié)間長，而增加葉面積，T2、T3、T4和T5處理與CK相比，節(jié)間長分別下降了11.21%、12.99%、13.84%和14.30%，葉面積分別提高了24.01%、19.33%、13.27%和21.04%。T3處理顯著增加黃瓜莖粗，與CK相比提高了11.63%，而其他處理與CK相比莖粗無顯著差異。T1處理顯著增加黃瓜葉片數(shù)，而生物降解地膜降低黃瓜葉片數(shù)，其中T2、T3和T5與CK相比，顯著下降了15.29%、9.71%和6.96%。T2、T3、T5處理顯著增加黃瓜葉長和葉寬，與CK相比，分別提高了9.04%、6.79%、8.46%和13.86%、11.85%、11.75%。

2.4 生物降解地膜對黃瓜SPAD值的影響

由圖2可知，與對照（CK）相比，除T1和T4處理外，其他生物降解地膜不同程度地提高了黃瓜葉片SPAD值，其中T5處理最高，其次為T3處理。但各處理之間差異不顯著。

2.5 生物降解地膜對黃瓜光合作用的影響

由表3可知，與CK相比，加厚地膜和生物降解地膜對黃瓜植株凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間二氧化碳濃度（Ci）、氣孔限制值（Ls）無顯著影響。T2、T3、T5處理顯著增加蒸騰速率（Tr）和水分利用效率（WUE），與CK相比，分別提高了24.58%、34.75%、31.66%和18.75%、40.63%、34.38%。加厚地膜與CK相比，Tr和WUE分別下降了16.22%和21.88%。

2.6 生物降解地膜對黃瓜果實品質(zhì)和單果重的影響

由表4可知，與CK相比，加厚地膜和生物降解地膜覆蓋后，黃瓜果實縱徑不同程度的減小，其中黑色和白色生物降解地膜覆蓋與CK達顯著差異，而T4白色生物降解地膜可顯著增加果實橫徑，與CK相比提高了11.56%。加厚地膜和生物降解地膜果實可溶性固形物下降，但差異不顯著。生物降解地膜覆蓋均可以明顯提高黃瓜果實單果重，尤其以白色生物降解地膜提高幅度最大，但與CK相比無顯著差異。

3 討論

地膜覆蓋栽培推動了農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，對農(nóng)產(chǎn)品穩(wěn)產(chǎn)供應(yīng)和糧食安全起到重大保障作用。近年來，隨著傳統(tǒng)地膜的大量使用，殘留帶來的白色污染問題，使得人民更加關(guān)注地膜減量替代或生物降解地膜的應(yīng)用。一些地方通過使用加厚地膜，實現(xiàn)回收再利用，或通過廢舊棚膜用于地膜來降低地膜使用量［10-11］。生物降解地膜因其能自我降解，可以替代傳統(tǒng)的不可降解地膜，減少塑料污染，提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)。目前生物降解地膜已在辣椒、甘藍、茄子、西瓜、番茄、蘆筍、大白菜等多種作物上進行試驗，結(jié)果表明，生物降解地膜對作物生長均具有一定的促進效果，而對作物的農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量、土壤的保溫保濕、土壤養(yǎng)分及理化性狀無顯著影響［5，12-15］。該試驗結(jié)果表明，黑色生物降解地膜覆蓋可以提高5和10 cm耕作層土壤地溫，且薄的黑色生物降解地膜（T2）優(yōu)于厚的黑色生物降解地膜（T3），這與張輝等［16］的試驗結(jié)果類似，可能由于黑色生物降解地膜能夠有效吸收光線，提供更高的溫度。

不同類型地膜覆蓋后，作物生長表現(xiàn)不盡相同，且生物降解地膜保墑效果和降解過程受降解材質(zhì)、作物類型以及區(qū)域氣候等條件的影響［7］。該試驗結(jié)果表明，生物降解地膜覆蓋后，不同顏色降解情況不同，白色生物降解地膜于4月初開始降解，且0.8絲生物降解地膜處理（T4）明顯早于1絲生物降解地膜處理（T5），到4月底，T4處理明顯出現(xiàn)大面積降解，而黑色地膜才開始降解，表明同樣厚度的生物降解地膜，白色要比黑色更容易發(fā)生降解，這可能是白色生物降解地膜更容易受光誘導(dǎo)［16］。生物降解地膜覆蓋能顯著縮短黃瓜節(jié)間長，而增加葉面積，不同程度促進了黃瓜植株生長，T2、T3和T5處理提高葉長、葉寬和葉面積最為明顯，此外，T3處理顯著增加黃瓜莖粗，而其他處理與CK相比，差異不顯著。

光合作用為農(nóng)作物生長、產(chǎn)量和品質(zhì)的形成提供物質(zhì)基礎(chǔ)。該試驗結(jié)果表明，加厚地膜和生物降解地膜覆蓋對黃瓜葉綠素含量影響不顯著，但生物降解地膜不同程度提高了黃瓜葉片蒸騰速率和水分利用效率，其中以白色較厚的生物降解地膜（T3）和黑色較厚的生物降解地膜處理（T5）效果較好，說明生物降解地膜對調(diào)節(jié)植株水分利用效率具有一定的促進作用。在黃瓜果實外觀品質(zhì)方面，生物降解地膜覆蓋明顯降低果實縱徑，而不同程度地提高果實橫徑，尤其T4處理效果最好。地膜加厚和生物降解地膜覆蓋對黃瓜果實可溶性固形物和單果重都無明顯的影響，這與母養(yǎng)秀等［12］和王建科等［15］的研究結(jié)果一致。

總體來看，與傳統(tǒng)地膜相比，加厚地膜和生物降解地膜對黃瓜生長、葉綠素含量、光合作用、品質(zhì)和產(chǎn)量等整體影響不明顯，但生物降解地膜覆蓋后能明顯發(fā)生降解，便于不收膜情況下進行機械翻耕，降低人工成本，一定程度上抵消生物降解地膜使用成本高的問題，尤其0.8絲的白色生物降解地膜（T4）覆蓋后效果更為明顯，且能促進植株水分利用效率，可用于設(shè)施黃瓜生產(chǎn)上的推廣應(yīng)用。

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基金項目 江蘇省2023年省級農(nóng)業(yè)生態(tài)保護與資源利用補助專項資金。

作者簡介 史震偉（1980—），男，江蘇溧陽人，農(nóng)藝師，從事設(shè)施蔬菜研究。*通信作者，教授，博士，博士生導(dǎo)師，從事設(shè)施蔬菜與無土栽培研究。

收稿日期 2024-07-08