秸秆纤维地膜覆盖栽培哈椒试验研究

张颖，陈泓睿，顿国强，韩永俊，陈海涛

（东北农业大学工程学院，哈尔滨 150030）

秸秆纤维地膜覆盖栽培哈椒试验研究

张颖，陈泓睿，顿国强，韩永俊，陈海涛*

（东北农业大学工程学院，哈尔滨 150030）

为研究玉米和水稻秸秆纤维地膜覆盖栽培作物性能，并完善其制造工艺技术，采用随机区组试验方法，以裸地作为空白对照，实施玉米秸秆纤维地膜、水稻秸秆纤维地膜和传统塑料地膜4个处理覆盖栽培哈椒小区多重比较试验，研究秸秆纤维地膜的抑草、增温、保墒和降解性能及其对哈椒植株高度和产量影响。结果表明，玉米、水稻秸秆纤维地膜间的抑草、增温、保墒性能无显著差异，分别在68和110 d内完全降解；两种秸秆纤维地膜抑草性能显著优于传统塑料地膜的；秸秆纤维地膜与传统塑料地膜的保墒性能无显著差异，土壤含水量显著高于裸地的；秸秆纤维地膜覆盖处理的地表及地下10 cm土壤总积温与裸地对照无显著差异，极显著低于传统塑料地膜的；秸秆纤维地膜覆盖栽培哈椒的植株高度和产量显著高于裸地的，与传统塑料地膜无显著差异。

秸秆纤维地膜；地膜覆盖栽培；降解性能；随机区组试验；哈椒

地膜覆盖栽培技术在提高作物产量和节水方面应用广泛[1-2]。随着残膜问题日趋严重，发展可降解地膜替代塑料地膜解决地膜污染问题得到关注[3]，许香春等研发光降解、生物降解、光生双降解等地膜[4-5]，由于光降解地膜降解不彻底、生物降解地膜机械强度较低、光生双降解地膜生产制造技术复杂和制造成本过高等原因[6-7]，并未广泛应用于实际生产中。

农作物秸秆属于农业废弃物料，具有来源广泛、再生性强、价格低廉、生物可降解性强、降解后可增加土壤肥力等优点，因此利用秸秆纤维制造秸秆纤维地膜成为研究热点[8]。采用秸秆纤维地膜覆盖栽培马铃薯[9-10]、玉米、棉花[11]、花生[12]、沈茄[8]、黄瓜[13]、草莓[14]等农作物，可不同程度提高作物产量，改善土壤结构，避免塑料残膜造成环境污染。采用地膜覆盖技术，研究可完全降解秸秆纤维地膜性能及满足农艺要求的机械强度，具有实际意义。

本试验所用秸秆纤维地膜采用清洁制浆造纸工艺流程并添加改性辅料及功能助剂研制而成。利用玉米秸秆纤维地膜、水稻秸秆纤维地膜及传统塑料地膜和裸地进行哈椒栽培田间小区对比试验，为研究秸秆纤维地膜性能、完善玉米和水稻秸秆纤维地膜制造工艺技术，为哈椒覆膜栽培技术提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验材料包括：玉米秸秆纤维地膜、水稻秸秆纤维地膜和传统塑料地膜。试验材料性能如表1所示。

表1 试验材料性能Table 1 Experimental material properties

1.2 方法

1.2.1 试验方法

采用随机区组多重比较试验方法[15-17]，4个处理3次重复，栽培哈椒对比试验。4个处理分别为玉米秸秆纤维地膜（A）、水稻秸秆纤维地膜（B）、传统塑料地膜（C）和裸地对照CK。选择抑草、保墒、保温性能、降解性能和哈椒植株高度、产量作为评价指标。对比试验布置方案如表2所示。

试验小区覆膜栽培前精细整地，四周设一垄保护行，前茬作物为沈茄，哈椒栽培完全按照正常农艺要求进行。2012年6月6日小区情况，如图1所示。

表2 对比试验布置方案Table 2 Block arrangement of the comparison test

图1 覆膜栽培哈椒对比试验小区情况Fig.1 Blocks of mulching and cultivated green pepper

1.2.2 性能评价指标的测定方法

①抑草性能。按照各处理栽培周期内杂草滋生总量干重表示各处理的抑草性能。试验期间分3次取各处理地膜覆盖垄台范围的杂草。所取杂草先称鲜重后，按照烘干法标准GB 7172-87测定杂草含水率，计算各处理杂草干重，取3次测量算数平均值累加值作为各处理抑草性能结果。

②保墒性能。每天连续整点监测垄台表面下10 cm深度处土壤含水量，取算数平均值作为保墒性能结果。

③保温性能。分别按地表总积温和地表下10 cm处总积温表征。哈椒生育期内每天连续整点监测垄台表面以及垄台表面下10 cm处土壤温度，分别取测量值分别累加作为保温性能结果。

④植株高度。定期测量各处理哈椒植株高度，将每隔1个月的测量数据取算数平均值作为结果。

⑤作物产量。按照果实成熟度不定期采摘成熟果实称鲜重，直至试验结束，取总和的算数平均值作为结果。

⑥降解性能。试验期间在不影响覆盖栽培性能的情况下对秸秆纤维地膜不定期取样，进行剩余抗张强度测定，绘制干抗张强度随时间（天数）变化规律图，根据秸秆纤维地膜试样剩余抗张强度分析预测秸秆纤维降解性能。当秸秆纤维地膜的抗张强度为零时，对应的时间（天数）即为其降解周期。

1.2.3 数据分析

采用Duncan′s方法进行多重比较分析，用Mean±SD表示。

1.3 仪器设备

DGG-9070AD型电热恒温鼓风干燥箱（上海森信试验仪器有限公司）、JA5003B型电子天平（上海精科天美科学仪器有限公司）、HOBO小型温度湿度记录仪（Onset Computer Corporation）、ZUS-4型纸张厚度测定仪（长春市月明小型试验机有限责任公司）、DRK101A纸制品质量检测仪（济南德瑞克仪器有限公司）等。

2 结果与分析

2.1 试验数据分析结果

试验得出3种地膜处理及裸地对照覆盖栽培哈椒各项性能评价指标比较分析结果，如表3所示。

表3 性能评价指标比较分析结果Table 3 Comparison results of performance evaluation indices

2.2 抑草性能

由表3可知，对于各处理杂草量，A与B无显著差异，与C有显著差异，与CK有极显著差异；B与C差异显著，与CK有极显著差异；C与CK无显著差异。由此可见，在地膜覆盖栽培哈椒生育期内，玉米秸秆纤维地膜和水稻秸秆纤维地膜抑制杂草滋生性能相当，抑制杂草滋生性能最好。其抑制杂草滋生量较传统塑料地膜和裸地分别少25%和34%以上，如图2所示。主要是因为两种秸秆纤维地膜的低透光性阻断杂草光合作用，从而抑制杂草滋生。

图2 各处理哈椒及杂草生长情况Fig.2 Situation of green pepper and weed among treatments

2.3 保墒性能

由表3可知，各处理10 cm处土壤含水量，A与B、C无显著差异，与CK有显著差异；B与C无显著差异，与CK有显著差异；C与CK处理有显著差异。由此可见，传统塑料地膜、玉米秸秆纤维地膜和水稻秸秆纤维地膜保墒性能相当，是裸地栽培27.27%以上。原因是由于地膜覆盖，使垄台表面与外界环境间增加一层阻隔层，阻止水分从地表蒸发至空气中，水分直接在膜内凝结回流入垄台，从而使膜内土壤水分得到保持。3种地膜原料、制造工艺不同，但其保墒效果相同。结果与文献[18-20]一致。

2.4 保温性能

由表3可知，各处理地表总积温，A与B无显著差异，A、B与C有极显著差异，A、B与CK无显著差异，C与CK有极显著差异。由此可见，对地表总积温而言，传统塑料地膜增温性能最好，分别较玉米和水稻秸秆纤维地膜和裸地高12.59%和9.88%；玉米秸秆纤维地膜、水稻秸秆纤维地膜和裸地地表总积温无显著差异。

各处理垄台表面下10 cm处总积温，A与B无显著差异，A、B与C有极显著差异，A、B与CK无显著差异，C与CK有极显著差异。由此可见，对于地表下10 cm处总积温而言，传统塑料地膜增温性能最好，分别较玉米和水稻秸秆纤维地膜和裸地高12.84%和12.16%；玉米秸秆纤维地膜、水稻秸秆纤维地膜和裸地的地表下10 cm处总积温无显著差异。这主要是因为秸秆纤维地膜在制造过程中，地膜的纤维孔隙不可能完全充填，使得大气温度低于膜内温度时从膜内向大气散发热量，影响其保温效果，秸秆纤维地膜的低透明性使白天太阳光中的部分红外线不能直接射入膜内垄台，夜间长波辐射的热量因其透气性而散失，导致玉米秸秆纤维地膜和水稻秸秆纤维地膜保温效果不佳。试验结果表明，秸秆纤维地膜在保温性能方面还有改良空间。

2.5 植株高度与作物产量

由表3可知，各处理哈椒生育期平均植株高度和哈椒产量，A与B、C无显著差异，A与CK差异显著；B与C无显著差异，B与CK有显著差异；C与CK差异显著。玉米秸秆纤维地膜、水稻秸秆纤维地膜和传统塑料地膜栽培哈椒生育期平均植株高度及哈椒产量均无显著差异，较裸地栽培的平均植株高度高15.71%，较裸地栽培的哈椒总产量高43.91%～53.66%。传统塑料地膜栽培哈椒增产主要是因为其增温性能和保墒性能，抑制水肥蒸腾挥发，促进了哈椒生长；两种秸秆纤维地膜没有因为保温性能不佳而导致减产，一方面因为其抑制杂草滋生，避免杂草与哈椒争肥，抑制水肥蒸腾挥发，促进哈椒生长；另一方面随着秸秆纤维地膜降解，土壤养分增加所致，曹玲等研究表明，木质素经微生物降解，无机氮素被缓慢释放，为作物吸收利用[21]。

2.6 秸秆纤维地膜降解性能

玉米和水稻秸秆纤维地膜覆盖栽培哈椒降解周期测定与预测结果如图3所示。

图3 两种秸秆纤维地膜降解性能Fig.3 Degradable trend of two kinds of stalk fiber film

玉米秸秆纤维地膜覆盖栽培哈椒时，其降解速率为0.3756 N·d-1，且呈线性规律降解，降解周期为68 d；水稻秸秆纤维地膜覆盖栽培哈椒时，其降解速率为0.2668 N·d-1，同样呈线性规律降解，降解周期为110 d；两种秸秆纤维地膜在覆盖后30～40 d先后开始显现裂纹。二者降解速率和降解周期不同，其主要是因为其原料和组成成分不同，尽管玉米秸秆纤维地膜定量大于水稻秸秆纤维地膜，但水稻秸秆纤维地膜湿强剂量大于玉米秸秆纤维地膜，表明成膜湿强剂对秸秆纤维地膜降解速率和降解周期影响大于定量，不过二者在哈椒生育周期内均可完全降解。

由图4可见，60 d两种秸秆纤维地膜绝大部分已经降解成碎片，部分地膜与地表粘连后地膜逐渐大面积与地表贴合，降解为絮状物质，其结构被破坏，这一结果与大豆秸秆纤维地膜的降解情况相同[6]。此外，图4表明不同成膜工艺水稻秸秆纤维地膜降解速度较玉米秸秆纤维地膜慢，但在哈椒生育期内，两种秸秆纤维地膜均得到有效降解。

图4 60 d两种秸秆纤维地膜状态Fig.4 State of two kinds of stalk fiber film at the 60 d

3 讨论与结论

a.玉米和水稻秸秆纤维地膜覆盖栽培哈椒的抑制杂草性能显著优于传统塑料地膜；两种秸秆纤维地膜、传统塑料地膜之间的保墒性能及对哈椒植株高度和果实产量的影响无显著差异，显著优于裸地栽培；两种秸秆纤维地膜的保温性能显著低于传统塑料地膜，与裸地间无显著差异。

b.不同制膜成分的玉米秸秆纤维地膜和水稻秸秆纤维地膜栽培哈椒的降解速率和降解周期不同，但在110 d内可完全降解还田。

c.尽管两种秸秆纤维地膜的增温效果不明显，但其覆盖栽培哈椒的抑草性能、保墒性能、植株高度和产量均无显著差异，且显著优于裸地栽培，二者均可满足有机覆盖栽培哈椒技术要求。

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Study on the stalk fiber films mulching cultivation green pepper

ZHANG Ying,CHEN Hongrui,DUN Guoqiang,HAN Yongjun,CHEN Haitao
(School of Engineering,Northeast Agricultural University,Harbin 150030,China)

In order to study the properties of the corn stalk fiber film and rice stalk fiber film mulching cultivation crop,and to improve their manufacturing process technology,the randomized block test method was employed to carry out the multiple comparison plot test of cultivating green pepper,and study on the properties of weed suppression,increasing temperature,conserving soil moisture,degradation and effect on height and yield of green pepper of the corn stalk fiber film and rice stalk fiber film,with four treatments which were corn stalk fiber film mulching,rice stalk fiber film mulching,plastic film mulching,and bare land as blank control.The results showed that the properties of weed suppression,increasing temperature and conserving soil moisture were no significant difference between corn stalk fiber film and rice stalk fiber film,and they were completely degraded within 68 and 110 d,respectively;weed suppression performance of two kinds of stalk fiber film was significantly better than traditional plastic film;there were no significant differences in conserving soil moisture properties of stalk fiber film with conventional plastic mulching,and the mulching soil water content was significantly higher than that of bare land;the total soil accumulated temperature of the surface and underground 10 cm was no significant difference between stalk fiber film mulching treatments and control,they were significantly lower than traditional plastic mulching treatment;the green pepper plantheight and yield of stalk fiber film mulching treatments were significantly higher than that of control,and they had no significant difference with the traditional plastic mulching treatment.

stalk fiber film;film mulching cultivation;degradability;randomized block test;green pepper

S316

A

1005-9369（2014）11-0095-06

2013-12-05

“十二五”国家科技支撑计划项目（2012BAD32B02-5）

张颖（1983-），女，助理工程师，硕士，研究方向为农业机械化工程。E-mail:zhangying0604@163.com

*通讯作者：陈海涛，教授，博士生导师，研究方向为农业机械化工程。E-mail:htchen@neau.edu.cn

时间2014-11-21 16:34:00[URL]http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1391.S.20141121.1634.004.html

张颖,陈泓睿,顿国强,等.秸秆纤维地膜覆盖栽培哈椒试验研究[J].东北农业大学学报,2014,45(11):95-100.

Zhang Ying,Chen Hongrui,Dun Guoqian,et al.Study on the stalk fiber films mulching cultivation green pepper[J].Journal of Northeast Agricultural University,2014,45(11):95-100.(in Chinese with English abstract)