南疆机采棉田利于残膜回收的宽窄双膜栽培模式研究*

马麒，徐守振，宿俊吉，李吉莲，林海，宁新柱

(1. 新疆农垦科学院棉花研究所/农业农村部西北内陆区棉花生物学与遗传育种重点实验室/ 新疆兵团棉花改良与高产栽培重点实验室，新疆石河子，832000；2. 甘肃农业大学农学院，兰州市，730070)

0 引言

新疆是中国重要的农产品生产基地，覆膜种植总面积达3 478 khm2，年地膜投入量超过200 kt，是全国残膜污染最为严重区域，具有代表性[1-3]。新疆是我国最重要的产棉区，南疆更是重中之重。据统计，新疆南疆棉花种植面积约占全疆的2/3[4]。新疆作为中国棉花主产区，地膜覆盖面积及使用量均居全国首位，残膜污染问题尤为严重[5-7]，影响了棉花发育生长及产量[8-9]，降低了农机作业质量[10]及造成了棉纺织品异性纤维含量超标[11-13]，诸多问题表明地膜使用与农业生态环境保护及农业绿色可持续发展之间的矛盾日益突出[14]。

近年来，新疆棉田残膜污染引发的危害日渐凸显，最直接的是对棉花生育性状及产量造成一定的影响。主要表现在影响棉花出苗质量，抑制棉花根系生长发育，最终降低棉花产量水平[15]。此外，随着新疆机采棉的大面积推广，棉田残膜会对机采原棉造成污染，异性纤维增多，部分残膜混入机采棉中导致机采棉含杂率增加，导致原棉品质下降[16-17]。

目前，新疆棉田残膜回收的方法主要有以下3种：(1)通过使用可降解地膜代替难以降解的聚氯乙烯塑料薄膜；(2)通过机械回收残膜；(3)通过机械加人工辅助进行残膜回收作业。但上述三种方法在机采棉生产中的应用效果均不佳。首先，可降解地膜存在成本高、技术不成熟，降解不可控等问题[15]，难以在生产上大面积推广应用；其次，人工进行残膜回收效率低、成本高。虽然机械回收作业是目前棉田残膜污染治理的最佳方式[16]，但回收效果不理想，只能回收部分残膜，且回收成本相对较高，如果要实现90%以上的残膜回收还需要一定的人工辅助作业。因此通过优化农艺栽培措施来提高残膜回收效率是一条可能的途径。

我国新疆南疆地区干旱少雨、盐碱较重，近年来随着棉花膜下滴灌技术的不断发展与完善，在生产上南疆部分地区一般采用双膜覆盖栽培技术。双膜覆盖栽培技术不仅能起到增温保墒作用，能够有效实现一播全苗，而且在出苗前起到防风、防雨、防板结的作用，对保苗、增产和提质具有明显作用[18]。但目前生产上所用的常规双膜栽培技术依然存在下膜回收难、机采棉原棉残膜污染严重、残膜回收成本较高等系列问题。为了从根本上解决南疆机采棉田残膜污染严重、残膜回收成本高，以及机采原棉含杂率较高的问题。本研究在常规机采棉田一膜4行、株行距配置为(66+10)cm的基础上，发明了一种利于残膜回收的宽窄双膜栽培模式T。并以南疆早中熟陆地棉新陆中45号为试验材料，以生产上推广的常规双膜栽培模式为对照(CK)，研究在两种栽培模式(T和CK)下棉田残膜的回收率、回收成本、纤维品质及产量性状的差异性，以期为新疆机采棉田残膜高效回收提供重要依据和参考信息。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料为生产上推广的早中熟陆地棉品种新陆中45号。该品种生育期135 d左右，属早中熟陆地棉品种，株型相对紧凑、植株塔型、丰产、吐絮集中畅快、纤维品质优良、抗逆性较好。

1.2 试验设计与方法

1.2.1 试验设计

试验于2018—2019年在新疆生产建设兵团第二师植棉团场29团开展，具体地点为29团8连二斗七条田。选择品种为新陆中45号。田间试验共设常规双膜栽培模式(CK)和利于残膜回收的宽窄双膜栽培2种模式(图1)。本研究以目前生产上常用的(66+10)cm的机采棉株行距配置方式为基础，一膜4行种植，株距9.5 cm。常规双膜覆盖栽培方式是下膜打穴点播，然后覆盖上膜，上下膜宽度相同，均为1.25 cm。而宽窄双膜栽培模式是在常规双膜栽培模式基础上进行创新性地改进，即在铺膜播种时同样覆盖双层膜，只是下膜覆盖宽度为60 cm的窄膜，也就是只覆盖图1(b)中播种行中间66 cm的部分区域，且不覆盖播种穴孔，上膜覆宽度为1.25 cm全膜，上膜两边覆土压边，上膜处于全密封状态。试验所用地膜均为国标地膜，上膜厚度为0.008 mm，下膜厚度为0.01 mm。每种覆膜栽培模式各设置3个重复，每个重复为1个小区，小区面积为30 m2，种植留苗密度为22.5万株/hm2。其他生产条件同当地大田。

(a) 常规双膜覆盖栽培模式

(b) 宽窄双膜覆盖栽培模式

1.2.2 宽窄双膜栽培模式下残膜的回收方法

利于残膜回收的宽窄双膜覆盖栽培模式下的揭膜方法：待子叶出土后，出苗约60%～70%时，人工及时揭掉上膜，揭掉的上膜完整度好，韧性较好，可继续回收利用。揭掉上膜后，只保留60 cm的下膜，下膜同样具有增温、透光、保墒及防杂草的作用。待棉花生长至铃期，人工揭掉下膜，下膜由于只覆盖图2中66 cm播种行的部分区域，在残膜回收时基本不受棉株对残膜回收的影响，可基本实现残膜100%回收。

1.2.3 产量、品质性状指标的测定

吐絮期调查每个小区实际株数及总铃数，计算单株结铃数(个)。收获期在每个试验小区中随机收取棉株中部30个考种铃，室内考种测其衣分(%)、单铃重(g)等产量构成性状，以各小区收获实际株数和铃重及衣分计算籽棉、皮棉产量(kg/hm2)。轧花后取棉样约10 g左右送农业农村部棉花品质监督检验测试中心，利用棉花大容量纤维检测仪HVI9 000测定其纤维长度(mm)、断裂比强度(cN/tex)、马克隆值、整齐度指数(%)及伸长率(%)等主要纤维品质性状指标。

1.2.4 数据统计与分析

利用 Microsoft Excel 2007 进行数据整理分析，利用 SPSS 26.0进行产量、品质及其构成性状指标的比较分析。

2 结果与分析

2.1 棉田残膜回收效率及成本分析

对宽窄双膜覆盖栽培模式下连续两年的残膜回收率和回收成本进行分析，并与常规双膜覆盖栽培模式进行比较。结果发现，宽窄双膜覆盖栽培模式下，通过人工揭上膜，机械揭下膜，当年棉田残膜回收率可达到100%，而常规双膜栽培模式下，通过人工揭上膜，仅依靠机械而不通过人工辅助的方式揭下膜，当年棉田残膜回收率仅为85%。从残膜回收成本来看，宽窄双膜栽培模式下残膜回收成本相对较低，为120～150元/hm2，而常规双膜的回收成本则相对较高，为525～600元/hm2(表1)。结果表明，在宽窄双膜栽培模式下，棉田残膜回收率可提高15%，残膜回收成本可降低27%～30%，说明宽窄双膜栽培模式在提高残膜回收率和降低残膜回收成本方面优势显著。

表1 宽窄双膜与常规双膜栽培模式的比较Tab. 1 Comparison of new double film and conventional double film cultivation mode

2.2 对产量及产量构成性状的影响

对宽窄双膜栽培模式(T)下棉纤维产量性状指标与常规双膜覆盖栽培模式(CK)下进行差异比较分析。研究发现，与常规覆双膜栽培模式相比，在宽窄双膜栽培模式下，新陆中45号的单铃重、单株结铃数、籽指均相对较低，除单株结铃数在2018年表现出显著性(P<0.05)差异外，其余均没有表现出显著性差异；而在宽窄双膜栽培模式下，新陆中45号的籽棉产量、皮棉产量则相对较高，但未表现出显著差异性(P>0.05)；此外，在宽窄双膜栽培模式下，新陆中45号的衣分在2018年表现出高于常规双膜栽培模式(CK)，但在2019年则表现出低于对照(图2)。整体来看，宽窄双膜栽培模式下棉纤维产量性状指标与常规双膜覆盖栽培模式下相比，差异并不显著(P>0.05)，说明宽窄双膜栽培模式对新陆中45号的产量及其产量性状指标影响不明显。

2.3 对纤维品质及其品质构成性状的影响

对宽窄双膜栽培模式下纤维品质构成性状指标与常规双膜覆盖栽培模式(CK)下进行差异性比较分析。结果发现，在宽窄双膜栽培模式下，新陆中45号的纤维长度、整齐度指数、伸长率相对较低，但差异性不显著(P>0.05)；而在宽窄双膜栽培模式下，新陆中45号的断裂比强度、马克隆值2018年表现出低于对照，但2019年则表现出高于对照，且差异没有达到显著性水平(图3)。综合来看，宽窄双膜栽培模式下棉纤维品质性状指标与常规双膜覆盖栽培模式下相比，差异并不显著，说明宽窄双膜栽培模式对棉花纤维品质的影响同样不明显。

图2 两种双膜栽培模式下纤维产量及构成性状的比较

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

(d) 两种栽培模式下整齐度指数的差异性比较 (e) 两种栽培模式下伸长率的差异性比较图3 两种双膜栽培模式下纤维品质性状的比较Fig. 3 Comparison of fiber quality traits under two double film cultivation modes

3 讨论

3.1 在残膜回收中节本增效方面优势显著

目前，新疆棉区残膜回收主要是秋后收膜，通常采用机械起膜配合人工捡拾的模式，根据新疆生产建设兵团《农田残膜污染治理三年行动攻坚计划》，机械化回收能达到 65%～80%[3]，只有配合人工采取“三捡三平”残膜回收方式(“三捡三平”方式即在翻地、整地、播种等3种耕作条件时实施人工捡拾地膜作业)，两者结合回收可实现当年膜的回收率达93%以上[3, 19]。这主要原因是在常规覆膜栽培模式下，地膜覆盖整个植株播种行的全膜，收获结束后对残膜进行机械或人工回收时，由于植株对残膜回收的干扰，容易造成残膜回收效率较低，且回收成本相对较高，常规双膜栽培模式下，残膜回收成本费用约在525～600元/hm2。而宽窄双膜栽培模式则不同，残膜的回收在棉花盛铃期内完成，在回收时由于下膜的宽度仅有60 cm，并没有覆盖植株播种行，在残膜回收时基本不受植株对残膜回收的干扰，回收相对容易，并且回收效率较高，成本也相对较低，残膜回收成本费用仅为120～150元/hm2，节本率为75.0%～77.1%。因此，宽窄双膜栽培技术在残膜回收的节本增效方面优势显著。

3.2 对棉花产量和品质的影响不明显

地膜覆盖的增产增效的机制首先在于改善土壤生态环境，即水、热状况，进而活化土壤养分，使养分有效性和水分利用效率得以提高[20]。研究发现，宽窄双膜覆盖栽培模式与现有的常规双膜覆盖栽培模式相比，最大的优势在于能够实现当年残膜的完全回收。同时发现，在宽窄双膜覆盖栽培模式下，新陆中45号的单铃重、单株结铃数、籽指均降低，但差异不显著(P>0.05)；籽棉产量、皮棉产量则有所提高，但未表现出显著差异性(P>0.05)；新陆中45号的纤维长度、整齐度指数、伸长率均降低，但差异也不显著(P>0.05)。上述研究结果表明，宽窄双膜栽培模式可有效实现当年残膜的完全回收，且不造成其纤维品质及产量性状指标的显著降低。这说明利用宽窄双膜栽培模式且在铃期揭下膜的情况下，棉纤维的产量、品质性状的差异不明显。近年生产实践证明，全生育期覆盖地膜，会导致棉株生育后期侧根量偏少、根层浮浅，难以吸收充足的养分，且中后期土壤温度偏高，会加快棉株的早衰，从而影响产量和品质[8]。也有研究表明，地膜覆盖会因作物生长前期土壤水分和养分耗竭严重，后期会出现严重的脱水脱肥现象，从而导致减产[21]。因此，新疆机采棉田铃期至收获期是否需要覆盖地膜是一个值得研究和关注的问题。利于残膜回收的宽窄双膜栽培模式在出苗期至铃期因在下膜两侧播种，播种行并没有覆盖地膜，这可能对棉花的生育进程有一定的影响，但后期由于铃期揭掉下膜，提高了土壤的通透性，有利于植株根系呼吸，加快水分和养分的吸收，从而弥补了前期因播种行无膜覆盖造成的影响。

3.3 对棉花绿色、可持续发展具有重要作用

地膜覆盖栽培技术的广泛应用虽然极大地促进了我国农业的发展，但大量残留地膜容易造成“白色污染”，对农业生产、农业环境的安全造成了巨大的威胁。农田残膜污染已经成为影响农业环境、破坏土壤结构、危害作物正常生长发育并造成农作物减产的重要因素之一[22]。宽窄双膜栽培模式是以常规机采棉株行距模式(66+10)cm为基础，在铺膜播种时覆双层膜，由于下膜的宽度只有66 cm，而并没有完全覆盖植株播种行，因此在残膜回收时，不受棉株对残膜回收的干扰，可实现100%的回收，并且回收的地膜完整度相对较好，可进一步加以利用。因此，宽窄双膜覆盖栽培模式在解决残膜污染土壤和环境方面具有无可替代的作用和优势。从保护生态环境方面来看，生态效益十分显著，它能够有效实现残膜的100%回收，因此可从根本上消除残膜对耕地土壤结构的破坏。这对于实现新疆棉花的绿色、可持续发展具有重大意义。

3.4 宽窄双膜栽培模式能有效减少机采棉异性纤维

近年来，机采棉中夹杂异性纤维的现象日趋严重，棉纺织品中夹入的异性纤维严重困扰着纺织品的质量，造成棉纱降等、布面“疵点”、索赔或是退货事件日渐增多。据悉，一个1万锭的棉纺厂，每年需要60～80人挑拣“三丝”。一个中型棉纺企业，每天要用300～400人挑拣“三丝”，每年付出的工资高达200多万元[23]。而在宽窄双膜覆盖栽培模式下，通过第1次揭膜和铃期第2次揭膜，基本能够保证当年残膜的完全回收。因此，在收获期采棉机作业时，棉田地表完全没有地膜，这能够有效保证机采原棉中无残膜混入，可大大降低机采棉异性纤维的含量，进而减少纺纱时挑拣异性纤维的人工费用，提高纺纱品质量。

3 结论

以南疆早中熟陆地棉新陆中45号为试验材料，以生产上推广的常规双膜栽培模式为对照(CK)，研究发现在一种利于残膜回收的宽窄双膜覆盖栽培模式下，棉田残膜回收率提高15%，残膜回收成本可降低27%～30%；新陆中45号的单铃重、单株结铃数、籽指均降低，但差异不显著(P>0.05)；籽棉产量、皮棉产量则有所提高，但未表现出显著差异性(P>0.05)。纤维品质指标方面，纤维长度、整齐度指数、伸长率均降低，但差异也不显著(P>0.05)。证明宽窄双膜栽培模式可有效实现当年残膜的完全回收，且不造成其纤维品质及产量性状指标的显著降低。研究结果对解决南疆机采棉残膜回收难度大、成本高、效率低、机采棉原棉品质差等问题具有重要作用，对机采棉的绿色、可持续发展具有重要现实意义。这对于类似南疆的干旱半干旱地区因地膜覆盖引起的“白色污染” 起到根本性的治理作用，可有效实现未来棉花产业乃至整个干旱半干旱地区农业的绿色、可持续发展。