降解地膜在春植甘蔗上的应用效果研究

唐国磊，代光伟，冯璐，陈国伟，李晓富，浦明，李如丹

（1云南省农业科学院甘蔗研究所，云南开远 661699；2临沧南华糖业有限公司，云南临沧 677000；3耿马南华糖业有限公司，云南耿马 677500）

0 引言

甘蔗是全球最为重要的糖料作物，中国是全球主要甘蔗种植国和产糖国[1-2]。广西、云南、广东等南方热带亚热带地区是中国糖料蔗主产区。国内甘蔗85%分布在保水较差的旱地[3-4]。地膜覆盖具有明显的保水保温效果，能有效提高作物产量和水分利用率[5-6]，甘蔗全膜覆盖栽培技术保水保温效果良好，甘蔗出苗率和单位面积产量显著提高[7]，地膜覆盖栽培成为蔗区大面积推广的抗旱高产栽培技术。国内蔗区推广的全膜覆盖栽培技术地膜使用量105～150 kg/hm2，由于劳动力短缺，残留地膜不能得到及时回收，地膜残留对土壤结构造成的破坏日趋严重，并影响作物根系发育[8-9]，同时残留地膜缠绕甘蔗收割机刀片降低甘蔗机械收获效率，因此甘蔗种植业的可持续发展受到残留地膜的严重威胁。通过地膜新材料的应用降低塑料地膜的残留污染[10]，关系到农业的可持续发展[11]，降解地膜具备塑料地膜的使用效果[12]，使用后分解为CO2和H2O[13-14]，能有效降低地膜使用后对土壤的污染。降解地膜主要分为生物降解地膜、光降解地膜、混合型的光-生降解地膜。以PBAT 为原料的生物降解地膜降解彻底，但水蒸气透过率高导致保水保温效果差，且使用成本较高；光降解地膜成本较低，但地膜降解容易受光照强度、土壤类型的影响，稳定性较差[15]；光-生降解地膜性能介于两者之间。甘蔗种植主要分为秋植、冬植和春植。其中秋、冬植要求地膜覆盖时间达150 d左右，春植甘蔗有效覆盖时间50～70 d即可。现有降解地膜难以满足秋、冬植甘蔗的覆盖时间要求，但有可能满足春植甘蔗栽培的覆盖时间要求。本研究采用国内技术较为成熟的4 种降解地膜在春植甘蔗上进行覆盖试验，旨在筛选满足春植甘蔗出苗要求、不影响甘蔗后期产量和糖分、降解彻底的降解地膜，降低甘蔗地膜覆盖栽培对土壤造成的污染。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地点位于云南省临沧市耿马县耿马镇弄巴村（东经99°46′、北纬23°55′，海拔1096 m），年平均气温19.2℃，年降雨量1303.6 mm。试验地土壤类型为红壤，土壤容重1.16 g/cm3、pH 5.11、有机质21.09 g/kg、全氮0.133%、全磷2.11%、全钾0.071%、碱解氮114.91 mg/kg、有效磷35.41 mg/kg、速效钾158.19 mg/kg。

1.2 供试材料

甘蔗品种为‘粤糖93-159’(‘YT93-159’)。

试验地膜包括降解1号、降解2号、降解3号、降解4 号、聚乙烯地膜。降解1 号为全生物降解地膜，主要成分PBAT，由广东金发科技有限公司生产；降解2号、降解3 号为双氧生物降解膜，由云南省农业科学院甘蔗研究所研发（配方有差异）；降解4号为光降解膜，主要成分聚乙烯和光敏剂，由山东济宁中艺橡塑公司生产；普通聚乙烯塑料地膜由云南玉溪旭日塑料有限公司生产。5种试验用地膜宽度150 cm，厚度0.012 mm。

1.3 试验设计

田间试验按随机区组设计，5 个处理（5 种试验地膜），每个处理4次重复，共20个试验小区；每个小区4行，行距120 cm，行长10 m，小区面积48 m2。

2021 年3 月5 日下种。采用甘蔗种植机实施开沟、下种、施肥、施药和盖土一体化作业。种植沟行距120 cm，沟深30～35 cm，沟底宽20～25 cm。以甘蔗配方复合肥(N:P2O5:K2O=26:12:7)为底肥施用量1200 kg/km2，杀丹·噻虫嗪45 kg/km2，甘蔗下芽量97500 芽/km2，下种后盖土厚度8～10 cm，盖土后每公顷将自来水150 t与黄腐酸钾干粉600 kg 混合成液态肥后进行沟灌（2021年3月7日）。2021年3月8日将5种试验地膜对新植甘蔗进行全膜覆盖。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 甘蔗苗期及成熟期田间调查在甘蔗地膜覆盖后40、120 d 选每个小区具有代表性的1 行，对甘蔗出苗量进行调查，小区调查面积12 m2。

在甘蔗成熟期（2021 年12 月26 日），每个试验小区选具有代表性的1 行(12 m2)，调查甘蔗株高、茎径、有效茎、锤度、蔗茎实产。锤度取5 株观测值的平均值，株高、茎径调查小区内具有代表性的10 株甘蔗取平均值，有效茎为小区具有代表性1行(12 m2)的数量，蔗茎产量为小区内具代表性1行(12 m2)的实产。

1.4.2 地膜降解特性调查在甘蔗地膜覆盖后40、60、80、100、120 d 对地膜的降解特性进行调查，每个小区调查1 m2。降解分为4 个阶段：（1）诱导期，垄面地膜出现≤5 cm 裂缝或破口的时间；（2）破裂期，地表地膜出现＞5 cm、≤20 cm裂缝或破口的时间；（3）崩裂期，地表地膜出现＞20 cm自然裂缝的时间；（4）无膜期，地膜失去覆盖作用，碎裂成大小不一的片状[16]。

1.4.3 土壤水分和温度测定分别在甘蔗种植覆膜后40、60、80、100、120 d 检测土壤水分、温度。取种植沟0～20 cm土层约20 g新鲜土样装入已知质量铝盒带回实验室，用精度为0.01 g的分析天平称重。揭开盒盖，在(105±2)℃烘箱内将土样烘烤12 h 后测定土壤水分[17]；将弯曲温度计插入20 cm 土层，于上午10:00—11:00进行土壤温度测定。

1.5 数据统计分析

采用IBM SPSS Statistic 26软件进行方差分析，采用Excel制作表格。

2 结果与分析

2.1 降解地膜田间降解比较

由表1可知，地膜覆盖40 d，降解地膜和聚乙烯塑料地膜均保持完好的覆盖。覆盖60 d，以PBAT 为原料的降解1 号地膜进入降解诱导期，而其余处理地膜均保持有效覆盖。覆盖80 d，降解1号发生破口，并逐步脆化，抗拉力强度明显变弱，进入破裂期；降解地膜2 号、3 号出现破口进入诱导期，但保持了相对完好的覆盖。覆盖100 d，降解地膜1 号发生大面积破损，进入崩裂期，完全失去了保水保温效果；降解2号、3号进入破裂期；而降解4 号开始进入诱导期。覆盖120 d，降解1号进入无膜期；降解2号、3号降解速度加快，地膜明显脆化，抗拉力变弱；降解4 号处理进入破裂期。聚乙烯塑料地膜覆盖120 d内始终保持完好的覆盖。

表1 降解地膜田间降解情况

2.2 土壤水分含量变化分析

由表2可知，地膜覆盖40 d，由于地膜均处于有效覆盖期，各处理之间土壤水分含量差异不显著(P＜0.05)。地膜覆盖60 d，降解1 号处理土壤水分含量显著低于其他4个处理。地膜覆盖80 d，5个处理土壤水分含量均高于覆盖60 d。地膜覆盖100 d，降解1号、降解2号、降解3号土壤水分含量高于降解4号和聚乙烯膜覆盖处理(P＜0.05)。地膜覆盖120 d，降解1号、降解2 号土壤水分含量与降解3 号、降解4 号、聚乙烯膜差异显著(P＜0.05)。

表2 土壤水分含量比较%

2.3 土壤温度变化分析

由表3可知，降解1号覆盖40 d处理地温低于其他处理。地膜覆盖60 d，各处理地温均高于覆盖40 d 处理，各处理间差异不显著(P＜0.05)。地膜覆盖80 d，降解1号覆盖处理地温最低，地温表现为降解4号＞聚乙烯膜＞降解3号＞降解2号＞降解1号。地膜覆盖100 d，聚乙烯膜覆盖地温高于其他处理(P＜0.05)。地膜覆盖120 d，聚乙烯地膜覆盖处理的地温显著高于其他处理(P＜0.05)。

表3 土壤温度变化比较℃

2.4 覆盖降解地膜对甘蔗出苗的影响

由表4 可知，地膜覆盖40 d，降解1 号处理甘蔗出苗量最少；降解2号覆盖甘蔗出苗量最多，各处理差异显著(P＜0.05)。地膜覆盖120 d，各处理的出苗量差异变小，甘蔗出苗量降解3号＞降解2号＞降解1号＞聚乙烯膜＞降解4号，但各处理间差异不显著(P＜0.05)，表明4种降解地膜覆盖不影响甘蔗的出苗。

表4 甘蔗出苗量比较株/hm2

2.5 覆盖降解地膜对甘蔗产量和品质影响比较

由表5可知，降解1号覆盖甘蔗株高值最小，但各处理差异不显著(P＜0.05)。降解4 号处理的甘蔗茎径值最大，覆盖聚乙烯塑料膜的处理甘蔗茎径最小，且各处理差异显著。降解2 号处理的甘蔗有效茎最多，降解1号覆盖处理有效茎最少，但各处理差异不显著(P＜0.05)。锤度(Brix)是甘蔗含糖量的重要指标，锤度越高，糖分越高，降解2号、3号覆盖甘蔗锤度高于其他处理(P＜0.05)，降解2 号、降解3 号锤度高于其他处理。降解2号、3号、4号处理的甘蔗产量均高于聚乙烯地膜处理，仅有降解1 号覆盖的处理甘蔗产量低于聚乙烯地膜覆盖的处理，但各处理差异不显著(P＜0.05)。

表5 甘蔗产量和品质比较

3 结论

（1）以PBAT 为主原料的降解膜覆盖60 d 进入降解诱导期。双氧生物降解膜覆盖80 d进入诱导期，降解时间更符合甘蔗生长要求。光降解地膜覆盖100 d进入诱导期，降解效果较差。

（2）降解2号、降解3号覆盖诱导为期80 d，不影响春植甘蔗出苗，在诱导期内保水性能与聚乙烯膜无差异，甘蔗出苗量优于其他处理；但降解2号覆盖后甘蔗糖分和产量综合效果最优。因此降解2号可以扩大应用面积。

4 讨论

国内蔗区春植甘蔗容易受到干旱的胁迫，降解地膜覆盖栽培既可起到聚乙烯地膜的保水功能，同时具备环保和节约劳动力成本的作用。甘蔗生长周期为8个月以上，地膜有效覆盖时间需要70 d以上才能满足甘蔗出苗的要求。本研究中生物降解地膜降解1 号(PBAT)有效覆盖时间为40 d，有大量研究表明PBAT降解诱导期最短[16,18]，目前PBAT降解地膜还难以满足甘蔗出苗的时间要求。本研究中的降解2号、降解3号地膜有效覆盖时间60～80 d，能有效满足甘蔗生产实际需求。

降解2号、降解3号覆盖后，随着地膜的逐步降解，降解地膜逐渐丧失保水功能，但土壤水分并没有明显低于聚乙烯塑料地膜覆盖的处理。其主要原因是在蔗区最缺水的季节（3—4 月）地膜能形成有效的覆盖，5—6 月云南蔗区进入雨季[19-20]，地膜降解反而有利于雨水渗入到土壤，维持了土壤较高的含水量。

有研究发现，在降解地膜的降解诱导期，土壤水分会略低于聚乙烯地膜覆盖[21-22]，其主要原因为PBAT降解材料对水蒸气阻隔性能弱于聚乙烯地膜[23]。降解1号由于使用的材料PBAT 孔隙较多，影响了自身的保水功能[24]，地膜覆盖后，由于生物降解孔隙多、透气性强导致土壤温度低于聚乙烯地膜[25-27]。对甘蔗前期的出苗造成一定的影响。地膜覆盖保水增温效果明显，聚乙烯膜覆盖处理的地温最高[28]，在水分适宜条件下，地温在10～30℃范围，甘蔗出苗速度随地温升高而加快。降解1号诱导期短，导致前期甘蔗出苗迟缓。地膜覆盖120 d后各处理出苗量差异缩小，降解2号、降解3号出苗量优于其他处理，表明只要降解地膜有效覆盖时间满足甘蔗出苗时间的要求就不影响甘蔗出苗。

甘蔗成熟期，降解2号、降解3号覆盖栽培的处理甘蔗糖分（锤度）高于其他处理，降解地膜覆盖并没有影响甘蔗的糖分品质，与杨友军[29]在广东湛江的研究结果一致。覆盖降解地膜后甘蔗株高低于聚乙烯膜覆盖的处理，但甘蔗茎径高于聚乙烯膜覆盖的处理，其原因还需要进一步研究分析。从甘蔗产量分析，覆盖降解膜1 号的处理甘蔗产量最低，但各处理间差异并不显著。