不同生物降解膜在西瓜生产上的应用分析

攸学松，马 超，王广世，陈艳利，穆生奇，张 莹，徐 进*

（1.北京市农业技术推广站，北京 100029；2.北京市延庆区农业技术推广站，北京 102100）

农用地膜已成为我国继种子、化肥、农药之后的第4大农资，根据国家统计局数据显示，我国每年的农用地膜产量和使用量均居世界第1，预计到2024年，我国地膜覆盖面积将达到2 200万hm2，使用量超过200万t[1]；但是，我国地膜回收率低，平均残留率达20%，土壤平均地膜残留量达60 kg/hm2[2]。地膜覆盖技术在带动了我国农业生产力显著提高和生产方式巨大改变的同时，也带来了一系列问题，特别是地膜的不科学使用以及有效回收环节的缺失，导致地膜残留污染日益严重，耕地质量不断下降。

推广应用可降解地膜是解决当前白色污染，实现农业绿色可持续发展的重要途径[3]，目前市场上可降解地膜类型分为全生物型和添加剂型可降解地膜。全生物可降解地膜是指以生物降解材料为主要原料制备的，在自然界中能够通过微生物作用完全“生物降解”的地膜，降解最终产物为二氧化碳和水，对环境无污染[4]。添加剂型可降解地膜是指在传统聚乙烯地膜生产过程中添加降解剂以改变地膜特性，使得聚乙烯在自然环境中被氧化，产生“崩解”，其降解最终产物对环境是否有危害还处于实验室研究阶段。

本试验以聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯（PBAT）、聚乳酸（PLA）、聚亚内基碳酸酯（PPC）等为原料的4种生物降解地膜为试验材料，以普通PE膜为对照，在小型西瓜上开展不同生物降解膜应用试验，调查其在促进生长发育、增产提质方面的效果以及降解情况，以筛选出适宜在北京地区小型西瓜上推广应用的生物降解地膜，为其在北京地区西瓜生产上的推广应用提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验地点位于北京市延庆区香营乡新庄堡基地，设施类型为塑料大棚，棚宽12 m、长60 m。肥力条件为中等，壤土，3月5日—4月15日播种育苗，3月25日旋耕、起垄，4月5日铺膜，4月19日定植，吊蔓栽培。采用膜下微喷灌溉，整个生育期共浇水4次，分别为底水、伸蔓水、膨瓜水和定瓜水，每667 m2浇水量总计约110 m3；定植前每667 m2施有机肥800 kg作底肥，伸蔓期和膨瓜期每667 m2分别追施冲施肥20 kg；6月29日进行收获考种。

1.2 试验材料

供试地膜包括华盛、清田、金发、弘睿4种品牌全生物降解地膜和普通PE膜，具体特性如表1所示。供试西瓜品种为超越梦想，种子购于市场。

表1 不同生物降解地膜基本情况

1.3 试验设计

试验设置5个处理（表1），以普通PE膜为对照，以4种品牌全生物降解地膜为试验材料，开展西瓜覆膜栽培试验。每处理3次重复，小区面积24 m2，随机区组设计，地膜均为全畦覆盖。

1.4 测定内容与方法

覆膜效果指标测定：用地温计调查各处理不同生育期10 cm土层的地温情况，自4月27日起，每10 d测量1次，于10：00在每个处理取3个点位进行测温，计算平均值；调查各处理西瓜50%植株进入某生育期的苗龄天数和日期；成熟后每处理随机选择10个瓜进行测产，然后采用折光糖度计分别测量中心和边际可溶性固形物含量[5-6]。

农膜降解速率观测：每个处理选择1个固定样点进行定点观测，分别观测各处理进入诱导期、开裂期、大裂期、碎裂期以及无膜期的时间。在覆膜后第30天起，每5 d进行1次观测，直至收获。阶段划分：阶段A—诱导期，指垄面地膜出现多处（每1 m长地膜出现3处及以上）≤2 cm自然孔缝的时间；阶段B—开裂期，指垄面地膜出现＞2 cm且＜20 cm自然孔缝的时间；阶段C—大裂期，指垄面地膜出现≥20 cm自然孔缝的时间；阶段D—碎裂期，指垄（畦）面地膜出现碎裂，最大地膜残片面积≤16 cm2的时间；阶段E—无膜期，指垄（畦）面地膜基本见不到地膜残片的时间。

1.5 数据处理

应用Origin 2023软件进行试验数据处理分析。

2 结果与分析

2.1 不同农膜处理对10 cm土层温度的影响

如表2所示，P2处理的土壤温度在4月27日和5月7日均显著高于对照和其他处理，分别比对照高出3.5 ℃和1.5 ℃，比P4高出3.0 ℃和3.5 ℃；在5月17日，P2显著高于除对照外的其他可降解农膜处理，提温效果最好；而P1、P3在5月7日、5月17日的土壤温度则均显著低于对照；而在生育中后期，P4在6月17日、6月27日温度最高，均显著高于其他处理，原因是白色地膜透光，升温快。由此可知，P2在定植初期至授粉期的提温效果最佳。

表2 不同农膜对10 cm土层温度的影响 ℃

2.2 不同农膜降解速率观测

由表3可知，对照在西瓜全生育期内未出现明显降解情况，P3在农膜有效覆膜期仅出现诱导期，P1、P2、P4均出现了诱导期和开裂期。各处理地膜降解速率从大到小（降解快慢）顺序分别为P4＞P1＞P2＞P3＞CK，诱导期最短的为P4，覆膜45 d后即出现≤2 cm自然孔隙，覆膜60 d后进入开裂期，出现＞2 cm裂缝；P1、P2分别自覆膜后50、50 d和65、60 d进入诱导期和开裂期。P3在覆膜55 d后进入诱导期，90 d进入开裂期，几种降解农膜至生育期结束均未进入大裂期。因此在降解速率方面，P4、P1、P2表现较好。

表3 不同农膜的田间降解情况

2.3 不同农膜处理西瓜的生长发育情况

由表4可知，不同农膜处理对生育期影响差异不显著。在进入伸蔓期，P2苗龄为35 d，比其他处理早1 d，这与其较好的提温效果一致；在进入开花期、膨瓜期，P2苗龄分别为53 d和64 d，对照和P3均分别为54 d和65 d，比P2晚1 d。最后，对照和P3全生育期均为96 d，P1、P2、P4的全生育期均为95 d。

表4 不同农膜覆盖西瓜生育期情况

2.4 不同农膜处理对西瓜产量和品质的影响

因本试验西瓜管理上采用人工授粉，坐瓜率基本一致，产量与单瓜质量呈正相关，由表5可知，4种可降解农膜与对照的产量关系为P2＞P4＞CK＞P3＞P1，其中对照组单瓜质量为1.56 kg，折合667 m2产量为2 808 kg；P2单瓜质量为1.65 kg，折合667 m2产量为2 964 kg，较对照显著增产5.56%，表现最好；其次为P4，单瓜质量为1.58 kg，折合667 m2产量为2 844 kg，较对照增产1.28%，但与对照差异不显著；P1、P3的667 m2产量分别为2 160、2 406 kg，均显著低于对照。品质方面，P1、P2、P4中心可溶性固形物均显著优于对照，尤以P2最优，较对照高出1.10百分点；边际可溶性固形物方面，4种生物降解膜处理均显著高于对照，P2表现最优，为10.62%，高于对照1.25百分点。由于农膜的主要作用是在生育初期保温、提墒及抑制杂草，后期气温升高或会影响西瓜生长，适时降解则有利于西瓜生长，因此得出，P2西瓜产量与品质表现均最优。

表5 不同农膜覆盖的西瓜产量与品质分析

2.5 不同农膜处理的成本效益分析

如表6所示，供试4种全生物降解膜的市场价格相同，均为35元/kg，每667 m2用量约为5.8～6.0 kg，每667 m2成本为203～210元。普通PE农膜价格约为10元/kg，每667 m2用量约为5.5 kg，每667 m2成本约为55元。667 m2农膜使用总成本方面，生物降解膜比普通农膜高出148～155元。

表6 不同农膜投入成本比较

但在效益方面，全生物降解农膜可在西瓜收获后与残秧一起粉碎还田，进而实现完全降解，减少了单独捡拾农膜用工，每667 m2可减少用工1个，产生效益约150元。综合来看，生物降解膜与普通农膜之间成本与效益相当，具备推广价值。

3 讨论与结论

近年来，随着农业生产的高度发展，聚乙烯农膜的持续使用，我国基于农膜残留的土壤面源污染愈发严重，给农业生产和土壤环境带来巨大的负面影响。针对这一现状，国内外相继开展了大量的可降解农膜研究[7-8]，包括基于玉米淀粉（CS）、热塑性淀粉（TPS）、聚乳酸（PLA）、聚ε-己内酯（PCL）等多糖类原材料的新配方，以及用于农用地膜的关键评价以及水和光相互作用后的降解情况等，国内亦有较为成熟的研究成果和生产厂商。基于此，本试验在北京地区小型西瓜生产上开展了试验，对所选的几种以PBAT或PPC为主要原料的全生物降解膜开展应用评价。

可降解农膜的适用性评价指标包括覆盖效果（对作物生长发育和产量品质影响）、降解速率以及成本效益等，覆盖效果又因作物不同而各异[9]。生物降解膜的降解速率主要取决于聚合物的结构、诱导期的长短和外界的环境条件，通常同一类型可降解农膜中，厚度越大则农膜降解速率越慢，栽培密度越大则降解越慢，覆土部分比不覆土部分降解慢。农膜的降解速率又通过影响保墒保温性间接影响植株的生长发育期长短和后期产量品质，因此需根据作物类型、茬口、种植模式、栽培密度、地域以及肥水等条件综合考虑选用[10]。在西瓜生产上，不同地膜覆盖对其产量和品质影响不同，金发全生物降解农膜与对照聚乙烯农膜相比可以提高西瓜产量和品质，这与白有帅等[11]研究结论类似；另外，降解速率与成本效益情况，在推广应用中同样应该得到关注。

从本试验可以得出，可降解农膜中PBAT可降解膜（P1、P2）与PPC可降解膜（P4）在北京地区西瓜生产上运用效果较好。从覆盖效果、降解情况以及成本效益来看，全生物降解膜在西瓜生产上均可以满足西瓜生长的需要，其中P2（金发）产量最高，而P4（华盛）降解效率最高，可节省后期部分捡拾成本，适合在北京地区春大棚小型西瓜生产中使用。但从目前来看，其经济效益并不十分明显，普通农户或者园区在生产中自发使用存在困难。

因此，在推广过程中有以下几方面建议：一方面是加大降解膜科研投入，降低企业生产和销售成本，提高其经济效益；另一方面是加大推广示范力度，研究出台针对全生物降解膜使用的奖补政策，引导发展绿色生产。