不同颜色全生物降解地膜增温效果及对辣椒产量的影响

摘要：为了明确不同颜色全生物可降解地膜对湖北省高山地区辣椒（Capsicum frutescens L.）生长发育的影响，采用田间试验，以不覆膜、白色和黑色聚乙烯地膜为对照，分析了白色和黑色全生物降解地膜的增温作用、降解性能和辣椒产量。结果表明，辣椒生育前期（覆膜后12～33 d）是地膜增温的主要时期，覆膜种植主要提高该时期5 cm土层土壤温度；全生物降解地膜增温效果与聚乙烯地膜相近，白色地膜增温效果优于黑色地膜；全生物降解地膜诱导期在40～54 d，白色地膜降解速度比黑色地膜快，不利于抑制杂草生长；全生物降解地膜未改变辣椒产量高峰期，主要提高第5～8次采摘期辣椒产量。综合考虑保温、抑制杂草、产量等因素，湖北省高山辣椒露天栽培推荐使用厚度为0.01 mm，主要成分为PBAT、PLA的黑色全生物降解地膜。

关键词：全生物降解地膜；增温效果；辣椒（Capsicum frutescens L.）；产量

中图分类号：S641.3；S341.9 文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2024）09-0129-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2024.09.022 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

The warming effect of fully biodegradable film mulching with different colors and its effect on pepper yield

HONG Tao1， WANG Bao1， CHEN Zheng-hong2 ， HOU Yao3， XUE Jing-jing3，

ZHENG Yu4， LIU Zhi-gang4， ZHANG Zhi-yi5，6

（1. Ezhou Meteorological Bureau， Ezhou 436000， Hubei， China； 2.Hubei Provincial Meteorological Service Center， Wuhan 430000， China；

3. Liangzihu District Meteorological Bureau in Ezhou City， Ezhou 436060， Hubei， China； 4.Changyang Tujia Autonomous County Agricultural Environment Protection Station， Changyang 443500， Hubei， China； 5.Institute of Plant Protection and Soil Fertilizer/Hubei Engineering and Technology Research Center of Agricultural Non-point Source Pollution Control， Hubei Academy of Agricultural Sciences， Wuhan 430064， China；

6.National Agricultural Environment Observation and Experimental Station in Qianjiang/Qianjiang Scientific Observation and Experimental Station of Agro-Environment and Arable Land Conservation，Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Qianjiang 433116， Hubei， China）

Abstract： In order to clarify the influence of biodegradable film with different colors on the growth and development of pepper （Capsicum frutescens L.） in the alpine region of Hubei Province， field experiments were conducted to analyze the warming effect， degradation performance and pepper yield of white and black fully biodegradable film by setting up no film， white polyethylene film and black polyethylene film as controls. The results showed that the early growth stage of pepper （12～33 d after film mulching） was the main period of warming， and the film mulching mainly increased the temperature of the 5 cm soil layer during this period. The warming effect of fully biodegradable film was similar to that of polyethylene film， and the warming effect of white film was better than that of black film. The induction period of fully biodegradable film was 40～54 d， and the degradation rate of white biodegradable film was faster than that of black biodegradable film， which was not conducive to inhibiting the growth of weeds. Fully biodegradable film did not change the peak of pepper production， mainly increasing the yield of pepper from the 5th to 8th picking period. Considering factors such as insulation， weed suppression and yield， it was recommended to use 0.01 mm black fully biodegradable film made of PBAT and PLA for pepper cultivation in the alpine region of Hubei Province.

Key words： fully biodegradable film； warming effect； pepper （Capsicum frutescens L.）； yield

地膜覆盖栽培是在农业生产中广泛应用的技术措施，具有增加土壤温度、保持土壤墒情、防除杂草、改善土壤养分供应能力的作用，可以节省农时、增加作物产量、提高经济效益［1］。研究表明，地膜覆盖栽培可以显著提高大多数作物的产量，增幅一般在20%～50%［2］。目前，中国已经成为世界上地膜生产量和地膜覆盖面积最大的国家［3］。尽管大量使用地膜覆盖可以带来经济收益，但由于目前地膜材料基本上为聚乙烯，存在着难降解的特性，而地膜捡拾回收因费工费时、回收率低，导致土壤环境污染问题加剧［4］。全生物降解地膜的应用为解决该问题提供了新的思路，一方面，全生物降解地膜对土壤水分、温度以及作物生长的影响与传统的聚乙烯地膜相当［5］；同时，全生物降解地膜还具有无需回收和对环境友好的特点［6］。因此，应用全生物可降解地膜是目前治理地膜污染、发展绿色农业的重要途径。

辣椒（Capsicum frutescens L.）是湖北省的主要蔬菜，全生物降解地膜在辣椒上的增温、增产效果已经得到证实，但是已有研究集中在江汉平原地区不同材质降解地膜对辣椒生产的影响［7，8］，对于高山蔬菜区，特别是不同颜色全生物降解地膜的增温、增产效果鲜有报道。本试验选用黑色和白色全生物降解地膜产品，以湖北省宜昌市高山区辣椒种植农田为对象，通过大田试验研究不同颜色全生物降解地膜的增温、降解特性和产量效应，为地膜污染防控和全生物降解地膜在高山蔬菜产区的推广提供数据支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地点

试验位于湖北省宜昌市长阳土家族自治县贺家坪镇贺家坪村巴楚蔬菜科技园（30°36′29.83″N，110°51′26.9″E）。气候类型为亚热带气候，年均气温16.5 ℃，年均降雨1 366.2 mm，海拔660 m。

1.2 试验方法

1.2.1 田间试验设置 田间试验设计5个处理，分别为不覆膜（CK）、覆盖白色聚乙烯地膜（PEb）、覆盖白色全生物降解地膜（BMb）、覆盖黑色聚乙烯地膜（PEh）、覆盖黑色全生物降解地膜（BMh）。试验用全生物降解地膜使用寿命符合GB/T 35795—2017［9］中规定的Ⅱ类，厚度均为0.01 mm，材质为PLA（聚乳酸）和PBAT（聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯）聚合物。田间试验重复3次，随机区组排列，小区面积为21.6 m2，试验小区四周设置保护行。

供试作物为辣椒，品种为新优 511。一垄双行种植，垄宽60 cm，沟宽40 cm。起垄前一次性施用复合肥1 500 kg/hm2（N、P2O5、K2O养分含量均为16%）。起垄后人工覆膜，地膜宽均为100 cm。2023年5月23日翻耕起垄，5月24 日移栽，行距40 cm、株距40 cm，“Z”字形排列，定植密度37 500株/hm2。覆膜前全面清除小区田面残留的地膜残茬、大土块、石头等，保证土面平整。

1.2.2 测试指标与方法 辣椒生育期12～124 d利用探针式电子温度计（精度±0.1 ℃，TP101型，武强县盛鑫仪表厂）监测5、10、15 cm土层温度，覆盖当天起，每隔7 d测定1次，每次固定在14：00采集监测数据。

1.2.3 辣椒农艺性状及产量测定 分小区分次计产。各小区根据辣椒成熟情况，分次采收。共计采收8次，采摘时间分别为移栽后61、67、71、80、91、100、111、119 d。

1.2.4 生物降解膜降解性能的评测 每个小区选定50 cm×50 cm的区域进行观测，每7 d观测1次。记录供试地膜破损情况和不同降解阶段出现日期。地膜降解分级指标参照杨惠娣等［10］的方法分为5个阶段：A阶段（诱导期），地膜开始出现1～2 cm裂纹；B阶段（开裂期），地膜出现20～50 cm裂缝；C阶段（大裂期），地膜出现20～50 cm裂缝，数量增多；D阶段（碎裂期），地膜出现均匀网状裂纹，无大块地膜存在；E阶段（无膜期），基本无地膜存在。

1.3 数据处理

采用Excel 2010、DPS 7.05统计分析软件进行数据处理和显著性水平分析，采用Origin2018作图。

2 结果与分析

2.1 全生物降解地膜覆盖对土壤温度的影响

辣椒生育前期，5 cm土层土壤温度呈下降趋势（图1），这可能是由于辣椒移栽初期，遇到气温骤降，导致土壤温度下降。随后，随着辣椒的生长和根系的逐渐发育，土壤温度开始上升。在覆膜后12～33 d，不同处理方法下的土壤温度差异明显。BMh和BMb分别比CK高1.03～2.60 ℃和1.40～5.67 ℃；PEh和PEb分别比CK高0.74～2.00 ℃和1.56～4.27 ℃。可以看出，无论是全生物降解地膜还是聚乙烯地膜，白色地膜增温幅度要高于黑色地膜，增加量约为2 ℃。对于相同颜色的地膜，全生物降解地膜与聚乙烯地膜的增幅相近。覆膜后40～75 d，所有处理5 cm土层土壤温度都达到了一个相对较高的峰值，在27 ℃左右，在这个时期，不同处理之间的土壤温度差异不明显，这可能是因为该时期环境温度较高，减弱了地膜覆盖对土壤温度的影响。覆膜后96～124 d，BMh和BMb土壤平均温度分别比CK高1.00和0.30 ℃；而PEh和PEb土壤平均温度均比CK高约2 ℃。这表明全生物降解地膜在辣椒生育后期的增温效果低于聚乙烯地膜。

在辣椒的整个生育期内，10 cm土层的土壤温度变化趋势与5 cm土层的土壤温度变化趋势相似（图2）。这表明土壤温度的变化不仅局限于表层，而且对更深层的土壤也有一定的影响。在辣椒移栽后的12～33 d，不同处理的土壤温度差异较大。其中，采用覆膜处理的土壤平均温度比CK高0.96～3.40 ℃，这种温度的提升可能有助于辣椒的早期生长，促进根系的快速发育和植株的健康成长。覆膜后40～75 d，全生物降解地膜对10 cm土层没有表现出增温效果。覆膜后96～124 d，全生物降解地膜处理的土壤温度与CK相近，聚乙烯地膜比CK高约1.5 ℃。不同时期，10 cm土层黑色和白色地膜增温效果相近。

对于15 cm土层土壤温度（图3），在覆膜后12～19 d，各覆膜处理比CK高2.08～3.01 ℃，黑色地膜和白色地膜之间的增温差异不大。覆膜70 d后，除PEb外，各覆膜处理对15 cm土层土壤温度的影响较小。在辣椒生育期内，仅PEb处理比CK高约1 ℃。

辣椒整个生育期内，覆膜处理各土层平均温度均高于不覆膜处理（图4）。其中，5 cm土层土壤平均温度由高到低依次为PEb、BMb、BMh、PEh、CK，4个覆膜处理分别比CK高2.13、1.44、1.26、1.06 ℃，表明5 cm土层白色地膜增温效果优于黑色地膜。10 cm土层BMb和PEb土壤平均温度比CK高1.27 ℃左右；而BMh和PEh土壤平均温度比CK高0.80 ℃左右，表明地膜颜色同样会影响10 cm土层平均温度，白色地膜增温效果优于黑色地膜，但是聚乙烯地膜和全生物降解地膜增温效果相近。15 cm土层，与CK相比，BMb和PEb土壤平均温度增幅相近，均在1.30 ℃左右；而BMh和PEh土壤平均温度分别增加0.93、0.46 ℃。综上所述，同一材质的地膜，各土层均发现白色地膜增温效果优于黑色地膜；同一颜色地膜，5、10、15 cm土层增温效果与聚乙烯地膜相近。

2.2 全生物降解地膜的降解性能

由表1可知，BMh和BMb下的地膜诱导期分别出现在覆膜后54 d和40 d，开裂期均在覆膜后61 d。与BMb相比，BMh的诱导期延长了14 d。BMh和BMb的大裂期分别在覆膜后96 d和82 d，其中BMh在辣椒全部收获时尚未达到碎裂期和无膜期，而BMb在覆膜后103 d出现碎裂期，这可能是由于白色全生物降解地膜未能有效抑制杂草，加速地膜降解。傅玺豪等［7］在生物降解地膜对辣椒生长发育的研究中同样发现，全生物降解地膜过早破裂，加速了地面杂草生长。已有报道显示，PBAT、PLA等材质使用寿命为Ⅱ类的全生物降解地膜诱导期在57～93 d时，对江汉平原地区辣椒产量的增产效果与聚乙烯地膜相近［7，8，11］。本试验全生物降解地膜诱导期在40～54 d，略短于已有报道。

2.3 全生物降解地膜覆盖对辣椒产量的影响

不同采摘时期辣椒产量（图5）表明，第1～4次辣椒采摘期，辣椒单次产量大约在1 000 kg/hm2；第5～8次辣椒采摘期，辣椒的单次产量超过了3 000 kg/hm2，该时期是辣椒产量高峰期。通过对比不同类型地膜处理的辣椒产量，发现在第1～2次采摘期，聚乙烯地膜辣椒产量高于全生物降解地膜处理。随着辣椒生长发育，全生物降解膜处理下辣椒的单次产量逐渐增加，并且逐渐接近聚乙烯地膜处理［11］。在第5～8次采摘期，BMh和BMb下辣椒的单次产量分别比CK提高了1 047～1 130 kg/hm2和1 311～1 753 kg/hm2，略高于或接近聚乙烯地膜。各覆膜处理辣椒总产量相近，在26 557～28 518 kg/hm2，比CK高4 287～ 6 249 kg/hm2。综上可知，地膜覆盖主要提高辣椒总产量，并未改变辣椒产量出现的高峰期。

3 讨论

全生物降解地膜主要提高辣椒生育前期5 cm土层土壤温度。由于地膜覆盖通过提升土壤温度和微生物活性，加快聚合物材料分子链断裂，提高了降解地膜分解速度，失去保温作用［12，13］。因此，一般情况下作物生长的前期，聚乙烯地膜与生物降解膜处理的土壤温度并无显著差异，生育后期聚乙烯地膜处理的土壤温度高于全生物降解地膜［14，15］。本研究结果与前人研究结果相似，在辣椒生育前期各覆膜处理各土层土壤温度比不覆膜对照均有所提高；辣椒生育后期仅覆盖黑色和白色全生物降解地膜处理5 cm土层土壤温度比不覆膜对照高，10 cm和15 cm全生物降解地膜基本失去保温作用。降解地膜对土壤的保温作用与其降解程度密切相关［16］。黑色和白色全生物降解地膜的诱导期分别出现在覆膜后54、40 d，开裂期均出现在覆膜后61 d，大裂期则分别出现在覆膜后82、96 d。因此，全生物降解地膜降解性能与增温趋势基本一致，对辣椒生育前期土壤的保温作用优于生育后期，对5 cm土层保温效果优于10 cm和15 cm土层。

两种颜色全生物可降解地膜没有改变辣椒产量出现的高峰期，而是通过提高辣椒第5～8次采摘期产量，促进辣椒总产量提升。在第5～8次采摘期，黑色和白色全生物降解地膜处理辣椒的单次采摘产量比对照提高了1 047～1 753 kg/hm2。研究表明，覆膜通过改善辣椒生长土壤温度，提高辣椒产量、株高和叶面积等生长特征参数，相较于无膜种植辣椒产量提高66.7%［17］。辣椒生育前期表层土壤温度是影响辣椒产量的重要因素，全生物降解地膜通过提高该时期表层土壤温度提高作物产量［9］。本试验结果显示，两种颜色全生物降解地膜覆盖均增加辣椒生育前期5 cm土层土壤温度，虽然白色降解地膜增温效果优于黑色生物降解地膜，但从产量上来看并未表现出明显差异。这可能与白色全生物降解地膜降解过快，抑制杂草能力低于黑色地膜有关。张淑敏等［18］的研究表明，相比白色地膜，黑白配色地膜和黑色地膜可以抑制膜下杂草的光合作用和生长，具有显著的抑草效应。白色全生物降解地膜易受辣椒生育后期田间杂草影响而破裂，增加作物生育期田间管理成本［7，8］。为了兼顾抑草和增温保墒作用、利于辣椒生长，实际生产中可以选择黑色全生物降解地膜用于山区辣椒种植。

4 小结

全生物降解地膜可以提高5 cm土层土壤温度，辣椒生育前期BMh和BMb下5 cm土层土壤温度分别比CK高1.03～2.60 ℃和1.40～5.67 ℃；辣椒生育后期高0.30～1.00 ℃。其中，白色地膜增温效果优于黑色地膜，相差约2 ℃。

全生物降解地膜覆盖未改变辣椒产量高峰期，辣椒产量集中在后4次采摘中，但产量明显比不覆膜对照增加，与聚乙烯地膜总产量相近。综合分析地膜在抑草、增温保墒、辣椒生长等方面的作用，实际生产中可以选择黑色全生物降解地膜用于山区辣椒种植。

参考文献：

［1］ DING F， LI S， Lü X T， et al. Opposite effects of nitrogen fertilization and plastic film mulching on crop N and P stoichiometry in a temperate agroecosystem［J］. Journal of plant ecology，2019，12（4）：682-692.

［2］ 李 真， 何文清， 刘恩科， 等.聚乙烯地膜降解过程与机理研究进展［J］.农业环境科学学报， 2019， 38（2）： 268-275.

［3］ 丁 凡， 李诗彤， 王 展， 等.塑料和可降解地膜的残留与降解及对土壤健康的影响：进展与思考［J］.湖南生态科学学报， 2021， 8（3）： 83-89.

［4］ 赵 岩， 陈学庚， 温浩军， 等.农田残膜污染治理技术研究现状与展望［J］.农业机械学报， 2017， 48（6）： 1-14.

［5］ 王 斌， 万艳芳， 王金鑫， 等.PBAT型全生物降解膜对南疆番茄产量及土壤理化性质的影响［J］.农业资源与环境学报， 2019， 36（5）： 640-648.

［6］ 曹晓庆， 李 璐， 张锋伟， 等.五种常见可降解地膜的研究应用现状和展望［J］.核农学报， 2023， 37（5）： 1076-1087.

［7］ 傅玺豪， 朱建强， 范先鹏， 等.生物降解地膜对辣椒生长发育的影响［J］.湖北农业科学， 2024， 63（1）： 75-80.

［8］ 杨 雅， 李 涛， 朱建强， 等.生物降解地膜降解特性及其应用对辣椒生长发育的影响［J］.中国农业大学学报， 2023， 28（7）： 79-92.

［9］ GB/T 35795—2017，全生物降解农用地面覆盖薄膜［S］.

［10］ 杨惠娣，唐赛珍.降解塑料试验评价方法探讨［J］.塑料，1996（2）：16-22.

［11］ 李兴需， 王 芸， 张志毅， 等.不同全生物降解地膜在辣椒大田生产中的应用效果［J］.中国蔬菜， 2023（6）： 48-52.

［12］ GIL-CASTELL O， BADIA J D， KITTIKORN T， et al. Impact of hydrothermal ageing on the thermal stability，morphology and viscoelastic performance of PLA/sisal biocomposites［J］. Polymer degradation and stability， 2016， 132： 87-96.

［13］ 徐 松， 王敬敬， 周婷婷， 等.聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯塑料地膜高效降解菌群筛选及其群落结构演替特征［J］.微生物学通报， 2018， 45（11）： 38-49.

［14］ 李仙岳， 彭遵原， 史海滨， 等.不同类型地膜覆盖对土壤水热与葵花生长的影响［J］.农业机械学报，2015， 46（2）： 97-103．

［15］ 王 斌， 万艳芳， 王金鑫， 等.全生物降解膜对南疆棉花产量及土壤理化性质的影响［J］.中国棉花， 2019， 46（10）： 9-13.

［16］ 王一帆，林 涛，王 冬，等.生物降解地膜和灌溉定额对棉田土壤水热特性的影响［J/OL］. 作物杂志， 1-11［2024-06-19］. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.1808.s.20231116.1045.004.html.

［17］ 陈 晨， 张刘东， 倪匡迪.红壤土覆膜种植条件下辣椒生长特征研究［J］.东北农业大学学报， 2022， 53（9）： 67-79.

［18］ 张淑敏， 宁堂原， 刘 振， 等.不同类型地膜覆盖的抑草与水热效应及其对马铃薯产量和品质的影响［J］.作物学报， 2017， 43（4）： 571-580.

收稿日期：2024-07-12

基金项目：“农业资源保护修复与利用”项目（HBXX-202204-F017；HBXX-202306-F024）；湖北省气象局科技项目（2022Y15）

作者简介：洪 涛（1968-），男，湖北鄂州人，高级工程师，主要从事农业气象服务研究，（电话）13607234637（电子信箱）852887577@qq.com；

通信作者，张志毅（1988-），男，河北邢台人，副研究员，主要从事土壤养分管理和障碍修复研究，（电子信箱）zhangzy@hbaas.com。

洪 涛，王 保，陈正洪，等. 不同颜色全生物降解地膜增温效果及对辣椒产量的影响［J］. 湖北农业科学，2024，63（9）：129-133．