生物全降解地膜在曲靖烤煙生產(chǎn)中的應(yīng)用研究

高華鋒，王全會(huì)，楊麗平，秦汝平，敖金成，趙 翠，肖毅恒

（1.云南省曲靖市煙草公司，云南 曲靖 655000；2.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，昆明 650201）

地膜覆蓋因其具有明顯的增溫、保墑、減蒸、抑制雜草等諸多優(yōu)勢(shì)，在干旱半干旱［1-3］、高寒等區(qū)域雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)上被廣泛應(yīng)用，是提高作物產(chǎn)量和高效用水的最佳栽培方式，在中國(guó)糧食作物增產(chǎn)方面貢獻(xiàn)巨大［4］。在受資源缺乏和積溫不足的區(qū)域，地膜覆蓋面積廣，使用強(qiáng)度大［5，6］。然而聚乙烯分子較高的結(jié)晶度與相對(duì)分子質(zhì)量、較強(qiáng)的疏水性與分子作用力導(dǎo)致其難以被降解［7］，使用后大量地膜碎片長(zhǎng)期殘留于農(nóng)田土壤中，對(duì)土壤及農(nóng)事作業(yè)、作物生長(zhǎng)及農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)產(chǎn)生不利影響［8，9］，形成嚴(yán)重的白色污染。劉中敏等［10］研究指出，解決該問(wèn)題的最好途徑就是降解材料的研制和開(kāi)發(fā)應(yīng)用。因此，開(kāi)發(fā)可降解地膜，并在不同作物上推廣應(yīng)用成為研究熱點(diǎn)［11-14］，并且眾多研究認(rèn)為替代常規(guī)地膜技術(shù)是可行的［11］。

曲靖市地處云貴高原中部滇東高原向黔西高原過(guò)渡地帶，屬低緯高原亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，宜煙耕地面積超過(guò) 56 萬(wàn) hm2，年均烤煙產(chǎn)量達(dá) 1.75×105t，是云南最大的烤煙產(chǎn)區(qū)，地膜用量大。研究認(rèn)為，生物降解膜適用于烤煙的覆蓋應(yīng)用［15］，應(yīng)用于煙草生產(chǎn)是可行的［16］。然而，地膜的降解性能受環(huán)境的影響較大［17，18］。有研究認(rèn)為，湖南永州植煙區(qū)烤煙地膜覆蓋栽培宜選用60 d 開(kāi)始降解的生物降解地膜［19］。另外，使用成本、用量遠(yuǎn)高于普通PE 膜［20］，使得生物降解地膜推廣應(yīng)用受阻，而且不同生物全降解地膜在特定煙區(qū)條件下降解特性及其綜合效應(yīng)研究鮮見(jiàn)報(bào)道。為此，本研究在曲靖核心煙區(qū)開(kāi)展新型可降解地膜的篩選，為曲靖煙區(qū)篩選出適于烤煙生產(chǎn)應(yīng)用的可降解地膜提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)域概況

試驗(yàn)于2019 年4—9 月在曲靖市馬龍縣舊縣鄉(xiāng)進(jìn)行，地處東經(jīng) 103°23′10″，北緯 25°20′20″，區(qū)域平均海拔2 000 m，年降雨量1 032 mm，年日照時(shí)間大于1 900 h，無(wú)霜期大于240 d。供試土壤為紅壤，移栽前基礎(chǔ)養(yǎng)分有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效磷、速效鉀含量分別為 24.5 g∕kg、137.09 mg∕kg、35.22 mg∕kg、191.17 mg∕kg，pH 為 5.47。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)3 個(gè)處理，即常規(guī)黑色PE（CK）膜、黑色全生物降解地膜（T1）、白色全生物降解地膜（T2）。常規(guī)PE 膜厚度為0.010 mm，全生物降解地膜厚度為0.012 mm，寬均為100 cm。供試品種為當(dāng)?shù)刂髟钥緹熎贩N云煙97。采用漂浮育苗方式育苗?？緹熡?019 年4 月15 日移栽，肥料用量、烤煙栽培及田間管理與常規(guī)種植一致。采用隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)，每個(gè)處理 667 m2，設(shè) 3 次重復(fù)。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 土壤溫濕度 分別于覆膜后間隔10 d，培土之后間隔20 d，在15：00 使用土壤溫濕度測(cè)量?jī)x記錄各處理土壤10～15 cm 深度的溫濕度，常規(guī)溫度測(cè)量膜外溫度。

1.3.2 降解率 于中耕培土前，每個(gè)處理隨機(jī)調(diào)查10 株，即壟面 600 cm 長(zhǎng)，間隔 10 d 調(diào)查 1 次，記錄地膜降解開(kāi)裂日期及開(kāi)裂長(zhǎng)度。培土覆蓋后，間隔20 d 調(diào)查1 次，直至烤煙采烤結(jié)束觀察地膜降解速度，以地膜碎片大小確定降解程度（按5 級(jí)降解程度劃分）。

1.3.3 降解膜抗張強(qiáng)度和抗張力 抗張強(qiáng)度和抗張力依據(jù)GB∕T 12914—2008 紙和紙板抗張強(qiáng)度的測(cè)定進(jìn)行。

1.3.4 土壤關(guān)鍵養(yǎng)分 土壤主要養(yǎng)分速效氮、速效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)含量及pH 測(cè)定均參照文獻(xiàn)［21］進(jìn)行。

1.3.5 煙葉化學(xué)成分 煙葉化學(xué)成分水溶性總糖、鉀、總植物堿、氯、總氮、淀粉含量的測(cè)定分別參考標(biāo)準(zhǔn) YC∕T 159—2002、YC∕T 217—2007、YC∕T 160—2002、YC∕T162—2011、YC∕T161—2002、YC∕T 216—2007 進(jìn)行。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用SPSS 16.0 和Excel 2007 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同覆膜處理對(duì)土壤保溫保濕效果的影響

從移栽后10、20、30 d、40 d 的土溫調(diào)查數(shù)據(jù)（表1）可以看出，不同覆膜處理的土壤溫度差異不明顯，但總體以白色全降解地膜保溫效果較其他處理好，常規(guī)PE 膜次之，其中覆膜后30 d 常規(guī)PE 膜處理土壤溫度顯著高于黑色全降解地膜（P＜0.05），與白色全降解地膜無(wú)顯著差異（P＞0.05）。全降解地膜土壤保墑效果整體上低于常規(guī)PE，2 種顏色生物全降解地膜保墑效果不同調(diào)查期規(guī)律性不同，差異不顯著（P＞0.05）。

2.2 不同覆膜處理中膜的物理特性及降解特征

從表2 可以看出，常規(guī)PE 新膜抗張力和抗張強(qiáng)度均大于全降解地膜，3 個(gè)處理間差異不顯著（P＞0.05）。覆膜150 d 后，常規(guī)PE 膜的抗張力和抗張強(qiáng)度極顯著大于2 種試驗(yàn)全生物降解地膜（P＜0.01），黑色和白色全降解地膜的抗張力和抗張強(qiáng)度差異不顯著（P＞0.05），但黑色全降解膜降解率達(dá)63.73%，白色全降解地膜降解率達(dá)55.41%，常規(guī)PE 地膜降解率為0，說(shuō)明黑色全降解地膜降解得更快，這可能與其力學(xué)性能差有關(guān)。

表1 不同覆膜對(duì)土壤保溫保濕效果的影響

表2 不同處理地膜的物理特性及降解特征

2.3 破裂特征分析

從表3 可以看出，黑色全降解地膜降解較快，移栽后35 d 開(kāi)始開(kāi)裂，且平均開(kāi)裂長(zhǎng)度達(dá)6.5 cm，較白色全降解地膜提前15 d，而常規(guī)PE 地膜未見(jiàn)開(kāi)裂，說(shuō)明黑色全降解地膜降解較快。

表3 不同地膜破裂特征分析

2.4 不同覆膜處理對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

從表4 可以看出，與常規(guī)的PE 地膜相比，生物全降解地膜處理的植煙土壤堿解氮、速效磷和速效鉀含量略低于PE 地膜處理，但黑色生物全降解地膜處理土壤有機(jī)質(zhì)含量高于PE 地膜和白色生物全降解地膜處理，白色生物全降解地膜和PE 地膜處理土壤pH 一致。這可能與全降解地膜覆蓋致使養(yǎng)分發(fā)生一定流失或更有利于植株吸收養(yǎng)分，而常規(guī)PE 膜因?yàn)槲唇夷?duì)養(yǎng)分淋溶損失產(chǎn)生阻隔效應(yīng)有關(guān)，因而對(duì)照土壤的養(yǎng)分水平優(yōu)于全降解地膜處理。

2.5 不同覆膜處理對(duì)中上部煙葉化學(xué)成分協(xié)調(diào)性的影響

從表5 可以看出，覆膜類型對(duì)中上部煙葉化學(xué)成分協(xié)調(diào)性有一定影響。試驗(yàn)中，B2F 等級(jí)煙葉化學(xué)成分綜合指數(shù)大小關(guān)系表現(xiàn)為T2＞T1＞CK，C3F等級(jí)煙葉化學(xué)成分綜合指數(shù)大小關(guān)系表現(xiàn)為T2＞CK＞T1。說(shuō)明白色全降解地膜對(duì)中上部煙葉常規(guī)化學(xué)成分協(xié)調(diào)性有正效應(yīng)。

表4 不同覆膜對(duì)土壤關(guān)鍵養(yǎng)分含量的影響

表5 不同覆膜對(duì)中上部煙葉化學(xué)成分協(xié)調(diào)性的影響

3 討論與結(jié)論

韓冬梅等［22］研究表明，與對(duì)照相比，降解地膜對(duì)不同土層溫度均有較好的提升效果，5～10 cm 土層增溫幅度達(dá)4.8%～9.9%，較對(duì)照平均增濕0.6%～0.13%。唐文雪等［23］研究了地膜降解特征對(duì)土壤水熱效應(yīng)和玉米產(chǎn)量的影響，指出不同降解膜降解速率有明顯差異，具有顯著的保墑性能，但隨著破損程度的增加，保墑性能降低。本試驗(yàn)中，全降解地膜的保溫保濕效果整體低于常規(guī)PE 地膜，且白色全降解地膜保溫效果優(yōu)于黑色全降解地膜。這與崔磊等［24］研究氧化-生物雙降解地膜因過(guò)早降解顯著降低了土壤溫度、土壤水分結(jié)果一致。云南一般自4月10 日起對(duì)烤煙膜下小苗開(kāi)始移栽，至5 月10 日常規(guī)移栽基本結(jié)束，5 月、6 月中上旬正值云南旱季，而本試驗(yàn)降解地膜新膜及移栽后150 d 膜的抗張力和抗張強(qiáng)度值均低于常規(guī)PE 地膜，黑色全降解地膜在移栽后35 d 出現(xiàn)開(kāi)裂，失去保墑效應(yīng)。增溫保墑性能是降解膜能否應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐的重要指標(biāo)［25，26］。因此，生物全降解地膜過(guò)早降解，不利于前期植煙土壤的保墑作用，生物全降解地膜在曲靖煙區(qū)使用應(yīng)進(jìn)一步驗(yàn)證。

生物降解地膜對(duì)煙葉化學(xué)成分的協(xié)調(diào)性有一定的正效應(yīng)。樊俊等［16］研究認(rèn)為，地膜覆蓋的烤煙農(nóng)藝性狀、煙葉產(chǎn)量和化學(xué)成分協(xié)調(diào)性好于露地對(duì)照，以普通地膜最好，其次為生物降解地膜。本試驗(yàn)中，生物降解地膜處理煙葉化學(xué)成分協(xié)調(diào)性整體優(yōu)于常規(guī)PE 地膜處理，其中以白色全降解地膜效果最佳，這與高維常等［27］研究結(jié)論一致，說(shuō)明白色全降解地膜對(duì)改善煙葉品質(zhì)具有正效應(yīng)，這可能與生物降解地膜覆蓋有利于改善煙株光合作用有關(guān)［15］。

綜上所述，在曲靖核心煙區(qū)使用全生物降解地膜覆蓋栽培是可行性的，既可降低揭膜的人工成本，也能在一定程度提高煙葉品質(zhì)，雖然目前生物降解地膜的成本較高，使用量較大，但隨著高效低成本的生物降解膜開(kāi)發(fā)出來(lái)，烤煙全生物降解地膜覆蓋栽培的應(yīng)用前景廣闊。