不同顏色全生物降解地膜增溫效果及對(duì)辣椒產(chǎn)量的影響

摘要：為了明確不同顏色全生物可降解地膜對(duì)湖北省高山地區(qū)辣椒（Capsicum frutescens L.）生長(zhǎng)發(fā)育的影響，采用田間試驗(yàn)，以不覆膜、白色和黑色聚乙烯地膜為對(duì)照，分析了白色和黑色全生物降解地膜的增溫作用、降解性能和辣椒產(chǎn)量。結(jié)果表明，辣椒生育前期（覆膜后12～33 d）是地膜增溫的主要時(shí)期，覆膜種植主要提高該時(shí)期5 cm土層土壤溫度；全生物降解地膜增溫效果與聚乙烯地膜相近，白色地膜增溫效果優(yōu)于黑色地膜；全生物降解地膜誘導(dǎo)期在40～54 d，白色地膜降解速度比黑色地膜快，不利于抑制雜草生長(zhǎng)；全生物降解地膜未改變辣椒產(chǎn)量高峰期，主要提高第5～8次采摘期辣椒產(chǎn)量。綜合考慮保溫、抑制雜草、產(chǎn)量等因素，湖北省高山辣椒露天栽培推薦使用厚度為0.01 mm，主要成分為PBAT、PLA的黑色全生物降解地膜。

關(guān)鍵詞：全生物降解地膜；增溫效果；辣椒（Capsicum frutescens L.）；產(chǎn)量

中圖分類號(hào)：S641.3；S341.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：0439-8114（2024）09-0129-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2024.09.022 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（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

地膜覆蓋栽培是在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的技術(shù)措施，具有增加土壤溫度、保持土壤墑情、防除雜草、改善土壤養(yǎng)分供應(yīng)能力的作用，可以節(jié)省農(nóng)時(shí)、增加作物產(chǎn)量、提高經(jīng)濟(jì)效益［1］。研究表明，地膜覆蓋栽培可以顯著提高大多數(shù)作物的產(chǎn)量，增幅一般在20%～50%［2］。目前，中國(guó)已經(jīng)成為世界上地膜生產(chǎn)量和地膜覆蓋面積最大的國(guó)家［3］。盡管大量使用地膜覆蓋可以帶來經(jīng)濟(jì)收益，但由于目前地膜材料基本上為聚乙烯，存在著難降解的特性，而地膜撿拾回收因費(fèi)工費(fèi)時(shí)、回收率低，導(dǎo)致土壤環(huán)境污染問題加?。?］。全生物降解地膜的應(yīng)用為解決該問題提供了新的思路，一方面，全生物降解地膜對(duì)土壤水分、溫度以及作物生長(zhǎng)的影響與傳統(tǒng)的聚乙烯地膜相當(dāng)［5］；同時(shí)，全生物降解地膜還具有無需回收和對(duì)環(huán)境友好的特點(diǎn)［6］。因此，應(yīng)用全生物可降解地膜是目前治理地膜污染、發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)的重要途徑。

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溫、增產(chǎn)效果已經(jīng)得到證實(shí)，但是已有研究集中在江漢平原地區(qū)不同材質(zhì)降解地膜對(duì)辣椒生產(chǎn)的影響［7，8］，對(duì)于高山蔬菜區(qū)，特別是不同顏色全生物降解地膜的增溫、增產(chǎn)效果鮮有報(bào)道。本試驗(yàn)選用黑色和白色全生物降解地膜產(chǎn)品，以湖北省宜昌市高山區(qū)辣椒種植農(nóng)田為對(duì)象，通過大田試驗(yàn)研究不同顏色全生物降解地膜的增溫、降解特性和產(chǎn)量效應(yīng)，為地膜污染防控和全生物降解地膜在高山蔬菜產(chǎn)區(qū)的推廣提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)位于湖北省宜昌市長(zhǎng)陽土家族自治縣賀家坪鎮(zhèn)賀家坪村巴楚蔬菜科技園（30°36′29.83″N，110°51′26.9″E）。氣候類型為亞熱帶氣候，年均氣溫16.5 ℃，年均降雨1 366.2 mm，海拔660 m。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 田間試驗(yàn)設(shè)置 田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)5個(gè)處理，分別為不覆膜（CK）、覆蓋白色聚乙烯地膜（PEb）、覆蓋白色全生物降解地膜（BMb）、覆蓋黑色聚乙烯地膜（PEh）、覆蓋黑色全生物降解地膜（BMh）。試驗(yàn)用全生物降解地膜使用壽命符合GB/T 35795—2017［9］中規(guī)定的Ⅱ類，厚度均為0.01 mm，材質(zhì)為PLA（聚乳酸）和PBAT（聚己二酸/對(duì)苯二甲酸丁二酯）聚合物。田間試驗(yàn)重復(fù)3次，隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積為21.6 m2，試驗(yàn)小區(qū)四周設(shè)置保護(hù)行。

供試作物為辣椒，品種為新優(yōu) 511。一壟雙行種植，壟寬60 cm，溝寬40 cm。起壟前一次性施用復(fù)合肥1 500 kg/hm2（N、P2O5、K2O養(yǎng)分含量均為16%）。起壟后人工覆膜，地膜寬均為100 cm。2023年5月23日翻耕起壟，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。覆膜前全面清除小區(qū)田面殘留的地膜殘茬、大土塊、石頭等，保證土面平整。

1.2.2 測(cè)試指標(biāo)與方法 辣椒生育期12～124 d利用探針式電子溫度計(jì)（精度±0.1 ℃，TP101型，武強(qiáng)縣盛鑫儀表廠）監(jiān)測(cè)5、10、15 cm土層溫度，覆蓋當(dāng)天起，每隔7 d測(cè)定1次，每次固定在14：00采集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

1.2.3 辣椒農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量測(cè)定 分小區(qū)分次計(jì)產(chǎn)。各小區(qū)根據(jù)辣椒成熟情況，分次采收。共計(jì)采收8次，采摘時(shí)間分別為移栽后61、67、71、80、91、100、111、119 d。

1.2.4 生物降解膜降解性能的評(píng)測(cè) 每個(gè)小區(qū)選定50 cm×50 cm的區(qū)域進(jìn)行觀測(cè)，每7 d觀測(cè)1次。記錄供試地膜破損情況和不同降解階段出現(xiàn)日期。地膜降解分級(jí)指標(biāo)參照楊惠娣等［10］的方法分為5個(gè)階段：A階段（誘導(dǎo)期），地膜開始出現(xiàn)1～2 cm裂紋；B階段（開裂期），地膜出現(xiàn)20～50 cm裂縫；C階段（大裂期），地膜出現(xiàn)20～50 cm裂縫，數(shù)量增多；D階段（碎裂期），地膜出現(xiàn)均勻網(wǎng)狀裂紋，無大塊地膜存在；E階段（無膜期），基本無地膜存在。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010、DPS 7.05統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和顯著性水平分析，采用Origin2018作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 全生物降解地膜覆蓋對(duì)土壤溫度的影響

辣椒生育前期，5 cm土層土壤溫度呈下降趨勢(shì)（圖1），這可能是由于辣椒移栽初期，遇到氣溫驟降，導(dǎo)致土壤溫度下降。隨后，隨著辣椒的生長(zhǎng)和根系的逐漸發(fā)育，土壤溫度開始上升。在覆膜后12～33 d，不同處理方法下的土壤溫度差異明顯。BMh和BMb分別比CK高1.03～2.60 ℃和1.40～5.67 ℃；PEh和PEb分別比CK高0.74～2.00 ℃和1.56～4.27 ℃?？梢钥闯?，無論是全生物降解地膜還是聚乙烯地膜，白色地膜增溫幅度要高于黑色地膜，增加量約為2 ℃。對(duì)于相同顏色的地膜，全生物降解地膜與聚乙烯地膜的增幅相近。覆膜后40～75 d，所有處理5 cm土層土壤溫度都達(dá)到了一個(gè)相對(duì)較高的峰值，在27 ℃左右，在這個(gè)時(shí)期，不同處理之間的土壤溫度差異不明顯，這可能是因?yàn)樵摃r(shí)期環(huán)境溫度較高，減弱了地膜覆蓋對(duì)土壤溫度的影響。覆膜后96～124 d，BMh和BMb土壤平均溫度分別比CK高1.00和0.30 ℃；而PEh和PEb土壤平均溫度均比CK高約2 ℃。這表明全生物降解地膜在辣椒生育后期的增溫效果低于聚乙烯地膜。

在辣椒的整個(gè)生育期內(nèi)，10 cm土層的土壤溫度變化趨勢(shì)與5 cm土層的土壤溫度變化趨勢(shì)相似（圖2）。這表明土壤溫度的變化不僅局限于表層，而且對(duì)更深層的土壤也有一定的影響。在辣椒移栽后的12～33 d，不同處理的土壤溫度差異較大。其中，采用覆膜處理的土壤平均溫度比CK高0.96～3.40 ℃，這種溫度的提升可能有助于辣椒的早期生長(zhǎng)，促進(jìn)根系的快速發(fā)育和植株的健康成長(zhǎng)。覆膜后40～75 d，全生物降解地膜對(duì)10 cm土層沒有表現(xiàn)出增溫效果。覆膜后96～124 d，全生物降解地膜處理的土壤溫度與CK相近，聚乙烯地膜比CK高約1.5 ℃。不同時(shí)期，10 cm土層黑色和白色地膜增溫效果相近。

對(duì)于15 cm土層土壤溫度（圖3），在覆膜后12～19 d，各覆膜處理比CK高2.08～3.01 ℃，黑色地膜和白色地膜之間的增溫差異不大。覆膜70 d后，除PEb外，各覆膜處理對(duì)15 cm土層土壤溫度的影響較小。在辣椒生育期內(nèi)，僅PEb處理比CK高約1 ℃。

辣椒整個(gè)生育期內(nèi)，覆膜處理各土層平均溫度均高于不覆膜處理（圖4）。其中，5 cm土層土壤平均溫度由高到低依次為PEb、BMb、BMh、PEh、CK，4個(gè)覆膜處理分別比CK高2.13、1.44、1.26、1.06 ℃，表明5 cm土層白色地膜增溫效果優(yōu)于黑色地膜。10 cm土層BMb和PEb土壤平均溫度比CK高1.27 ℃左右；而BMh和PEh土壤平均溫度比CK高0.80 ℃左右，表明地膜顏色同樣會(huì)影響10 cm土層平均溫度，白色地膜增溫效果優(yōu)于黑色地膜，但是聚乙烯地膜和全生物降解地膜增溫效果相近。15 cm土層，與CK相比，BMb和PEb土壤平均溫度增幅相近，均在1.30 ℃左右；而BMh和PEh土壤平均溫度分別增加0.93、0.46 ℃。綜上所述，同一材質(zhì)的地膜，各土層均發(fā)現(xiàn)白色地膜增溫效果優(yōu)于黑色地膜；同一顏色地膜，5、10、15 cm土層增溫效果與聚乙烯地膜相近。

2.2 全生物降解地膜的降解性能

由表1可知，BMh和BMb下的地膜誘導(dǎo)期分別出現(xiàn)在覆膜后54 d和40 d，開裂期均在覆膜后61 d。與BMb相比，BMh的誘導(dǎo)期延長(zhǎng)了14 d。BMh和BMb的大裂期分別在覆膜后96 d和82 d，其中BMh在辣椒全部收獲時(shí)尚未達(dá)到碎裂期和無膜期，而BMb在覆膜后103 d出現(xiàn)碎裂期，這可能是由于白色全生物降解地膜未能有效抑制雜草，加速地膜降解。傅璽豪等［7］在生物降解地膜對(duì)辣椒生長(zhǎng)發(fā)育的研究中同樣發(fā)現(xiàn)，全生物降解地膜過早破裂，加速了地面雜草生長(zhǎng)。已有報(bào)道顯示，PBAT、PLA等材質(zhì)使用壽命為Ⅱ類的全生物降解地膜誘導(dǎo)期在57～93 d時(shí)，對(duì)江漢平原地區(qū)辣椒產(chǎn)量的增產(chǎn)效果與聚乙烯地膜相近［7，8，11］。本試驗(yàn)全生物降解地膜誘導(dǎo)期在40～54 d，略短于已有報(bào)道。

2.3 全生物降解地膜覆蓋對(duì)辣椒產(chǎn)量的影響

不同采摘時(shí)期辣椒產(chǎn)量（圖5）表明，第1～4次辣椒采摘期，辣椒單次產(chǎn)量大約在1 000 kg/hm2；第5～8次辣椒采摘期，辣椒的單次產(chǎn)量超過了3 000 kg/hm2，該時(shí)期是辣椒產(chǎn)量高峰期。通過對(duì)比不同類型地膜處理的辣椒產(chǎn)量，發(fā)現(xiàn)在第1～2次采摘期，聚乙烯地膜辣椒產(chǎn)量高于全生物降解地膜處理。隨著辣椒生長(zhǎng)發(fā)育，全生物降解膜處理下辣椒的單次產(chǎn)量逐漸增加，并且逐漸接近聚乙烯地膜處理［11］。在第5～8次采摘期，BMh和BMb下辣椒的單次產(chǎn)量分別比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。各覆膜處理辣椒總產(chǎn)量相近，在26 557～28 518 kg/hm2，比CK高4 287～ 6 249 kg/hm2。綜上可知，地膜覆蓋主要提高辣椒總產(chǎn)量，并未改變辣椒產(chǎn)量出現(xiàn)的高峰期。

3 討論

全生物降解地膜主要提高辣椒生育前期5 cm土層土壤溫度。由于地膜覆蓋通過提升土壤溫度和微生物活性，加快聚合物材料分子鏈斷裂，提高了降解地膜分解速度，失去保溫作用［12，13］。因此，一般情況下作物生長(zhǎng)的前期，聚乙烯地膜與生物降解膜處理的土壤溫度并無顯著差異，生育后期聚乙烯地膜處理的土壤溫度高于全生物降解地膜［14，15］。本研究結(jié)果與前人研究結(jié)果相似，在辣椒生育前期各覆膜處理各土層土壤溫度比不覆膜對(duì)照均有所提高；辣椒生育后期僅覆蓋黑色和白色全生物降解地膜處理5 cm土層土壤溫度比不覆膜對(duì)照高，10 cm和15 cm全生物降解地膜基本失去保溫作用。降解地膜對(duì)土壤的保溫作用與其降解程度密切相關(guān)［16］。黑色和白色全生物降解地膜的誘導(dǎo)期分別出現(xiàn)在覆膜后54、40 d，開裂期均出現(xiàn)在覆膜后61 d，大裂期則分別出現(xiàn)在覆膜后82、96 d。因此，全生物降解地膜降解性能與增溫趨勢(shì)基本一致，對(duì)辣椒生育前期土壤的保溫作用優(yōu)于生育后期，對(duì)5 cm土層保溫效果優(yōu)于10 cm和15 cm土層。

兩種顏色全生物可降解地膜沒有改變辣椒產(chǎn)量出現(xiàn)的高峰期，而是通過提高辣椒第5～8次采摘期產(chǎn)量，促進(jìn)辣椒總產(chǎn)量提升。在第5～8次采摘期，黑色和白色全生物降解地膜處理辣椒的單次采摘產(chǎn)量比對(duì)照提高了1 047～1 753 kg/hm2。研究表明，覆膜通過改善辣椒生長(zhǎng)土壤溫度，提高辣椒產(chǎn)量、株高和葉面積等生長(zhǎng)特征參數(shù)，相較于無膜種植辣椒產(chǎn)量提高66.7%［17］。辣椒生育前期表層土壤溫度是影響辣椒產(chǎn)量的重要因素，全生物降解地膜通過提高該時(shí)期表層土壤溫度提高作物產(chǎn)量［9］。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，兩種顏色全生物降解地膜覆蓋均增加辣椒生育前期5 cm土層土壤溫度，雖然白色降解地膜增溫效果優(yōu)于黑色生物降解地膜，但從產(chǎn)量上來看并未表現(xiàn)出明顯差異。這可能與白色全生物降解地膜降解過快，抑制雜草能力低于黑色地膜有關(guān)。張淑敏等［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雜草的光合作用和生長(zhǎng)，具有顯著的抑草效應(yīng)。白色全生物降解地膜易受辣椒生育后期田間雜草影響而破裂，增加作物生育期田間管理成本［7，8］。為了兼顧抑草和增溫保墑作用、利于辣椒生長(zhǎng)，實(shí)際生產(chǎn)中可以選擇黑色全生物降解地膜用于山區(qū)辣椒種植。

4 小結(jié)

全生物降解地膜可以提高5 cm土層土壤溫度，辣椒生育前期BMh和BMb下5 cm土層土壤溫度分別比CK高1.03～2.60 ℃和1.40～5.67 ℃；辣椒生育后期高0.30～1.00 ℃。其中，白色地膜增溫效果優(yōu)于黑色地膜，相差約2 ℃。

全生物降解地膜覆蓋未改變辣椒產(chǎn)量高峰期，辣椒產(chǎn)量集中在后4次采摘中，但產(chǎn)量明顯比不覆膜對(duì)照增加，與聚乙烯地膜總產(chǎn)量相近。綜合分析地膜在抑草、增溫保墑、辣椒生長(zhǎng)等方面的作用，實(shí)際生產(chǎn)中可以選擇黑色全生物降解地膜用于山區(qū)辣椒種植。

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收稿日期：2024-07-12

基金項(xiàng)目：“農(nóng)業(yè)資源保護(hù)修復(fù)與利用”項(xiàng)目（HBXX-202204-F017；HBXX-202306-F024）；湖北省氣象局科技項(xiàng)目（2022Y15）

作者簡(jiǎn)介：洪 濤（1968-），男，湖北鄂州人，高級(jí)工程師，主要從事農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)研究，（電話）13607234637（電子信箱）852887577@qq.com；

通信作者，張志毅（1988-），男，河北邢臺(tái)人，副研究員，主要從事土壤養(yǎng)分管理和障礙修復(fù)研究，（電子信箱）zhangzy@hbaas.com。

洪 濤，王 保，陳正洪，等. 不同顏色全生物降解地膜增溫效果及對(duì)辣椒產(chǎn)量的影響［J］. 湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2024，63（9）：129-133．