?地膜殘留對(duì)辣椒生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響?

摘要：為研究土壤中殘留的聚乙烯地膜（PEMF）和生物降解地膜（BMF）碎片對(duì)辣椒生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響，試驗(yàn)以無(wú)地膜碎片殘留土壤的處理為對(duì)照，比較研究了種植在含PEMF和BMF碎片殘留的土壤中辣椒的生長(zhǎng)性狀變化。結(jié)果表明：即使是較低濃度（3 g/m2）的PEMF和BMF碎片在土壤中短暫殘留（4個(gè)月）也會(huì)對(duì)辣椒的根系結(jié)構(gòu)、根系活性、生物量和養(yǎng)分積累等生長(zhǎng)特性造成負(fù)面影響。并且，當(dāng)殘留地膜碎片濃度上升到27 g/m2時(shí)，辣椒生長(zhǎng)所受負(fù)面影響加劇，導(dǎo)致辣椒產(chǎn)量出現(xiàn)了明顯降低。但是，土壤中PEMF和BMF碎片殘留促進(jìn)了辣椒中可溶性糖和維生素C含量的提高，PEMF碎片殘留降低了辣椒中硝酸鹽的含量，說(shuō)明土壤中短暫停留的PEMF和BMF碎片可以提升辣椒的品質(zhì)。試驗(yàn)期間2種地膜對(duì)植物生長(zhǎng)的影響差異不大。

關(guān)鍵詞：地膜；辣椒；產(chǎn)量品質(zhì)；根系構(gòu)型

中圖分類號(hào)：X712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-060X（2024）11-0017-07

Effects of Residual Mulching Film on Growth and Yield of Chilli

GENG Meng-jiao1，2，JIN Tuo1，2，ZOU Tao1，2，LUO Gong-wen1，2，PENG Jian-wei1，2，MIN Xiao-ye1，2，

YANG Pin-ling3，F(xiàn)EI Jiang-chi1，2，4

（1. Hunan Agricultural University， Changsha 410128， PRC; 2. National Engineering Laboratory for Efficient

Utilization of Soil and Fertilizer Resources， Changsha 410128， PRC; 3. Huaihua Meteorological Bureau，

Huaihua 418000， PRC; 4. Chinese Academy of Agricultural Sciences， Beijing 100081， PRC）

Abstract： This study aims to explore the effects of residual polyethylene mulching film （PEMF） and biodegradable mulching film （BMF） in soil on the growth and yield of chilli. The soil without residual mulching film was taken as the control， and the growth characteristics of chilli were compared between PEMF and BMF groups. The results showed that residual PEMF and BMF， even at a low concentration （3 g/m2） for a short time （4 months）， in soil negatively affected the growth characteristics including root architecture， vitality， biomass， and nutrient accumulation of chilli. Furthermore， as the concentration of residual mulching film increased to 27 g/m2，

the negative effects on chilli growth intensified， resulting in a significant reduction in chilli yield. Interestingly， residual PEMF and BMF increased soluble sugar and vitamin C content in chilli， and residual PEMF reduced nitrate content in chilli， which suggested that short-term presence of residual PEMF and BMF in soil improved the quality of chilli. Residual PEMF and BMF showed similar effects on chilli growth and yield， which might be attributed to the short experiment period.

Key words： mulching film; chilli; yield and quality; root architecture

辣椒種植對(duì)溫度和土壤的要求較為嚴(yán)格。為了提高秧苗的成活率，提升辣椒的產(chǎn)量和品質(zhì)，地膜覆蓋栽培技術(shù)被廣泛應(yīng)用于辣椒種植中。然而，隨著塑料地膜使用量的增加和使用范圍的擴(kuò)大，農(nóng)田殘膜污染問(wèn)題也變得越來(lái)越嚴(yán)重。過(guò)去使用的地膜主要為聚乙烯地膜（PEMF），很難通過(guò)自然風(fēng)化或生物降解進(jìn)行降解[1-3]。近年來(lái)我國(guó)推廣使用了全生物可降解地膜（BMF），降解率高，卻會(huì)產(chǎn)生更多的地膜碎片。地膜殘留不僅會(huì)纏繞農(nóng)具及植物根系妨礙耕作，還會(huì)破壞耕層土壤結(jié)構(gòu)，阻隔水分及養(yǎng)分運(yùn)輸，使土壤次生鹽堿化，影響土壤微生物的活動(dòng)，從而導(dǎo)致植物根系對(duì)養(yǎng)分和水分吸收不足，扎根困難，有時(shí)包裹住種子，種子不能萌發(fā)或萌發(fā)后無(wú)法穿透薄膜，出苗率降低，最終會(huì)導(dǎo)致減產(chǎn)[4-6]。以往對(duì)于地膜殘留的研究大多是在玉米、棉花、馬鈴薯和花生等作物上，很少有對(duì)于辣椒的研究。

因此，筆者在田間進(jìn)行了PEMF和BMF添加試驗(yàn)，擬模擬地膜殘留，將PEMF和BMF制成2 cm×2 cm的地膜碎片，以濃度為3、9和27 g/m2的梯度條件下，將地膜碎片與土壤充分混合，研究了地膜殘留碎片對(duì)辣椒的生物量、株高、根系形態(tài)和養(yǎng)分累積量，及辣椒產(chǎn)量和品質(zhì)，旨在了解不同地膜中的地膜殘留碎片對(duì)辣椒生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況和試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2022年在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源學(xué)院土壤肥料資源高效利用國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)基地（28°11′49″N，112°58′42″E）進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)地勢(shì)平坦，為平緩丘陵地貌，年平均氣溫17.2℃，年平均降雨量約為1 361.6 mm，土壤類型是紅壤。試驗(yàn)開始前土壤基本理化性質(zhì)為土壤pH值6.1，全氮和全磷含量分別為0.55和0.42 g/kg，銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和有效磷含量分別為7.14、2.89和5.27 mg/kg。

地膜PEMF和BMF均購(gòu)于上海弘睿生物科技公司。將2種地膜剪成2 cm×2 cm的小塊備用。根據(jù)湖南省蔬菜地殘膜分布量的調(diào)查研究結(jié)果[7]，設(shè)置了3種地膜濃度（3、9和27 g/m2），以無(wú)地膜碎片的處理作為對(duì)照，共設(shè)置了7組處理，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，共有21塊田地，每個(gè)地塊4 m×3.5 m。將膜片按照添加量均勻鋪撒在田塊表面，再翻整地塊充分混合。其中，9和27 g/m2的殘留濃度高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（5 g/m2），而3 g/m2的殘留濃度低于國(guó)標(biāo)。

試驗(yàn)選用的作物為辣椒。種植前在每個(gè)地塊上覆PEFM，每個(gè)地塊起3條壟（長(zhǎng)寬高3 m×0.8 m×0.3 m），每壟2行種植，行間距為60 cm，辣椒苗子的種植密度為3.4×104株/hm2，每行種8株辣椒，株間距為33 cm；播種時(shí)間為2022年5月1日，收獲時(shí)間為2022年7—8月（地膜短暫殘留4個(gè)月）。采用膜下滴灌，滴灌帶的滴頭間距為12 cm，流量為2.6 L/h。每個(gè)處理在灌溉時(shí)施用的N、P2O5、K2O施用量分別為631.5、230.25和1 195.5 kg/hm2；其中，氮肥和鉀肥按其含量的30%作基肥，剩余的在門椒期、對(duì)椒期和結(jié)果盛期按25%、25%和20%施用；磷肥全作基肥施用。

1.2 樣品的采集和參數(shù)的測(cè)量

在最后一個(gè)生育期將辣椒拔出地面，然后用水沖洗根部，去除土壤和地膜。吸水后，記錄作物鮮重、株高和莖粗。通過(guò)分離植物根系測(cè)定根系構(gòu)形，然后利用植物磁共振成像（MRI）進(jìn)行分析和處理。使用國(guó)產(chǎn)NUScan700平板掃描儀和Delta–T SCAN根分析系統(tǒng)測(cè)定根長(zhǎng)、根表面積、根體積和平均根直徑。根系活性采用三苯基氯化四氮唑（TTC）法測(cè)定。植物的可溶性糖含量采用蒽酮法測(cè)定，硝酸鹽含量采用紫外線吸收法測(cè)定，維生素C含量采用

2， 6–二氯苯酚靛酚鈉染色法測(cè)定。

每個(gè)處理選取3株辣椒的根部和地上部分，將其在80℃下烘干至恒重，以獲得根部和地上部分的生物量。將烘干辣椒的地上部和根粉碎，過(guò)0.25 mm篩，測(cè)定辣椒地上部和根氮、磷、鉀養(yǎng)分含量。辣椒養(yǎng)分含量均采用H2SO4–H2O2法消煮，作物全氮含量用K1100全自動(dòng)凱氏定氮儀測(cè)定；全磷含量用釩鉬黃比色法測(cè)定。全鉀含量用火焰光度計(jì)測(cè)定。辣椒產(chǎn)量是在辣椒結(jié)果時(shí)分次采摘辣椒稱重，統(tǒng)計(jì)總產(chǎn)量。

1.3 數(shù)據(jù)處理及分析

采用單因素方差分析（ANOVA）分析數(shù)據(jù)。經(jīng)最小顯著差異檢驗(yàn)（LSD），P＜0.05為顯著性差異。采用IBM SPSS Statistics 26軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。使用Origin Pro 2022繪制圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 地膜碎片殘留對(duì)辣椒產(chǎn)量與品質(zhì)的影響

BMF和PEMF碎片殘留對(duì)辣椒產(chǎn)量的影響如圖1a所示，與無(wú)地膜碎片的處理（CK）相比，3 g/m2的PEMF和BMF處理（PEMF3和BMF3）對(duì)辣椒產(chǎn)量無(wú)顯著影響。當(dāng)PEMF和BMF碎片殘留濃度增加至9 g/m2（PEMF9和BMF9）時(shí)，與CK相比，辣椒產(chǎn)量仍無(wú)明顯差異。但是，當(dāng)PEMF和BMF碎片殘留濃度繼續(xù)增加至27 g/m2（PEMF27和BMF27）時(shí)，辣椒的產(chǎn)量顯著降低。此時(shí)，PEMF27和BMF27的辣椒產(chǎn)量分別為8 900.21和8 672.05 g，與CK相比，分別降低了21.61%和23.62%。說(shuō)明土壤中較低濃度的PEMF和BMF碎片殘留不會(huì)影響辣椒產(chǎn)量。

BMF和PEMF碎片殘留對(duì)辣椒品質(zhì)的影響如圖1b和1c所示，殘留的BMF和PEMF碎片增加了辣椒的可溶性糖含量和維生素C含量，其中PEMF膜處理（PEMF3、PEMF9、PEMF27）增加顯著。此外，PEMF膜處理顯著降低了辣椒硝酸鹽含量（圖1d）。可見土壤中短暫殘留（4個(gè)月）的PEMF和BMF碎片可以提升辣椒的品質(zhì)。

2.2 地膜碎片殘留對(duì)辣椒生物量的影響

由圖2可知，與CK相比，PEMF9、BMF27和PEMF27處理顯著降低了辣椒地上部生物量，分別下降了8.8%、22.0%和19.4%；BMF27和PEMF27處理顯著降低了辣椒地下部生物量，分別降低了36.2%和31.7%。所有殘膜處理對(duì)辣椒根冠比無(wú)顯著影響。

2.3 地膜碎片殘留對(duì)辣椒養(yǎng)分累積的影響

BMF和PEMF碎片殘留對(duì)辣椒地上部和根的養(yǎng)分（包括氮、磷和鉀）累積量變化如圖3所示，與CK相比，PEMF和BMF中辣椒的地上部和根部的養(yǎng)分累積量整體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。在高濃度（27 g/m2）PEMF和BMF中，辣椒的地上部和根部養(yǎng)分累積量顯著降低。其中，相比于CK，BMF27中辣椒地上部氮、磷和鉀的累積量分別下降了20.4%、19.8%和10.9%，PEMF27中辣椒地上部氮、磷和鉀的累積量分別下降了20.4%、16.63%和21.7%。相比于CK，BMF27中辣椒根部氮、磷和鉀的累積量分別下降了33.4%、21.2%和40.7%，PEMF27中辣椒根部氮、磷和鉀的累積量分別下降了40.5%、27.8%和34.3%。

2.4 地膜碎片殘留對(duì)辣椒根系活力和根系構(gòu)型的影響

由圖4顯示，辣椒的根系活力隨地膜殘留濃度的增加而降低。當(dāng)BMF和PEMF碎片殘留濃度為27 g/m2時(shí)，辣椒的根系活力最低，分別為1.12和1.05 g/m2，與CK相比分別降低了59.3%和61.7%。

如圖5a和5b所示，BMF和PEMF碎片殘留對(duì)辣椒根系構(gòu)型也產(chǎn)生了明顯影響。BMF和PEMF碎片殘留使辣椒根長(zhǎng)和根體積顯著降低，且降低程度與地膜殘留濃度呈反比。當(dāng)BMF和PEMF碎片殘留濃度為27g/m2時(shí)，辣椒的根長(zhǎng)最低，分別為2 417.69和2 383.03 cm，與CK相比分別降低了28.1%和29.1%；此時(shí)，辣椒的根體積也最低，分別為645.27和645.40 cm3，與CK相比分別降低了24.0%和24.0%。由圖5c可知，不同濃度的BMF和PEMF碎片殘留對(duì)辣椒根表面積也產(chǎn)生了不同程度的負(fù)面影響。其中，BMF27和PEMF3中辣椒的根表面積受影響最大，與CK相比，其根表面積分別降低了19.3%和30.8%。此外，BMF和PEMF碎片殘留還導(dǎo)致了辣椒的根平均直徑明顯降低（圖5d）。當(dāng)BMF和PEMF碎片殘留濃度為3 g/m2時(shí)，辣椒的根平均直徑分別為1.87和1.95 mm，與CK相比分別降低了32.0%和13.9%。當(dāng)BMF和PEMF碎片殘留濃度繼續(xù)增加時(shí)，辣椒根平均直徑無(wú)顯著變化（除PEMF27外）。

2.5 辣椒產(chǎn)量、品質(zhì)與生長(zhǎng)狀況的關(guān)聯(lián)性

辣椒產(chǎn)量品質(zhì)與其生長(zhǎng)狀況的關(guān)聯(lián)性如圖6所示。結(jié)果表明，辣椒的產(chǎn)量與根平均直徑、根生物量、地上部生物量、根長(zhǎng)、根體積、根系活力、地上部和根的氮磷鉀累積量均呈顯著正相關(guān)。維生素C含量與根體積、根平均直徑、根系活力呈顯著正相關(guān)。辣椒硝酸鹽含量與地上部氮累積量、磷鉀累積量呈顯著正相關(guān)。

3 結(jié)論與討論

研究結(jié)果顯示，土壤中的地膜殘留會(huì)對(duì)辣椒生長(zhǎng)產(chǎn)生負(fù)面影響。與對(duì)照相比，高濃度（27 g/m2）PEMF和BMF殘留顯著降低了辣椒產(chǎn)量。研究結(jié)果與田間殘膜積累導(dǎo)致玉米、馬鈴薯、花生等減產(chǎn)的情況相一致[4-6]。這可能是由于殘留的地膜碎片堵塞了土壤孔隙，影響了辣椒根部的呼吸，導(dǎo)致了氧氣減少而二氧化碳增多。這些地膜碎片聚集在辣椒根部周圍，不僅阻礙了辣椒根系的正常生長(zhǎng)，還降低了辣椒的水分吸收能力，從而顯著減少了辣椒的產(chǎn)量[8]。此外，研究還發(fā)現(xiàn)在土壤中短暫殘留PEMF和BMF碎片可以改善辣椒品質(zhì)，使可溶性糖和維生素C含量提升，其原因可能是使用的BMF和PEMF成分中包含對(duì)辣椒品質(zhì)提升的刺激物，其釋放在土壤中導(dǎo)致辣椒品質(zhì)上升，另一方面可能是土壤中CO2的增加刺激辣椒光合作用從而提升辣椒品質(zhì)。PEMF碎片殘留還能夠降低辣椒中硝酸鹽的含量，其原因可能是殘膜降低了土壤中硝酸鹽含量，影響辣椒吸收，從而降低了辣椒硝酸鹽含量。

生物量是衡量植物生產(chǎn)力的重要指標(biāo)之一，研究結(jié)果顯示高濃度（27 g/m2）的地膜殘留碎片會(huì)降低辣椒的生物量。這可能是由于土壤中的大塑料經(jīng)過(guò)一系列的老化、破碎化和降解后形成的微塑料團(tuán)聚造成的。塑料的聚集對(duì)植物根系或其共生體產(chǎn)生負(fù)面影響，可能抑制植物生長(zhǎng)。此外，塑料也會(huì)影響土壤容重、孔隙度、持水量和團(tuán)聚體穩(wěn)定性[9-10]，改變土壤水分儲(chǔ)存，進(jìn)而影響作物對(duì)水分和養(yǎng)分的吸收，導(dǎo)致作物生長(zhǎng)受阻。

旺盛的根系對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育至關(guān)重要，因?yàn)樗谥参锏乃B(yǎng)分等供應(yīng)中起著重要作用[11]。并且，植物根系對(duì)外界環(huán)境的敏感性很高，外界脅迫可以改變根系結(jié)構(gòu)、影響根系活力，從而影響作物產(chǎn)量[12]。在研究中，辣椒的根長(zhǎng)、根體積和根生物量均受到了PEMF和BMF碎片殘留所導(dǎo)致的不同程度的負(fù)面影響，高濃度（27 g/m2）的PEMF和BMF碎片殘留還顯著降低了植物的根系活性。這可能是因?yàn)橥寥乐袣埩舻牡啬に槠瑫?huì)極大地改變土壤容重、孔隙度和水分通路，從而對(duì)根系造成機(jī)械損傷，并降低植物根細(xì)胞的活力[13]。此外，PEMF和BMF碎片殘留都會(huì)減少作物根系對(duì)養(yǎng)分的吸收，其殘留濃度越高，作物根系對(duì)氮磷鉀的積累越少。地膜碎片殘留對(duì)植物養(yǎng)分積累的負(fù)面影響可能是由于其韌性大，阻礙了根系的垂直生長(zhǎng)，降低了植物的養(yǎng)分效率[14]，也可能是含水量減少導(dǎo)致養(yǎng)分效率降低。

鑒于殘留地膜在土壤中的積累、破碎、老化以及可能進(jìn)入食物鏈，迫切需要更好地了解這些殘留物對(duì)土壤–植物相互作用的影響。研究證實(shí)了殘留地膜在土壤中的積累會(huì)影響植物生長(zhǎng)。然而，2種地膜對(duì)植物生長(zhǎng)的影響差異不大，這可能是由于4個(gè)月內(nèi)土壤中殘留地膜的差異較小，因此有必要進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，以探究2種地膜對(duì)植物生長(zhǎng)影響的差異。

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（責(zé)任編輯：肖彥資）