不同地膜对棉花产量及残膜回收率分析

逄子剑，刘昌文，胡爱芝，龚举武，伍少明，李文颖，谢永磊，古丽娜尔·艾麦提江，朱明慧，热依汉古丽·托合提夏，周桂花，高欢欢，冯赞成，隋杰礼

（1.新疆莎车县巴格阿瓦提乡人民政府，新疆 莎车 844710；2.新疆喀什地区农业技术推广中心，新疆 喀什 844000；3. 中国农业科学院棉花研究所 棉花生物学国家重点实验室，河南 安阳 455000；4.麦盖提星联科技农膜有限公司，新疆 麦盖提 844600；5.广东星联科技农膜有限公司，广东 佛山 528000；6.湖北光合生物科技有限公司，湖北 荆门 448000；7.新疆喀什地区瓜果蔬菜产业发展中心，新疆 喀什 844000；8.烟台大学，山东 烟台 264000）

1938年英国科学家Massey［1］发明PE地膜后就逐渐广泛应用于棉花、玉米、甘蔗、水稻、蔬菜及果树上。Mbah等［2-7］研究表明覆盖地膜具有增温、保墒、除草和促进植物幼苗、根系生长的作用，可促进农作物增产达55%～142%。Song等［8］研究表明厚度在0.0152～0.0508 mm的地膜难以回收，会导致土壤耕力下降。据不完全统计，我国地膜年使用量达140万t，占全球总用量的70%，长期使用地膜虽然在保障我国粮食安全、促进农民增收方面发挥了不可替代的作用，但同时也导致了当前农业三大污染源之一的“白色污染”［9］。胡美华等［10］研究表明国内外缓解农膜污染问题的方法有：使用易回收的加厚地膜，在使用完后通过回收机进行回收再加工；降低农膜覆盖率或一膜多用，从源头上减少地膜用量；使用降解地膜。李鹏辉等［11］研究了不同强度地膜对棉花生长及产量的影响。罗剑洪等［12］研究了不同厚度地膜覆盖对棉花产量及品质的影响。

本研究以BT101高强度地膜及PE传统地膜为试验材料，测试2种地膜的保温保墒性能，并分析覆盖BT101地膜及PE传统地膜对苗期、根系、花铃、单株铃数和产量的影响，横向纵向地膜的物理机械性能及残膜回收率，旨在为全生物降解地膜取代PE传统地膜，并有效治理土壤白色污染途径提供理论依据。

1 试验材料与方法

1.1 供试材料

试验材料为新疆喀什地区麦盖提县星联科技农膜有限公司生产的无色，厚度0.01 mm、宽度2.05 m的高强度产品BT101，对照材料为市场购买的无色，厚度0.01 mm、宽度2.05 m的PE传统地膜。

棉花品种：新陆中66。

1.2 试验设计与分析

1.2.1 试验设计 研究地位于新疆喀什地区麦盖提县5乡14村（东经77.64°，北纬38.90°）。设BT 101地膜和PE传统地膜2个处理，行长为520 m，每个处理覆盖28个地膜，于3月28日按照1机2膜、1膜3管、1管2行的方式播种，株行距设置为（13 cm+63 cm+13 cm+63 cm+13 cm）×10 cm，薄膜之间交接行距66 cm（图1）。

图1 播种模式设置图

田间管理措施为：3月24日结合犁地施二胺525 kg/hm2，尿素136.5 kg/hm2，钾肥229.5 kg/hm2作为基肥；采用水肥一体技术，每次滴水30～50 m3/667m2，随水滴肥按照两头轻中间重的原则，每次滴尿素及冲施肥30～90 kg/hm2，全生育滴水8次，于9月初停水，合计滴水300 m3/667m2，滴尿素和冲施肥均为397.5 kg/hm2。全生育期先后7次用吡虫啉、啶虫脒、阿维菌素、甲维盐、噻虫嗪和敌敌畏等农药来防治棉蓟马、棉蚜、红蜘蛛、牧草盲蝽象等虫害。

1.2.2 测试项目 测试项目包括物理机械性能测试、保温保墒性能测试以及残膜回收率等。

地膜物理机械性能测试采用 GB 13735—2017标准，分别于覆膜后0、120和180 d（棉花收获后）取地膜样1 m，于实验室内测定地膜横向、纵向最大拉伸负荷（N）和断裂标称应变（%）等。

地膜保温性能测试应用《地面气象观测规范》中的标准，在3月31日将温度自动记录仪传感器探头按照间隔2.4 m，5、15、25 cm这3个深度埋好。温度自动记录仪启动后每小时读取记录1次数据，每日土壤温度为各土层深度24 h的平均温度。

地膜保墒性能测试采用水蒸气透过率测试法，采用设备为PERME W3/060 水蒸气透过率测试仪，每个样品3次重复，每个重复循环6次，取其稳定值为该地膜的水蒸气透过率。

地膜回收率测试采用新疆农业科学院联合研制的4JSM-1800A1(2.1A)型棉秆还田及残膜回收联合作业机，于11月6日回收残膜，回收后每处理选择5个点截取长度为5 m的一幅膜，进行当年残留地膜回收率的计算，公式为：

地膜回收率（%）=［100-(每点种植垄的残膜面积/5×2.05)］×100%。

1.2.3 性状调查 于播后第25天调查苗情，并计算保苗率、烂种率、烂芽率及其他（大风危害及空穴率）并计算出苗率。保苗率（%）=调查现有苗数/调查总穴数×100%；烂种率（%）=调查烂种数/调查总穴数×100%；烂芽率（%）=调查烂芽数/调查总穴数×100%；其他（%）=（调查大风危害死苗数+空穴数）/调查总穴数×100%；出苗率（%）=保苗率+其他。播后50 d调查侧根数；于6月30日调查株高、果枝台数及现花率；于7月15日—8月15日调查单株结铃数及单位面积地膜杂草量。

每个处理取3个点，每点取6.67 m2，测单位面积株数、单株铃数及单铃重并计算平均产量。单位面积株数=测产点平均株数×1500÷10000；单株铃数=测产点平均铃数/测产点平均株数；单铃重即每个处理随机取100个铃统计单铃重并计算平均值；单位面积籽棉重=平均面积株数×单株铃数×单铃重÷1000。

2 结果与分析

2.1 不同地膜覆盖对膜下温度的影响

由图2可知，从播种开始到6月中旬，覆盖BT 101地膜的增温效果优于覆PE传统地膜的，其平均温度较覆PE传统地膜的高1.0 ℃，至6月中旬以后两者差异不明显；2种不同地膜的膜下温度变化分为3个阶段：第一阶段即自覆膜至6月中旬，覆BT101高强度地膜的膜下温度较PE传统地膜的整体偏高，尤其是4月16日—5月24日最为明显；第二阶段即6月中旬—7月8日，覆盖2种地膜的膜下温度差异不明显，其中覆BT101地膜的膜下温度较覆盖PE传统地膜偏高的天数有24 d、偏低的有12 d；第三阶段即7月9日后，覆BT101地膜的膜下温度低于覆PE传统地膜的。

图2 不同地膜覆盖膜下温度变化情况

2.2 不同地膜的水蒸气透过率的差异

从图3可见，传统地膜的水蒸气透过率为 53.5 g/（m2·d），BT101地膜的水蒸气透过率为41.9 g/（m2·d），BT101地膜的水蒸气透过率较传统地膜的减少11.6 g/（m2·d），降幅为21.7%。

图3 2种地膜的水蒸气透过率比较

2.3 不同地膜覆盖对棉花保苗及农艺性状的影响

由不同地膜覆盖对棉花保苗及农艺性状影响差异分析可知（表1），覆膜第25天（4月21日）调查新陆中66的苗情发现，覆盖BT101地膜与覆PE传统地膜相比保苗率高8个百分点，出苗率高出6个百分点，烂芽率差异不大，而覆盖PE传统地膜的烂种率是覆BT101地膜的2.5倍。覆膜第50天（5月15日）调查新陆中66植株的生长情况发现，覆盖BT101地膜植株为4叶1心，覆PE地膜的为3叶1心；覆BT101地膜的侧根数平均多2条/株，杂草平均减少3.1株/m2。覆膜第96天（6月30日）调查新陆中66植株发现，覆盖BT101地膜较覆PE传统地膜的平均株高多11.4 cm，增幅达21.35%；覆盖BT101地膜的棉花果枝数较覆PE传统地膜的多1.5个/株，增幅高达24.59%；覆盖BT101地膜的棉花见花率是覆PE传统地膜的2.1倍。

表1 不同地膜覆盖对棉花保苗及农艺性状的影响

2.4 不同地膜覆盖对棉花产量性状的影响

由表2可知，BT101地膜的单株铃数在覆膜后111 d（7月15日）和142 d（8月15日）比覆PE传统地膜的分别多0.43、1.10 个/株。覆盖BT101地膜1个月后新增单株铃数4.17个/株，而覆PE传统地膜的增加3.50个/株。于覆膜后203 d（10月15日）测产量，覆盖BT101地膜和PE传统地膜的平均籽棉产量分别为7095.0、6495.0 kg/hm2，前者较后者增加了9.2%；单铃重与密度和单株铃数的相关性不明显。

表2 不同地膜覆盖对棉花产量性状的影响

2.5 不同地膜的物理机械性能比较

由表3可知，不同地膜在覆膜后0、120及180 d这3个时间段的最大拉伸负荷和断裂标称应变差异明显。BT101地膜只有在覆膜当日（0 d）的纵向最大拉伸负荷较PE传统地膜的小0.3 N。在覆膜后3个不同时间段里，BT101高强度地膜横向和纵向的断裂标称应变均较PE传统地膜的大。

表3 不同地膜的物理机械性能比较

2.6 不同地膜的机械回收率比较

从图1可知，膜面宽为175 cm，边膜宽为30 cm，回收率检测点膜面投入面积为8.75 m2,回收率检测点边膜投入面积为1.5 m2。由表4可知，BT101地膜的平均膜面残留量为0.14 m2，平均残留率为8.0%，平均回收率高达92.0%；PE传统地膜膜面平均残留量为1.31 m2，平均残留率为27.4%，平均回收率为72.6%；BT101地膜的边膜平均残留量为0.68 m2，而PE传统地膜的边膜平均残留量为1.50 m2。

表4 不同地膜的机械回收率比较

3 讨论

3.1 不同地膜的增温性、保温性及保墒性比较

张丹等［13］研究表明，在监测期内随着地膜厚度的增加，玉米和花生的土壤温度增加；张富林等［14］研究表明，增加地膜厚度可提高湖北省南瓜膜下0～5 cm土壤的温度；张妮等［15］研究表明，厚地膜的增温保墒作用优于薄地膜；银敏华等［16］研究表明，增加地膜厚度可有效减少玉米灌溉次数。

BT101地膜为非加厚的高强度高耐候型地膜，本研究表明覆盖BT101地膜与覆盖PE传统地膜具有相似的增温性，不一样的保温性。膜下温度受光照及外界温度的双重影响，前期光照占主导，后期外界温度占主导，导致棉花生育前期覆盖BT101地膜的膜下温度较覆盖PE传统地膜的高，棉花生育后期覆盖BT101地膜的膜下温度较覆盖PE传统地膜低，可能是由于受到光照影响，膜下温度快速升高，夜间因外界温度偏低导致膜内热量向外释放，BT101地膜因其较好的保温性导致膜下温度偏高，相反棉花生育后期棉田已封行，此时膜内温度主要受外界温度影响，BT101地膜从较好的保温性转变为较好的隔热性，导致其膜下温度偏低。研究还表明覆盖BT101地膜对土壤含水量的影响与其对温度的影响相类似，覆盖BT101地膜的保墒性更好。主要原因可能是BT101地膜在铺设和应用过程中不容易破裂，其完整性有利于发挥地膜的保温保墒作用；同时BT101地膜较传统地膜的水蒸气透过率更低、保密性更好，均有利于保温保墒。

3.2 不同地膜覆盖对棉花保苗及其他农艺性状的差异比较

李鹏辉等［11］研究表明，覆盖高强度地膜较覆常规地膜更利于棉花出苗、促进叶片和棉株生长。罗剑洪等［12］研究表明，覆盖加厚地膜更利于促进棉花生长，提高防草效果。本研究表明覆盖BT101地膜的出苗率较覆盖PE传统地膜的高6个百分点，主要原因是2021年春播期间降水量较往年偏多，导致覆盖PE传统地膜的烂种率高达10%。5月15日调查得知，覆盖BT101地膜较覆盖PE传统地膜的真叶多1片，侧根多2条。6月30日调查得知覆盖BT101地膜的平均株高较覆盖PE传统地膜的增加了11.4 cm，其主要原因是BT101地膜的保温保墒性较好，更有利于棉花根系及棉株的生长发育。在防杂草方面，覆盖BT101地膜的防草效果远好于PE传统地膜的，因为该地膜完整性好且强度高，不利于长草。

3.3 不同地膜覆盖对棉花产量性状及产量的差异比较

罗剑洪等［12］研究表明，相较于覆盖传统地膜，覆盖加厚地膜的棉花单株果枝数增加0.2个，有效铃数增加0.4个，籽棉产量提高5.35%，皮棉产量增加7.39% 。李鹏辉等［11］研究表明，覆盖高强度地膜对棉花的生长效果优于覆传统地膜PE的，与传统地膜PE相比，覆盖高强度地膜能促进棉花生长，棉花产量提高2.96%～3.42%。本研究表明覆盖BT101地膜的棉花单株铃数较覆盖传统地膜的增加0.5个/株，单铃重增加0.5 g，籽棉产量提高600 kg/hm2，增幅达9.2%。

3.4 不同地膜的物理机械性能及机械回收率比较

李鹏辉等［11］研究表明，高强度地膜在使用前后的拉伸性能和断裂标称应变指数均高于传统地膜PE的。本研究表明，2种不同地膜覆膜后0、120及180 d的横向最大拉伸负荷与断裂标称应变的差异明显，纵向最大拉伸负荷与断裂标称应变的差异较小。覆膜180 d后BT101地膜的横向最大拉伸负荷大于覆膜0 d的传统地膜的。