生物全降解地膜在曲靖烤烟生产中的应用研究

高华锋，王全会，杨丽平，秦汝平，敖金成，赵 翠，肖毅恒

（1.云南省曲靖市烟草公司，云南 曲靖 655000；2.云南农业大学资源与环境学院，昆明 650201）

地膜覆盖因其具有明显的增温、保墒、减蒸、抑制杂草等诸多优势，在干旱半干旱［1-3］、高寒等区域雨养农业上被广泛应用，是提高作物产量和高效用水的最佳栽培方式，在中国粮食作物增产方面贡献巨大［4］。在受资源缺乏和积温不足的区域，地膜覆盖面积广，使用强度大［5，6］。然而聚乙烯分子较高的结晶度与相对分子质量、较强的疏水性与分子作用力导致其难以被降解［7］，使用后大量地膜碎片长期残留于农田土壤中，对土壤及农事作业、作物生长及农产品品质产生不利影响［8，9］，形成严重的白色污染。刘中敏等［10］研究指出，解决该问题的最好途径就是降解材料的研制和开发应用。因此，开发可降解地膜，并在不同作物上推广应用成为研究热点［11-14］，并且众多研究认为替代常规地膜技术是可行的［11］。

曲靖市地处云贵高原中部滇东高原向黔西高原过渡地带，属低纬高原亚热带季风气候区，宜烟耕地面积超过 56 万 hm2，年均烤烟产量达 1.75×105t，是云南最大的烤烟产区，地膜用量大。研究认为，生物降解膜适用于烤烟的覆盖应用［15］，应用于烟草生产是可行的［16］。然而，地膜的降解性能受环境的影响较大［17，18］。有研究认为，湖南永州植烟区烤烟地膜覆盖栽培宜选用60 d 开始降解的生物降解地膜［19］。另外，使用成本、用量远高于普通PE 膜［20］，使得生物降解地膜推广应用受阻，而且不同生物全降解地膜在特定烟区条件下降解特性及其综合效应研究鲜见报道。为此，本研究在曲靖核心烟区开展新型可降解地膜的筛选，为曲靖烟区筛选出适于烤烟生产应用的可降解地膜提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验区域概况

试验于2019 年4—9 月在曲靖市马龙县旧县乡进行，地处东经 103°23′10″，北纬 25°20′20″，区域平均海拔2 000 m，年降雨量1 032 mm，年日照时间大于1 900 h，无霜期大于240 d。供试土壤为红壤，移栽前基础养分有机质、速效氮、速效磷、速效钾含量分别为 24.5 g∕kg、137.09 mg∕kg、35.22 mg∕kg、191.17 mg∕kg，pH 为 5.47。

1.2 试验设计

试验设3 个处理，即常规黑色PE（CK）膜、黑色全生物降解地膜（T1）、白色全生物降解地膜（T2）。常规PE 膜厚度为0.010 mm，全生物降解地膜厚度为0.012 mm，宽均为100 cm。供试品种为当地主栽烤烟品种云烟97。采用漂浮育苗方式育苗。烤烟于2019 年4 月15 日移栽，肥料用量、烤烟栽培及田间管理与常规种植一致。采用随机区组试验，每个处理 667 m2，设 3 次重复。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 土壤温湿度 分别于覆膜后间隔10 d，培土之后间隔20 d，在15：00 使用土壤温湿度测量仪记录各处理土壤10～15 cm 深度的温湿度，常规温度测量膜外温度。

1.3.2 降解率 于中耕培土前，每个处理随机调查10 株，即垄面 600 cm 长，间隔 10 d 调查 1 次，记录地膜降解开裂日期及开裂长度。培土覆盖后，间隔20 d 调查1 次，直至烤烟采烤结束观察地膜降解速度，以地膜碎片大小确定降解程度（按5 级降解程度划分）。

1.3.3 降解膜抗张强度和抗张力 抗张强度和抗张力依据GB∕T 12914—2008 纸和纸板抗张强度的测定进行。

1.3.4 土壤关键养分 土壤主要养分速效氮、速效磷、速效钾、有机质含量及pH 测定均参照文献［21］进行。

1.3.5 烟叶化学成分 烟叶化学成分水溶性总糖、钾、总植物碱、氯、总氮、淀粉含量的测定分别参考标准 YC∕T 159—2002、YC∕T 217—2007、YC∕T 160—2002、YC∕T162—2011、YC∕T161—2002、YC∕T 216—2007 进行。

1.4 数据处理

利用SPSS 16.0 和Excel 2007 软件进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同覆膜处理对土壤保温保湿效果的影响

从移栽后10、20、30 d、40 d 的土温调查数据（表1）可以看出，不同覆膜处理的土壤温度差异不明显，但总体以白色全降解地膜保温效果较其他处理好，常规PE 膜次之，其中覆膜后30 d 常规PE 膜处理土壤温度显著高于黑色全降解地膜（P＜0.05），与白色全降解地膜无显著差异（P＞0.05）。全降解地膜土壤保墒效果整体上低于常规PE，2 种颜色生物全降解地膜保墒效果不同调查期规律性不同，差异不显著（P＞0.05）。

2.2 不同覆膜处理中膜的物理特性及降解特征

从表2 可以看出，常规PE 新膜抗张力和抗张强度均大于全降解地膜，3 个处理间差异不显著（P＞0.05）。覆膜150 d 后，常规PE 膜的抗张力和抗张强度极显著大于2 种试验全生物降解地膜（P＜0.01），黑色和白色全降解地膜的抗张力和抗张强度差异不显著（P＞0.05），但黑色全降解膜降解率达63.73%，白色全降解地膜降解率达55.41%，常规PE 地膜降解率为0，说明黑色全降解地膜降解得更快，这可能与其力学性能差有关。

表1 不同覆膜对土壤保温保湿效果的影响

表2 不同处理地膜的物理特性及降解特征

2.3 破裂特征分析

从表3 可以看出，黑色全降解地膜降解较快，移栽后35 d 开始开裂，且平均开裂长度达6.5 cm，较白色全降解地膜提前15 d，而常规PE 地膜未见开裂，说明黑色全降解地膜降解较快。

表3 不同地膜破裂特征分析

2.4 不同覆膜处理对土壤养分的影响

从表4 可以看出，与常规的PE 地膜相比，生物全降解地膜处理的植烟土壤碱解氮、速效磷和速效钾含量略低于PE 地膜处理，但黑色生物全降解地膜处理土壤有机质含量高于PE 地膜和白色生物全降解地膜处理，白色生物全降解地膜和PE 地膜处理土壤pH 一致。这可能与全降解地膜覆盖致使养分发生一定流失或更有利于植株吸收养分，而常规PE 膜因为未揭膜对养分淋溶损失产生阻隔效应有关，因而对照土壤的养分水平优于全降解地膜处理。

2.5 不同覆膜处理对中上部烟叶化学成分协调性的影响

从表5 可以看出，覆膜类型对中上部烟叶化学成分协调性有一定影响。试验中，B2F 等级烟叶化学成分综合指数大小关系表现为T2＞T1＞CK，C3F等级烟叶化学成分综合指数大小关系表现为T2＞CK＞T1。说明白色全降解地膜对中上部烟叶常规化学成分协调性有正效应。

表4 不同覆膜对土壤关键养分含量的影响

表5 不同覆膜对中上部烟叶化学成分协调性的影响

3 讨论与结论

韩冬梅等［22］研究表明，与对照相比，降解地膜对不同土层温度均有较好的提升效果，5～10 cm 土层增温幅度达4.8%～9.9%，较对照平均增湿0.6%～0.13%。唐文雪等［23］研究了地膜降解特征对土壤水热效应和玉米产量的影响，指出不同降解膜降解速率有明显差异，具有显著的保墒性能，但随着破损程度的增加，保墒性能降低。本试验中，全降解地膜的保温保湿效果整体低于常规PE 地膜，且白色全降解地膜保温效果优于黑色全降解地膜。这与崔磊等［24］研究氧化-生物双降解地膜因过早降解显著降低了土壤温度、土壤水分结果一致。云南一般自4月10 日起对烤烟膜下小苗开始移栽，至5 月10 日常规移栽基本结束，5 月、6 月中上旬正值云南旱季，而本试验降解地膜新膜及移栽后150 d 膜的抗张力和抗张强度值均低于常规PE 地膜，黑色全降解地膜在移栽后35 d 出现开裂，失去保墒效应。增温保墒性能是降解膜能否应用于生产实践的重要指标［25，26］。因此，生物全降解地膜过早降解，不利于前期植烟土壤的保墒作用，生物全降解地膜在曲靖烟区使用应进一步验证。

生物降解地膜对烟叶化学成分的协调性有一定的正效应。樊俊等［16］研究认为，地膜覆盖的烤烟农艺性状、烟叶产量和化学成分协调性好于露地对照，以普通地膜最好，其次为生物降解地膜。本试验中，生物降解地膜处理烟叶化学成分协调性整体优于常规PE 地膜处理，其中以白色全降解地膜效果最佳，这与高维常等［27］研究结论一致，说明白色全降解地膜对改善烟叶品质具有正效应，这可能与生物降解地膜覆盖有利于改善烟株光合作用有关［15］。

综上所述，在曲靖核心烟区使用全生物降解地膜覆盖栽培是可行性的，既可降低揭膜的人工成本，也能在一定程度提高烟叶品质，虽然目前生物降解地膜的成本较高，使用量较大，但随着高效低成本的生物降解膜开发出来，烤烟全生物降解地膜覆盖栽培的应用前景广阔。