不同生物降解膜在西瓜生产上的应用分析.pdf

-11-Vegetables 2023.11绿色发展不同生物降解膜在西瓜生产上的应用分析攸学松1，马 超1，王广世2，陈艳利1，穆生奇1，张 莹1，徐 进1*（1.北京市农业技术推广站，北京 100029；2.北京市延庆区农业技术推广站，北京 102100）收稿日期：2023-08-29基金项目：北京市特色作物创新团队（BAIC04-2022）。*通信作者：徐进摘要：为研究不同生物降解膜在西瓜生产上的使用效果，推进西瓜绿色生产，开展了不同材质和厚度生物降解膜对比试验。试验以4种不同生物降解膜为材料，以普通PE膜覆盖为对照，以北京春大棚小型西瓜为研究对象，对其覆盖效果、降解速率以及成本效益开展调查分析。结果表明：在提温保温方面金发生物降解膜表现最好；在对西瓜生育期的影响方面，4种全生物降解膜差异不明显，均可以满足西瓜生产的覆盖需求；在西瓜产量和品质方面，金发全生物降解膜表现最好，折合667 m2产量为2 964 kg，较对照提高5.56%，中心可溶性固形物含量为11.83%，较对照提高1.10百分点；在降解速率方面，华盛、弘睿和金发全生物降解膜均较对照降解快。综上，金发和华盛2种生物降解膜综合效果较好，适合在北京地区春大棚西瓜生产中应用。关键词：生物降解膜；小型西瓜；降解速率；产量；品质 Application Analysis of Different Biodegradable Films in Watermelon ProductionYOU Xuesong1,MA Chao1,WANG Guangshi2,CHEN Yanli1,MU Shengqi1,ZHANG Ying1,XU Jin1*(1.Beijing Agricultural Technology Extension Station,Beijing 100029,China;2.Beijing Yanqing District Agricultural Technology Extension Station,Beijing 102100,China)Abstract:In order to study the effect of different biodegradable films in watermelon production and promote the green production of watermelon,a comparative test of biodegradable fi lms of different materials and thicknesses was carried out by small watermelon in spring greenhouse as the research object,with total of 4 kinds of biodegradable fi lms as materials and ordinary PE fi lm as the control,the covering effect,degradation rate and cost benefi t of these fi lms were investigated and analyzed.The results showed that the Jinfa biodegradable fi lm had the best performance in terms of temperature improvement and heat preservation.In terms of the infl uence on the growth period of watermelon,there was no signifi cant difference between the four biodegradable fi lms,and all of them could meet the needs of watermelon production.In terms of the yield and quality of watermelon,the Jinfa biodegradable fi lm showed the best performance,the yield was 2 964 kg per 667 m2,increased by 5.56%compared with the control,and the central soluble solid content was 11.83%,increased by 1.10 percentage points-12-Vegetables 2023.11绿色发展compared with the control.In terms of degradation rate,Huasheng Hongrui and Jinfa biodegradable fi lms all degraded faster than the control.It was concluded that Jinfa and Huasheng biodegradable fi lms had good comprehensive effects and were suitable for the watermelon production in spring greenhouses in Beijing.Keywords:biodegradable fi lm;small watermelon;degradation rate;yield;quality农用地膜已成为我国继种子、化肥、农药之后的第4大农资，根据国家统计局数据显示，我国每年的农用地膜产量和使用量均居世界第1，预计到2024年，我国地膜覆盖面积将达到2 200万hm2，使用量超过200万t1；但是，我国地膜回收率低，平均残留率达20%，土壤平均地膜残留量达60 kg/hm22。地膜覆盖技术在带动了我国农业生产力显著提高和生产方式巨大改变的同时，也带来了一系列问题，特别是地膜的不科学使用以及有效回收环节的缺失，导致地膜残留污染日益严重，耕地质量不断下降。推广应用可降解地膜是解决当前白色污染，实现农业绿色可持续发展的重要途径3，目前市场上可降解地膜类型分为全生物型和添加剂型可降解地膜。全生物可降解地膜是指以生物降解材料为主要原料制备的，在自然界中能够通过微生物作用完全“生物降解”的地膜，降解最终产物为二氧化碳和水，对环境无污染4。添加剂型可降解地膜是指在传统聚乙烯地膜生产过程中添加降解剂以改变地膜特性，使得聚乙烯在自然环境中被氧化，产生“崩解”，其降解最终产物对环境是否有危害还处于实验室研究阶段。本试验以聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯（PBAT）、聚乳酸（PLA）、聚亚内基碳酸酯（PPC）等为原料的4种生物降解地膜为试验材料，以普通PE膜为对照，在小型西瓜上开展不同生物降解膜应用试验，调查其在促进生长发育、增产提质方面的效果以及降解情况，以筛选出适宜在北京地区小型西瓜上推广应用的生物降解地膜，为其在北京地区西瓜生产上的推广应用提供科学依据。1 材料和方法1.1 试验地概况试验地点位于北京市延庆区香营乡新庄堡基地，设施类型为塑料大棚，棚宽12 m、长60 m。肥力条件为中等，壤土，3月5日4月15日播种育苗，3月25日旋耕、起垄，4月5日铺膜，4月19日定植，吊蔓栽培。采用膜下微喷灌溉，整个生育期共浇水4次，分别为底水、伸蔓水、膨瓜水和定瓜水，每667 m2浇水量总计约110 m3；定植前每667 m2施有机肥800 kg作底肥，伸蔓期和膨瓜期每667 m2分别追施冲施肥20 kg；6月29日进行收获考种。1.2 试验材料供试地膜包括华盛、清田、金发、弘睿4种品牌全生物降解地膜和普通PE膜，具体特性如表1所示。供试西瓜品种为超越梦想，种子购于市场。1.3 试验设计试验设置5个处理（表1），以普通PE膜为对照，以4种品牌全生物降解地膜为试验材料，开展西瓜覆膜栽培试验。每处理3次重复，小区面积24 m2，随机区组设计，地膜均为全畦覆盖。1.4 测定内容与方法覆膜效果指标测定：用地温计调查各处理不同生育期10 cm土层的地温情况，自4月27日起，每10 d测量1次，于10：00在每个处理取3个点位进行测温，计算平均值；调查各处理西瓜50%植株进入某生育期的苗龄天数和日期；成熟后每处理随机选择10个瓜进行测产，然后采用折光糖度计分别测量中心和边际可溶性固形物含量5-6。农膜降解速率观测：每个处理选择1个固定样点进行定点观测，分别观测各处理进入诱导期、开裂期、大裂期、碎裂期以及无膜期的时间。在覆膜后第30天起，每5 d进行1次观测，直至收获。阶段划分：阶段A诱导期，指垄面地膜出现多处（每1 m长地膜出现3处及以上）2 cm自然孔缝的时间；阶段B开裂期，指垄面地膜出现2 cm且20 cm自然孔缝的时间；阶段C大裂期，指垄面地膜出现20 cm自然孔缝的时间；阶段D碎裂期，指垄（畦）面地膜出现碎裂，最大地膜残片面积16 cm2的时-13-Vegetables 2023.11绿色发展间；阶段E无膜期，指垄（畦）面地膜基本见不到地膜残片的时间。1.5 数据处理应用Origin 2023软件进行试验数据处理分析。2 结果与分析2.1 不同农膜处理对10 cm土层温度的影响如表2所示，P2处理的土壤温度在4月27日和5月7日均显著高于对照和其他处理，分别比对照高出3.5 和1.5，比P4高出3.0 和3.5；在5月17日，P2显著高于除对照外的其他可降解农膜处理，提温效果最好；而P1、P3在5月7日、5月17日的土壤温度则均显著低于对照；而在生育中后期，P4在6月17日、6月27日温度最高，均显著高于其他处理，原因是白色地膜透光，升温快。由此可知，P2在定植初期至授粉期的提温效果最佳。2.2 不同农膜降解速率观测由表3可知，对照在西瓜全生育期内未出现明显降解情况，P3在农膜有效覆膜期仅出现诱导期，P1、P2、P4均出现了诱导期和开裂期。各处理地膜降解速率从大到小（降解快慢）顺序分别为P4P1P2P3CK，诱导期最短的为P4，覆膜45 d后即出现2 cm自然孔隙，覆膜60 d后进入开裂期，出现2 cm裂缝；P1、P2分别自覆膜后50、50 d和65、60 d进入诱导期和开裂期。P3在覆膜55 d后进入诱导期，90 d进入开裂期，表1 不同生物降解地膜基本情况处理品牌厂家材料颜色厚度/mm宽度/m667 m2用量/kgCK祥光昌乐县祥光农膜制品有限公司PE黑0.0051.05.5P1弘睿上海弘睿生物科技有限公司PBAT黑0.0081.05.8P2金发广东金发科技有限公司PBAT黑0.0101.06.0P3清田山东清田塑工有限公司PBATPLA黑0.0081.05.8P4华盛江苏华盛材料科技集团有限公司PPC白0.0091.05.8注:不同品牌地膜密度不同。表2 不同农膜对10 cm土层温度的影响 处理调查日期（月-日）04-2705-0705-1705-2706-0706-1706-27CK19.5bc27.0b28.0ab26.5b26.0b26.3c27.0bcP118.5c20.5d25.0c26.0b26.0b26.5c27.8bP223.0a29.5a28.5a28.0a29.25a28.0b26.0cP320.5b22.0c25.0c22.5c29.0a27.3bc28.0bP420.0b26.0b27.0b28.0a24.0c29.0a29.5a注：同列不同小写字母表示0.05水平显著差异。表3 不同农膜的田间降解情况处理覆膜天数/d（月-日）40（05-14）45（05-19）50（05-24）55（05-29）60（06-03）65（06-08）70（06-13）75（06-18）80（06-23）85（06-28）90（07-03）CKP1AAABBBBBBP2AAAABBBBBP3AAAAAAABP4AAABBBBBBB注：阶段A诱导期，指垄面地膜出现多处（每1 m长地膜出现3处及以上）2 cm自然孔缝的时间；阶段B开裂期，指垄面地膜出现2 cm、20 cm自然孔缝的时间。-14-Vegetables 2023.11绿色发展几种降解农膜至生育期结束均未进入大裂期。因此在降解速率方面，P4、P1、P2表现较好。2.3 不同农膜处理西瓜的生长发育情况由表4可知，不同农膜处理对生育期影响差异不显著。在进入伸蔓期，P2苗龄为35 d，比其他处理早1 d，这与其较好的提温效果一致；在进入开花期、膨瓜期，P2苗龄分别为53 d和64 d，对照和P3均分别为54 d和65 d，比P2晚1 d。最后，对照和P3全生育期均为96 d，P1、P2、P4的全生育期均为95 d。2.4 不同农膜处理对西瓜产量和品质的影响因本试验西瓜管理上采用人工授粉，坐瓜率基本一致，产量与单瓜质量呈正相关，由表5可知，4种可降解农膜与对照的产量关系为P2P4CKP3P1，其中对照组单瓜质量为1.56 kg，折合667 m2产量为2 808 kg；P2单瓜质量为1.65 kg，折合667 m2产量为2 964 kg，较对照显著增产5.56%，表现最好；其次为P4，单瓜质量为1.58 kg，折合667 m2产量为2 844 kg，较对照增产1.28%，但与对照差异不显著；P1、P3的667 m2产量分别为2 160、2 406 kg，均显著低于对照。品质方面，P1、P2、P4中心可溶性固形物均显著优于对照，尤以P2最优，较对照高出1.10百分点；边际可溶性固形物方面，4种生物降解膜处理均显著高于对照，P2表现最优，为10.62%，高于对照1.25百分点。由于农膜的主要作用是在生育初期保温、提墒及抑制杂草，后期气温升高或会影响西瓜生长，适时降解则有利于西瓜生长，因此得出，P2西瓜产量与品质表现均最优。2.5 不同农膜处理的成本效益分析如表6所示，供试4种全生物降解膜的市场价格相同，均为35元/kg，每667 m2用量约为5.86.0 kg，每667 m2成本为203210元。普通P E农膜价格约为10元/k g，每667 m2用量约为5.5 kg，每667 m2成本约为55元。667 m2农膜使用总成本方面，生物降解膜比普通农膜高出148155元。但在效益方面，全生物降解农膜可在西瓜收获后与残秧一起粉碎还田，进而实现完全降解，减少了单独捡拾农膜用工，每667 m2可减少用工1个，产生效益约150元。综合来看，生物降解膜与普通农膜之间成本与效益相当，具备推广价值。3 讨论与结论近年来，随着农业生产的高度发展，聚乙烯农膜的持续使用，我国基于农膜残留的土壤面源污染愈发严重，给农业生产和土壤环境带来巨大的负面影响。针对这一现状，国内外相继开展了大量的可降解农膜研究7-8，包括基于玉米淀粉（CS）、热塑性淀粉（TPS）、聚乳酸（PLA）、聚-己内酯（PCL）等多糖类原材料的新配方，以及用于农用地膜的关键评价以及水和光相互作用后的降解情况等，国内亦有较为成熟的研究成果和生产厂商。基于此，本试验在北京地区小型西瓜生产上开展了试验，对所选的几种以PBAT或PPC为主要原料的全生物降解膜开展应用评价。可降解农膜的适用性评价指标包括覆盖效果（对作物生长发育和产量品质影响）、降解速率以及成本效益等，覆盖效果又因作物不同而各异9。生物降解膜的降解速率主要取决于聚合物的结构、诱导期的长短和外界的环境条件，通常同一类型可降解农膜中，厚度越大则农膜降解速率越慢，栽培密度越大则降解越慢，覆土部分比不覆土部分降解慢。农膜的降解速率又通过影响保墒保温性间接影响植株的生长发育期长短表4 不同农膜覆盖西瓜生育期情况 处理幼苗期/d（月-日）伸蔓期/d（月-日）开花期/d（月-日）膨瓜期/d（月-日）成熟期/d（月-日）全生育期/dCK25（04-19）36（04-30）54（05-17）65（05-28）96（06-29）96P125（04-19）36（03-30）54（05-17）64（05-27）95（06-28）95P225（04-19）35（04-29）53（05-16）64（05-27）95（06-28）95P325（04-19）36（04-30）54（05-17）65（05-28）96（06-29）96P425（04-19）36（04-30）54（05-17）64（05-27）95（06-28）95注：同列天数数据处理间未达0.05水平显著差异。-15-Vegetables 2023.11绿色发展和后期产量品质，因此需根据作物类型、茬口、种植模式、栽培密度、地域以及肥水等条件综合考虑选用10。在西瓜生产上，不同地膜覆盖对其产量和品质影响不同，金发全生物降解农膜与对照聚乙烯农膜相比可以提高西瓜产量和品质，这与白有帅等11研究结论类似；另外，降解速率与成本效益情况，在推广应用中同样应该得到关注。从本试验可以得出，可降解农膜中PBAT可降解膜（P1、P2）与PPC可降解膜（P4）在北京地区西瓜生产上运用效果较好。从覆盖效果、降解情况以及成本效益来看，全生物降解膜在西瓜生产上均可以满足西瓜生长的需要，其中P2（金发）产量最高，而P4（华盛）降解效率最高，可节省后期部分捡拾成本，适合在北京地区春大棚小型西瓜生产中使用。但从目前来看，其经济效益并不十分明显，普通农户或者园区在生产中自发使用存在困难。因此，在推广过程中有以下几方面建议：一方面是加大降解膜科研投入，降低企业生产和销售成本，提高其经济效益；另一方面是加大推广示范力度，研究出台针对全生物降解膜使用的奖补政策，引导发展绿色生产。参考文献1 马蕾,吕金良.我国农用地膜使用现状及回收机制研究J.农业科技通讯,2019(11):19-23.2 严昌荣,梅旭荣,何文清,郑盛华.农用地膜残留污染的现状与防治J.农业工程学报,2006,22(11):269-272.3 张 俊 丽,索 龙,景 鹏 娟,焦 雪 丽.生 物 降 解 地 膜 的增 温 保 墒 及 增 产 效 应 研 究 进 展 J .农 业 与 技术,2021,41(15):113-115.4 陈东城.我国农用地膜应用现状及展望J.甘蔗糖业,2014(4):50-54.5 冯烈波,谢章良.几种生物降解地膜在大棚西瓜上的应用效果初探J.农村实用技术,2021(3):58-59.6 邵伟强,马骥驯,冯玉飞,赵战马,胡美华.全生物降解膜在西瓜生产上的应用试验初报J.浙江农业科学,2016,57(10):1725-1727.7 MENOSSI M,SALCEDO F,RIVILLI N,NICOLINI A T,ALVAREZ V A,LUDUEA L N.Biodegradable mulch films based on starch/Poly(Lactic Acid)/Poly(-Caprolactone)ternary 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