覆盖地膜可以有效改善土壤水热环境、控制杂草，还能提高作物品质^[1]，但普通塑料地膜天然环境下不易分解，回收利用率低，致使田间大量残留累积，“白色污染”日益突出^[2]。1998 年新疆农业部门对重点污染区域的覆膜进行了监测，结果表明，该区域内地膜残留面积达到 37.8 kg·hm^-2，其中最严重的一个样点残留量为 267.9 kg·hm^-2，而甜菜年均残留量为 13.38 kg·hm^-2[2-3]。2018 年，兵团覆膜播种面积约为 79.9 万 hm²，覆膜作物主要有棉花、玉米、番茄、甜菜和其他作物，全年地膜投入量为 7 万 t 左右，第九师占全兵团面积之和的 6%^[4]。在连续覆盖地膜耕地中，薄膜残留量以 22.5～30.0 kg·hm^-2 的速率增加，农田地膜污染日益突出^[5-7]。此外，覆膜还会使土壤性质、结构发生变化，使土壤的通气、储水量下降，土壤微生物无法正常发育，并在一定程度上形成阻挡地带，使作物无法充分吸收营养和水分^[8]。

地膜具有明显的增产作用，尤其对增温保墒压草效果极其明显。刘昌文等^[9]发现全生物降解地膜对甜菜亩保苗数、叶重、产量均具有促进作用。为了保证出苗率，兵团九师种植甜菜均采用地膜覆盖。据统计，九师甜菜年种植面积为 0.4～0.67 万 hm²，约占兵团种植面积的 1/3^[10]，主要种植在边境团场 164 团、166 团、167 团和 168 团等 6 个团。为了降低农田中的残膜累积量，团场要求甜菜露播，这就不能保证甜菜出全苗。仅 2020 年，九师甜菜因露播而出苗率不高，翻播面积达 667 hm² 以上，不仅造成资源浪费，也不利于甜菜产业的健康发展。

为了保证甜菜产量，同时土壤不被地膜污染，生物降解地膜将成为首选。马明生等^[11]研究发现全生物降解地膜可有效提高土壤贮水量，显著提高小麦籽粒产量与水分利用效率。刘群等^[12]结果表明，生物降解地膜对玉米产量有极显著的增益效果，与普通聚乙烯地膜之间无明显差异，在增产效果方面用生物降解地膜可以代替普通聚乙烯地膜。申丽霞等^[13]研究结果显示可降解地膜对土壤水分、温度和玉米生长的影响与普通地膜相当，土壤水分含量和温度明显高于露地对照，使玉米出苗率提高，地上部干物质积累量增加。段义忠等^[14]研究结果表明，生物降解地膜较裸地比较，马铃薯块茎产量增加了 31.71%。袁跃斌等^[15] 研究表明生物降解地膜和普通聚乙烯地膜比较对烤烟的产量和产值没有影响，且烤烟覆膜种植为保障烟叶后期生长需要，揭膜处理种植成本增加，不揭膜会造成田间污染，生物降解地膜则可以减少人工成本和污染问题。本文针对日益严重的残膜污染、露播甜菜产量低的现状，引进 6 μm 甜菜专用生物降解地膜，对其增温保墒、增产增糖效果进行较为系统的研究，旨在实现增产增收、遏制农田残膜污染，确保甜菜产业和环境保护可持续发展，并为推广应用生物降解地膜提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

田间试验于 2021—2022 年在新疆生产建设兵团第九师 168 团 10 连（46°49′ N、84°02′ E，海拔 710 m）和 167 团 9 连（46°51′ N、83°33′ E，海拔 770 m）进行。试验区属典型大陆性气候。春暖快、温度变化大，夏季温度高、时间短，秋季较短，冬季时间长、温度低，全年平均气温为 5.5℃。光照充足，昼夜温差大，有效积温 2800～3200℃，霜期较长，绝对无霜期为 150 d 左右，年均降水量 398.4 mm，年蒸发量 1515.5 mm。供试地土壤为砂壤土，2021 年试验地 0～40 cm 土壤中有机质含量为 21.5 g·kg^-1，碱解氮含量为 58.41 mg·kg^-1，有效磷含量为 23.12 mg·kg^-1，速效钾含量为 243.83 mg·kg^-1， pH 为 7.6；2022 年试验地 0～40 cm 土壤中有机质含量为 22.12 g·kg^-1，碱解氮含量为 55.31 mg·kg^-1，有效磷含量为 22.94 mg·kg^-1，速效钾含量为 245.83 mg·kg^-1，pH 为 7.3。

1.2 试验设计

试验设置 3 个处理分别为生物降解地膜 （BD），普通聚乙烯地膜（PE）和裸地（CK），每个处理重复 3 次。本研究以塔额垦区主推的甜菜品种 BETA379 为试验材料；6 μm 生物降解地膜由中国农业科学院环境与可持续发展研究所研制，命名为 P87（2017—2021 年在九师垦区团场开展不同生物降解地膜筛选，确定 P87 为最佳地膜）；普通聚乙烯地膜由新疆天业（集团）有限公司生产。小区面积 600 m²，各小区随机排列。种植行距 45 cm，株距 19 cm；按一膜一管两行设置，膜下设置滴灌，播种方式为直播。试验 3 个处理播种方式、肥料用量、种植与管理等一致。2021、2022 年，甜菜播种期分别为 4 月 18 日（4 月 29 日出苗）和 4 月 29 （5 月 6 日出苗）。于 7 月 1 日进行第 1 次灌溉，之后根据天气变化平均 14 d 进行 1 次灌溉。截至收获期，共灌溉 7 次，前 2 次灌溉量为 900 m³ ·hm^-2，其余 4 次灌溉量为 600 m³ ·hm^-2。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 地膜破损率

生物降解地膜降解情况：采用定点目测法，在每个处理固定面积一致的 3 个观测点，甜菜整个生育期（6—10 月），每隔 15 d 定点采集生物降解地膜、普通聚乙烯地膜照片和 3 个处理甜菜生长情况 [在每条地膜宽行处相同位置放置相框（40 cm×40 cm）进行定时定点拍照]，并对地膜表面变化进行观察，观察薄膜的表面有无裂纹、裂缝等。生物降解地膜降解主要分 4 个阶段：诱导阶段为膜表面开始出现微小裂纹形成的时期；破裂阶段为膜表面产生较大裂纹的时期；崩裂阶段为膜破裂为大块的时期；完全降解阶段为地表几乎无法观测到明显地膜残留的时期^[15]。

1.3.2 生物地膜降解率

在收获期，随机选择 3 个样点，量取膜面长度 1 m，将范围内的所有可见地膜捡拾装袋，带回实验室铺平测量面积，播种时铺设面积与测量面积之差与播种时铺设面积之比即为降解率。

$\text{降解率}（\mathrm{\%}）=\frac{\text{播种时铺设面积-测量面积}}{\text{播种时铺设面积}}\times 100$

1.3.3 土壤温度

采用土壤温度记录仪（精创 RC-4）对 PE、 BD、CK 3 个处理膜下 10 cm 土壤的温度进行连续测定，监测时间间隔为 0.5 h，测定时间 2021 年为 5 月 1 日—10 月 7 日，2022 年为 4 月 20 日—10 月 4 日。

1.3.4 土壤含水量

土壤含水量采用烘干法测定。每个小区随机确定 3 个采样点，在播种后每 7 d 采集 0～10、 10～20 cm 土层土壤，用铝盒带回后用烘箱 105℃ 烘至恒重。2021 年取土检测时间为 4 月 30—7 月 2 日，2022 年取土检测时间为 4 月 19 日—6 月 20 日。

$\text{土壤含水量}（\mathrm{\%}）=\frac{\text{土壤鲜重一土壤干重}}{\text{土壤干重}}\times 100$

1.3.5 甜菜产量、含糖率

田间现场勘察。随机选择 3 次重复，每个样点取 6.67 m²，算出平均行距，再计算出双行长度，查取双行株数，计算出公顷株数；每点所有甜菜块根完好挖出，按照原料甜菜的削切标准，切除茎叶、支根、毛根和直径 1 cm 以下的尾根，刮去泥土，称量块根鲜质量，计算平均单株重。据公式计算甜菜产量。

$\text{甜菜产量}\left(\mathrm{t}\cdot {\mathrm{h}\mathrm{m}}^{-2}\right)=\frac{\text{单株重}\times \text{公顷株数}\times \text{测产系数}}{1000}$

从采掘的块根中选择 10 个典型的块根茎（块茎重量为 1.2 kg 左右的为 3 个，1.0 kg 左右的为 4 个，0.8 kg 左右的为 3 个），利用甜菜块根采样器对着根茎倾斜插入，将条形试样从采样器中抽出，利用压榨钳压汁，并采用 PAL-1 型的手持折射计测定块根锤度值。甜菜块根含糖率为锤度值与遮光系数（0.83）的乘积。据公式计算甜菜产糖量。

$\text{产糖量}\left(\mathrm{t}\cdot {\mathrm{h}\mathrm{m}}^{-2}\right)=\text{平均锤度}\times \text{遮光系数}\times \text{产量}$

1.4 数据处理与计算

采用 DPS 7.05 和 Excel 2016 对数据进行处理和分析，数据间比较采用独立样本 Duncan 新复极差法检验方法。

2 结果与分析

2.1 不同地膜处理对土壤日均温度的影响

由图1 可知，在播种后直至甜菜收获，PE 和 BD 处理都能有效提高土壤温度。在 2021 年 6 月 5 日和 2022 年 5 月 28 日之前，PE 和 BD 处理之间对土壤温度的增加效果差异不明显，但明显高于 CK 处理的土壤温度；从 6 月 5 日—8 月 20 日，3 个处理土壤温度基本趋于一致。8 月 20 日以后，3 个处理的日均温度差异明显，表现为 PE>BD>CK，这和 BD 处理的降解程度不断提高有关。由此可以得出， PE 和 BD 处理在甜菜生育期超过一半的时间里对土壤温度的提高都有一定增益效果，其中 BD 处理的增温效果在前期与 PE 处理差异不大，但在后期增温效果比 PE 处理略低。

2.2 不同地膜处理对土壤含水量的影响

在甜菜灌头水前，随生育时期推进，各处理土壤含水量逐渐降低（图2），CK 处理的土壤含水量均明显低于 BD 和 PE 处理。在两年的试验结果中，与 BD 和 PE 处理土壤含水量相比，CK 处理含水量在 0～70 d 含水量大幅下降，在播种后 70 d 达到最低，0～10 cm 含水量接近 11%，10～20 cm 含水量也仅为 13% 左右。在播种后 0～50 d， BD 和 PE 处理含水量差异较小，但在第 50 d 以后， BD 较 PE 处理含水量下降更快，说明生物降解地膜和普通聚乙烯地膜均具有保墒作用，但生物降解地膜保墒效果减弱，逐渐开始降解。

2.3 不同地膜处理对甜菜产量及含糖量的影响

通过表1 可知，生物降解地膜显著影响甜菜含糖率和产糖量。在 2021 和 2022 年，BD 处理产量、含糖率、产糖量均最高，较 PE 显著提高 5.62%（两年的平均值，后同）、7.91%、15.83%，较 CK 显著提高 19.85%、9.96%、33.96%。两年的结果显示， BD 和 PE 处理显著提高收获株数，较 CK 处理分别提高 35.57%、35.84%，但是单株重明显下降，分别下降 11.53%、16.69%。这些结果均说明，生物降解地膜有利于甜菜糖分积累，形成较高的含糖率和产糖量；生物降解地膜和普通聚乙烯地膜的收获株数受地膜铺设的影响较大；收获株数越多，单株重越低。

注：不同小写字母代表同一年份处理间差异显著（P<0.05）。

2.4 甜菜生育期生物降解地膜破损特征

从表2 可以看出，2021 和 2022 年 BD 处理降解的时间规律基本一致，在覆盖 40 d 后，表面发生了细小的裂纹，出现降解现象，但是膜表面几乎保持完好，对保持土壤温度仍具有较好作用，大约可以维持两周。覆膜 67 d 膜面的延展性变差，易破裂，膜表面产生了许多裂缝，加速了膜的降解。覆膜 95 d 后膜面出现了大面积降解，几乎没有完全的膜面，破裂为大量的碎片。直到甜菜收获时，地面上还残存着一些破碎的地膜。普通聚乙烯地膜从始至终都未降解。2021 和 2022 年生物降解地膜的降解率分别为 75.23% 和 78.43%。

注：○、+、++、+++、++++ 表示地膜降解情况：○表示未降解；+ 表示诱导阶段；++ 表示破裂阶段；+++ 表示崩裂阶段；++++ 表示完全降解阶段。

2.5 不同处理对甜菜经济效益的影响

对各处理经济效益分析结果如表3 所示。2021 和 2022 年，2 种地膜中均以 BD 处理的收益最大，达到 13966.5 元·hm^-2，较 PE 和 CK 处理收益分别增加 1308.5、6097.5 元·hm^-2，分别提高 10.34%、 77.49%。

注：生物降解地膜价格为 27 元·kg^-1，普通聚乙烯地膜 12 元·kg^-1，甜菜收购价 570 元·t^-1。

3 讨论

新疆塔城属于典型的干旱区域，尤其春季降水极少、温度低，倒春寒极端天气频发，因此铺设地膜对新疆农业发展起到极大的促进作用，对于甜菜种植来说，地膜的使用更为重要。地膜对甜菜的发芽、生长不仅起到提温的作用，也起到更为重要的保墒作用。根据薛源清等^[16]研究显示，6 μm 厚生物降解地膜增温保墒及增产效果与普通地膜相当，具有推广价值。孙涛^[17]研究显示，在花生生长前期，生物降解地膜在保温与普通地膜无显著差异。本试验结论与上述试验结论相符，试验早期生物降解地膜保持良好，因此其保温性能与普通聚乙烯地膜基本相同；而试验中后期，由于生物降解地膜破裂，造成生物降解地膜保温能力下降。6 月下旬至 8 月中旬气温和地温均较高，地膜的增温效果基本表现不出，所以 BD 和 CK、PE 处理土壤温度差异不显著，8 月下旬至 10 月上旬，由于 BD 处理地膜破裂，并且部分降解，土壤处于裸露状态，因此日均温表现为 PE>BD>CK。

使用生物降解地膜有利于甜菜产量增加和糖分积累。王斌等^[18]在南疆的研究结果表明，应用生物降解地膜的甜菜在生育进程、生物量（包括地下部分、地上部分）、含糖量和产量与应用普通聚乙烯地膜相比没有明显的差别。而本研究与上述研究结论有所不同，本研究中 BD 与 PE 处理比较，BD 处理含糖率明显高于 PE 处理，主要由于甜菜糖分积累期，BD 处理增温保温效果减弱，夜间温度更低，更有利于糖分累积。

降解时间和分解速率是评价可降解薄膜质量的一个主要因素。刘群^[19]通过降解试验得知，生物降解地膜的降解诱导期为 60 d，冯欢等^[20]研究显示，生物降解地膜在覆膜后 51～62 d 开始逐渐降解，降解的程度随着时间延迟而增加。本试验所采用的生物降解地膜是根据北疆区域甜菜生长特性而研发功能期 50 d 左右的专用生物降解地膜。张国翠等^[21]研究显示，地膜栽培甜菜必须适期揭膜能有效的吸收光照、水分，改善甜菜生长环境，协调根叶比，促进甜菜生长和含糖率增加。因此使用功能期为 50 d 左右的生物降解地膜对甜菜生长和糖分累积具有明显促进作用。

4 结论

本研究采用的生物降解地膜具有同普通聚乙烯地膜类似的效果，生育前期实现增温保墒作用，提高收获株数；但生育中后期破裂降解，增大土壤温度差，有利于产量增长和糖分积累。生物降解地膜当年降解率可达到 75% 以上，对土壤、环境污染较小；同时收益最大，具有可推广价值。

参考文献