王 旭,和海秀,范守杰,彭椿皓,王瑞楠,孟 玲,徐 巧 ,白如霄,3,崔 瑜

(1.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第九師農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所(畜牧科學(xué)研究所),新疆塔城 834601;2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院,烏魯木齊 830052;3.新疆農(nóng)墾科學(xué)院,新疆石河子 832000)

0 引 言

【研究意義】覆蓋地膜技術(shù)可以有效的改善土壤水熱狀況、控制雜草,提高作物品質(zhì)[1],但普通塑料地膜,天然環(huán)境下不易分解,回收利用率低。2018年新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)覆膜播種面積約為78.93×104hm2(1 184萬畝),覆膜作物主要有棉花、玉米、番茄、甜菜和其他作物,全年地膜投入量為7×104t左右。新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第九師占各師種植面積之和的6%[2]。在連續(xù)覆蓋的耕地中,隨著覆蓋時間的延長,薄膜殘留的數(shù)量也相應(yīng)增加[3-5]。此外,覆膜還會使土壤性質(zhì)、結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,使土壤的通氣、儲水量下降,土壤微生物無法正常發(fā)育,并在一定程度上形成阻擋地帶,使作物無法充分吸收營養(yǎng)和水分[6];同時也會對植株的根的均勻性、植株的正常生長產(chǎn)生一定的干擾,影響到秧苗的出苗率,造成作物減產(chǎn)[7]。第九師甜菜種植面積在0.4×104～0.67×104hm2(6×104～10×104畝),約占兵團(tuán)種植面積的1/3,地膜覆蓋種植過程中揭膜對甜菜增產(chǎn)十分有利。采用頭水后揭膜比全生育期覆膜增產(chǎn)9.4%,含糖提高0.6度,產(chǎn)糖量增加13.1%。研究生物降解地膜對新疆北疆甜菜生長及產(chǎn)量的影響,對篩選適宜甜菜專用地膜、提高甜菜產(chǎn)量和含糖量有重要意義?！厩叭搜芯恳饬x】劉群等[8]對玉米進(jìn)行BD研究表明,BD能使玉米增產(chǎn)18.7%,比PE增產(chǎn)1%。BD對玉米的產(chǎn)量有極顯著的增益效果,與PE之間無明顯差異,在增產(chǎn)效果方面用BD可以代替PE。袁躍斌等[9]研究表明,BD地膜和PE比較對烤煙的產(chǎn)量和產(chǎn)值沒有影響且烤煙覆膜種植為保障煙葉后期生長需要揭膜處理種植成本增加,不揭膜會造成田間BD滯留?！颈狙芯壳腥朦c】有關(guān)生物降解地膜對甜菜生長及產(chǎn)量的影響文獻(xiàn)較少,需研究新疆塔額墾區(qū)6 μm甜菜專用生物降解地膜對甜菜生長、產(chǎn)量及含糖率的影響。【擬解決的關(guān)鍵問題】參試甜菜品種為BETA379,塔額墾區(qū)應(yīng)用6 μm甜菜專用生物降解地膜,優(yōu)化專用生物降解地膜技術(shù)模式,分析塔額墾區(qū)開展BD覆蓋下的保溫效應(yīng)以及對甜菜生長、產(chǎn)量和含糖量的影響。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗區(qū)團(tuán)場位于新疆塔額墾區(qū)額敏縣,全年平均氣溫為5.5℃。光照充足,晝夜溫差大,有效積溫2 800～3 200℃,霜期較長,絕對無霜期為138 d,年均降水量398.4 mm,年蒸發(fā)量1 515.5 mm。示范地點168團(tuán)10連;種植面積2 hm2(30畝),參試甜菜品種為BETA379。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設(shè)計

設(shè)置3個處理,分別為生物降解地膜(簡稱BD)厚度為6±2(μm),普通聚乙烯地膜(PE)和裸地(CK),每個處理重復(fù)3次。種植行距55 cm,株距19 cm;按1膜1管2行設(shè)置,膜下設(shè)置滴灌,播種方式為直播。3個處理播種方式、肥料用量、種植與管理等一致。2021年4月29日播種,10月9日收獲。于7月1日第1次灌溉,之后根據(jù)天氣變化平均14 d灌溉1次,共灌溉7次,前2次灌溉量為900 m3/hm2,其余4次灌溉量為600 m3/hm2。

1.2.2 測定指標(biāo)

1.2.2.1 地膜破損率

BD降解:采用定點目測法,在每個處理固定面積一致的3個觀測點,甜菜整個生育期(6～10月),每隔15 d定點采集BD、PE照片和3個處理甜菜生長情況用地膜每條地膜寬行處相同位置放置相框(40 cm×40 cm)定時定點拍照,并觀察地膜表面變化(薄膜表面有無裂紋、裂縫等)。BD降解主要分4個階段:誘導(dǎo)階段:膜表面開始出現(xiàn)微小裂紋形成的時期;破裂階段:膜表面產(chǎn)生較大裂紋的時期;崩裂階段:膜破裂為大塊的時期;完全降解階段:地表幾乎無法觀測到明顯地膜殘留的時期。BD降解率采用像素分析法[10]。

1.2.2.2 土壤溫度

采用土壤溫度記錄儀對PE、降解、CK 3個處理膜下10 cm土壤的溫度連續(xù)測定,監(jiān)測時間間隔為0.5 h,測定時間為5月1日～10月7日。

1.2.2.3 甜菜根系生長量

在甜菜生長期內(nèi),每隔15 d在每個處理隨機(jī)取3個植株,用游標(biāo)卡尺,直尺等測量甜菜根系的直徑(取橫向最粗處的值),根長,計算甜菜根系的表面積及體積。

甜菜根系表面積=π×R(根直徑)×L(根長).

甜菜根系體積=π×r2(根半徑)×L(根長).

1.2.2.4 甜菜產(chǎn)量、含糖率

田間隨機(jī)選擇3次重復(fù),每個樣點取6.67 m2,計算平均行距,再計算出雙行長度,記錄雙行株數(shù),計算667m2株數(shù);每點所有甜菜塊根完好挖出,按照原料甜菜的削切標(biāo)準(zhǔn),切除莖葉、支根、毛根和直徑1 cm以下的尾根,刮去泥土,稱量塊根鮮質(zhì)量,計算平均單株重、計算甜菜產(chǎn)量。

甜菜產(chǎn)量(t/hm2)=

從挖掘的塊根中選擇10個典型的塊根莖,利用甜菜塊根采樣器對著根莖傾斜插入,將條形試樣從試樣中抽出,運用壓榨鉗抽汁,并采用PAL-1型的手持折射計測量塊根錘度。將10個塊根錘度的平均值與錘度值相乘,得出塊根含糖量為0.83。

從挖取的塊根中選擇10個典型的塊根莖,利用甜菜塊根采樣器對著根莖進(jìn)行傾斜,將條形試樣從試樣中抽出,利用壓榨鉗抽汁,并采用PAL-1型的手持折射計測量塊根錘度。將10個塊根錘度的平均值與錘度值(0.83)相乘,得到塊根含糖率。計算甜菜單產(chǎn)含糖量(t/hm2)=平均錘度(%)×遮光系數(shù)(0.83)×產(chǎn)量(t/hm2)。

1.2.2.5 土壤溫度

采用土壤溫度記錄儀對PE、降解、CK 3個處理地表下10 cm土壤的溫度連續(xù)測定,監(jiān)測時間間隔為0.5 h,測定時間為4月29日～10月7日。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用DPS和Excel2016軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析,數(shù)據(jù)間比較采用獨立樣本Duncan新復(fù)極差法檢驗方法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同覆膜處理對土壤日均溫度和土壤累計溫度的影響

2.1.1 不同覆膜處理對甜菜生育期不同時間土壤溫度變化

研究表明,在播種后直至甜菜收獲,PE和BD都能有效的提高土壤溫度,在6月5日前,PE和BD之間的對土壤溫度的增加效果差異不明顯,但明顯高于CK土壤溫度; 6月5日～8月20日,3個處理土壤溫度基本趨于一致。8月20日～10月7日,3個處理的日均溫度差異明顯。PE>BD>CK,PE和BD處理在甜菜生育期超過一半的時間里對土壤溫度的提高都有一定增益效果,其中BD的增溫效果在前期與PE差異不大,但在后期增溫效果比PE略低。圖1

圖1 不同覆膜處理對甜菜生育期土壤日溫度變化

2.1.2 不同覆膜處理對地表下10 cm土壤累計溫度的影響

研究表明,甜菜整個生育期地表下10 cm土壤溫度日均積溫PE>BD>CK;PE和BD較CK積溫差異性顯著,分別增溫17.1%和24.2%,PE和BD對土壤保溫效果有促進(jìn)作用。圖2

圖2 不同覆膜處理下地表下10 cm土壤累計溫度變化

2.2 不同覆膜處理對甜菜生育期生長發(fā)育影響

2.2.1 不同覆膜處理對甜菜根系生長發(fā)育影響

研究表明,與CK相比,根長在BD下表現(xiàn)最佳,達(dá)到差異顯著水平,PE在7月10日表現(xiàn)不如CK,但是未達(dá)到顯著差異水平;根直徑在PE下表現(xiàn)最好,BD相較CK根長有一定的增益效果,但差異性不顯著,7月10日PE與CK處理差異性顯著;甜菜的根表面積影響著甜菜吸收土壤中養(yǎng)分的能力,影響甜菜最終的產(chǎn)量,3個處理下BD表現(xiàn)最佳,7月10日與CK,PE相比均達(dá)到顯著差異水平;甜菜苗期根系體積的大小對其后期生長有著重要的影響作用,3個處理中BD整體上表現(xiàn)最好,與CK處理相比達(dá)到顯著差異水平。表1

表1 不同覆膜處理下甜菜產(chǎn)根系生長發(fā)育變化

2.2.2 不同覆膜處理對甜菜生物量的影響

研究表明,甜菜整個植株、地上部分和地下部分的干物積累均隨生育過程而增加,相比較地上部分是PE>BD>CK,地下部分是BD>PE>CK,子葉期和幼苗期甜菜的地下干物質(zhì)積累大于干物質(zhì)的積累,到繁茂期甜菜葉片生長迅速,地上干物質(zhì)的積累大于地下干物質(zhì)的積累,到塊根成熟期時明顯可以看出地下部分干物質(zhì)積累迅速增加。干物質(zhì)的積累在塊根成熟期的達(dá)到巔峰,占整個生育期的45%～52%。甜菜的塊根積累期至收獲期,PE和BD間地上、地下干物質(zhì)之前無顯著性差異,PE和BD兩個處理較之CK之間干物質(zhì)之間存在顯著差異性。圖3

注:生物量均為干質(zhì)量,測定日期為2021年10月9日(kg/hm2)

2.2.3 不同覆膜處理對甜菜產(chǎn)量及含糖量影響

研究表明,BD產(chǎn)量80.84 t/hm2,PE產(chǎn)量76.73 t/hm2,CK產(chǎn)量為67.71 t/hm2,BD和PE較CK分別增產(chǎn)19.39%和13.41%;BDP87塊根含糖率17.44%,PE栽培塊根含糖率16.09%,CK在栽培塊根含糖率15.83%,BD和PE較CK栽培增加1.61%和0.26%。BD產(chǎn)糖量為14.10 t/hm2,PE單產(chǎn)糖量為12.35 t/hm2,CK處理單產(chǎn)糖量為10.72 t/hm2,BD和PE栽培較CK栽培單產(chǎn)糖量分別增加10.17%和1.6%。

BD、PE和CK3個處理收獲株數(shù)、單株重差異性不明顯,BD、PE和CK相比產(chǎn)量差異性極顯著,BD和PE之間產(chǎn)量差異不顯著,BD較PE增產(chǎn)效果不顯著。

BD較PE和CK相比含糖率和含糖量差異性顯著,BD較對甜菜含糖率和含糖量有增加有促進(jìn)作用。表2

表2 不同覆膜處理下甜菜產(chǎn)量及含糖量變化

2.3 甜菜生育期生物降解地膜破損特征

研究表明,BD在覆蓋40 d后,表面發(fā)生了細(xì)小的裂紋,出現(xiàn)降解現(xiàn)象,但是膜表面幾乎保持完好,對保持土壤溫度仍具有較好作用,大約可以維持14 d左右。覆膜67 d膜面的延展性變差,易破裂,膜表面產(chǎn)生了許多裂縫,加速了膜的降解。覆膜95 d后膜面出現(xiàn)了大面積降解,幾乎沒有完全的膜面,破裂為大量的碎片。直到甜菜收獲時,地面上還殘存著一些破碎的地膜。PE從始至終都未降解。BD的降解率為75.23%。表3

表3 甜菜生育期降解膜膜面降解破裂變化

3 討 論

3.1薛源清等[11]研究顯示,6 μm厚BD地膜增溫保墑及增產(chǎn)效果與普通地膜相當(dāng),具有推廣價值。孫濤等[12]研究顯示,在花生生長前期,生物BD在保溫與普通地膜無顯著差異。試驗結(jié)論與上述研究結(jié)果相符,試驗早期 BD保持良好,因此其保溫性能與常規(guī) PE基本相同;而試驗中后期,由于BD破裂,造成BD保溫能力下降。6月下旬～8月中旬氣溫和地溫均較高,地膜的增溫效果基本表現(xiàn)不出,所以BD和CK、PE土壤溫度差異性不顯著,8月下旬至10月上旬,由于BD地膜破裂,并且部分降解,土壤處于裸露狀態(tài),因此表現(xiàn)出PE日均溫大于BD大于CK處理。

3.2采用全生物降解地膜有利于甜菜的生長發(fā)育。王斌等[13]在新疆南疆的研究結(jié)果表明BD的甜菜在生育進(jìn)程、生物量(包括地下部分、地上部分)、含糖量和產(chǎn)量與 PE相比沒有明顯的差別。而研究與上述研究結(jié)論有所不同,研究中BD處理與PE比較,BD促進(jìn)了甜菜葉叢繁茂期的根長、根表面積增加;在采收期間,提高了產(chǎn)量和含糖率。

3.3降解時間和分解速率是評價可降解薄膜質(zhì)量的一個主要因素。劉群[14]通過降解試驗得知,該生物膜的降解誘導(dǎo)期為60 d,馮歡等[10]研究顯示,BD在覆膜后51～62 d開始逐漸降解,降解的程度隨著時間延遲而增加。試驗所采用的生物降解地膜,是根據(jù)新疆北疆區(qū)域甜菜生長特性而研發(fā)功能期50 d左右的專用生物降解地膜。張國翠等[15]研究顯示,地膜栽培甜菜必須適期揭膜能有效的吸收光照、水分,改善甜菜生長環(huán)境,協(xié)調(diào)根葉比,促進(jìn)甜菜的產(chǎn)量和糖含量的提高。

4 結(jié) 論

4.1在新疆塔額墾區(qū)甜菜出苗期氣溫低,倒春寒時有發(fā)生,覆膜對于促進(jìn)作物生長有顯著影響。BD在甜菜塊根成熟期前可以有效提高土壤溫度,且甜菜整個生育期土壤 10 cm 平均溫度顯著高于無覆蓋。

4.2與無覆蓋相比顯著提高生長,PE和BD兩個處理較之CK之間干物質(zhì)之間存在顯著差異性。BD和PE較CK分別增產(chǎn)19.39%和13.41%,P87 6 μm甜菜專用生物降解地膜(BD)和普通聚乙烯地膜(PE)栽培較CK栽培667 m2產(chǎn)糖量分別增加10.17%和1.6%。P87 6 μm甜菜專用生物降解地膜(BD)可作為普通聚乙烯地膜(PE)替代品,具有推廣價值。