近年来，关于生物降解地膜的农田应用效果，主要集中于其增温保墒性能和对不同作物增产效果等方面，王龙等[7]研究表明，适宜的生物降解地膜具有增温保墒、促进作物生长和提高产量的作用。王淑英等[8]在甘肃旱区研究显示，生物降解膜保墒性能达普通地膜的90.4%~95.4%。覆盖生物降解地膜对作物产量及其构成因素均有不同程度的影响，唐文雪等[9]研究表明，降解地膜性能稳定，对土壤保温保墒的效果及玉米产量的影响与PE地膜相似。孟玉等[10]研究发现，诱导期较长的黑色降解地膜保温保水效果较好，使玉米产量和水分利用效率与普通地膜无显著差异。但也有相关学者[11⇓-13]发现，降解地膜因作物种类、区域间环境差异以及地膜降解特性等使其增温保墒效果减弱，导致产量和水分利用效率降低。冯欢等[14]研究表明，生物降解地膜在棉花生长的关键时期土壤积温较低，影响作物生长发育，导致棉花产量下降。目前，生物降解地膜在玉米[15]、芋艿[16]等作物上的研究较多，而棉花因生育期较长，部分生物降解地膜降解时期与棉花生长规律不匹配[17]，导致土壤水分无效蒸腾加剧，影响棉株生长[18]，致使生物降解地膜在实际生产中未能普遍推广应用。生物降解地膜的性能不稳定，在不同环境下的降解特征以及对土壤温度和水分、作物产量的影响不同，且不同生物降解地膜和灌溉定额组合处理下对棉田土壤水热变化及产量的影响鲜见报道，其作用机理尚不清楚。
本研究揭示了生物降解地膜在不同灌溉定额下土壤温度和水分分布及产量变化并筛选出最适宜滴灌棉花的生物降解地膜与灌溉定额，以期为西北内陆棉区生物降解地膜的推广应用提供科学依据和理论参考。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验于2021年在新疆阿克苏地区沙雅县基地进行（82°42′ E，41°17′ N，海拔987 m）。该区年均降水量47.3 mm，年均蒸发量2000.7 mm，年日照时数3031.2 h，年均气温10.7 ℃，最高气温30.9 ℃，最低气温-13.7 ℃，无霜期214 d，属典型暖温带大陆性干旱气候，农业生产完全依赖灌溉。试验区土壤质地为沙质壤土，播前0~40 cm土壤理化性质为有机质9.8 g/kg、全氮0.6 g/kg、速效磷18.1 mg/kg、速效钾111.9 mg/kg、容重1.5 g/cm3、pH 8.3。试验田地下水位>5 m，不能补给到作物根系分布层，向上补给量忽略不计。
1.2 试验设计
采用裂区试验设计，地膜为主区，设新疆宝利丰达热氧―生物双降解地膜（BF）、宿州天壮全生物降解地膜（TZ）、蓝山屯河生物降解地膜（LS）和聚乙烯地膜（PE）4个处理；灌溉定额为副区，设3150（亏缺灌溉，W1）、4050（常规灌溉，W2）和4950 m3/hm2（增量灌溉，W3）3个处理，PE为对照。共12个处理，重复3次。小区长9.5 m，宽6.9 m，面积65.55 m2。采用“1膜3管6行”机采棉种植模式，株行配置[(10 cm+66 cm+10 cm)+66 cm]+11 cm，理论种植密度22.5万株/hm2。
供试棉花品种为新陆早66号，由新疆金丰源种业股份有限公司提供，播种日期为5月18日，降解膜和PE地膜厚度均为0.01 mm，宽度为2.05 m，地表覆盖度约为80%。为减少边际效应，每个小区第1、3幅膜为保护行，第2幅膜为调查取样小区。滴灌带间距76 cm，滴头间距25 cm，滴头设计流量2.1 L/h，各小区单独安装水表和开关，单独控水。6月24日开始灌溉，8月19日灌溉结束，灌溉频率7 d/次，共计10次，其他日常管理同大田。棉花生育期划分见表1。
表1 2021年棉花生育期划分
Table 1
| 生育时期 Growth period | 苗期 Seedling stage | 蕾期 Bud stage | 花铃期 Boll setting stage | 吐絮期 Boll opening stage | 全生育期 Whole growth period |
|---|---|---|---|---|---|
| 日期（月-日）Date (month-day) | 05-21－06-18 | 06-19－07-22 | 07-23－08-24 | 08-25－09-25 | 05-21－09-25 |
| 播种后天数Days after sowing (d) | 0~29 | 29~64 | 64~97 | 97~128 | 128 |
1.3 测定项目与方法
1.3.1 降解膜降解性能
表2 生物降解地膜田间观测标准
Table 2
| 序号Number | 时期Stage | 评价标准Evaluation criterion |
|---|---|---|
| 1 | 诱导期 | 开始铺膜到出现小裂缝 |
| 2 | 破裂期 | 肉眼清楚看到大裂缝 |
| 3 | 崩裂期 | 地膜裂解成大碎块、没有完整膜面 |
| 4 | 破碎期 | 地面无大块残膜存在，仍有小碎片 |
| 5 | 全降解期 | 地膜在地面基本消失 |
1.3.2 土壤温度
播种后于每个处理第2小区宽行中间处，采用美国Onset HOBO Pro v2自动记录传感器，采集膜下深度为10 cm的土壤温度，采集时间为播种后至棉花收获期，采样间隔为1 h。
1.3.3 土壤有效积温
有效积温（Ti）的计算方法如下[21]：
式中，Ti表示从播种之后的第1天到第i天的土壤有效积温（℃·d）；Tiavg表示土壤的日平均温度（℃）；Tbase为棉花的基点温度，在本研究中取12 ℃。
1.3.4 土壤体积含水率
图1
1.3.5 棉花产量
于棉花收获期在各小区随机挑选3个2.27 m×2.93 m大小的样方，记录其株数和总铃数并计算单株结铃数。每个小区随机取30株棉株，分上、中、下3部分各取30个棉铃，晒至恒重后测其单铃重和籽棉产量，轧花后测其衣分。
1.4 数据处理
采用Microsoft Excel 2007和DPS 7.05进行数据差异性分析，采用最小显著法（LSD）检验试验数据的差异显著性水平（P<0.05），用SigmaPlot 12.5制作图表。
2 结果与分析
2.1 不同生物降解地膜田间降解情况评价
不同生物降解地膜的降解进程如表3所示，播种后BF和TZ处理最早出现缝隙，诱导期为31 d，均比LS处理缩短28 d。BF处理在播种124 d后进入全降解期，接近粉末状，小碎片明显减少。LS处理在播种87 d后进入崩裂期，膜面出现肉眼可见的大碎块。TZ处理在播种110 d后进入破碎期，膜面裂解为小碎片，在播种135 d后进入全降解期，TZ处理前期降解快，而后期慢。PE处理至棉花收获，膜面均未发生降解。可得出BF处理降解速率最快，其次是TZ处理，LS处理降解最慢。
表3 不同地膜表观目测降解时间进程
Table 3
| 处理 Treatment | 诱导期 Induction stage | 破裂期 Rupture stage | 崩裂期 Disintegration stage | 破碎期 Fragmentation stage | 全降解期 Full degradation stage | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 日期 Date | 历时 Time (d) | 日期 Date | 历时 Time (d) | 日期 Date | 历时 Time (d) | 日期 Date | 历时 Time (d) | 日期 Date | 历时 Time (d) | |||||
| PE | 05-18-09-27 | 135 | － | － | － | － | － | － | － | － | ||||
| BF | 05-18-06-18 | 31 | 06-18-07-02 | 14 | 07-02-08-24 | 53 | 08-24-09-19 | 26 | 09-19 | 124 | ||||
| TZ | 05-18-06-18 | 31 | 06-18-07-16 | 28 | 07-16-09-05 | 51 | 09-05-09-27 | 25 | 09-27 | 135 | ||||
| LS | 05-18-07-16 | 59 | 07-16-08-13 | 28 | 08-13-09-27 | 45 | 09-27 | 132 | － | － | ||||
“－”表示膜面无变化。数据为播种后的日期和天数，下同。
“－”indicates no change in film surface. Data were days after sowing, the same below.
如表4所示，3种生物降解地膜的降解率随播种后天数的增加而增大，全生育期内BF和TZ处理降解率均显著高于其他2个处理。直至播种后60 d，BF、TZ处理降解率达到26.02%和20.53%，无显著差异，且均明显高于LS和PE处理。播种后90 d，LS处理降解率为26.14%，比BF、TZ处理分别显著低20.78%、10.19%。播种后150 d，3种生物降解地膜的降解率表现为BF>TZ>LS，其中，BF处理的降解率最大，为68.68%。
表4 不同生物降解地膜的降解率
Table 4
| 处理Treatment | 30d | 60d | 90d | 120d | 150d |
|---|---|---|---|---|---|
| PE | 0.10±0.01c | 0.49±0.01c | 0.74±0.01d | 1.42±0.02d | 1.63±0.01d |
| BF | 12.24±0.01a | 26.02±0.01a | 42.42±0.01a | 59.47±0.01a | 68.68±0.02a |
| TZ | 12.01±0.01a | 20.53±0.01ab | 31.86±0.01b | 51.16±0.01ab | 59.98±0.01b |
| LS | 5.66±0.01b | 12.23±0.01b | 21.64±0.02c | 35.94±0.01c | 40.87±0.01c |
不同小写字母表示处理间差异显著（P < 0.05），下同。
Different lowercase letters indicated significant differences among treatments (P < 0.05), the same below.
2.2 不同生物降解地膜和灌溉定额对土壤温度的变化
生物降解地膜和灌溉定额对土壤温度的影响如图2所示，各处理土壤温度均随时间的变化呈现先增加后减小的趋势。同一灌溉定额下，棉花苗期至蕾期PE处理的土壤温度最高为28.79 ℃，较BF、TZ和LS处理分别高0.59、0.30和1.36 ℃；蕾期至花铃期，各处理土壤温度无明显差异；吐絮期，BF、TZ和LS处理的土壤温度较PE处理分别高0.35、0.95和0.42 ℃。同一地膜覆盖下，各处理土壤温度在棉花吐絮期差异较大，其中W2处理的土壤温度较W1和W3处理分别高0.83和0.36 ℃。二者交互作用下，随灌溉定额的增大，PEW2和TZW3处理的土壤温度最高，分别为22.97和22.79 ℃。由此可知，棉花生长前期受地膜因素的影响，后期受地膜和灌溉量交互作用的影响差异较明显，TZ在W3处理下保温效果与PE相似，且TZ相较于BF和LS具有较好的保温效果，可促进棉花的生长发育。
图2
图2
不同处理10 cm处土壤温度随时间的变化
Fig.2
The change of soil temperature at 10 cm with time in different treatments
2.3 不同生物降解地膜和灌溉定额对土壤有效积温的影响
不同处理下棉田土壤有效积温变化如表5所示。全生育时期各处理的土壤有效积温随灌溉定额的升高而降低，在棉花生长前期土壤有效积温受地膜因素的影响极为显著，后期受生物降解地膜、灌溉定额及二者互作影响显著。同一灌溉定额下，棉花苗期，PE处理的土壤有效积温与BF处理差异不显著，花铃期和吐絮期PE处理的土壤有效积温最高，平均分别为241.23和178.80 ℃·d。相同地膜覆盖下，各处理棉花吐絮期土壤有效积温差异较大，W3处理比W1和W2处理分别低14.07和10.09 ℃·d。在二者互作条件下，PEW1和TZW1处理全生育时期土壤有效积温最高，分别为1285.14和1277.76 ℃·d。因此，随灌溉定额的增大，棉田土壤有效积温逐渐减小，TZ和PE的保温效果均高于BF和LS，且二者之间差异不显著。
表5 棉花生育期内不同处理下的土壤有效积温变化
Table 5
| 处理 Treatment | 苗期 Seedling stage | 蕾期 Bud stage | 花铃期 Flowering and boll stage | 吐絮期 Boll opening stage | 全生育时期 Whole growth period | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| W1 | PE | 496.91a | 363.34a | 241.78a | 183.12a | 1285.14a |
| BF | 492.65ab | 354.95cd | 236.30d | 177.21c | 1261.12bc | |
| TZ | 499.10a | 360.91ab | 239.28bc | 178.48bc | 1277.76a | |
| LS | 455.00c | 347.57e | 239.08bc | 180.98ab | 1222.63e | |
| W2 | PE | 493.50ab | 362.35a | 241.10a | 180.69ab | 1277.64a |
| BF | 490.50ab | 353.41d | 238.36c | 172.01d | 1254.28c | |
| TZ | 492.83ab | 359.92ab | 240.19ab | 173.22d | 1266.16b | |
| LS | 455.62c | 345.41e | 235.70d | 177.95bc | 1214.68e | |
| W3 | PE | 484.19b | 362.24a | 240.82ab | 172.60d | 1259.85bc |
| BF | 486.54b | 354.50cd | 239.98abc | 162.10f | 1243.13d | |
| TZ | 492.25ab | 357.40bc | 240.19ab | 162.81ef | 1252.64cd | |
| LS | 448.69c | 344.29e | 230.82e | 166.01e | 1189.81f | |
| 灌溉定额Irrigation quota (W) | 23.22*** | 19.28*** | 9.72*** | 120.31*** | 85.18*** | |
| 生物降解地膜Biodegradable film (BD) | 0.80ns | 1.24ns | 23.07*** | 6.45** | 6.45** | |
| 灌溉定额×生物降解地膜 (W×BD) | 40.85*** | 42.05*** | 31.92*** | 10.47*** | 72.68*** | |
ns、“*”、“**”、“***”分别表示灌溉定额、地膜和二者交互作用的影响未达显著水平、达5%、1%和0.1%显著水平，下同。
ns,“*”,“**”,“***”indicate that the effects of irrigation quota, plastic film and their interaction do not reach significant level, reaching 5%, 1% and 0.1% significant levels, respectively, the same below.
2.4 不同生物降解地膜和灌溉定额对土壤水分分布的影响
生物降解地膜和灌溉定额下棉花关键生育时期0~60 cm土壤水分分布变化如图3所示。从不同生育时期土壤含水率变化上看，在0~60 cm土层中，蕾期BF、TZ和LS的土壤平均含水率在W1处理下比PE高1.96%、3.18%和2.54%，在W2和W3处理下均比PE低1.59~5.95%；花期至吐絮期，BF、TZ和LS在W1~W3处理下均比PE低1.72~5.46%、1.24~3.60%、1.98~3.95%。从不同土层上看，各生育时期0~30 cm土层中，BF、TZ和LS的土壤含水率在W1和W2处理下均较PE地膜高0.29%、3.72%、0.66%，TZ在W3处理下较PE、BF和LS高4.06%、2.19%、2.42%；在30~60 cm土层中，BF、TZ和LS的土壤含水率在W1和W2处理下均较PE地膜低3.08%、9.45%、2.67%，TZ在W3处理下分别较PE、BF和LS低9.45%、6.38%、6.78%。因此，生物降解地膜因其自身具有降解作用，其保墒效果较PE地膜低，可通过增加灌溉量提高0~30 cm土层土壤水分，促进棉花根系对土壤水分的吸收。
图3
图3
不同处理0~60 cm土壤体积含水率变化
Fig.3
Changes of soil water rate in 0-60 cm soil under different treatments
2.5 不同生物降解地膜和灌溉定额对棉花产量的影响
由表6可知，生物降解地膜和灌溉定额以及二者互作均对籽棉产量影响极显著，对衣分无显著影响。随灌溉定额的增加，生物降解地膜（BF、TZ、LS）的籽棉产量呈现递增趋势，PE地膜则相反。在W1~W2处理下，BF、TZ和LS的籽棉产量较PE分别低15.41%~10.38%、6.57%~3.26%、12.76%~ 10.37%，其中PEW1处理下的籽棉产量最高，为5849.97 kg/hm2；在W3处理下，TZ的籽棉产量较PE高5.69%，BF和LS处理的籽棉产量分别较PE低2.88%、1.28%。在产量构成方面，各处理下单株结铃数和单铃重均与籽棉产量的变化趋势基本一致，在W1和W2处理下，单株结铃数和单铃重均表现为PE>TZ>LS>BF，在W3处理下则表现为TZ>PE>LS>BF。因此，增加灌溉定额可有效降低生物降解地膜与PE地膜间籽棉产量的差距，生物降解地膜和灌溉定额两者交互作用下，TZW3组合处理下的增产效果显著。
表6 生物降解地膜和灌溉定额对籽棉产量及其构成因素的影响
Table 6
| 灌溉定额 Irrigation quota (m3/hm2) | 处理 Treatment | 单株结铃数 Boll number per plant | 单铃重 Single boll weight (g) | 籽棉产量 Seed cotton yield (kg/hm2) | 衣分 Lint percentage (%) |
|---|---|---|---|---|---|
| W1 | PE | 5.84a | 5.43a | 5849.97a | 39.53a |
| BF | 5.28j | 4.77h | 5068.76h | 39.78a | |
| TZ | 5.52d | 5.21de | 5489.40d | 39.76a | |
| LS | 5.34hi | 4.86gh | 5187.79g | 39.59a | |
| W2 | PE | 5.66c | 5.32bc | 5737.92bc | 39.49a |
| BF | 5.32ij | 4.89fg | 5198.42g | 39.19a | |
| TZ | 5.55d | 5.28cd | 5665.20c | 39.49a | |
| LS | 5.36gh | 4.91fg | 5300.42f | 39.64a | |
| W3 | PE | 5.48e | 5.15e | 5465.39de | 39.32a |
| BF | 5.39fg | 4.98f | 5312.47f | 39.76a | |
| TZ | 5.74b | 5.41ab | 5776.36ab | 39.52a | |
| LS | 5.42f | 5.13e | 5396.21e | 39.77a | |
| 灌溉定额Irrigation quota (W) | 185.09*** | 141.33*** | 165.34*** | 1.03ns | |
| 生物降解地膜Biodegradable film (BD) | 7.16** | 9.77*** | 13.44*** | 0.57ns | |
| 灌溉定额×生物降解地膜 (W×BD) | 103.13*** | 16.37*** | 37.13*** | 0.45ns | |
2.6 不同生物降解地膜和灌溉定额下各指标间相关性
由表7可知，降解率与土壤温度呈正相关，与土壤含水量呈显著负相关。而降解率与土壤有效积温、产量及其构成因素呈负相关，但相关性不显著。土壤温度和含水量与籽棉产量呈正相关，且土壤温度对籽棉产量的相关系数较高，为0.33。
表7 不同处理下地膜降解率、土壤温度、籽棉产量及其构成因素之间的相关性
Table 7
| 指标Index | Dr | St | Ti | Wc | Bp | Sw | Y |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Dr | 1.00 | ||||||
| St | 0.27 | 1.00 | |||||
| Ti | -0.47 | -0.12 | 1.00 | ||||
| Wc | -0.66* | -0.34 | -0.19 | 1.00 | |||
| Bp | -0.09 | 0.21 | -0.52 | 0.47 | 1.00 | ||
| Sw | -0.01 | 0.37 | -0.21 | -0.13 | 0.67* | 1.00 | |
| Y | -0.05 | 0.33 | -0.39 | 0.16 | 0.90** | 0.93** | 1.00 |
“*”表示0.05水平上显著相关；“**”表示0.01水平上显著相关。Dr：降解率，St：土壤温度，Ti：土壤有效积温，Wc：土壤含水率，Bp：单株结铃数，Sw：单铃重，Y：籽棉产量。
“*”indicates a significant correlation at the 0.05 level;“**”indicates a significant correlation at the 0.01 level. Dr: the degradation rate, St: soil temperature, Ti: soil effective accumulated temperature, Wc: soil water rate, Bp: number of bolls per plant, Sw: single boll weight, Y: seed cotton yield.
籽棉产量与灌溉定额呈线性关系（图4），拟合决定系数均高于0.98。根据线性回归方程计算可知，当灌溉定额较W2处理高3.73%、1.41%和20.37%时，BF、TZ和LS生物降解地膜的籽棉产量分别达5532.32、5554.06和5379.00 kg/hm2，较PEW2分别低0.62%、0.23%和3.38%。当籽棉产量与PEW1处理相当时，为5849.9 kg/hm2，BF、TZ和LS处理下的灌溉定额分别较W3处理高14.59%、6.53%和116.24%。因此，当灌溉定额较W2处理高1.41%，为4107 m3/hm2时，TZ可确保产量不下降的同时降低残膜污染，较W3处理高6.53%，为5273 m3/hm2时可达到普通聚乙烯（PE）地膜的增产效果。
图4
图4
生物降解地膜覆盖下灌溉定额与籽棉产量的拟合
Fig.4
Fitting of irrigation quota and seed cotton yield under biodegradable film mulching
3 讨论
3.1 生物降解地膜降解性能的差异
生物降解地膜降解性能因其组成材料、颜色及当地的气候条件等因素表现出不同的差异，Sintim等[23]研究发现，生物降解地膜的降解率在较暖的环境下可达26%~83%。生物降解地膜的主要成分为聚己二酸丁二醇酯―对苯二甲酸丁二醇酯，在本研究中，BF在棉花蕾期处于破裂期，历时比TZ和LS早14 d，可能是因为温度升高，水分增大，使成分中的苯二甲酸丁二醇稳定性降低，导致降解速率加快[24-25]；王龙等[7]研究表明，生物降解地膜中加入新型辅料可提高地膜的保温保墒性，增加地膜的耐候时间，与本研究结果相似，TZ稳定期比较长，在棉花生育前期、中期地膜虽出现降解，但破裂度小，增温保墒效果较好，对作物生长发育及产量影响较小，在吐絮期降解迅速，播种后150 d降解率达59.98%。杨世佳等[26]研究表明，在作物生长前期，黑色生物降解地膜因透光率差，未出现破裂现象。与本研究结果一致，本研究中LS（黑色生物降解膜）诱导期比BF、TZ（无色透明生物降解地膜）晚28 d，在棉花播种150 d后，其降解率显著降低19.11%~27.81%，原因可能是棉花播种前由于冰雹灾害使BF和TZ出现不规则的孔洞，造成地膜进入诱导期的时间较早，至棉花生育期结束均进入全降解期，而LS的韧性较高，组成成分较无色透明生物降解地膜稳定，且棉花生长前期表层土壤温度和水分不利于土壤微生物的生长，导致降解速率慢，但随棉花生育时期的增大，光照时长逐渐增大，在棉花花铃期降解速率加快，至棉花生育期结束进入破碎期。但本文为1年定点试验，BF和TZ受气候和品种等因素影响，其降解性能的稳定性和适宜的灌溉量还需要进一步研究。
3.2 生物降解地膜和灌溉定额对土壤温度和水分的影响
土壤温度的升高会加快聚合物材料分子链断裂，提高土壤微生物活性，进一步提高了降解地膜的分解速度[27-28]。李仙岳等[29]研究发现，作物生长的前期普通塑料地膜与生物降解膜覆盖的土壤温度并无显著差异，后期普通塑料地膜覆盖的土壤温度高于生物降解膜。孟玉等[10]研究表明，黑色生物降解地膜具有良好的保温效果，能形成较高的土壤温度；本研究结果与前人[10]不一致，由于BF和TZ降解早，LS对光的吸收程度低，导致土壤温度在棉花生长前期较PE低0.30~1.71 ℃，后期棉花封行，降解膜和PE的温差减小，与路海东等[30]和张妮等[31]的研究结果一致，增量灌溉下土壤有效积温较常规灌溉低10.09 ℃·d。吴凤全等[32]研究发现，覆盖生物降解地膜能够在棉花生长过程中起到与聚乙烯地膜相似的增温效果，与本研究结果相似，在不同灌溉定额下，TZ的土壤有效积温与PE差异不显著。
覆膜能改变土壤与空气之间的接触面，并阻止土壤水分蒸发，显著改变土壤含水量[26]。霍轶珍等[33]和曹玉军等[34]通过对玉米覆盖生物降解地膜进行研究发现，生物降解地膜与聚乙烯地膜在浅层处土壤含水量无显著差异，且不同地膜处理下深层土壤含水量较浅层大；本文研究结果与前人[33-34]类似，生物降解地膜和PE覆盖下棉田0~30 cm平均土壤含水率低于30~60 cm，由于地膜降解速度不同，其表面越完整深层土壤含水率越大。夏文等[17]研究表明，生物降解地膜对土壤耕作层水分含量有明显的改善作用，与本研究结果相似，随灌溉定额的增大，TZ在0~30 cm平均土壤含水率较PE、BF和LS分别高0.95%、1.30%和2.05%；同一灌溉定额下，生物降解地膜在棉花蕾期至吐絮期出现不同程度的降解，各生育时期TZ在0~30 cm土层平均土壤含水率较PE高0.33%~1.42%。可能是因为TZ在棉花生育时期的降解速率较稳定，表面残留的地膜可降低土壤水分湿润锋运移速率和累积入渗量[34]，有利于棉花根系对水分的吸收，促进棉株生长。
3.3 生物降解地膜和灌溉定额对产量的影响
覆膜有利于增加产量[35]，生物降解地膜逐渐裂解影响棉田土壤环境，进而影响作物的生长发育及产量[36]，地膜降解期适中，能够较好地控温控水，维持良好土壤微环境，促进作物增产和品质提升[18]。孟玉[37]研究表明，灌水量相同时，降解较慢的生物降解地膜产量较高，且灌水量的增加可补偿生物降解地膜带来的减产效应。这与本研究结果相似，TZ降解期适中，在相同灌溉定额处理下籽棉产量均高于BF和LS，当灌溉定额增大至4950 m3/hm2时，有效提高了生物降解地膜的籽棉产量。相关研究[38]发现，灌水量过高会使玉米灌浆时间延长，造成贪青晚熟现象，同一时间收获高灌水量处理玉米籽粒尚未完全成熟，影响玉米产量[38]，与本研究结果相似，BF和LS降解性能差异较大，且PE不具有降解特性，在W3处理下，深层土壤含水率均高于TZ，导致在棉花生育后期出现贪青晚熟的现象，单铃重降低，籽棉产量显著低于TZ。邬强[39]研究发现，棉田覆盖生物降解地膜，其籽棉产量较覆盖聚乙烯地膜减少2%~3%。与本研究结果相似，3种生物降解地膜在W1和W2处理下的籽棉产量均较聚乙烯地膜低3.26%~15.41%。朱友娟等[40]通过在新疆南疆棉田进行生物降解地膜与聚乙烯地膜产量的对比，发现覆盖生物降解地膜对棉花的衣分和单铃质量没有显著影响，籽棉产量与聚乙烯地膜无显著差异。与本研究结果不一致，本研究中在W1和W2处理下3种生物降解地膜，单株结铃数、单铃重和籽棉产量均比聚乙烯地膜低，通过增加灌溉定额至W3处理时，可降低生物降解地膜与聚乙烯地膜间籽棉产量的差距。通过籽棉产量和灌溉定额拟合的线性回归方程发现，在水资源短缺、气候温差不大的新疆棉区，BF和TZ处理下灌溉定额在4107~4201 m3/hm2时，地膜降解速度较快，可满足棉花对温度和水分的需求，使棉花产量接近PE地膜；但LS处理下灌溉定额在4950 m3/hm2时，籽棉产量显著比PE地膜低1.28%，地膜的降解速度和土壤温湿度低会影响农业的可持续发展。但还需进一步探寻在不同灌溉量下生物降解地膜降解后对棉花纤维品质的影响，确保增产增效。
4 结论
在新疆干旱地区，采用天壮全生物降解地膜较宝利丰达和蓝山屯河生物降解地膜降解速率适中，灌溉定额在4107~4950 m3/hm2内组合较其他互作处理更有利于提高棉花生育时期内对温度和水分的需求，促进棉花根系对水分的吸收利用，增加单铃重和单株结铃数，确保产量不下降的同时降低残膜污染。当灌溉定额较4950 m3/hm2高6.53%，天壮全生物降解地膜的籽棉产量达5849.97 kg/hm2时，较为适合南疆地区气候条件，可代替聚乙烯地膜用于棉花生产。
参考文献
Multi-site assessment of the effects of plastic-film mulch on dryland maize productivity in semiarid areas in China
The status and distribution characteristics of residual mulching film in Xinjiang, China
DOI:10.1016/S2095-3119(15)61240-0
[本文引用: 1]
Pollution of residual plastic film in arable lands is a severe problem in China. In this study, the status of residual film and influential factors were investigated using the methods of farm survey in combination with questionnaires and quadrat sampling at a large number of field sites in Xinjiang Uygur Autonomous Region, China. The results showed that the amount of film utilization increased largely and reached to 1.8×10<sup>5</sup> t in 2013. Similarly, the mulching area also substantially increased in recent decades, and reached to 2.7×10<sup>5</sup> ha in the same year. According to the current survey, 60.7% of the sites presented a greater mulch residue than the national film residue standard (75 kg ha<sup>–1</sup>), and the maximum residual amount reached 502.2 kg ha<sup>–1</sup> in Turpan, Xinjiang. The film thickness, the mulching time and the crop type all influenced mulch residue. The thickness of the film had significantly negative correlation with the amount of residual film (<em>P</em><0.05), while the mulching years had significantly positive correlation with it (<em>P</em><0.05). The total amount of residual film in Xinjiang was 3.43×10<sup>5</sup> t in 2011, which accounted for 15.3% of the cumulative dosage of mulching. Among all the crops, the cotton fields had the largest residual amount of mulch film (158.4 kg ha<sup>–1</sup>), and also the largest contribution (2.6×10<sup>5</sup> tons) to the total amount of residual film in Xinjiang.
生物降解地膜性能及对棉花产量的影响评价研究
DOI:10.16258/j.cnki.1674-5906.2019.03.019
[本文引用: 1]
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辽西半干旱区不同类型地膜降解特性及其对玉米产量的影响
DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.09.005
[本文引用: 1]
【目的】明确不同类型可降解地膜在辽西半干旱区的降解特性及其对玉米产量的影响,为可降解地膜的区域筛选和应用提供理论依据和数据支撑。【方法】以国家农业环境阜新观测实验站为平台,采用田间试验与室内分析相结合的方法,田间试验共设置3个处理,分别为普通地膜覆盖（T1）、添加剂型降解膜覆盖（T2）和全生物降解膜覆盖（T3）。通过2年田间试验,定期进行田间观察和取样分析,测定不同地膜覆盖处理下的玉米产量,并结合扫描电镜（SEM）和傅里叶红外光谱（FTIR）,对地膜表面形态、力学特性以及化学结构等指标进行测定,系统全面地分析不同类型地膜在辽西半干旱区的降解过程及程度。【结果】各覆盖处理的玉米产量无显著差异,不同类型地膜的田间降解过程表明,2种可降解地膜的降解进程相似,均从覆盖后第38天表面开始出现裂纹,第58天开始出现明显降解,T3处理的降解进程总体上快于T2处理,普通地膜几乎无降解。随着地膜在田间置留时间加长,破碎程度加剧,可降解地膜的水蒸气透过量显著增加,力学性能（最大负荷、拉伸强度和断裂标称应变）显著下降,膜面微观形态和化学结构变化显著,普通地膜覆盖处理各项指标前后变化不明显。不同类型地膜的水蒸气透过能力总体表现为T3>>T2>T1,力学性能表现为T1>T2>T3,覆盖后98 d地膜微观表面粗糙度表现为T3>T2>T1,与田间观测效果及地膜相应物理指标结果相一致。通过计算（失重法）得出可降解地膜T2和T3的当季降解率分别为37.4%和47.8%,降解残片以2</sup>和4—25 cm<sup>2</sup>的中小规格为主。【结论】可降解地膜可在保障玉米产量的同时实现自身降解,减少农田残留。从产量、降解特性和残留率等方面综合评价,以PBAT全生物降解地膜替代普通地膜应用于辽西半干旱区玉米覆盖栽培更具潜力。
生物降解地膜覆盖对棉田土壤水―热―盐及产量的影响
为明确生物降解地膜覆盖对棉田水分、热量、盐分及产量的影响，在南疆绿洲棉区设置4种生物降解地膜（T1、T2、JF、BSF），以PE地膜为对照，分析了不同生物降解地膜对棉田保墒、增温、抑盐的调控效果及产量的影响。结果表明：BSF处理的保水性能与PE地膜相当，T1、T2、JF处理保水性能则不如PE地膜；JF、BSF处理抑盐效果优于PE地膜，0～60 cm土层平均含盐量分别比PE地膜低0.3、0.4 g·kg<sup>-1</sup>，其他处理抑盐效果则不如PE地膜。JF、BSF处理的地温分别比PE地膜高0.3、1.6 ℃，其他处理则低于PE地膜；不同生物降解地膜覆盖对ET<sub>a</sub>影响不显著，但显著影响单株结铃数与水分利用效率，地膜降解越早，单株结铃数越少，水分利用效率越低；BSF处理在籽棉产量方面高于其他处理，但比PE地膜低20.2%。本研究为该地区棉田生物降解地膜的筛选及安全性评价提供了科学依据。
灌溉模式对冀南植棉区棉花干物质积累分配、产量和水分利用效率的影响
DOI:10.11963/1002-7807.xrblcd.20180929
[本文引用: 1]
【目的】探明不同灌溉模式对冀南植棉区气候条件下土壤水分、棉花生长发育及产量的影响，确立科学的灌溉模式，提高棉花水分利用效率。【方法】以农大601为试验材料，于2016年和2017年进行大田裂区试验，设置主处理：不覆膜（NF）、覆膜（MF），副处理：畦灌（W1，600 m<sup>3</sup>·hm<sup>－2</sup>）、限量隔沟灌Ⅰ（W2，450 m<sup>3</sup>·hm<sup>－2</sup>）、限量隔沟灌Ⅱ（W3，300 m<sup>3</sup>·hm<sup>－2</sup>），其中覆膜畦灌为当地棉花常规栽培模式，在不同时期测定棉花干物质质量、产量和水分利用效率。【结果】（1）2016年和2017年干物质质量均表现为覆膜处理显著高于不覆膜处理，但覆膜条件下各水分处理间差异不显著。2016年，与NFW1 相比，NFW2、NFW3处理的干物质质量分别降低10.56%、15.00%，且达到显著水平；2017年，与NFW1相比，NFW2干物质质量显著提高11.29%，NFW3处理差异不显著。（2）2016年和2017年各处理棉花产量和水分利用效率变化趋势一致。覆膜处理下各水分处理间产量和水分利用效率差异不显著；与NFW1 相比，NFW2、NFW3处理产量分别降低10.21%～16.00%、13.63%～18.84%，水分利用效率分别降低8.33%～13.80%、9.72%～14.61%，且达到显著水平；与MFW1相比，NFW1处理产量和水分利用效率小幅降低，但差异不显著；与MFW2相比，NFW2处理产量和水分利用效率分别显著降低12.96%～16.62%、13.73%～16.51%；与MFW3相比，NFW3处理产量和水分利用效率分别显著降低15.04%～16.29%、15.03%～16.31%。【结论】在丰水年和正常降水年份，不覆膜正常畦灌处理（NFW1）能够获得较理想的产量水平，且无残膜污染；在减少灌水量条件下覆膜隔沟灌处理（MFW2、MFW3）也能获得较高产量水平，提高了水分利用效率。
Comparison of TDR and X-ray method for determining moisture transport parameters
In situ degradation of biodegradable plastic mulch films in compost and agricultural soils
Impact of hydrothermal ageing on the thermal stability, morphology and viscoelastic performance of PLA/sisal bio-composites
Yield differences get large with ascendant altitude between traditional paddy and water-saving ground cover rice production system
Combined effect of different amounts of irrigation and mulch films on physiological indexes and yield of drip-irrigated maize (Zea mays L.)
