秸稈纖維地膜覆蓋栽培哈椒試驗(yàn)研究

張穎，陳泓睿，頓國(guó)強(qiáng)，韓永俊，陳海濤

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，哈爾濱 150030）

秸稈纖維地膜覆蓋栽培哈椒試驗(yàn)研究

張穎，陳泓睿，頓國(guó)強(qiáng)，韓永俊，陳海濤*

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，哈爾濱 150030）

為研究玉米和水稻秸稈纖維地膜覆蓋栽培作物性能，并完善其制造工藝技術(shù)，采用隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)方法，以裸地作為空白對(duì)照，實(shí)施玉米秸稈纖維地膜、水稻秸稈纖維地膜和傳統(tǒng)塑料地膜4個(gè)處理覆蓋栽培哈椒小區(qū)多重比較試驗(yàn)，研究秸稈纖維地膜的抑草、增溫、保墑和降解性能及其對(duì)哈椒植株高度和產(chǎn)量影響。結(jié)果表明，玉米、水稻秸稈纖維地膜間的抑草、增溫、保墑性能無(wú)顯著差異，分別在68和110 d內(nèi)完全降解；兩種秸稈纖維地膜抑草性能顯著優(yōu)于傳統(tǒng)塑料地膜的；秸稈纖維地膜與傳統(tǒng)塑料地膜的保墑性能無(wú)顯著差異，土壤含水量顯著高于裸地的；秸稈纖維地膜覆蓋處理的地表及地下10 cm土壤總積溫與裸地對(duì)照無(wú)顯著差異，極顯著低于傳統(tǒng)塑料地膜的；秸稈纖維地膜覆蓋栽培哈椒的植株高度和產(chǎn)量顯著高于裸地的，與傳統(tǒng)塑料地膜無(wú)顯著差異。

秸稈纖維地膜；地膜覆蓋栽培；降解性能；隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)；哈椒

地膜覆蓋栽培技術(shù)在提高作物產(chǎn)量和節(jié)水方面應(yīng)用廣泛[1-2]。隨著殘膜問(wèn)題日趨嚴(yán)重，發(fā)展可降解地膜替代塑料地膜解決地膜污染問(wèn)題得到關(guān)注[3]，許香春等研發(fā)光降解、生物降解、光生雙降解等地膜[4-5]，由于光降解地膜降解不徹底、生物降解地膜機(jī)械強(qiáng)度較低、光生雙降解地膜生產(chǎn)制造技術(shù)復(fù)雜和制造成本過(guò)高等原因[6-7]，并未廣泛應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中。

農(nóng)作物秸稈屬于農(nóng)業(yè)廢棄物料，具有來(lái)源廣泛、再生性強(qiáng)、價(jià)格低廉、生物可降解性強(qiáng)、降解后可增加土壤肥力等優(yōu)點(diǎn)，因此利用秸稈纖維制造秸稈纖維地膜成為研究熱點(diǎn)[8]。采用秸稈纖維地膜覆蓋栽培馬鈴薯[9-10]、玉米、棉花[11]、花生[12]、沈茄[8]、黃瓜[13]、草莓[14]等農(nóng)作物，可不同程度提高作物產(chǎn)量，改善土壤結(jié)構(gòu)，避免塑料殘膜造成環(huán)境污染。采用地膜覆蓋技術(shù)，研究可完全降解秸稈纖維地膜性能及滿足農(nóng)藝要求的機(jī)械強(qiáng)度，具有實(shí)際意義。

本試驗(yàn)所用秸稈纖維地膜采用清潔制漿造紙工藝流程并添加改性輔料及功能助劑研制而成。利用玉米秸稈纖維地膜、水稻秸稈纖維地膜及傳統(tǒng)塑料地膜和裸地進(jìn)行哈椒栽培田間小區(qū)對(duì)比試驗(yàn)，為研究秸稈纖維地膜性能、完善玉米和水稻秸稈纖維地膜制造工藝技術(shù)，為哈椒覆膜栽培技術(shù)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)材料包括：玉米秸稈纖維地膜、水稻秸稈纖維地膜和傳統(tǒng)塑料地膜。試驗(yàn)材料性能如表1所示。

表1 試驗(yàn)材料性能Table 1 Experimental material properties

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)方法

采用隨機(jī)區(qū)組多重比較試驗(yàn)方法[15-17]，4個(gè)處理3次重復(fù)，栽培哈椒對(duì)比試驗(yàn)。4個(gè)處理分別為玉米秸稈纖維地膜（A）、水稻秸稈纖維地膜（B）、傳統(tǒng)塑料地膜（C）和裸地對(duì)照CK。選擇抑草、保墑、保溫性能、降解性能和哈椒植株高度、產(chǎn)量作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。對(duì)比試驗(yàn)布置方案如表2所示。

試驗(yàn)小區(qū)覆膜栽培前精細(xì)整地，四周設(shè)一壟保護(hù)行，前茬作物為沈茄，哈椒栽培完全按照正常農(nóng)藝要求進(jìn)行。2012年6月6日小區(qū)情況，如圖1所示。

表2 對(duì)比試驗(yàn)布置方案Table 2 Block arrangement of the comparison test

圖1 覆膜栽培哈椒對(duì)比試驗(yàn)小區(qū)情況Fig.1 Blocks of mulching and cultivated green pepper

1.2.2 性能評(píng)價(jià)指標(biāo)的測(cè)定方法

①抑草性能。按照各處理栽培周期內(nèi)雜草滋生總量干重表示各處理的抑草性能。試驗(yàn)期間分3次取各處理地膜覆蓋壟臺(tái)范圍的雜草。所取雜草先稱鮮重后，按照烘干法標(biāo)準(zhǔn)GB 7172-87測(cè)定雜草含水率，計(jì)算各處理雜草干重，取3次測(cè)量算數(shù)平均值累加值作為各處理抑草性能結(jié)果。

②保墑性能。每天連續(xù)整點(diǎn)監(jiān)測(cè)壟臺(tái)表面下10 cm深度處土壤含水量，取算數(shù)平均值作為保墑性能結(jié)果。

③保溫性能。分別按地表總積溫和地表下10 cm處總積溫表征。哈椒生育期內(nèi)每天連續(xù)整點(diǎn)監(jiān)測(cè)壟臺(tái)表面以及壟臺(tái)表面下10 cm處土壤溫度，分別取測(cè)量值分別累加作為保溫性能結(jié)果。

④植株高度。定期測(cè)量各處理哈椒植株高度，將每隔1個(gè)月的測(cè)量數(shù)據(jù)取算數(shù)平均值作為結(jié)果。

⑤作物產(chǎn)量。按照果實(shí)成熟度不定期采摘成熟果實(shí)稱鮮重，直至試驗(yàn)結(jié)束，取總和的算數(shù)平均值作為結(jié)果。

⑥降解性能。試驗(yàn)期間在不影響覆蓋栽培性能的情況下對(duì)秸稈纖維地膜不定期取樣，進(jìn)行剩余抗張強(qiáng)度測(cè)定，繪制干抗張強(qiáng)度隨時(shí)間（天數(shù)）變化規(guī)律圖，根據(jù)秸稈纖維地膜試樣剩余抗張強(qiáng)度分析預(yù)測(cè)秸稈纖維降解性能。當(dāng)秸稈纖維地膜的抗張強(qiáng)度為零時(shí)，對(duì)應(yīng)的時(shí)間（天數(shù)）即為其降解周期。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析

采用Duncan′s方法進(jìn)行多重比較分析，用Mean±SD表示。

1.3 儀器設(shè)備

DGG-9070AD型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（上海森信試驗(yàn)儀器有限公司）、JA5003B型電子天平（上海精科天美科學(xué)儀器有限公司）、HOBO小型溫度濕度記錄儀（Onset Computer Corporation）、ZUS-4型紙張厚度測(cè)定儀（長(zhǎng)春市月明小型試驗(yàn)機(jī)有限責(zé)任公司）、DRK101A紙制品質(zhì)量檢測(cè)儀（濟(jì)南德瑞克儀器有限公司）等。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果

試驗(yàn)得出3種地膜處理及裸地對(duì)照覆蓋栽培哈椒各項(xiàng)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)比較分析結(jié)果，如表3所示。

表3 性能評(píng)價(jià)指標(biāo)比較分析結(jié)果Table 3 Comparison results of performance evaluation indices

2.2 抑草性能

由表3可知，對(duì)于各處理雜草量，A與B無(wú)顯著差異，與C有顯著差異，與CK有極顯著差異；B與C差異顯著，與CK有極顯著差異；C與CK無(wú)顯著差異。由此可見，在地膜覆蓋栽培哈椒生育期內(nèi)，玉米秸稈纖維地膜和水稻秸稈纖維地膜抑制雜草滋生性能相當(dāng)，抑制雜草滋生性能最好。其抑制雜草滋生量較傳統(tǒng)塑料地膜和裸地分別少25%和34%以上，如圖2所示。主要是因?yàn)閮煞N秸稈纖維地膜的低透光性阻斷雜草光合作用，從而抑制雜草滋生。

圖2 各處理哈椒及雜草生長(zhǎng)情況Fig.2 Situation of green pepper and weed among treatments

2.3 保墑性能

由表3可知，各處理10 cm處土壤含水量，A與B、C無(wú)顯著差異，與CK有顯著差異；B與C無(wú)顯著差異，與CK有顯著差異；C與CK處理有顯著差異。由此可見，傳統(tǒng)塑料地膜、玉米秸稈纖維地膜和水稻秸稈纖維地膜保墑性能相當(dāng)，是裸地栽培27.27%以上。原因是由于地膜覆蓋，使壟臺(tái)表面與外界環(huán)境間增加一層阻隔層，阻止水分從地表蒸發(fā)至空氣中，水分直接在膜內(nèi)凝結(jié)回流入壟臺(tái)，從而使膜內(nèi)土壤水分得到保持。3種地膜原料、制造工藝不同，但其保墑效果相同。結(jié)果與文獻(xiàn)[18-20]一致。

2.4 保溫性能

由表3可知，各處理地表總積溫，A與B無(wú)顯著差異，A、B與C有極顯著差異，A、B與CK無(wú)顯著差異，C與CK有極顯著差異。由此可見，對(duì)地表總積溫而言，傳統(tǒng)塑料地膜增溫性能最好，分別較玉米和水稻秸稈纖維地膜和裸地高12.59%和9.88%；玉米秸稈纖維地膜、水稻秸稈纖維地膜和裸地地表總積溫?zé)o顯著差異。

各處理壟臺(tái)表面下10 cm處總積溫，A與B無(wú)顯著差異，A、B與C有極顯著差異，A、B與CK無(wú)顯著差異，C與CK有極顯著差異。由此可見，對(duì)于地表下10 cm處總積溫而言，傳統(tǒng)塑料地膜增溫性能最好，分別較玉米和水稻秸稈纖維地膜和裸地高12.84%和12.16%；玉米秸稈纖維地膜、水稻秸稈纖維地膜和裸地的地表下10 cm處總積溫?zé)o顯著差異。這主要是因?yàn)榻斩捓w維地膜在制造過(guò)程中，地膜的纖維孔隙不可能完全充填，使得大氣溫度低于膜內(nèi)溫度時(shí)從膜內(nèi)向大氣散發(fā)熱量，影響其保溫效果，秸稈纖維地膜的低透明性使白天太陽(yáng)光中的部分紅外線不能直接射入膜內(nèi)壟臺(tái)，夜間長(zhǎng)波輻射的熱量因其透氣性而散失，導(dǎo)致玉米秸稈纖維地膜和水稻秸稈纖維地膜保溫效果不佳。試驗(yàn)結(jié)果表明，秸稈纖維地膜在保溫性能方面還有改良空間。

2.5 植株高度與作物產(chǎn)量

由表3可知，各處理哈椒生育期平均植株高度和哈椒產(chǎn)量，A與B、C無(wú)顯著差異，A與CK差異顯著；B與C無(wú)顯著差異，B與CK有顯著差異；C與CK差異顯著。玉米秸稈纖維地膜、水稻秸稈纖維地膜和傳統(tǒng)塑料地膜栽培哈椒生育期平均植株高度及哈椒產(chǎn)量均無(wú)顯著差異，較裸地栽培的平均植株高度高15.71%，較裸地栽培的哈椒總產(chǎn)量高43.91%～53.66%。傳統(tǒng)塑料地膜栽培哈椒增產(chǎn)主要是因?yàn)槠湓鰷匦阅芎捅勑阅?，抑制水肥蒸騰揮發(fā)，促進(jìn)了哈椒生長(zhǎng)；兩種秸稈纖維地膜沒(méi)有因?yàn)楸匦阅懿患讯鴮?dǎo)致減產(chǎn)，一方面因?yàn)槠湟种齐s草滋生，避免雜草與哈椒爭(zhēng)肥，抑制水肥蒸騰揮發(fā)，促進(jìn)哈椒生長(zhǎng)；另一方面隨著秸稈纖維地膜降解，土壤養(yǎng)分增加所致，曹玲等研究表明，木質(zhì)素經(jīng)微生物降解，無(wú)機(jī)氮素被緩慢釋放，為作物吸收利用[21]。

2.6 秸稈纖維地膜降解性能

玉米和水稻秸稈纖維地膜覆蓋栽培哈椒降解周期測(cè)定與預(yù)測(cè)結(jié)果如圖3所示。

圖3 兩種秸稈纖維地膜降解性能Fig.3 Degradable trend of two kinds of stalk fiber film

玉米秸稈纖維地膜覆蓋栽培哈椒時(shí)，其降解速率為0.3756 N·d-1，且呈線性規(guī)律降解，降解周期為68 d；水稻秸稈纖維地膜覆蓋栽培哈椒時(shí)，其降解速率為0.2668 N·d-1，同樣呈線性規(guī)律降解，降解周期為110 d；兩種秸稈纖維地膜在覆蓋后30～40 d先后開始顯現(xiàn)裂紋。二者降解速率和降解周期不同，其主要是因?yàn)槠湓虾徒M成成分不同，盡管玉米秸稈纖維地膜定量大于水稻秸稈纖維地膜，但水稻秸稈纖維地膜濕強(qiáng)劑量大于玉米秸稈纖維地膜，表明成膜濕強(qiáng)劑對(duì)秸稈纖維地膜降解速率和降解周期影響大于定量，不過(guò)二者在哈椒生育周期內(nèi)均可完全降解。

由圖4可見，60 d兩種秸稈纖維地膜絕大部分已經(jīng)降解成碎片，部分地膜與地表粘連后地膜逐漸大面積與地表貼合，降解為絮狀物質(zhì)，其結(jié)構(gòu)被破壞，這一結(jié)果與大豆秸稈纖維地膜的降解情況相同[6]。此外，圖4表明不同成膜工藝水稻秸稈纖維地膜降解速度較玉米秸稈纖維地膜慢，但在哈椒生育期內(nèi)，兩種秸稈纖維地膜均得到有效降解。

圖4 60 d兩種秸稈纖維地膜狀態(tài)Fig.4 State of two kinds of stalk fiber film at the 60 d

3 討論與結(jié)論

a.玉米和水稻秸稈纖維地膜覆蓋栽培哈椒的抑制雜草性能顯著優(yōu)于傳統(tǒng)塑料地膜；兩種秸稈纖維地膜、傳統(tǒng)塑料地膜之間的保墑性能及對(duì)哈椒植株高度和果實(shí)產(chǎn)量的影響無(wú)顯著差異，顯著優(yōu)于裸地栽培；兩種秸稈纖維地膜的保溫性能顯著低于傳統(tǒng)塑料地膜，與裸地間無(wú)顯著差異。

b.不同制膜成分的玉米秸稈纖維地膜和水稻秸稈纖維地膜栽培哈椒的降解速率和降解周期不同，但在110 d內(nèi)可完全降解還田。

c.盡管兩種秸稈纖維地膜的增溫效果不明顯，但其覆蓋栽培哈椒的抑草性能、保墑性能、植株高度和產(chǎn)量均無(wú)顯著差異，且顯著優(yōu)于裸地栽培，二者均可滿足有機(jī)覆蓋栽培哈椒技術(shù)要求。

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Study on the stalk fiber films mulching cultivation green pepper

ZHANG Ying,CHEN Hongrui,DUN Guoqiang,HAN Yongjun,CHEN Haitao
(School of Engineering,Northeast Agricultural University,Harbin 150030,China)

In order to study the properties of the corn stalk fiber film and rice stalk fiber film mulching cultivation crop,and to improve their manufacturing process technology,the randomized block test method was employed to carry out the multiple comparison plot test of cultivating green pepper,and study on the properties of weed suppression,increasing temperature,conserving soil moisture,degradation and effect on height and yield of green pepper of the corn stalk fiber film and rice stalk fiber film,with four treatments which were corn stalk fiber film mulching,rice stalk fiber film mulching,plastic film mulching,and bare land as blank control.The results showed that the properties of weed suppression,increasing temperature and conserving soil moisture were no significant difference between corn stalk fiber film and rice stalk fiber film,and they were completely degraded within 68 and 110 d,respectively;weed suppression performance of two kinds of stalk fiber film was significantly better than traditional plastic film;there were no significant differences in conserving soil moisture properties of stalk fiber film with conventional plastic mulching,and the mulching soil water content was significantly higher than that of bare land;the total soil accumulated temperature of the surface and underground 10 cm was no significant difference between stalk fiber film mulching treatments and control,they were significantly lower than traditional plastic mulching treatment;the green pepper plantheight and yield of stalk fiber film mulching treatments were significantly higher than that of control,and they had no significant difference with the traditional plastic mulching treatment.

stalk fiber film;film mulching cultivation;degradability;randomized block test;green pepper

S316

A

1005-9369（2014）11-0095-06

2013-12-05

“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2012BAD32B02-5）

張穎（1983-），女，助理工程師，碩士，研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)機(jī)械化工程。E-mail:zhangying0604@163.com

*通訊作者：陳海濤，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)機(jī)械化工程。E-mail:htchen@neau.edu.cn

時(shí)間2014-11-21 16:34:00[URL]http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1391.S.20141121.1634.004.html

張穎,陳泓睿,頓國(guó)強(qiáng),等.秸稈纖維地膜覆蓋栽培哈椒試驗(yàn)研究[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2014,45(11):95-100.

Zhang Ying,Chen Hongrui,Dun Guoqian,et al.Study on the stalk fiber films mulching cultivation green pepper[J].Journal of Northeast Agricultural University,2014,45(11):95-100.(in Chinese with English abstract)