南疆機(jī)采棉田利于殘膜回收的寬窄雙膜栽培模式研究*

馬麒，徐守振，宿俊吉，李吉蓮，林海，寧新柱

(1. 新疆農(nóng)墾科學(xué)院棉花研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部西北內(nèi)陸區(qū)棉花生物學(xué)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/ 新疆兵團(tuán)棉花改良與高產(chǎn)栽培重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆石河子，832000；2. 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，蘭州市，730070)

0 引言

新疆是中國(guó)重要的農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)基地，覆膜種植總面積達(dá)3 478 khm2，年地膜投入量超過200 kt，是全國(guó)殘膜污染最為嚴(yán)重區(qū)域，具有代表性[1-3]。新疆是我國(guó)最重要的產(chǎn)棉區(qū)，南疆更是重中之重。據(jù)統(tǒng)計(jì)，新疆南疆棉花種植面積約占全疆的2/3[4]。新疆作為中國(guó)棉花主產(chǎn)區(qū)，地膜覆蓋面積及使用量均居全國(guó)首位，殘膜污染問題尤為嚴(yán)重[5-7]，影響了棉花發(fā)育生長(zhǎng)及產(chǎn)量[8-9]，降低了農(nóng)機(jī)作業(yè)質(zhì)量[10]及造成了棉紡織品異性纖維含量超標(biāo)[11-13]，諸多問題表明地膜使用與農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境保護(hù)及農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展之間的矛盾日益突出[14]。

近年來，新疆棉田殘膜污染引發(fā)的危害日漸凸顯，最直接的是對(duì)棉花生育性狀及產(chǎn)量造成一定的影響。主要表現(xiàn)在影響棉花出苗質(zhì)量，抑制棉花根系生長(zhǎng)發(fā)育，最終降低棉花產(chǎn)量水平[15]。此外，隨著新疆機(jī)采棉的大面積推廣，棉田殘膜會(huì)對(duì)機(jī)采原棉造成污染，異性纖維增多，部分殘膜混入機(jī)采棉中導(dǎo)致機(jī)采棉含雜率增加，導(dǎo)致原棉品質(zhì)下降[16-17]。

目前，新疆棉田殘膜回收的方法主要有以下3種：(1)通過使用可降解地膜代替難以降解的聚氯乙烯塑料薄膜；(2)通過機(jī)械回收殘膜；(3)通過機(jī)械加人工輔助進(jìn)行殘膜回收作業(yè)。但上述三種方法在機(jī)采棉生產(chǎn)中的應(yīng)用效果均不佳。首先，可降解地膜存在成本高、技術(shù)不成熟，降解不可控等問題[15]，難以在生產(chǎn)上大面積推廣應(yīng)用；其次，人工進(jìn)行殘膜回收效率低、成本高。雖然機(jī)械回收作業(yè)是目前棉田殘膜污染治理的最佳方式[16]，但回收效果不理想，只能回收部分殘膜，且回收成本相對(duì)較高，如果要實(shí)現(xiàn)90%以上的殘膜回收還需要一定的人工輔助作業(yè)。因此通過優(yōu)化農(nóng)藝栽培措施來提高殘膜回收效率是一條可能的途徑。

我國(guó)新疆南疆地區(qū)干旱少雨、鹽堿較重，近年來隨著棉花膜下滴灌技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，在生產(chǎn)上南疆部分地區(qū)一般采用雙膜覆蓋栽培技術(shù)。雙膜覆蓋栽培技術(shù)不僅能起到增溫保墑作用，能夠有效實(shí)現(xiàn)一播全苗，而且在出苗前起到防風(fēng)、防雨、防板結(jié)的作用，對(duì)保苗、增產(chǎn)和提質(zhì)具有明顯作用[18]。但目前生產(chǎn)上所用的常規(guī)雙膜栽培技術(shù)依然存在下膜回收難、機(jī)采棉原棉殘膜污染嚴(yán)重、殘膜回收成本較高等系列問題。為了從根本上解決南疆機(jī)采棉田殘膜污染嚴(yán)重、殘膜回收成本高，以及機(jī)采原棉含雜率較高的問題。本研究在常規(guī)機(jī)采棉田一膜4行、株行距配置為(66+10)cm的基礎(chǔ)上，發(fā)明了一種利于殘膜回收的寬窄雙膜栽培模式T。并以南疆早中熟陸地棉新陸中45號(hào)為試驗(yàn)材料，以生產(chǎn)上推廣的常規(guī)雙膜栽培模式為對(duì)照(CK)，研究在兩種栽培模式(T和CK)下棉田殘膜的回收率、回收成本、纖維品質(zhì)及產(chǎn)量性狀的差異性，以期為新疆機(jī)采棉田殘膜高效回收提供重要依據(jù)和參考信息。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為生產(chǎn)上推廣的早中熟陸地棉品種新陸中45號(hào)。該品種生育期135 d左右，屬早中熟陸地棉品種，株型相對(duì)緊湊、植株塔型、豐產(chǎn)、吐絮集中暢快、纖維品質(zhì)優(yōu)良、抗逆性較好。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2018—2019年在新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第二師植棉團(tuán)場(chǎng)29團(tuán)開展，具體地點(diǎn)為29團(tuán)8連二斗七條田。選擇品種為新陸中45號(hào)。田間試驗(yàn)共設(shè)常規(guī)雙膜栽培模式(CK)和利于殘膜回收的寬窄雙膜栽培2種模式(圖1)。本研究以目前生產(chǎn)上常用的(66+10)cm的機(jī)采棉株行距配置方式為基礎(chǔ)，一膜4行種植，株距9.5 cm。常規(guī)雙膜覆蓋栽培方式是下膜打穴點(diǎn)播，然后覆蓋上膜，上下膜寬度相同，均為1.25 cm。而寬窄雙膜栽培模式是在常規(guī)雙膜栽培模式基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新性地改進(jìn)，即在鋪膜播種時(shí)同樣覆蓋雙層膜，只是下膜覆蓋寬度為60 cm的窄膜，也就是只覆蓋圖1(b)中播種行中間66 cm的部分區(qū)域，且不覆蓋播種穴孔，上膜覆寬度為1.25 cm全膜，上膜兩邊覆土壓邊，上膜處于全密封狀態(tài)。試驗(yàn)所用地膜均為國(guó)標(biāo)地膜，上膜厚度為0.008 mm，下膜厚度為0.01 mm。每種覆膜栽培模式各設(shè)置3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)為1個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積為30 m2，種植留苗密度為22.5萬株/hm2。其他生產(chǎn)條件同當(dāng)?shù)卮筇铩?/p>

(a) 常規(guī)雙膜覆蓋栽培模式

(b) 寬窄雙膜覆蓋栽培模式

1.2.2 寬窄雙膜栽培模式下殘膜的回收方法

利于殘膜回收的寬窄雙膜覆蓋栽培模式下的揭膜方法：待子葉出土后，出苗約60%～70%時(shí)，人工及時(shí)揭掉上膜，揭掉的上膜完整度好，韌性較好，可繼續(xù)回收利用。揭掉上膜后，只保留60 cm的下膜，下膜同樣具有增溫、透光、保墑及防雜草的作用。待棉花生長(zhǎng)至鈴期，人工揭掉下膜，下膜由于只覆蓋圖2中66 cm播種行的部分區(qū)域，在殘膜回收時(shí)基本不受棉株對(duì)殘膜回收的影響，可基本實(shí)現(xiàn)殘膜100%回收。

1.2.3 產(chǎn)量、品質(zhì)性狀指標(biāo)的測(cè)定

吐絮期調(diào)查每個(gè)小區(qū)實(shí)際株數(shù)及總鈴數(shù)，計(jì)算單株結(jié)鈴數(shù)(個(gè))。收獲期在每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)中隨機(jī)收取棉株中部30個(gè)考種鈴，室內(nèi)考種測(cè)其衣分(%)、單鈴重(g)等產(chǎn)量構(gòu)成性狀，以各小區(qū)收獲實(shí)際株數(shù)和鈴重及衣分計(jì)算籽棉、皮棉產(chǎn)量(kg/hm2)。軋花后取棉樣約10 g左右送農(nóng)業(yè)農(nóng)村部棉花品質(zhì)監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心，利用棉花大容量纖維檢測(cè)儀HVI9 000測(cè)定其纖維長(zhǎng)度(mm)、斷裂比強(qiáng)度(cN/tex)、馬克隆值、整齊度指數(shù)(%)及伸長(zhǎng)率(%)等主要纖維品質(zhì)性狀指標(biāo)。

1.2.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

利用 Microsoft Excel 2007 進(jìn)行數(shù)據(jù)整理分析，利用 SPSS 26.0進(jìn)行產(chǎn)量、品質(zhì)及其構(gòu)成性狀指標(biāo)的比較分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 棉田殘膜回收效率及成本分析

對(duì)寬窄雙膜覆蓋栽培模式下連續(xù)兩年的殘膜回收率和回收成本進(jìn)行分析，并與常規(guī)雙膜覆蓋栽培模式進(jìn)行比較。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，寬窄雙膜覆蓋栽培模式下，通過人工揭上膜，機(jī)械揭下膜，當(dāng)年棉田殘膜回收率可達(dá)到100%，而常規(guī)雙膜栽培模式下，通過人工揭上膜，僅依靠機(jī)械而不通過人工輔助的方式揭下膜，當(dāng)年棉田殘膜回收率僅為85%。從殘膜回收成本來看，寬窄雙膜栽培模式下殘膜回收成本相對(duì)較低，為120～150元/hm2，而常規(guī)雙膜的回收成本則相對(duì)較高，為525～600元/hm2(表1)。結(jié)果表明，在寬窄雙膜栽培模式下，棉田殘膜回收率可提高15%，殘膜回收成本可降低27%～30%，說明寬窄雙膜栽培模式在提高殘膜回收率和降低殘膜回收成本方面優(yōu)勢(shì)顯著。

表1 寬窄雙膜與常規(guī)雙膜栽培模式的比較Tab. 1 Comparison of new double film and conventional double film cultivation mode

2.2 對(duì)產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成性狀的影響

對(duì)寬窄雙膜栽培模式(T)下棉纖維產(chǎn)量性狀指標(biāo)與常規(guī)雙膜覆蓋栽培模式(CK)下進(jìn)行差異比較分析。研究發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)覆雙膜栽培模式相比，在寬窄雙膜栽培模式下，新陸中45號(hào)的單鈴重、單株結(jié)鈴數(shù)、籽指均相對(duì)較低，除單株結(jié)鈴數(shù)在2018年表現(xiàn)出顯著性(P<0.05)差異外，其余均沒有表現(xiàn)出顯著性差異；而在寬窄雙膜栽培模式下，新陸中45號(hào)的籽棉產(chǎn)量、皮棉產(chǎn)量則相對(duì)較高，但未表現(xiàn)出顯著差異性(P>0.05)；此外，在寬窄雙膜栽培模式下，新陸中45號(hào)的衣分在2018年表現(xiàn)出高于常規(guī)雙膜栽培模式(CK)，但在2019年則表現(xiàn)出低于對(duì)照(圖2)。整體來看，寬窄雙膜栽培模式下棉纖維產(chǎn)量性狀指標(biāo)與常規(guī)雙膜覆蓋栽培模式下相比，差異并不顯著(P>0.05)，說明寬窄雙膜栽培模式對(duì)新陸中45號(hào)的產(chǎn)量及其產(chǎn)量性狀指標(biāo)影響不明顯。

2.3 對(duì)纖維品質(zhì)及其品質(zhì)構(gòu)成性狀的影響

對(duì)寬窄雙膜栽培模式下纖維品質(zhì)構(gòu)成性狀指標(biāo)與常規(guī)雙膜覆蓋栽培模式(CK)下進(jìn)行差異性比較分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在寬窄雙膜栽培模式下，新陸中45號(hào)的纖維長(zhǎng)度、整齊度指數(shù)、伸長(zhǎng)率相對(duì)較低，但差異性不顯著(P>0.05)；而在寬窄雙膜栽培模式下，新陸中45號(hào)的斷裂比強(qiáng)度、馬克隆值2018年表現(xiàn)出低于對(duì)照，但2019年則表現(xiàn)出高于對(duì)照，且差異沒有達(dá)到顯著性水平(圖3)。綜合來看，寬窄雙膜栽培模式下棉纖維品質(zhì)性狀指標(biāo)與常規(guī)雙膜覆蓋栽培模式下相比，差異并不顯著，說明寬窄雙膜栽培模式對(duì)棉花纖維品質(zhì)的影響同樣不明顯。

圖2 兩種雙膜栽培模式下纖維產(chǎn)量及構(gòu)成性狀的比較

Fig. 2 Comparison of fiber yield and component traits under two double film cultivation modes

(d) 兩種栽培模式下整齊度指數(shù)的差異性比較 (e) 兩種栽培模式下伸長(zhǎng)率的差異性比較圖3 兩種雙膜栽培模式下纖維品質(zhì)性狀的比較Fig. 3 Comparison of fiber quality traits under two double film cultivation modes

3 討論

3.1 在殘膜回收中節(jié)本增效方面優(yōu)勢(shì)顯著

目前，新疆棉區(qū)殘膜回收主要是秋后收膜，通常采用機(jī)械起膜配合人工撿拾的模式，根據(jù)新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)《農(nóng)田殘膜污染治理三年行動(dòng)攻堅(jiān)計(jì)劃》，機(jī)械化回收能達(dá)到 65%～80%[3]，只有配合人工采取“三撿三平”殘膜回收方式(“三撿三平”方式即在翻地、整地、播種等3種耕作條件時(shí)實(shí)施人工撿拾地膜作業(yè))，兩者結(jié)合回收可實(shí)現(xiàn)當(dāng)年膜的回收率達(dá)93%以上[3, 19]。這主要原因是在常規(guī)覆膜栽培模式下，地膜覆蓋整個(gè)植株播種行的全膜，收獲結(jié)束后對(duì)殘膜進(jìn)行機(jī)械或人工回收時(shí)，由于植株對(duì)殘膜回收的干擾，容易造成殘膜回收效率較低，且回收成本相對(duì)較高，常規(guī)雙膜栽培模式下，殘膜回收成本費(fèi)用約在525～600元/hm2。而寬窄雙膜栽培模式則不同，殘膜的回收在棉花盛鈴期內(nèi)完成，在回收時(shí)由于下膜的寬度僅有60 cm，并沒有覆蓋植株播種行，在殘膜回收時(shí)基本不受植株對(duì)殘膜回收的干擾，回收相對(duì)容易，并且回收效率較高，成本也相對(duì)較低，殘膜回收成本費(fèi)用僅為120～150元/hm2，節(jié)本率為75.0%～77.1%。因此，寬窄雙膜栽培技術(shù)在殘膜回收的節(jié)本增效方面優(yōu)勢(shì)顯著。

3.2 對(duì)棉花產(chǎn)量和品質(zhì)的影響不明顯

地膜覆蓋的增產(chǎn)增效的機(jī)制首先在于改善土壤生態(tài)環(huán)境，即水、熱狀況，進(jìn)而活化土壤養(yǎng)分，使養(yǎng)分有效性和水分利用效率得以提高[20]。研究發(fā)現(xiàn)，寬窄雙膜覆蓋栽培模式與現(xiàn)有的常規(guī)雙膜覆蓋栽培模式相比，最大的優(yōu)勢(shì)在于能夠?qū)崿F(xiàn)當(dāng)年殘膜的完全回收。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，在寬窄雙膜覆蓋栽培模式下，新陸中45號(hào)的單鈴重、單株結(jié)鈴數(shù)、籽指均降低，但差異不顯著(P>0.05)；籽棉產(chǎn)量、皮棉產(chǎn)量則有所提高，但未表現(xiàn)出顯著差異性(P>0.05)；新陸中45號(hào)的纖維長(zhǎng)度、整齊度指數(shù)、伸長(zhǎng)率均降低，但差異也不顯著(P>0.05)。上述研究結(jié)果表明，寬窄雙膜栽培模式可有效實(shí)現(xiàn)當(dāng)年殘膜的完全回收，且不造成其纖維品質(zhì)及產(chǎn)量性狀指標(biāo)的顯著降低。這說明利用寬窄雙膜栽培模式且在鈴期揭下膜的情況下，棉纖維的產(chǎn)量、品質(zhì)性狀的差異不明顯。近年生產(chǎn)實(shí)踐證明，全生育期覆蓋地膜，會(huì)導(dǎo)致棉株生育后期側(cè)根量偏少、根層浮淺，難以吸收充足的養(yǎng)分，且中后期土壤溫度偏高，會(huì)加快棉株的早衰，從而影響產(chǎn)量和品質(zhì)[8]。也有研究表明，地膜覆蓋會(huì)因作物生長(zhǎng)前期土壤水分和養(yǎng)分耗竭嚴(yán)重，后期會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的脫水脫肥現(xiàn)象，從而導(dǎo)致減產(chǎn)[21]。因此，新疆機(jī)采棉田鈴期至收獲期是否需要覆蓋地膜是一個(gè)值得研究和關(guān)注的問題。利于殘膜回收的寬窄雙膜栽培模式在出苗期至鈴期因在下膜兩側(cè)播種，播種行并沒有覆蓋地膜，這可能對(duì)棉花的生育進(jìn)程有一定的影響，但后期由于鈴期揭掉下膜，提高了土壤的通透性，有利于植株根系呼吸，加快水分和養(yǎng)分的吸收，從而彌補(bǔ)了前期因播種行無膜覆蓋造成的影響。

3.3 對(duì)棉花綠色、可持續(xù)發(fā)展具有重要作用

地膜覆蓋栽培技術(shù)的廣泛應(yīng)用雖然極大地促進(jìn)了我國(guó)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，但大量殘留地膜容易造成“白色污染”，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)環(huán)境的安全造成了巨大的威脅。農(nóng)田殘膜污染已經(jīng)成為影響農(nóng)業(yè)環(huán)境、破壞土壤結(jié)構(gòu)、危害作物正常生長(zhǎng)發(fā)育并造成農(nóng)作物減產(chǎn)的重要因素之一[22]。寬窄雙膜栽培模式是以常規(guī)機(jī)采棉株行距模式(66+10)cm為基礎(chǔ)，在鋪膜播種時(shí)覆雙層膜，由于下膜的寬度只有66 cm，而并沒有完全覆蓋植株播種行，因此在殘膜回收時(shí)，不受棉株對(duì)殘膜回收的干擾，可實(shí)現(xiàn)100%的回收，并且回收的地膜完整度相對(duì)較好，可進(jìn)一步加以利用。因此，寬窄雙膜覆蓋栽培模式在解決殘膜污染土壤和環(huán)境方面具有無可替代的作用和優(yōu)勢(shì)。從保護(hù)生態(tài)環(huán)境方面來看，生態(tài)效益十分顯著，它能夠有效實(shí)現(xiàn)殘膜的100%回收，因此可從根本上消除殘膜對(duì)耕地土壤結(jié)構(gòu)的破壞。這對(duì)于實(shí)現(xiàn)新疆棉花的綠色、可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。

3.4 寬窄雙膜栽培模式能有效減少機(jī)采棉異性纖維

近年來，機(jī)采棉中夾雜異性纖維的現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，棉紡織品中夾入的異性纖維嚴(yán)重困擾著紡織品的質(zhì)量，造成棉紗降等、布面“疵點(diǎn)”、索賠或是退貨事件日漸增多。據(jù)悉，一個(gè)1萬錠的棉紡廠，每年需要60～80人挑揀“三絲”。一個(gè)中型棉紡企業(yè)，每天要用300～400人挑揀“三絲”，每年付出的工資高達(dá)200多萬元[23]。而在寬窄雙膜覆蓋栽培模式下，通過第1次揭膜和鈴期第2次揭膜，基本能夠保證當(dāng)年殘膜的完全回收。因此，在收獲期采棉機(jī)作業(yè)時(shí)，棉田地表完全沒有地膜，這能夠有效保證機(jī)采原棉中無殘膜混入，可大大降低機(jī)采棉異性纖維的含量，進(jìn)而減少紡紗時(shí)挑揀異性纖維的人工費(fèi)用，提高紡紗品質(zhì)量。

3 結(jié)論

以南疆早中熟陸地棉新陸中45號(hào)為試驗(yàn)材料，以生產(chǎn)上推廣的常規(guī)雙膜栽培模式為對(duì)照(CK)，研究發(fā)現(xiàn)在一種利于殘膜回收的寬窄雙膜覆蓋栽培模式下，棉田殘膜回收率提高15%，殘膜回收成本可降低27%～30%；新陸中45號(hào)的單鈴重、單株結(jié)鈴數(shù)、籽指均降低，但差異不顯著(P>0.05)；籽棉產(chǎn)量、皮棉產(chǎn)量則有所提高，但未表現(xiàn)出顯著差異性(P>0.05)。纖維品質(zhì)指標(biāo)方面，纖維長(zhǎng)度、整齊度指數(shù)、伸長(zhǎng)率均降低，但差異也不顯著(P>0.05)。證明寬窄雙膜栽培模式可有效實(shí)現(xiàn)當(dāng)年殘膜的完全回收，且不造成其纖維品質(zhì)及產(chǎn)量性狀指標(biāo)的顯著降低。研究結(jié)果對(duì)解決南疆機(jī)采棉殘膜回收難度大、成本高、效率低、機(jī)采棉原棉品質(zhì)差等問題具有重要作用，對(duì)機(jī)采棉的綠色、可持續(xù)發(fā)展具有重要現(xiàn)實(shí)意義。這對(duì)于類似南疆的干旱半干旱地區(qū)因地膜覆蓋引起的“白色污染” 起到根本性的治理作用，可有效實(shí)現(xiàn)未來棉花產(chǎn)業(yè)乃至整個(gè)干旱半干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)的綠色、可持續(xù)發(fā)展。