杨彩霞，马娟娟，孙西欢,2，郭向红，李卓然

(1.太原理工大学水利科学与工程学院，太原 030024；2.晋中学院，山西 晋中 030619)

地膜的使用在我国已有将近40年的历史，其技术显著提高了我国农作物的产量和水分利用效率，成为不可或缺的农业生产资料[1,2]。然而，普通农用地膜主要成分为聚乙烯，分子量大、性能稳定、不易分解，自然条件下长期残留在土壤中[3,4]。随着地膜使用时间不断增长，投入面积不断扩大，土壤中的残留越来越多，势必会对农业生产造成较大的影响[5]。番茄富含多种营养，口味独特，得到大家的喜爱，是温室大棚覆膜栽培的主要蔬菜之一[6]，未能捡拾的番茄覆盖膜全都残留在土壤中。研究残留地膜对番茄生长和产量的影响，对于保证设施番茄可持续发展，促进地膜的合理使用具有重要意义。

现有研究表明，地膜残留会影响作物的生长发育。残留地膜会使土壤水分下渗速度减缓，土壤储水量减少[7]。随着残膜量的增加，玉米的株高、叶面积呈下降趋势，且玉米前期受影响显著，生育后期较小[8]。辛静静等[9]研究表明，当残膜量达到360 kg/hm2时，玉米产量下降，差异显著。但也有研究发现，在0～40 cm土层，残膜促进棉花根系的生长，根重增加[10]。以往研究多为残膜对玉米、棉花、小麦等作物的影响，在番茄上的研究较少。但不同作物对环境变化的响应存在较大差异[11]，迫切需就残膜对番茄生长发育和产量影响机制进行研究。本文研究了不同残膜量对番茄各个生育阶段土壤水分、生长发育、生物量积累和产量的影响，旨在为设施番茄的高产高效和残膜的污染防治提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于山西省农科院旱地农业研究中心的阳曲河村试验基地塑料大棚中开展(38.0°N，112.9°E)。大棚长50 m，宽7.6 m，种植宽6 m。试验区地属典型的半干旱区，海拔为1 248.5 m，年平均降雨量为459.0 mm，年平均蒸发量为1 546.9 mm，年平均气温约为6.0 ℃，年无霜期为144 d。试验地土壤为黄土质淡褐土，0～30 cm耕作层土壤容重为1.49 g/cm3，有机质为10.65 g/kg，全氮为1.18 g/kg，速效磷为29.95 mg/kg，速效钾为140.50 mg/kg。试验所用灌溉水主要为集蓄雨水。

1.2 试验方案与设计

经过调查，该地区每年大田地膜残留量大概为40 kg/hm2，残膜大小主要为0～25、25～100 cm2两种，质量比为1∶6左右。现根据调查结果，用0、200、600和1 000 kg/hm2，模拟0、5、15和25 a残留水平，用CK、T1、T2、T3表示，其中CK为对照组。试验前将原来的地膜残留捡拾干净，将人工剪碎的两种大小残膜按质量1∶6均匀混入30 cm土壤中。

种植番茄品种为“亿家粉王”，试验小区面积7.2 m2(6×1.2 m)，每个处理重复3次。小区之间埋设50 cm深度的塑料膜，消除各小区之间的水肥影响。采用膜下滴灌一垄双管双行种植，垄宽70 cm，沟宽50 cm，行距50 cm，株距50 cm。为了突出残膜影响因素，所有处理施肥量与灌水量取同一水平。移栽前按有机肥1 000 kg/hm2、P2O5200 kg/hm2(过磷酸钙)、K2O 200 kg/hm2(硫酸钾)、N175 kg/hm2(尿素，含氮量47%)作为底肥一次施入，在第一果实膨大期和第三果实膨大期分别追施钾肥100 kg/hm2和氮肥87.5 kg/hm2。每个处理分别安装一个水表，用以精确控制各个处理的灌水量。全生育期总灌水340 mm，定植水30 mm，苗期灌水15 mm×2次，10 d左右一次；开花坐果期灌水20 mm×4次，8 d左右一次；果实膨大期和成熟期灌水25 mm×8次，6 d左右一次。每株番茄留有5穗果后打顶，其他管理措施与当地农民日常方法相同。

1.3 测定项目与方法

(1)土壤含水率的测定。各个生育期末采用传统的烘干法测定土壤含水率，取土位置为距植株水平距离10 cm处，取土深度为0～50 cm，每隔10 cm为一层，灌水前后加测。

(2)株高茎粗。每隔7 d左右用直尺测定茎基部到生长点的株高，采用十字交叉法，用游标卡尺测定茎基部第一节中间位置的茎粗，开花坐果期末打顶之后不再测定。

(3)植株干物质。每个生育期末将植株分为茎叶部分和根系部分，105 ℃杀青30 min，75 ℃烘干至恒重，用精度为0.01 g的电子称其干质量。根系取样采用挖取法，挖取面积为以植株为中心的40×40 cm范围，苗期深度为30 cm，开花坐果期为40 cm，果实膨大期和成熟期为50 cm，用水冲洗土体，将冲洗干净的根用镊子捡出。

(4)产量。番茄成熟期累计测定各小区番茄产量，根据小区面积换算成公顷产量。

1.4 数据处理

用Excel 2013处理数据并绘制相关图表，SPSS 17.0进行显著性分析。

2 结果与讨论

2.1 不同残膜量对番茄土壤水分的影响

由图1可知残膜会对土壤水分的移动和分布产生作用。图1(a)中随残膜量的增加，全生育期0～20 cm土层含水率呈现先增大后减小的趋势，处理T2的含水率分别比CK、T1高5.10%～10.84%、0.07%～6.29%，T3的含水率小于T2，但与其他处理的关系不明显。这是因为残膜的存在，侵占了土壤孔隙的空间，降低土壤的孔隙率，土壤水分向下运移速率减缓，所以水分集中分布在0～20 cm[12]；当残膜密度为600 kg/hm2(T3)时，残膜过多，表层水分积聚，难以深入到深层土壤，在相同覆膜开孔率和蒸发强度下，棵间蒸发加大[13]，土壤含水率下降明显。由图1(b)可知，全生育期20～50 cm的质量含水率基本随残膜量的增加而减小，表现为CK>T1>T2>T3，处理CK的含水率分别比T1、T2、T3高1.25%～6.71%、2.82%～7.84%和2.47%～11.77%。分析原因，是表层地膜密度越高，对水分的阻碍作用越大，下渗至20～50 cm的水分随残膜增多而降低，造成深层含水率递减。

图1 不同残膜量对番茄土壤水分的影响Fig.1 Effects of different residual film amount on soil moisture of tomato

2.2 不同残膜量对番茄株高和茎粗的影响

由图2(a)可知，苗期番茄株高随残膜增多先增加后减小。处理T1的番茄株高最高，分别比CK、T2、T3高5.09%、10.21%和15.74%，且差异显著。处理CK和T2二者差异不显著，均显著高于T3。开花坐果期各处理之间株高无显著性差异，但处理CK、T1、T2株高都高于处理T3。由图2(b)可知，苗期和开花坐果期番茄茎粗随残膜量的增多表现为先增大后减小的趋势。苗期处理T1茎粗比处理CK、T2、T3高10.04%、11.77%、和22.63%，差异显著。处理CK和T2之间差异不显著，但均显著高于T3。开花坐果期T1茎粗比处理CK、T2、T3高4.85%、6.19%和8.82%，处理CK、T1显著高于T2、T3。结果表明，地膜残留会影响番茄株高茎粗的生长，并且对番茄苗期的影响大于开花坐果期(不同字母表示0.05水平下差异显著，下同)。

图2 不同残膜量对番茄株高和茎粗的影响Fig.2 Effects of different residual film amount on plant height and stem diameter of tomato

2.3 不同残膜量对番茄生物量的影响

番茄茎叶干重的变化如表1所示,各个生育期处理T1的茎叶干重最高，苗期T1干重比处理CK、T2、T3高16.47%、32.80%和59.00%，各处理之间均差异显著；开花坐果期处理T1比其他处理高1.25%、11.20%和40.94%，T1和CK差异不显著，T2和T3差异不显著；随着生育期的推进，残膜对番茄茎叶干重的影响有所减弱，但处理CK和T1均与T3之间差异显著。

表1 不同残膜量对番茄生物量的影响Tab.1 Effects of different residual film amount on tomato biomass

随残膜增加，0～20 cm根系干重递增。苗期T3根系干重比T2、T1、CK高6.25%、22.40%和50.00%，T3和T2差异不显著，其他处理之间差异显著；开花坐果期T3较其他处理高2.72%、16.45%和24.79%，除T3和T2、T1和CK无显著性差异，各个处理之间差异显著；果实膨大期和成熟期T2、T1、CK之间无明显差异，处理T3在果实膨大期显著高于T1、CK，在成熟期显著低于T1、CK，这是因为残膜量过大，成熟期根系出现早衰，干重减少。20～50 cm根系干重先升后降，T1根重最大。在苗期，处理T1显著高于CK、T2、T3，T2和T3差异不显著；在开花坐果期和果实膨大期，CK、T1和T2差异不显著，而和T3差异显著；成熟期T3显著低于其他残膜处理。

全生育期番茄根冠比有随残膜量增多逐渐增大的趋势。苗期处理T3比T2、T1、CK高24.37%、69.54%和83.17%，CK和T1差异不显著，其他各处理差异显著；开花坐果期T3比T2、T1、CK增大28.35%、49.35%和61.04%，T3显著高于其他处理。果实膨大期和成熟期各处理之间差异不显著。

究其原因，当残膜量为200 kg/hm2时(T1)，残膜适度胁迫刺激了上下层根系的生长[14]，根系合理分布，根冠比较小，同化物向地上部分分配较多，促进了地上部分株高茎粗的发育和干物质的积累。当残膜量达到一定程度，含水率较高(T2)或者残膜量过大(T3)时，孔隙度下降，不利于根系的呼吸。在前期作物矮小脆弱，根系不发达，抵抗残膜影响能力小，残膜严重阻碍根系下扎，下层根系少，植株对深层土壤中营养物质的利用效率下降，同时刺激表层根系大量增生，消耗大量养分，不利于地上部分的生长[10]。生育后期番茄的根系穿透能力变大，抗逆性增加，下层根系增多，加强了对深层土壤水分与养分的利用，前期地上部分生长受到的抑制得到补偿，残膜造成的影响有所减弱[14]。

2.4 不同残膜量对番茄产量的影响

由图3不同残膜量对番茄产量的影响可知，处理T1的产量略高于处理CK，但两者之间差异并不显著；处理CK比处理T2、T3产量高4.80%和13.63%，差异显著。说明当残膜量达到一定程度时，会显著影响番茄的产量[15,16]。T1除苗期番茄根系、生物量等生长明显好于CK外，其他生育期并无明显差异，并且全生育期的根冠比无显著性差异，综合下来，T1的残膜量并未对番茄产量造成明显影响。T2、T3前期根系消耗较多营养，根冠比大，地上部分生长不良，虽然后期因根系逐渐发达，植株对水分和养分的吸收利用率有所提高，各处理之间株高茎粗、生物量、根系干重差异减少，但因后期根系吸收的水分和养分主要用于T2、T3处理植株的营养生长，影响了作物的生殖生长，不利于番茄果实的形成，产量下降。T3受到的阻碍作用最大，成熟期根系甚至出现早衰，故产量显著低于其他处理。

图3 不同残膜量对番茄产量的影响Fig.3 Effects of different residual film amount on yield of tomato

将残膜量与相应的产量进行非线性回归分析，拟合方程为y=4.4×10-5x2+0.007 125x+94.084 (x为残膜量，kg/hm2；y为产量，kg/hm2)，决定系数R2=0.998。由该方程可知，当残膜量大于200 kg/hm2，随残膜量增多，产量逐渐下降。并且当土壤中的残膜量远大于600 kg/hm2时，产量的下降速率越来越快，说明随着地膜的不断使用和投入加大，土壤中残膜量累计增加，会严重影响农作物生长，阻碍农业的可持续发展。但该方程的合理性和实用性还需更多的试验加以验证。

3 结 语

本试验就不同残膜量对番茄生长发育和产量的影响研究可得出以下结论。

(1)随残膜量的增加个各生育期，0～20 cm土壤的质量含水率先升后降，T2最高；20～50 cm含水率逐渐下降。

(2)苗期、开花坐果期CK、T1、T2的株高茎粗均高于处理T3，残膜对番茄苗期株高茎粗的阻碍作用大于开花坐果期。番茄全生育期的茎叶干重、20～50 cm土层根系干重大小为T1>CK>T2>T3，0～20 cm的根系干重随残膜增多而减少，根冠比逐渐增加，残膜影响作物生物量的积累，且前期影响较大。

(3)除CK和T1产量无显著性差异外，各处理差异显著。通过非线性回归分析，当土壤残留地膜超过200 kg/hm2时，产量随残膜增多而下降。

综上所述，残膜会对番茄的生长发育和产量造成明显的影响。土壤中残膜越多，影响越大，严重阻碍作物的生长发育，使其产量下降，不利于农业的可持续发展和农作物的高产高效。因此，应加强对农田地膜残留的管理，及时回收覆盖地膜，合理推广地膜的使用。但塑料膜中的化学成分长期保存在土壤中，对土壤的化学性质的影响还未可知，需进一步研究。