供试的全生物降解地膜F1～F9由山东清田塑工有限公司提供，普通PE地膜购于三亚市崖州区农资店。地膜详细信息见表1。供试西瓜品种为“麒麟无籽”，先育种后进行瓜苗移栽。该西瓜生育期90 d，抗性强、中心可溶性固形物含量高。PBAT（聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯）是一种新型的生物降解塑料，具备良好的生物降解性。木质素是一种天然存在的复杂高分子聚合物，是植物细胞壁的重要成分，但其降解速率通常非常缓慢。PPC（聚碳酸亚丙酯）是一种以二氧化碳和环氧丙烷为原料合成的环保材料，因其具有光降解和生物降解性，同时还具有优良阻隔氧气和水性能。PLA（聚乳酸）是一种典型的生物基降解塑料，由可再生的植物资源所提出的淀粉原料制成，在高温高湿环境中，其水解过程会显著加快。

试验于2024年12月～2025年4月在三亚市育才生态区海南万禾保生物科技有限公司榴莲种植基地进行，采用随机区组设计，将9种地膜按材料（PBAT+木质素、PBAT+PPC、PBAT+PLA）和厚度（0.008、0.010、0.012 mm）进行归类并形成3×3组合，外加CK（PE，0.025 mm）共设置10个处理，每个处理重复3次，每个小区面积为12 m²。种植密度为株距40 cm，行距60 cm，周围设置保护行。地膜均为垄上覆膜，宽幅均为1.2 m，比植株行距大1倍。整地后于2024年12月21日覆膜，12月25日瓜苗移栽，2025年2月17日授粉。西瓜采用三蔓整枝，每株留2个瓜，采用人工授粉，挂牌标记授粉日期。所有处理水肥管理均一致，病虫害草防治措施同当地常规管理。

（1）土壤温度及含水量：供试西瓜的整个生育过程可划分为4个阶段：伸蔓期（SS），一般出现在定植后约20 d；开花坐果期（FS），大约在定植后45 d；膨瓜期（ES），约为定植后60 d；成熟期（MS），通常在定植后90 d左右。这4个时期开展测定指标：采用GSP-8G型温湿度联网监测仪（江苏精创电气股份有限公司）测量不同处理10 cm和20 cm土层温度和含水量，选择晴天08:00、14:00、18:00对土壤温度进行记录；土壤含水量在晴天08:00～09:00测定。

（2）植物生长指标：每小区内随机抽取5株植株，并挂牌加以标识，3次重复，于膨瓜期（ES，定植后60 d）用钢卷尺直接测定主蔓长、茎粗、叶绿素及叶面积，计算平均值。

（3）产量及果实特性：果实成熟后按小区采摘，将该小区内所有植株的产量相加作为该小区总产量，并依据小区面积换算出单位面积产量。每个处理从同一授粉日期果实中随机抽取15个，测定平均单瓜重量及果实的纵径和横径，并据此计算果形指数（纵径/横径）。果实心糖和边糖含量使用爱宕PAL-1型便携式数显糖度计测定含糖量。

（4）地膜降解速率观测：每个处理选取1个固定点进行长期监测，记录各处理进入诱导期、开裂期、大裂期、碎裂期及无膜期的时间。从覆膜后第28 d起，使用钢尺对地膜产生的裂缝进行测量并记录，每隔5 d观测一次，直至收获结束。各阶段定义如下：阶段A（诱导期），指垄面地膜每1 m范围内出现3处及以上裂缝、裂缝宽度≤2 cm的时间；阶段B（开裂期），指裂缝宽度>2 cm且<20 cm的时间；阶段C（大裂期），指裂缝宽度≥20 cm的时间；阶段D（碎裂期），指垄（畦）面地膜破碎，且最大残片面积≤16 cm²的时间；阶段E（无膜期），指垄（畦）面基本看不到地膜残留的时间。

使用Microsoft Excel 2021进行数据整理；利用SPSS 27对数据进行相关性分析（图基检验）；借助Origin 2024绘制图形。

由图1和图2可知，随着土层深度的增加，土壤温度也逐渐下降。总体而言，各处理下土壤温度日变化规律基本一致，均表现为14:00最高，08:00最低，18:00出现回落。值得注意的是，20 cm土层温度日变化振幅显著弱于10 cm土层。从“同材料不同厚度”角度分析，对于PBAT+木质素组（F1/F2/F3），随着厚度从0.008 mm增至0.012 mm，地膜在膨瓜期后期的完整性保持得更好。具体表现为在14:00的高温时段，与08:00的土壤温度相比，F3处理的温度升幅较高，因此与F1相比，F3在14:00时与CK的土壤温差也更小。在PBAT+PPC组（F4/F5/F6）中，0.012 mm的F6在整个生育后期，尤其是14:00时段的温度保持性均优于同组更薄的F4与F5，甚至在伸蔓期的08:00与14:00，其土壤温度略高于CK。同样，在PBAT+PLA组（F7/F8/F9）中，更厚的F9在绝大多数测定时期与时间点上，其保温效果与CK最为接近。从“同厚度不同材料”的横向对比来看，在0.008 mm厚度水平上，3种材料（F1/F4/F7）均因降解较早而在膨瓜期14:00出现明显的午后温度回落。在0.010 mm厚度水平上，F5与F8的保温效果与CK接近，但至成熟期14:00，其20 cm土层温度（31.48℃，31.62℃）略低于CK（32.22℃）。在0.012 mm的最优厚度下，不同材料间的细微差异依然存在，F6与F9在生育后期维持午后土壤温度的能力优于F3。

图  1  不同地膜覆盖对10 cm土壤温度的影响

Figure 1.  Effects of different mulch films on soil temperature at 10 cm soil depth

图  2  不同地膜覆盖对20 cm土壤温度的影响

Figure 2.  Effects of different mulch films on soil temperature at the 20 cm soil depth

试验结果表明，在西瓜生长前期，生物降解地膜由于材质完整，对膜下土壤有较好的保温效果，且与传统PE地膜的保温效果较为接近。在整个生育期08:00时，各个地膜处理间温度无明显变化，是由于该时间段为一天中温度较低、相对湿度较大的时段，此时太阳辐射还未能给地表土壤带来充足的热量，致使不同地膜处理之间的温差较小，差异不显著。综合来看，20 cm土层温度波动较10 cm更平滑、差异更小。

由图3可知，各处理下土壤含水量的变化规律一致，且20 cm土层的含水量波动幅度显著弱于10 cm土层，体现了深层土壤对表层水分变化的缓冲作用。其中在伸蔓期8:00时，F6与F9的10 cm土层含水量（26.57%、26.53%）甚至略高于CK（26.44%）；同一阶段20 cm土层时，F6与F9（27.91%、27.81%）含水量仍高于CK（27.70%），但差异未达显著水平。这表明在生育前期，厚度为0.012 mm的全生物降解地膜能够提供与PE地膜相当的保墒效果。然而，随着生育进程推进，地膜材质的耐降解性成为主导保水效果的关键。至开花坐果期时，所有降解地膜的20 cm土层含水量均低于CK（26.66%），其中PBAT+木质素组最薄的地膜F1（25.33%）与CK相比存在显著差异，标志其功能已进入衰退期。进入水肥需求高峰的膨瓜期，地膜保水效应的差异进一步扩大，F9在10 cm土层含水量（18.12%）较CK（18.72%）下降最少。这凸显出降解速率最慢的F9在西瓜需水关键期维持土壤水分方面的优势。相反，至成熟期，厚度较小的F1、F2和F4即使在清晨蒸散较弱的08:00，其土壤含水量也显著低于CK，表明其保墒功能已因过早降解而严重受损。材料类型和厚度共同决定了保水效应的持续性。在相同厚度下（0.012 mm），PBAT+PLA（F9）和PBAT+PPC（F6）的后期保水能力显著优于PBAT+木质素（F3），证明材质的耐降解性更为重要。而在相同材料组内，增加厚度（如从0.008 mm增至0.012 mm）能有效延缓功能衰退。这表明耐降解性材料并搭配适当厚度，是确保降解地膜保水效应覆盖作物全生育期的关键。

图  3  不同地膜覆盖对土壤含水量的影响

Figure 3.  Effects of different mulch films on soil moisture content

结果表明，全生物降解地膜在西瓜生长前中期能够提供与传统PE地膜相当的保墒效果，但西瓜生育后期的土壤含水量显著低于前中期，这主要是因为在西瓜生育后期，为降低裂瓜率并提升果实风味，灌溉量会相应减少所致。在西瓜生长初期，土壤水分的损失以蒸发为主，地膜覆盖能够有效阻隔土壤与大气间的水分交换，为幼苗生长提供有利环境。然而，在西瓜生长中后期，随着生物降解地膜的降解破损，其保温保湿作用减弱，而传统PE地膜仍保持较好的完整性，因此土壤含水量高于生物降解地膜。

由表2可知，地膜的材质和厚度较CK对西瓜生长差异不显著，并未产生显著抑制作用，且厚度递增并未导致西瓜生长受显著影响。在主蔓长方面，PBAT+PLA组的F9表现出最高的主蔓长，为314.67 cm，各处理间的差异不显著，PBAT+PLA组的生长表现略优，依次为F9（314.67 cm）> F8（313.13 cm）> F7（309.80 cm）。与CK相比，PBAT+PLA组的F7和F8在茎粗方面呈显著下降趋势，其中 F7 较CK减少7.23%，F8较CK减少8.98%，其余降解地膜对茎粗的影响不明显。叶绿素方面除F1较CK显著下降5.33%外，其余地膜与CK之间差异不显著。这表明生物降解地膜对西瓜叶绿素的影响较小，整体上维持在与对照组相近的水平。关于叶面积方面，PBAT+PLA组的F9在所有组别中表现最好，为477.22 cm²，其次为F7的叶面积，平均为475.84 cm²，F4的叶面积最低，为471.44 cm²，表明地膜材料和厚度对西瓜叶面积的影响较为有限。综合来看，F9在西瓜各项生长指标上与CK相比差异不大，且在某些生长指标上略有优势，能够基本满足生产需求，可以代替传统PE地膜使用。然而，较小厚度的F1和F5在部分生长指标上存在不足，还有待进一步改善。

由表3可知，不同类型地膜处理较CK对西瓜果实纵径、横径和果形指数均未表现出显著差异。从“同材料不同厚度”角度分析，增加厚度对果实糖度积累显示出积极的促进作用，在PBAT+木质素组中，随着厚度从0.008 mm（F1）增加至0.012 mm（F3），心糖含量由10.93%提升至11.32%，与CK（11.64%）的差距缩小。这一规律在PBAT+PPC组和PBAT+PLA组中更为明显：最厚的F6（PBAT+PPC）处理在心糖（11.68%）与边糖（9.53%）含量上均达到组内最高值，且与CK最为接近；同样，最厚的F9（PBAT+PLA）处理的心糖（11.62%）和边糖（9.41%）含量也优于同组较薄处理，其数值与CK（11.64%，9.47%）几乎持平。从“同厚度不同材料”的横向比较来看，在最优的0.012 mm厚度水平上，材料间的差异得以清晰体现。PBAT+PPC材质的F6处理在糖度积累上表现最佳，其心糖与边糖含量（11.68%、9.53%）均为所有处理中的最高值。相比之下，同厚度的F3（PBAT+木质素）和F9（PBAT+PLA）糖度指标略低，但三者与CK均无显著差异，显示出0.012 mm厚度的降解地膜在保障果实品质上的稳定性。在较薄的厚度水平（0.008 mm和0.010 mm）上，各材料处理与CK的差距相对较大，且材料间差异不明显。

由图4可知，多数全生物降解地膜在西瓜产量指标上无显著差异，但不同材质与厚度处理的表现存在明显梯度。从“同材料不同厚度”分析，地膜厚度对产量表现出明显正向效应。在PBAT+PLA组（F7/F8/F9）中，单瓜重与单位面积产量随厚度增加而递增，其中F9（0.012 mm）单瓜重和单位面积产量最高，分别达到6.80 kg和136.04 t·hm⁻²，较CK（134.17 t·hm⁻²）提升了1.39%，在所有处理中表现最优。PBAT+PPC组（F4/F5/F6）也呈现类似规律，单位面积产量随厚度增加从127.76 t·hm⁻²（F4）提升至130.57 t·hm⁻²（F6）。PBAT+木质素组（F1/F2/F3）的产量随厚度增加而略有上升，但其绝对产量水平整体低于其他2组材料。从“同厚度不同材料”比较看，在0.012 mm厚度水平上，PBAT+PLA组的F9在产量上表现较好，其单位面积产量（136.04 t·hm⁻²）略高于同厚度PBAT+木质素组的F3（130.84 t·hm⁻²）和PBAT+PPC组的F6（130.57 t·hm⁻²），且较CK（134.17 t·hm⁻²）提高了1.39%。在0.008 mm和0.010 mm厚度水平上，不同材料处理间的产量差异均未达显著水平。与CK相比，F9在所有产量指标上均无显著差异，且在数值上略有提升，表明其具备替代传统PE地膜的能力。

图  4  不同地膜覆盖对西瓜单瓜重及单位面积产量的影响

Figure 4.  Effects of different mulch films on single fruit weight and yield per unit area in watermelon

由表4可知，全生物降解地膜在西瓜生育时期内的降解过程表现为覆膜后28 d开始出现裂纹，F9（PBAT+PLA，0.012 mm）诱导期最长达50 d，即1 m长的地膜出现了3处以上≤2 cm裂缝，在覆膜后的第43 d进入开裂期，即垄面地膜出现宽度>2 cm且<20 cm的裂缝；9种全生物降解地膜进入大裂期的时间在58～101 d，此时西瓜正处于膨大—成熟期，生殖生长的关键时期。在覆膜后79～120 d，地膜表面出现网状裂纹，大部分膜体破碎成小块，整体已失去韧性，而CK在西瓜全生育期内没有出现明显降解。不同材料的降解速率从快到慢排序为PBAT+木质素 > PBAT+PPC > PBAT+PLA > PE,不同厚度的地膜降解速率由快到慢依次为0.008 mm > 0.010 mm > 0.012 mm。因此得出F9处理在地膜老化性能方面表现较好。

由表5可知，供试9种全生物降解地膜的市场价格统一为32元/kg，每亩（667 m²）用量范围约为5.8～8.6 kg，相应每亩成本为186～275元。作为对照的普通PE地膜价格约为8.5元/kg，但由于其材料密度与厚度特性，每亩用量约为13.3 kg，亩均成本约为113元。若仅比较地膜购置成本，全生物降解地膜每亩投入较普通PE地膜高出73～162元。然而，经济效益分析需综合考虑后续管理成本。全生物降解地膜的核心优势在于其无需回收的特性。西瓜收获后，地膜可随作物残体直接粉碎还田，进而实现完全降解，节省了传统PE地膜所需的田间捡拾人工。按当地工价计算，每亩大约可节约1个用工量，折算效益150元。综合来看，全生物降解地膜与普通PE地膜之间成本与效益相当，具备推广价值。

研究表明，可降解地膜在土壤保温保墒方面与普通地膜表现基本一致^[20-21]。试验结果表明，10 cm和20cm土层处土壤温度在08:00最低，14:00最高，18:00出现一定程度回落，且各地膜处理在14:00的温差最大，而在8:00时差异较小，这与李若帆等^[22]的研究结论类似。其中10 cm土层的温度波动幅度更大，而20 cm土层因其较大的热容，温度曲线更为平缓、昼夜温差较小。总体而言，9种生物降解地膜与CK在10 cm和20 cm深度的土壤温度表现出相似保温效果，与已有研究相符^[23]。从“同材料不同厚度”角度看，厚度为0.012 mm的地膜在午后（14:00～18:00）维持温度能力最强，表现为降解进程更缓、保温效果也更持久。而“同厚度不同材料”看，PLA和PPC材料在0.012 mm厚度下的保温效果更接近传统PE地膜，而木质素材料在0.008 mm厚度下表现出较快的降解速率，导致午后温度回落较为明显。这一发现表明，随着地膜厚度的增加，增温保墒效应越好^[24]。研究表明，降解地膜的保墒效果相比露地栽培具有明显优势，但整体效果略低于普通地膜^[25-26]。该试验结果发现，在伸蔓期与开花授粉期，无论是10 cm还是20 cm土层，各处理的土壤含水量与CK的差异不显著，日均土壤水分变化不大，说明地膜覆盖能够减少土壤水分的蒸发，提高土壤的保水能力^[27]。然而，随着生育期的进展，膜体逐渐降解破损，部分降解地膜（如F8）在10 cm土层的含水量显著低于CK。综合来看，降解地膜的保墒优势主要体现在生育前中期，而后期在膜体完整性丧失后，差异逐渐扩大。

研究表明，降解地膜在西瓜产量和品质方面与普通地膜相比差异不大^[28]。试验结果显示，在植株生长方面，多数降解地膜的主蔓长、叶绿素含量和叶面积等关键生长指标与CK无显著差异，表明其对西瓜的正常生长发育未产生抑制作用，这与吴科生等^[29]的研究结果相似。然而，部分降解地膜（如F7和F8）在茎粗方面上显著低于CK，茎粗是反映植株营养生长势和机械支撑能力的重要指标，其下降可能与地膜在生育后期降解破损后，对植株基部的物理支撑作用减弱有关。在果实品质方面，生物降解地膜与传统地膜相比，果实的纵径、横径和果形指数没有显著差异，结果与已有研究一致^[30]。在决定风味品质的果实含糖量上，F6和F9表现优异，其中F6边糖含量为9.53%，F9心糖含量为11.62%。表明厚度为0.012 mm的F6与F9地膜能通过其优异且持久的保温保墒性能，在西瓜果实膨大与成熟期这一糖分积累的关键阶段，促进同化产物向果实的转运与积累。在西瓜产量方面，F9的单位面积产量为136.04 t·hm⁻²，略高于CK（134.17 t·hm⁻²）。已有研究表明，与生产上常用的0.008～0.010 mm地膜相比，0.012 mm地膜覆盖有明显的增温保墒效果，提高了作物产量^[31]。西瓜果实膨大期对水分胁迫极为敏感，F6和F9通过维持更稳定的土壤水分供应，有效减少水分胁迫对果实膨大的不利影响，保障同化产物向果实的顺畅转运，从而在产量和品质上实现更优解。

降解地膜的分解过程一般可划分为5个阶段：诱导期、开裂期、大裂期、破裂期和无膜期^[32]。不同材料的降解地膜在各阶段所持续的时间存在差异^[33]。试验结果表明，地膜的降解速率同时受材料本性和厚度的双重调控，其排序为：PBAT+木质素 > PBAT+PPC > PBAT+PLA，且在同一材料内，厚度越小，降解越快。这一发现为针对特定作物和特定生育期选择合适的地膜产品提供了直接依据。从地膜覆盖至试验结束，整个试验过程历时120 d，全生物降解地膜在露地西瓜生长前期能保持良好的完整性，自覆膜后28 d开始发生裂解，至120 d全生物降解地膜出现网状裂纹。对于西瓜这类生育期较长（90 d以上）的作物，地膜降解过快会导致其在生长中后期过早失去保墒功能，无法在需水需肥最旺盛的膨瓜期发挥保墒增温作用；而降解过慢则可能引发后续的残膜回收问题^[34]。从试验中发现，F6和F9的降解速率最为适中，其在覆膜后60 d左右（即西瓜进入膨瓜期时）才开始进入开裂期，直至收获时（覆膜后120 d）处于大裂期至碎裂期，完美覆盖了西瓜的整个生育周期。

地膜材质与厚度是影响其成本效益的关键^[35]。供试全生物降解地膜市场价格（32元/kg）约为PE地膜（8.5元/kg）的3.8倍。尽管由于材料密度与厚度差异，F6和F9的每亩用量（8.6kg）较CK（13.3kg）减少约35%，但每亩材料成本仍达到约275元，显著高于CK约113元，初始成本高出约162元。由于普通PE地膜需要回收，后续增加管理成本，所以全生物降解地膜与普通PE地膜之间成本与效益相当。虽然F6与F9单位成本最高，但其优异的农学表现与适中的降解周期共同保障种植收益的最大化。反之，较薄的地膜（如0.008 mm）初始成本更低，但因过早降解可能导致生育后期保温保墒功能衰退，存在减产风险。因此，选择性价比更高的F6或F9地膜，是实现经济与环保效益双赢的关键。

尽管本研究为热带地区露地西瓜生产提供有价值的参考，但仍存在一些局限性。试验仅在单一地点和单一生产季进行，未能涵盖不同气候年份及土壤类型的影响。其次，主要聚焦于地膜的农学效应，未对其长期施用对土壤生态的潜在影响进行深入评估。未来研究需结合多年份、多环境试验及经济性分析，以全面支撑可降解地膜在热带露地西瓜上的推广应用。

试验结果表明，与传统PE地膜相比，全生物降解地膜在增温保墒、促进植株生长及维持产量与品质等核心农艺性状方面无显著差异，其中F6在提升果实边糖含量（9.53%）方面表现突出，而F9在单瓜重（6.80 kg）与单位面积产量（136.04 t·hm^-2）方面表现稳定甚至略优于CK。地膜降解性能受材料类型和厚度共同调控，降解速率表现为PBAT+木质素 > PBAT+PPC > PBAT+PLA，且同一材料中厚度越小降解越快，较薄或降解过快的膜材在西瓜生育后期出现保水保温功能衰退。在成本方面，F6和F9的每亩总成本（约275元）较CK（约263元）提高约4.6%，但优秀的保温保墒性能与适中的降解周期共同保障经济效益的最大化。综合来看，厚度0.012 mm的PBAT+PPC（F6）与PBAT+PLA（F9）地膜性能表现优秀，能有效起到增温保墒的作用，能在西瓜生育全周期维持稳定的土壤水热环境。因此，F6和F9两种地膜可作为热带露地西瓜生产中理想环保选择，有望替代普通PE地膜在农田中推广使用。