生物降解地膜对比裸土对加工番茄在 Mediterranean 条件下提升产量、品质及水分生产率的影响

《Frontiers in Sustainable Food Systems》：Biodegradable mulches vs. bare soil in processing tomato improves yield, quality and water productivity under Mediterranean conditions

　　

农业消耗全球70%的淡水资源，到2050年粮食需求上升将进一步加剧资源压力。地膜覆盖可通过减少蒸发和稳定土壤微气候改善水分生产率(WP)。研究人员在意大利南部Portici开放田条件下，于2024–2025年连续两个春夏季评价了生物降解地膜对加工番茄(Solanum lycopersicum L.)灌溉效率、产量和品质的影响。试验设纸地膜(PPR)、两种生物降解薄膜(BM1为淀粉-聚合物共混物，BM2为共聚酯)与裸土(BS，对照)处理。通过监测土壤体积含水量和土壤温度调度灌溉以恢复田间持水量。结果显示，无论地膜类型，两年商业产量均高于BS：2024年+48%，2025年+24%，主要因单株果数增加。覆膜果实硬度与°Brix值更高(+3–9%，后者次年显著)。生物降解膜显著提升抗坏血酸含量(较PPR+46%)；PPR因降温效应使番茄红素(+52%)和类胡萝卜素(+24%)显著升高。PPR下果实氮含量更低(2024年?26%，2025年?3.6%)。地膜减少灌水量并改善作物水分生产率(WPc)，2024年尤甚(PPR:83.78对BS:48.80 kg m-3)。2025年整体WPc降低，但覆膜处理效率更稳定。生物降解地膜可替代聚乙烯用于地中海加工番茄可持续栽培。

研究背景与立项依据

农业占全球淡水提取量近70%，地中海等干旱区加工番茄季需水400–600 mm，农民常超额灌溉导致肥料淋失与地下水耗竭。传统聚乙烯(PE)地膜虽降本增产，但回收成本高且残留微塑料；生物降解地膜(BDMs)与纸地膜可在微生物作用下降解，但不同材料的水热行为差异是否影响产量—品质权衡尚未明确。研究人员假设材料组成差异会塑造土壤水热 regime，进而在产量数量与生物活性品质间形成不同权衡，据此在《Frontiers in Sustainable Food Systems》报道了2024–2025年南意大利Portici砂壤土上的定位试验。

主要技术方法

研究人员选用加工番茄品种“Dobler F1”，设裸土(BS)对照及纸地膜(PPR, 80 g m^-2)、淀粉基生物降解膜(BM1, Mater-Bi?)、共聚酯生物降解膜(BM2, Ecovio?)三处理，完全随机区组3重复。土壤体积含水量与温度由Zentra电容探头(0.20 m深)逐时记录，灌溉依探针数据在根区含水量低于田间持水量80%时补足，按I=(FC?θ_v)×根深×容重计算灌量。产量分商品/青果/次品计；品质测硬度、°Brix、凯氏氮、抗坏血酸、番茄红素、类胡萝卜素、亲/疏水抗氧化活性(HAA/LAA)；生理指标用LI-6400测A_N、G_s、E，SPAD-502与Dualex测叶绿素/黄酮/氮平衡指数(NBI)，GreenSeeker测NDVI。水分指标区分作物水分生产率(WP_c=产量/(灌溉+降雨))与作物水分利用效率(WUE_c=ET_c/(灌溉+降雨))。统计用SPSS两因素ANOVA后按年单因素Tukey检验。

研究结果

3.1 第一年(2024)

3.1.1 商品与次品产量及构成：覆膜使商品产量显著超BS(83.4 t ha^-1)，BM1达132.8 t ha^-1(+37%)，增产来自果数密度(+63.5%)而非单果重(约59 g)。BM1次品量最高(11.5 t ha^-1)。

3.1.2 物理与品质参数：硬度、pH、干物质、°Brix无显著差异；凯氏氮以BM1最高(2.24%)，PPR最低(1.55%)。

3.1.3 化学组成：抗坏血酸BM2最高(56.21 mg g^-1 fw)，较PPR+52%；类胡萝卜素BS最高(0.18 mg g^-1 fw)，PPR/BM2较低；番茄红素PPR峰值(12.62 mg 100 g^-1 fw)显著超BM2。

3.2 第二年(2025)

3.2.1 产量及构成：BS仍最低(97.8 t ha^-1)，覆膜平均+24%，BM2达127.6 t ha^-1；增产来自果数与单果重双增(BS果数185.7 m^-2，BM2 257.7 m^-2)。

3.2.2 物理品质：°Brix覆膜均超BS(4.99°Brix)，平均5.42(+8.6%)，BM1最高5.61；氮含量各处理近2.05%，PPR略低3.53%。

3.2.3 化学组成：仅疏水抗氧化活性(LAA)PPR最高(18.99 mmol Trolox equ. 100 g^-1 dw)显著超BM1；抗坏血酸、类胡萝卜素、番茄红素无处理间显著差。

3.3 生理与营养学田间测量

6月两次测定显示日期效应使A_N降19%、G_s降28%；覆膜整体提SPAD(+11%)、叶绿素(+23%)、NBI(+46%)。NDVI仅BM1/BM2较BS增14%，PPR增8%。2025年NDVI降8%但NBI升46%。

3.4 水分管理、WP_c与WUE_c

2024年灌量较低，PPR灌1005.69 m³ ha^-1获WP_c 83.78 kg m^-3，BS仅48.80；2025年降雨增(122.2 mm)使各处理WP_c降至约46.56 kg m^-3，PPR降幅最大(?47%)。WUE_c两年皆2024更高(+31%)。覆膜在湿润年仍维持效率稳定。

讨论与结论翻译

讨论指出，WP_c与WUE_c须区分：前者为供给水转化产量之生产力，后者为物理过程效率。PPR降温促番茄红素/类胡萝卜素但降果氮，BM1/BM2增温提抗坏血酸与果数，材料间非功能等价。结论：在地中海开放田中，生物降解膜与纸膜较裸土增产24–48%、提°Brix与硬度、减灌水量并改善WP_c；PPR适重番茄红素/类胡萝卜素之加工导向，BM1/BM2适重产量与抗坏血酸之综合导向；二者均可替代PE以削除回收成本与微塑料残留，但降解速率受温度、湿度、微生物量调控，需依区域气候选型。该研究为地中海加工番茄可持续水肥管理提供了覆膜材料权衡的实证基础。