甘肅采用雙壟溝地膜種植玉米。張福鎖供圖

 

　　7月2日，《國(guó)家科學(xué)評(píng)論》在線發(fā)表了中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)與中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所等單位共同完成的最新研究成果。該研究通過大數(shù)據(jù)整合分析發(fā)現(xiàn)，地膜覆蓋可使作物產(chǎn)量提高45.5%。這為全世界提供了一個(gè)用簡(jiǎn)單而低成本的方式提高作物產(chǎn)量的示例。

 

　　論文通訊作者、中國(guó)工程院院士張福鎖告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，在我國(guó)干旱地區(qū)，地膜覆蓋技術(shù)比其他技術(shù)更高效、更具成本效益。

 

　　但是，地膜覆蓋帶來的環(huán)境問題不容忽視。張福鎖建議，未來應(yīng)加強(qiáng)地膜覆蓋技術(shù)完整生命周期分析、探索地膜產(chǎn)品分解物的命運(yùn)及其對(duì)土壤健康和下游生態(tài)系統(tǒng)的潛在影響等研究。

 

　　地膜技術(shù)帶來平均增產(chǎn)45.5%

 

　　張福鎖介紹，自1990年以來，世界許多地方的農(nóng)作物單產(chǎn)停滯不前，對(duì)全球糧食安全構(gòu)成了重大挑戰(zhàn)，急需創(chuàng)新的解決方案來提高種植系統(tǒng)的資源利用效率。

 

　　“在中國(guó)，簡(jiǎn)單的塑料膜覆蓋技術(shù)使甘肅省的農(nóng)作物生產(chǎn)率提高了180％，這可以為世界提供一個(gè)具有成本效益的創(chuàng)新解決方案，提高糧食產(chǎn)量。”張福鎖說。

 

　　地膜于上世紀(jì)50年代末引入中國(guó)，上世紀(jì)60年代初開始應(yīng)用于蔬菜生產(chǎn)。過去幾十年中，該技術(shù)應(yīng)用于多種作物，已通過保蓄土壤水分和提高土壤溫度而實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)。

 

　　2012年，中國(guó)約有13％的耕地覆蓋地膜，占全球地膜使用量的60％。

 

　　論文第一作者、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所副研究員孫東寶介紹，為了全面了解地膜覆蓋對(duì)我國(guó)農(nóng)作物的產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益和水分利用效率的影響，他們通過整合分析我國(guó)1979年以來田間試驗(yàn)大數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，地膜覆蓋可使51種作物產(chǎn)量平均提高45.5％，水分利用效率平均提高58.0％。

 

　　如果以2012年的地膜覆蓋面積和覆膜增產(chǎn)效應(yīng)計(jì)算，小麥、玉米和水稻三種主要作物的總增產(chǎn)量為3000萬噸，相當(dāng)于額外增加390萬公頃耕地用于生產(chǎn)糧食。

 

　　從1992年到2012年，我國(guó)覆膜農(nóng)田面積從4.7×106公頃增加到1.8×107公頃。“面積可能會(huì)進(jìn)一步增加，因?yàn)槲覈?guó)政府鼓勵(lì)使用地膜覆蓋技術(shù)，這對(duì)作物產(chǎn)量和農(nóng)民收入具有重大好處。”張福鎖說，地膜覆蓋技術(shù)能讓農(nóng)民收入每公頃凈增加2008元~5960元。

 

　　干旱地區(qū)地膜增產(chǎn)效益更顯著

 

　　地膜覆蓋技術(shù)經(jīng)過多年發(fā)展，形成了可用于不同類型的覆蓋方式，包括平地覆蓋、起壟覆蓋、地表部分覆蓋和地表全覆蓋等。

 

　　在全國(guó)范圍內(nèi)，地表全膜覆蓋作物增產(chǎn)77.9％，地表部分覆膜作物增產(chǎn)為38.9％。全膜覆蓋和壟作相結(jié)合，可增產(chǎn)84.7％。

 

　　論文共同通訊作者、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所研究員王慶鎖介紹，全膜覆蓋和壟作結(jié)合形成的全膜雙壟溝技術(shù)已在西北地區(qū)，如甘肅省，大面積應(yīng)用。

 

　　在西北半干旱和干旱地區(qū)，水分脅迫是作物生長(zhǎng)的最大限制因素。如果不采取覆蓋措施或其他節(jié)水措施，大量土壤水分就會(huì)無效蒸發(fā)，導(dǎo)致嚴(yán)重浪費(fèi)。

 

　　王慶鎖說，西北半干旱和干旱地區(qū)的水資源短缺限制了作物生長(zhǎng)。地膜覆蓋可以有效降低土壤蒸發(fā)，富集降水，將更多無效蒸發(fā)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)性耗水，大大提高作物產(chǎn)量和用水效率。

 

　　在年降水量少于400毫米的地區(qū)，地膜覆蓋技術(shù)比其他技術(shù)更高效、更具成本效益。地膜覆蓋在不顯著增加農(nóng)田耗水的同時(shí)，使作物單產(chǎn)提高86％，作物水分利用效率提升45.3％~106.4％。在年降水量大于400毫米的相對(duì)濕潤(rùn)地區(qū)，地膜覆蓋增產(chǎn)效應(yīng)降低到40％左右。

 

　　王慶鎖介紹，地膜覆蓋不僅節(jié)水，還具有顯著的增溫效應(yīng)。在我國(guó)北方干旱和半干旱地區(qū)，春季溫度較低，降低了作物出苗率，延遲作物生長(zhǎng)發(fā)育。春季期間，地膜覆蓋可以使表土（5厘米）溫度升高1.8~2.7 ℃，在某些情況下甚至可以達(dá)到6.8 ℃。 這種升溫效應(yīng)對(duì)于作物出苗和早期形態(tài)建成具有重要意義，尤其是在＞0℃積溫為3000~4000℃的區(qū)域更為顯著。

 

　　地膜覆蓋對(duì)環(huán)境影響值得系統(tǒng)研究

 

　　但是，地膜的長(zhǎng)期使用已顯示出“副作用”。“地膜覆蓋導(dǎo)致塑料薄膜殘留物在土壤中積累，在某些情況下降低了土壤肥力，惡化了土壤水分滲透性等土壤特性，導(dǎo)致減產(chǎn)”，張福鎖說。

 

　　地膜覆蓋可能對(duì)土壤特性（例如土壤水分滲透率）產(chǎn)生負(fù)面影響、加速土壤有機(jī)質(zhì)分解等。傳統(tǒng)的聚乙烯地膜降解過程中，一些對(duì)環(huán)境有害的化學(xué)產(chǎn)物，例如鄰苯二甲酸酯、鄰苯二甲酸二（2—乙基己基）酯、醛和酮等會(huì)釋放到土壤中。

 

　　張福鎖認(rèn)為，未來應(yīng)在加強(qiáng)地膜覆蓋技術(shù)完整生命周期分析和地膜分解物對(duì)土壤健康和生態(tài)環(huán)境影響的同時(shí)，深刻理解類似地膜這一單項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新帶來的農(nóng)業(yè)革命性變革對(duì)全球忽視技術(shù)革命造成產(chǎn)量停滯的啟示，為更好發(fā)揮科技革命的重要作用、保障食物安全和生態(tài)環(huán)境安全、實(shí)現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展作出更大貢獻(xiàn)。

 

　　相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa146

 

(單位：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所 )