甘肅采用雙壟溝地膜種植玉米。張福鎖供圖
7月2日，《國家科學評論》在線發表了中國農業大學與中國農業科學院農業環境與可持續發展研究所等單位共同完成的最新研究成果。該研究通過大數據整合分析發現，地膜覆蓋可使作物產量提高45.5%。這為全世界提供了一個用簡單而低成本的方式提高作物產量的示例。
論文通訊作者、中國工程院院士張福鎖告訴《中國科學報》，在我國干旱地區，地膜覆蓋技術比其他技術更高效、更具成本效益。
但是，地膜覆蓋帶來的環境問題不容忽視。張福鎖建議，未來應加強地膜覆蓋技術完整生命周期分析、探索地膜產品分解物的命運及其對土壤健康和下游生態系統的潛在影響等研究。
地膜技術帶來平均增產45.5%
張福鎖介紹，自1990年以來，世界許多地方的農作物單產停滯不前，對全球糧食安全構成了重大挑戰，急需創新的解決方案來提高種植系統的資源利用效率。
“在中國，簡單的塑料膜覆蓋技術使甘肅省的農作物生產率提高了180％，這可以為世界提供一個具有成本效益的創新解決方案，提高糧食產量。”張福鎖說。
地膜于上世紀50年代末引入中國，上世紀60年代初開始應用于蔬菜生產。過去幾十年中，該技術應用于多種作物，已通過保蓄土壤水分和提高土壤溫度而實現增產。
2012年，中國約有13％的耕地覆蓋地膜，占全球地膜使用量的60％。
論文第一作者、中國農業科學院農業環境與可持續發展研究所副研究員孫東寶介紹，為了全面了解地膜覆蓋對我國農作物的產量、經濟效益和水分利用效率的影響，他們通過整合分析我國1979年以來田間試驗大數據發現，地膜覆蓋可使51種作物產量平均提高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效應計算，小麥、玉米和水稻三種主要作物的總增產量為3000萬噸，相當于額外增加390萬公頃耕地用于生產糧食。
從1992年到2012年，我國覆膜農田面積從4.7×106公頃增加到1.8×107公頃。“面積可能會進一步增加，因為我國政府鼓勵使用地膜覆蓋技術，這對作物產量和農民收入具有重大好處。”張福鎖說，地膜覆蓋技術能讓農民收入每公頃凈增加2008元~5960元。
干旱地區地膜增產效益更顯著
地膜覆蓋技術經過多年發展，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。
在全國范圍內，地表全膜覆蓋作物增產77.9％，地表部分覆膜作物增產為38.9％。全膜覆蓋和壟作相結合，可增產84.7％。
論文共同通訊作者、中國農業科學院農業環境與可持續發展研究所研究員王慶鎖介紹，全膜覆蓋和壟作結合形成的全膜雙壟溝技術已在西北地區，如甘肅省，大面積應用。
在西北半干旱和干旱地區，水分脅迫是作物生長的最大限制因素。如果不采取覆蓋措施或其他節水措施，大量土壤水分就會無效蒸發，導致嚴重浪費。
王慶鎖說，西北半干旱和干旱地區的水資源短缺限制了作物生長。地膜覆蓋可以有效降低土壤蒸發，富集降水，將更多無效蒸發轉化為生產性耗水，大大提高作物產量和用水效率。
在年降水量少于400毫米的地區，地膜覆蓋技術比其他技術更高效、更具成本效益。地膜覆蓋在不顯著增加農田耗水的同時，使作物單產提高86％，作物水分利用效率提升45.3％~106.4％。在年降水量大于400毫米的相對濕潤地區，地膜覆蓋增產效應降低到40％左右。
王慶鎖介紹，地膜覆蓋不僅節水，還具有顯著的增溫效應。在我國北方干旱和半干旱地區，春季溫度較低，降低了作物出苗率，延遲作物生長發育。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到6.8 ℃。 這種升溫效應對于作物出苗和早期形態建成具有重要意義，尤其是在＞0℃積溫為3000~4000℃的區域更為顯著。
地膜覆蓋對環境影響值得系統研究
但是，地膜的長期使用已顯示出“副作用”。“地膜覆蓋導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，導致減產”，張福鎖說。
地膜覆蓋可能對土壤特性（例如土壤水分滲透率）產生負面影響、加速土壤有機質分解等。傳統的聚乙烯地膜降解過程中，一些對環境有害的化學產物，例如鄰苯二甲酸酯、鄰苯二甲酸二（2—乙基己基）酯、醛和酮等會釋放到土壤中。
張福鎖認為，未來應在加強地膜覆蓋技術完整生命周期分析和地膜分解物對土壤健康和生態環境影響的同時，深刻理解類似地膜這一單項技術創新帶來的農業革命性變革對全球忽視技術革命造成產量停滯的啟示，為更好發揮科技革命的重要作用、保障食物安全和生態環境安全、實現綠色可持續發展作出更大貢獻。
相關論文信息：https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa146
