甘肃采用双垄沟地膜种植玉米。张福锁供图
7月2日，《国家科学评论》在线发表了中国农业大学与中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所等单位共同完成的最新研究成果。该研究通过大数据整合分析发现，地膜覆盖可使作物产量提高45.5%。这为全世界提供了一个用简单而低成本的方式提高作物产量的示例。
论文通讯作者、中国工程院院士张福锁告诉《中国科学报》，在我国干旱地区，地膜覆盖技术比其他技术更高效、更具成本效益。
但是，地膜覆盖带来的环境问题不容忽视。张福锁建议，未来应加强地膜覆盖技术完整生命周期分析、探索地膜产品分解物的命运及其对土壤健康和下游生态系统的潜在影响等研究。
地膜技术带来平均增产45.5%
张福锁介绍，自1990年以来，世界许多地方的农作物单产停滞不前，对全球粮食安全构成了重大挑战，急需创新的解决方案来提高种植系统的资源利用效率。
“在中国，简单的塑料膜覆盖技术使甘肃省的农作物生产率提高了180％，这可以为世界提供一个具有成本效益的创新解决方案，提高粮食产量。”张福锁说。
地膜于上世纪50年代末引入中国，上世纪60年代初开始应用于蔬菜生产。过去几十年中，该技术应用于多种作物，已通过保蓄土壤水分和提高土壤温度而实现增产。
2012年，中国约有13％的耕地覆盖地膜，占全球地膜使用量的60％。
论文第一作者、中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所副研究员孙东宝介绍，为了全面了解地膜覆盖对我国农作物的产量、经济效益和水分利用效率的影响，他们通过整合分析我国1979年以来田间试验大数据发现，地膜覆盖可使51种作物产量平均提高45.5％，水分利用效率平均提高58.0％。
如果以2012年的地膜覆盖面积和覆膜增产效应计算，小麦、玉米和水稻三种主要作物的总增产量为3000万吨，相当于额外增加390万公顷耕地用于生产粮食。
从1992年到2012年，我国覆膜农田面积从4.7×106公顷增加到1.8×107公顷。“面积可能会进一步增加，因为我国政府鼓励使用地膜覆盖技术，这对作物产量和农民收入具有重大好处。”张福锁说，地膜覆盖技术能让农民收入每公顷净增加2008元~5960元。
干旱地区地膜增产效益更显著
地膜覆盖技术经过多年发展，形成了可用于不同类型的覆盖方式，包括平地覆盖、起垄覆盖、地表部分覆盖和地表全覆盖等。
在全国范围内，地表全膜覆盖作物增产77.9％，地表部分覆膜作物增产为38.9％。全膜覆盖和垄作相结合，可增产84.7％。
论文共同通讯作者、中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所研究员王庆锁介绍，全膜覆盖和垄作结合形成的全膜双垄沟技术已在西北地区，如甘肃省，大面积应用。
在西北半干旱和干旱地区，水分胁迫是作物生长的最大限制因素。如果不采取覆盖措施或其他节水措施，大量土壤水分就会无效蒸发，导致严重浪费。
王庆锁说，西北半干旱和干旱地区的水资源短缺限制了作物生长。地膜覆盖可以有效降低土壤蒸发，富集降水，将更多无效蒸发转化为生产性耗水，大大提高作物产量和用水效率。
在年降水量少于400毫米的地区，地膜覆盖技术比其他技术更高效、更具成本效益。地膜覆盖在不显著增加农田耗水的同时，使作物单产提高86％，作物水分利用效率提升45.3％~106.4％。在年降水量大于400毫米的相对湿润地区，地膜覆盖增产效应降低到40％左右。
王庆锁介绍，地膜覆盖不仅节水，还具有显著的增温效应。在我国北方干旱和半干旱地区，春季温度较低，降低了作物出苗率，延迟作物生长发育。春季期间，地膜覆盖可以使表土（5厘米）温度升高1.8~2.7 ℃，在某些情况下甚至可以达到6.8 ℃。 这种升温效应对于作物出苗和早期形态建成具有重要意义，尤其是在＞0℃积温为3000~4000℃的区域更为显著。
地膜覆盖对环境影响值得系统研究
但是，地膜的长期使用已显示出“副作用”。“地膜覆盖导致塑料薄膜残留物在土壤中积累，在某些情况下降低了土壤肥力，恶化了土壤水分渗透性等土壤特性，导致减产”，张福锁说。
地膜覆盖可能对土壤特性（例如土壤水分渗透率）产生负面影响、加速土壤有机质分解等。传统的聚乙烯地膜降解过程中，一些对环境有害的化学产物，例如邻苯二甲酸酯、邻苯二甲酸二（2—乙基己基）酯、醛和酮等会释放到土壤中。
张福锁认为，未来应在加强地膜覆盖技术完整生命周期分析和地膜分解物对土壤健康和生态环境影响的同时，深刻理解类似地膜这一单项技术创新带来的农业革命性变革对全球忽视技术革命造成产量停滞的启示，为更好发挥科技革命的重要作用、保障食物安全和生态环境安全、实现绿色可持续发展作出更大贡献。
相关论文信息：https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa146
(单位：中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所 )
