新疆典型覆膜地区地膜覆盖技术应用及贡献分析_乔迪.pdf

新疆典型覆膜地区地膜覆盖技术应用及贡献分析乔 迪1，鲍龙龙1，林 涛2，汤秋香1*(1新疆农业大学农学院，新疆乌鲁木齐 830052;2新疆农业科学院经济作物研究所/农业农村部荒漠绿洲作物生理生态与耕作重点实验室，新疆乌鲁木齐 830091)摘要 目的 为明确新疆地膜覆盖栽培技术的应用及贡献情况。方法 查询 20002018 年 新疆生产建设兵团统计年鉴 和 中国农村统计年鉴 及 19902021 年的相关文献。结果 地膜覆盖在新疆农业生产中具有重要贡献，20002018 年间，地膜的使用量总体呈现逐年增长的趋势。地膜覆盖变化率与主要作物单位面积变化率呈正相关，覆膜变化率从 2002 年的0127 增加到2018 年的1893，相应的单产变化率从 0270 增加到 2112。此外，地膜覆盖面积同化学除草、病虫害防治面积相比，对产量的贡献率达到了 0534 8，仅次于化学除草面积，表明地膜覆盖对产量的提高有积极的作用。在农资投入方面，与众多农资投入指标相比，地膜投入费用与主要作物产量的关联度位居第二，达到了 0426 4。结论 综上所述，地膜覆盖对新疆作物生产的贡献明显，研究其具体贡献状况有助于对新疆地膜覆盖栽培技术应用提供理论依据。关键词地膜使用量;覆盖面积;灰色关联法;产量;贡献率中图分类号F3233文献标识码A文章编号05176611(2023)07022605doi:103969/jissn05176611202307052开放科学(资源服务)标识码(OSID):Analysis of the Application and Contribution of Mulching Technology in Typical Mulching Areas of XinjiangQIAO Di1，BAO Long-long1，LIN Tao2et al(1College of Agronomy，Xinjiang Agricultural University，Urumqi，Xinjiang 830052;2Institute of Cash Crops，Xinjiang Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Crop Physiology，Ecology and Farming in Desert Oa-sis，Ministry of Agruculture and ural Affairs，Urumqi，Xinjiang 830091)Abstract Objective To clarify the application and contribution of ground film mulching cultivation technology in Xinjiang MethodWequeried the Xinjiang Production and Construction Corps Statistical Yearbook and China ural Statistical Yearbook from 2000 to 2018 and therelated literature from 1990 to 2021 esult Mulch had an important contribution in agricultural production in Xinjiang，and the use of mulchshowed an overall trend of year-on-year increase from 2000 to 2018 The rate of change of mulch cover showed positive correlation with the rateof change of unit area of major crops，with the rate of change of mulch cover increasing from 0127 in 2002 to 1893 in 2018，and the corre-sponding rate of change of yield increased from 0270 to 2112 In addition，the contribution of mulch cover area to yield compared with chemi-cal weed control and pest control area reached 0534 8，second only to chemical weed control esults indicated that mulching had a positiveeffect on yield improvement In terms of agricultural inputs，the correlation between mulch input cost and yield of major crops was the secondhighest compared with many agricultural input indicators，reaching 0426 4 Conclusion The contribution of mulch to crop production in Xin-jiang was obvious，and the study of its specific contribution status provided a theoretical basis for the application of mulch cultivation technolo-gy in XinjiangKey wordsUsage of mulching film;Mulch covered area;Gray correlation method;Yield;Contribution rate基金项目国家自然科学基金项目(31960386);新疆维吾尔自治区重大科技专项(2020A010024);新疆维吾尔自治区高校科研计划项目(XJEDU2019I012)。作者简介乔迪(1998)，女，新疆喀什人，硕士研究生，研究方向:农田生态环境。*通信作者，教授，博士，博士生导师，从事农田生态环境研究。收稿日期20220424新疆是全国地膜覆盖栽培技术应用面积最大、地膜使用量最多的省区。地膜覆盖栽培技术的推广使用能够对作物的种植起到增温13、保墒45、抑盐67、防草89 等作用。基于以上优势，我国地膜使用量从 1982 年 06 万 t 增加到2019 年的1379 万t，增长了220 多倍。农作物地膜覆盖面积也一直保持增长态势，从 1982 年农作物地膜覆盖面积仅为11 7 万 hm2到 2019 年 农 作 物 地 膜 覆 盖 面 积 达1 76281 万 hm210。为此，研究地膜对农田作物的贡献状况具有明显意义。有研究表明，与常规淹水稻田相比，覆膜旱作可显著降低水稻纹枯病的发生程度。在设施蔬菜栽培中，地膜覆盖也能减轻病害(如黄瓜霜霉病、番茄轮纹病)的发生概率，且黑色或银灰色反光膜在除草和避蚜方面也有较好的效果11。同时地膜还能抑制田间杂草生长，对旱地杂草的防除效果高达 90%且防效稳定，给农户带来了较大的经济收益8，12。通过对比不同地膜对杂草防治效果的研究，结果显示与裸地相比，覆盖地膜可以使膜间杂草量降低 402%717%，膜内杂草量降低 193%360%13。地膜的颜色对害虫的防治效果也有影响，与覆盖普通无色膜相比，覆盖特制地膜和银灰色地膜对花生蚜、叶螨、蓟马1415、棉铃虫发生和为害程度有显著的抑制效果16。此外，地膜覆盖也能提高土壤温度，促进土壤微生物活动，提高作物产量和肥料的利用效率等1719。综上，许多学者针对地膜覆盖技术、地膜覆盖对作物及农田环境状况的影响进行了大量的研究，但对地膜的具体贡献情况鲜有报道。鉴于此，笔者以新疆典型地膜覆盖地区为例，分析地膜使用现状以及地膜覆盖与作物产量和农业投入的变化关系，旨在客观总结出新疆典型地区地膜覆盖技术对农业生产的贡献情况。1材料与方法11数据收集通过调查统计年鉴，查找新疆典型地膜覆盖地区的地膜使用量、作物年际间化学除草面积、病虫害防治面积、农资投入情况等数据。其中，典型覆膜地区包括阿克苏地区第一师、库尔勒地区第二师农场、喀什地区第三师农场、伊犁地区第四师农场、博尔塔拉地区第五师、昌吉地区第六师、奎屯第七师、石河子第八师、塔城地区第九师以及阿勒泰第十师农场等。涉及的新疆兵团地膜使用量、覆盖面积、化学除草面积、病虫害防治面积数据来源于 20002018 年 新疆安徽农业科学，JAnhui AgricSci 2023，51(7):226230生产建设兵团统计年鉴，其他县市地膜使用量、农资投入数据来源于20002018 年 中国农村统计年鉴。12数据分析通过计算年际间地膜使用量变化率与棉花单产年际变化率来反映地膜使用对产量的贡献。计算公式如下:年际变化率:m=(BA)1N1 1式中，B 是末年数值，A 是首年数值，N=末年年份首年年份+1。灰色关联分析(grey relation analysis，GA)作为一种多因素的统计分析方法而被广泛应用，该分析方法可以弥补数理分析方法对样本容量和样本概率分布的局限性。评价地膜使用的贡献，最直观的指标就是作物产量。依据灰色系统理论将作物产量看成一个灰色系统，将可能影响该系统的要素看成一个个因素。通过灰色关联分析法，综合性评价农业生产投入对农业产出的影响程度。灰色关联分析步骤如下:121确定母序列。母序列(参考序列，为新疆维吾尔自治区 20002018 年的作物产量序列)和子序列(比较序列，需要确立顺序的因素序列，即地膜覆盖面积、病虫害防治面积、化学除草面积)。x_i(k)表示第 i 个因素的第 k 个数值。第一个因素是地膜覆盖面积，x_1(1)表示地膜覆盖面积在 2000年的取值，也就是 47052，x_1(2)是 2001 年的取值，而x_2(1)表示病虫害防治面积在 2001 年的数值，以此类推。x_0(k)表示母序列，i1 的表示子序列，即要分析的要素的序列。n 为每个向量的维度，即每个元素的特征的数量，n 分别为 19 和 16，因为有 2019 和 2016 年的数据，代表十九维和十六维向量。122无量纲化处理。将不同质的指标和初始数值进行无量纲化处理，减少数据绝对数值的差异，将每个统一到近似的范围内，关注其动态变化。选取的归一化处理方法为初值化处理，即把这一个序列的数据除以最开始的值，由于同一个因素获得序列的量级差别不大，故处理后即能归一化到 1的量级附近。计算公式如下:x_i(k)=x_i(k)/x_i(1)(i=1，m，k=1，n)式中，m 为因素个数，n 为每个因素的数据维度，n=19，m=3(目标是看 3 个因素，即地膜覆盖面积、病虫害防治面积、化学除草面积和作物产量的关联，数据维度为 19，即 19 年。计算公式如下:i(k)=minimink|x0(k)xi(k)|+maximaxk|x0(k)xi(k)|x0(k)xi(k)|+maximaxk|x0(k)|xi(k)式中，为分辨系数，一般在 01 范围内取值，通常取=0.5。13统计分析采用 Microsoft Excel 2019 和 DPS 数据处理软件进行数据整理和分析作图。2结果与分析21新疆地膜使用情况由图 1 可知，地膜覆盖量在年际间整体呈现上升趋势。当前，中国农用地膜使用量近 241106t，新疆农田地膜使用量已超过 2105t，据 中国农村统计年鉴 的数据显示，2019 年全国及新疆农田地膜覆盖总面积分别为 176107和 355106hm2，新疆当年农田地膜总覆盖面积约占中国当年农田地膜总覆盖面积的 2017%;20002018年间，新疆地膜使用量呈现逐年上升趋势，地膜覆盖栽培技术在新疆得到迅速发展。图 1年际间地膜使用情况比较Fig1Comparison of inter-annual mulch use农用塑料薄膜主要是棚膜和地膜，地膜依然占有很大的比例。年际间，新疆典型地区的地膜使用量总体呈现上升趋势，目前农用塑料薄膜使用仍以地膜为主，在调查所涉及年际间均占到了地膜总量的 60%，最高可达 96%。其中，2018年间农用料薄膜使用量和地膜使用量较 2000 年分别增加了约 113 和 116 倍。22新疆不同地区地膜使用情况与年际变化率变化情况由图 2 可知，年际间，新疆地膜覆盖量总体呈现增长趋势。主要地区2009 和 2014 年出现了明显增长，较 1999 年分别增长了 143 和 177 倍。20002018 年间地膜总使用量以一师和八师较多，分别达到了 185 960 和228 473 t，两地对于调查地区总地膜覆盖的贡献率分别达到了 1954%和 24%，其中八师的地膜使用量超过了调查总地区的 1/4 以上，可见南疆对地膜需求量依然很大，说明地膜在农业生产中具有重要使用价值。由表 1 可知，新疆主要地州 2018 年的覆膜面积中，南疆主要地区总体多于北疆，南疆属阿克苏和喀什最多，分别是60 558和 501 970 hm2，分别占到地膜覆盖的 20 96%和17.37%。这一差异可能不仅仅是因为南疆地区具有干旱少雨的自然气候特点和独特的地理位置，同时南疆也是棉花的72251 卷 7 期乔 迪等新疆典型覆膜地区地膜覆盖技术应用及贡献分析图 22019 年主要地区地膜使用量比较Fig2Comparison of mulch use in major regions in 2019主栽区，棉花是南疆最具规模种植优势的经济作物，也是使用地膜最多的作物，覆盖率近 100%。表 12018 年不同地区地膜使用情况比较Table 1Change of mulch use in different regions in 2018新疆各地州Xinjiang prefecture新疆生产建设兵团XinjiangProduction andConstructionCorps地膜覆盖面积比重Proportion ofarea coveredwith groundcover%地膜覆盖面积比重Proportion ofarea coveredwith groundcover%阿克苏 Aksu region一师20961404喀什 Kashgar region二师1737707伊犁州 Ili Kazakh Autono-mous Prefecture三师1785687塔城 Tacheng region四师1338364巴州 Bayin Goleng Prefec-ture五师1094636昌吉州 Changji Prefecture六师10451616博州 Botala Mongol Autono-mous Prefecture七师5361303阿勒泰 Altay prefecture八师0582616哈密 Hami region九师147212和田 Khotan region十师164455注:数据来源于 新疆生产建设兵团统计年鉴 2018 中国农村统计年鉴 2018。Note:Data were from Xinjiang Production and Construction Corps Statisti-cal Yearbook 2018 and China ural Statistical Yearbook 2018主要地区地膜覆盖变化率与产量变化率同样也呈现逐年增长的趋势，总体来看，地膜覆盖对于新疆农业生产来说，已经发挥着越来越重要的作用，在环境相似的同等地力条件下，地膜覆盖变化率与新疆主栽经济作物棉花单量变化率呈正相关，覆膜变化率从 2002 年的 0127 增加到 2018 年的1.893，相应的单产变化率从 0270 增加到 2112。这说明地膜对作物产量提高有巨大的作用，对农业生产也作出了不可忽视的贡献。23覆盖面积、化学除草、病虫害防治面积与作物产量的灰色关联分析将初始数据进行灰色关联分析，结果显示在20002018 年间，对新疆生产建设兵团主要作物产量影响最大的因素是化学除草面积，可见草害的防治效果对于作物产量影响较大(表 2)。其次是地膜覆盖面积，对于作物产量的贡献率比病虫害防治面积高出 0002 6(表 3)。在 2016 年间，地膜覆盖作物面积对作物产量的贡献率高达 0666 9，可能是由于 2016 年的政策变化，新疆生产建设兵团开始完全图 320012018 年地膜覆盖变化率与棉花单位面积产量变化率比较Fig3Comparison of change rates of mulch cover and cottonyield per unit area in 20012018使用生物降解地膜，表明地膜覆盖对作物产量的贡献较大。表 220002018 年关联系数比较Table 2Comparison of correlation coefficients in 20002018年份Year主要作物产量Main cropyield地膜覆盖面积Area coveredby mulch病虫害防治面积Pest anddisease controlarea化学除草面积Chemical weedcontrol area20001000569 60787 90623 920011000548 90689 20700 820021000615 10630 50800 620031000611 50669 60730 320041000571 80665 60704 720051000582 30655 60646 520061000658 30733 90717 120071000541 60615 90659 920081000381 00460 00477 820091000349 40445 10433 720101000539 10441 40441 720111000481 90401 70401 920121000389 30340 50340 620131000383 00347 00347 020141000381 40333 30339 220151000580 70445 80580 720161000666 90460 40666 920171000647 70481 20647 720181000662 20506 60662 2表 3评价项关联度分析Table 3Analysis of correlation degree of evaluation items评价项Evaluation items关联度Correlationdegree排名ank地膜覆盖面积 Area covered by mulch0534 82病虫害防治面积 Pest and disease control area0532 23化学除草面积 Chemical weed control area0574 9124农资投入与作物产量的灰色关联分析在 20022017年的作物产量中，化肥和农膜投入的费用对作物产量的贡献最大，与作物产量指数的灰色关联度分别为 0450 9 和0426 4(图 4)。化肥投入是影响作物产量的关键因素，其余各影响因素表现为农膜费种子费农药费，农膜费对产量的822安徽农业科学2023 年贡献居于第 2 位，是新疆农业生产不可缺少的因素。图 420022017 年农资投入与作物产量的灰色关联比较Fig4Comparison grey correlation between agricultural inputs and crop yield in 200220173讨论31新疆地膜使用的年际变化率情况由于新疆独特的地理地质，新疆地膜使用量和变化率总体呈现逐年上升的趋势，成为农业生产中不可或缺的生产资料。已有前人证明，采用地膜覆盖栽培措施，能够有效降低土层的盐碱化程度，使得宜耕面积增加2021。新疆地膜使用趋势也与地膜本身的增温保墒对种植业的效应有关，覆膜能够有效提高土层温度、作物冠层气温等22。地膜的保墒抗旱性能可以降低土壤水分的蒸发，提高农作物的水分利用率，促进其生长23。此外，地膜覆盖能起到很好的阻雨防渍作用，使膜外的雨水难以进入膜内，防止不良天气可能引起的农业灾害24。在我国北方，覆膜也能促进种子早发，有效减少低温冷害带来的损失25，这可能也是新疆地膜使用量不断增加的原因所在。随着工业技术的发展，地膜在原有的基础上也发展出了许多不同的类型，以满足农业生产和生态保护的需求。在新疆不同地区分布上，南疆使用量要多于北疆，因为南疆是棉花的主要种植区域，棉花的需膜量较大，也可能是因为南、北疆不同的作物布局和不同作物的生理特征而引起的差异，这与周明冬等2627 调研结果一致。综上所述，地膜在新疆农业中的地位十分重要。但该研究只考虑了新疆典型的主要覆膜地区，因此数据不够全面，存在一定的局限性。32地膜覆盖、化学除草、病虫害防治面积对作物产量的影响在地膜覆盖面积、化学除草、病虫害防治面积对作物产量的影响中，化学除草的防治效果对主要作物的产量起关键作用，其影响要大于覆膜面积和病虫害防治面积。农田杂草对于农业生产极其不利，特别是在新疆，杂草种类丰富且复杂，严重危害作物的正常生长，而对于杂草的防治，人工除草不仅费时费力，用工成本也很高，故化学除草技术被广泛应用，可以在保证作物产量的同时节省人工除草的投入成本，对农业生产有着积极的作用28。徐亚秋等2930 也指出，地膜也能够改变杂草的适宜生存环境从而达到除草效果，这与张德玉等3132 的研究结果相悖，即覆膜反而会滋生杂草且对除草时间要求较严格。地膜覆盖面积对作物产量的关联度仅次于化学除草面积，表明地膜对作物产量的贡献巨大。前人研究表明，与平作不覆膜相比，全覆盖和半覆盖的方式均能提高土壤表层温度，促进夏玉米生长和地上部生物量的积累，从而提高玉米产量33。在地膜覆盖对小麦的增产机制上，Zhu 等34 认为覆膜对作物根际微环境有改善作用，包括土壤水热状况、养分状况等，从而提高作物产量。陈利军等35 通过大量的文献调查并结合 Meta 分析，指出与不覆膜相比，地膜覆盖对棉花、玉米、小麦等 6 种作物产量变化呈显著正相关。此外，该研究还从农资投入方面考虑，对比表明地膜投入费用与作物产量的关联程度要强于种子和农药投入费用，表明地膜使用对作物生产的贡献较大。但是由于该研究仅选取了新疆典型的覆膜地区进行分析，并且数据较为宏观，故难以从试验尺度进行说明。33地膜覆盖对杂草防治的影响随着当前农业对地膜栽培环境的需求，结合一些先进的高分子生物化学技术，不同功能的新型地膜也屡见不鲜，在农业生产中也得到了一定的认可。高旭华等36 通过研究证明了玉米专用除草地膜能有效防治田间一年生杂草，覆膜后60 d 对杂草的防效均可达到80%，同时覆盖该地膜能有效提高玉米籽粒的产量。同样，添加了改性除草母粒的地膜在花生覆膜后 60 d 内对双子叶和单子叶的杂草有效防除效果可高达 90%37，但除草地膜的效果也会因为杂草种类和地膜的颜色与材质的原因而各不相同，黑膜和灰黑膜透光率低，致使膜下杂草缺少阳光，具有较好的除草作用，但是在切实考虑农资情况来说，该类地膜较厚、用量较大、成本较高，将会导致栽培经济效益较低。随着对地膜种类和实际应用需求的不断增加，结合大田生产的效益评估地膜在农业生产实际贡献的方法体系有待完善。此外，地膜覆盖带来巨大贡献的同时，也带来了诸多生态环境问题，残留在土壤中的农用薄膜碎片成为污染土壤的重要因素，解决地膜污染问题也成为未来工作的重点。4结论(1)该研究系统梳理了 20002018 年新疆主要地区地膜栽培覆盖情况，分析了地膜覆盖年际间变化和新疆不同地区地膜使用情况，从新疆覆盖大趋势来看，年际间的覆盖量总体呈现逐年增长的趋势。(2)利用灰色关联度分析法，将地膜覆盖、化学除草、病虫害防治面积及农资投入情况对作物产量的影响程度进行分析，指出农业地膜投入情况与作物产量的关联度较强，具有一定的积极作用，对于新疆农业生产也作出了极其重要的92251 卷 7 期乔 迪等新疆典型覆膜地区地膜覆盖技术应用及贡献分析贡献。参考文献 1 高真伟，王冬梅，展广军，等水田覆膜对稻作生长的影响 J 垦殖与稻作，2001(2):1113 2 WU Y，HUANG F Y，ZHANG C，et alEffects of different mulching patternson soil moisture，temperature，and maize yield in a semi-arid region of theLoess Plateau，ChinaJ Arid land research and management，2016，30(4):490504 3 张俊丽，索龙，景鹏娟，等生物降解地膜的增温保墒及增产效应研究进展 J 农业与技术，2021，41(15):113115 4 严小峰，刘艳军，黄俊轩，等冰灯玉露松散型胚性愈伤组织的诱导方法 J 天津农业科学，2017，23(7):2124，36 5 杨晓东地膜覆盖技术探讨 J 农业科技与装备，2016(3):4950，53 6 王雅琴，刘洪光，朱拥军重盐碱地膜下滴灌土壤盐分运移规律研究 J 灌溉排水学报，2010，29(3):5860 7 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