農(nóng)田覆膜效益、環(huán)境影響與監(jiān)測研究進(jìn)展分析*

哈斯圖亞，陳仲新

(中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所/農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)遙感重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081)

·研究綜述·

農(nóng)田覆膜效益、環(huán)境影響與監(jiān)測研究進(jìn)展分析*

哈斯圖亞，陳仲新※

(中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所/農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)遙感重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081)

[目的]通過總結(jié)地膜覆蓋農(nóng)田相關(guān)研究現(xiàn)狀及研究趨勢，以期為地膜制造、生產(chǎn)、使用、回收全過程的科學(xué)規(guī)劃管理提供參考依據(jù)。[方法]文章為了客觀全面掌握國內(nèi)外地膜覆蓋技術(shù)研究現(xiàn)狀，明確研究重點(diǎn)、前沿問題和熱點(diǎn)問題，利用文獻(xiàn)計(jì)量法，借助CNKI和Web of Science文獻(xiàn)庫，分析近20年國內(nèi)外地膜覆蓋技術(shù)研究進(jìn)展。主要對地膜覆蓋栽培技術(shù)的積極作用、負(fù)面影響、綜合評價(jià)研究以及地膜覆蓋農(nóng)田遙感監(jiān)測等4個方面進(jìn)行分析。[結(jié)果]目前國內(nèi)外地膜覆蓋農(nóng)田研究主要有兩方面，即地膜覆蓋栽培技術(shù)對農(nóng)作物增產(chǎn)積極效益研究和地膜覆蓋對大氣環(huán)境(如二氧化碳、甲烷、一氧化二氮等溫室氣體排放)和土壤環(huán)境的影響以及殘留地膜的影響等負(fù)面效應(yīng)研究。然而，對地膜覆蓋技術(shù)綜合影響研究、地膜農(nóng)田時(shí)空格局及變化研究相對較少。[結(jié)論]地膜覆蓋技術(shù)綜合效益評估研究、地膜農(nóng)田時(shí)空格局及變化研究，以及地膜覆蓋農(nóng)田定量遙感研究應(yīng)受到更多關(guān)注。

地膜覆蓋技術(shù) 效益 影響 監(jiān)測 研究進(jìn)展 文獻(xiàn)計(jì)量法

0 引言

地膜覆蓋栽培技術(shù)是廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的園藝技術(shù)之一[1]。它具有保溫保墑、保肥保藥、除草抑鹽、促進(jìn)作物生長發(fā)育、擴(kuò)大適種區(qū)、提高產(chǎn)量等積極作用；在中國廣泛應(yīng)用于多種經(jīng)濟(jì)作物和糧食作物，對我國糧食安全保障做出了重大貢獻(xiàn)。我國使用量和覆蓋面積始終居世界首位，并呈持續(xù)增長態(tài)勢。地膜覆蓋面積從1981年11.7萬hm2增長到2011年1979.1萬hm2[2]和2013年2500萬hm2[3]。地膜覆蓋技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中扮演著重要角色。但是由于地膜的易破碎、難降解、難回收性，連續(xù)多年使用留下的殘膜導(dǎo)致一系列生態(tài)環(huán)境問題[4-6]。因此，近年來，學(xué)者們開展了很多關(guān)于地膜覆蓋栽培技術(shù)的積極作用和負(fù)面影響方面的研究，包括作物生長環(huán)境調(diào)節(jié)、促進(jìn)作物生長發(fā)育、增產(chǎn)增收等積極作用，以及殘膜、溫室氣體排放等負(fù)面影響。國內(nèi)研究主要側(cè)重于地膜的正面作用和殘留地膜的影響以及回收治理方面；而國外側(cè)重于地膜覆蓋對溫室氣體排放影響研究。但國內(nèi)外在地膜農(nóng)田空間分布監(jiān)測研究相對薄弱。

文獻(xiàn)計(jì)量法是一種對文獻(xiàn)進(jìn)行量化分析的方法，是情報(bào)學(xué)分支學(xué)科之一。現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域科學(xué)研究論文統(tǒng)計(jì)分析。該方法可以從年份、作者、國家、機(jī)構(gòu)、發(fā)文期刊、研究內(nèi)容、發(fā)文量、引用率等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析； 有助于掌握研究領(lǐng)域最新研究動態(tài)和存在問題。近年來，文獻(xiàn)計(jì)量法的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，包括地球科學(xué)[7]、遙感學(xué)科[8]、生態(tài)學(xué)[9-11]、全球變化研究[12]、氣候[13]、濕地研究[14]、地震研究[15]、科學(xué)基金評審[16]、農(nóng)作物[17， 18]、農(nóng)田土壤碳匯量[19]、稻田甲烷排放及其影響因素[20]、農(nóng)業(yè)面源污染研究[21， 22]等。文章利用文獻(xiàn)計(jì)量法對地膜覆蓋農(nóng)田相關(guān)研究現(xiàn)狀及研究趨勢等進(jìn)行總結(jié)。

1 材料及研究方法

該文利用文獻(xiàn)計(jì)量法對近20年普通塑料地膜覆蓋技術(shù)相關(guān)研究現(xiàn)狀和趨勢進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。文獻(xiàn)數(shù)據(jù)主要包括英文文獻(xiàn)和中文文獻(xiàn)兩部分，英文文獻(xiàn)來源于Web of Science文獻(xiàn)庫，中文文獻(xiàn)來源于CNKI文獻(xiàn)庫，檢索周期為1995～2015年，檢索日期為2015年11月2日。分別對地膜覆蓋栽培技術(shù)的積極作用、負(fù)面影響、正負(fù)面影響綜合評價(jià)以及遙感監(jiān)測等進(jìn)行分析。檢索方式包括下述幾種。

由于英文文獻(xiàn)中地膜的表達(dá)方式有所不同，因此利用不同關(guān)鍵字進(jìn)行檢索。地膜覆蓋增產(chǎn)效益研究英文文獻(xiàn)檢索方式為： ①Title=Plastic Mulch and Topic=Crop、or ②Title=Plastic Film and Topic=Crop、or ③Title=Plastic Cover and Topic=Crop； 中文文獻(xiàn)檢索方式為：篇名=地膜并且主題=作物。地膜覆蓋環(huán)境效應(yīng)研究英文文獻(xiàn)檢索方式為： ①Title=Plastic Mulch and Topic=Environment，or ②Title=Plastic Film and Topic=Environment，or ③Title=Plastic Cover and Topic=Environment； 中文文獻(xiàn)檢索方式為：篇名=地膜并且主題=環(huán)境。地膜覆蓋栽培技術(shù)正負(fù)面影響綜合研究英文文獻(xiàn)檢索方式為： ①Title=Plastic Mulch and Topic=Crop and Topic=Environment，or ②Title=Plastic Film and Topic=Crop and Topic=Environment，or ③Title=Plastic Cover and Topic=Crop and Topic=Environment； 中文文獻(xiàn)檢索方式為：篇名=地膜并且主題=作物并且主題=環(huán)境。地膜覆蓋農(nóng)田遙感監(jiān)測英文文獻(xiàn)檢索方式為： ①Title=Plastic Mulch and Topic=Remote Sensing， ②Title=Plastic Film and Topic=Remote Sensing， ③Title=Plastic Cover and Topic=Remote Sensing，中文文獻(xiàn)檢索方式為篇名=地膜并且主題=遙感。

對已檢索題錄中的重復(fù)記錄、與該研究無關(guān)的報(bào)道和其他類型地膜(紙地膜、麻地膜、可降解地膜、液態(tài)地膜和大棚)研究等內(nèi)容進(jìn)行剔除處理。最后分為地膜覆蓋技術(shù)的正面作用研究、負(fù)面影響研究、正負(fù)面綜合研究和地膜覆蓋農(nóng)田遙感監(jiān)測研究4個方面的內(nèi)容(表1)，使用Note Express進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

表1 檢索文章數(shù)量

正面作用研究負(fù)面影響研究綜合評價(jià)研究遙感監(jiān)測語種英文中文英文中文英文中文英文中文數(shù)量669492302612442

2 結(jié)果分析

2.1 地膜覆蓋技術(shù)的正面作用研究

由圖1、2能看出，近20年地膜覆蓋技術(shù)積極作用研究文章發(fā)文量不斷增加。但高影響因子文章不多，影響因子在0～1之間的文章占6%、1～2之間的文章占7%、2～3之間的文章占9%、大于3的文章僅占4%。SCI文章占9%，SCIE文章占14%、EI文章占4%、CSCD文章占7%、中文核心期刊占7%、中國科技核心期刊占8%。主要研究內(nèi)容包括地膜覆蓋對土壤溫度、濕度、土壤微生物、土壤肥力、作物長勢、生物量和產(chǎn)量等。已有的研究主要通過田間對比試驗(yàn)方式進(jìn)行，分別在不同地膜、不同覆膜方式、不同覆膜時(shí)間尺度下進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的討論研究，包括土壤溫濕度、土壤孔隙度、容重、養(yǎng)分、有機(jī)質(zhì)、土壤酶活性和微生物等以及作物出苗率、成苗率、株高、葉面積、葉綠素含量、水分利用率、光合作用率、產(chǎn)量、品質(zhì)等。地膜覆蓋技術(shù)的作用因不同地區(qū)、不同地膜、不同作物、不同覆膜方式而有所不同。

圖1 近20年地膜覆蓋技術(shù)正面作用研究文章發(fā)文量變化趨勢

圖2 近20年地膜覆蓋技術(shù)正面作用研究文章影響因子和收錄期刊比例(左為影響因子，右為收錄期刊)

2.1.1 覆膜與未覆膜

地膜覆蓋明顯提高農(nóng)田土壤墑情，促進(jìn)作物生長發(fā)育，避免后期病蟲害和干熱風(fēng)害等，大幅提高作物產(chǎn)量，是干旱半干旱地區(qū)，低溫缺水地區(qū)、氣溫降水變化幅度較大地區(qū)的關(guān)鍵栽培技術(shù)之一。地膜覆蓋提高土壤耕層溫度和濕度，陰雨天和晴天提高幅度有所不同[23， 24]； 地膜覆蓋降低土壤蒸發(fā)、提高水分利用率[25， 26]。增加作物葉綠素含量、葉面積，提高作物氮吸收率[27， 28]。干旱年份保水、增產(chǎn)效果大于濕潤年份[29， 30]。地膜覆蓋是提高干旱地區(qū)土壤固碳能力的重要方式，新疆地膜棉田試驗(yàn)研究表明，地膜覆蓋提高土壤有機(jī)碳含量和無機(jī)碳含量[31]，而中國北方山區(qū)土壤礦質(zhì)氮隨著覆膜時(shí)間的持續(xù)而增加[32]。地膜覆蓋也是一種降低土壤表層鹽堿化、改良鹽荒地和修復(fù)棄耕地的有效措施[33， 34]。覆膜條件下40 cm層土壤鹽含量下降57%， 100 cm層土壤鹽含量下降30.8%[35]。除此之外，地膜覆蓋還具有防止水土流失、減輕氮淋失[36]、降低雜草[37， 38]、防止病蟲害[39]等作用。

2.1.2 不同地膜覆蓋

地膜的理化性質(zhì)具有重要影響，其中顏色的影響最為明顯。研究表明透明地膜的增溫效果比白色和黑色地膜顯著，而白色地膜地表熱積累量顯著高于黑色地膜，這主要與不同顏色地膜對不同波段的透射和反射有關(guān)[40]。黑色與白色地膜的土壤保水效果相差不大，增溫效果有所不同，與白色地膜覆蓋相比，黑色地膜能夠有效降低0～15cm土壤白天溫度，可以使白天0～15cm土壤日均溫度降低0.8℃[41]。深色(藍(lán)、黑、紅、灰)地膜的日均根層溫度、日最大根層溫度和日積溫度最高，淺色(白色和銀色)地膜最低。銀色地膜覆蓋根層溫度晝夜波動最小； 黑膜的除草效果最佳，透明地膜增溫效果最佳[42， 43]。也有研究指出黑色地膜更能保根層溫度，提高土壤溫度，減輕病蟲害[44]。普通塑料地膜的保溫效果比生物降解地膜好[45]。在新疆石河子棉田對比研究普通地膜和生物降解地膜結(jié)果表明，與普通地膜相比，生物降解地膜覆蓋的土壤溫度低于2～3°C，保水能力降低3%～5%，棉花產(chǎn)量降低20%[46]。

2.1.3 地膜覆蓋方式

地膜覆蓋技術(shù)的作用受覆膜方式的影響。研究表明全膜雙壟溝頂凌覆膜、全膜雙壟溝播前覆膜、全膜平鋪頂凌覆膜分別增產(chǎn)31.3%、9.2%、17.6%、27.4%[47]，其中全膜覆蓋方式綜合表現(xiàn)優(yōu)于其他覆膜方式[48-52]。但也有研究表明降水年全膜雙壟溝播效果最佳，干旱年半膜雙壟溝播效果最佳[53]； 秋季雙壟全膜的土壤溫度和有效積溫最大，早春雙壟全膜次之，半膜雙壟播前覆膜最小，全膜覆蓋高于半膜覆蓋[54， 55]。休耕期覆膜有利于集降水，土壤深層水分利用率，提高產(chǎn)量，雙壟全膜覆蓋增產(chǎn)效果明顯高于雙壟半膜和半膜平覆，秋季覆膜高于早春覆膜，早春覆膜高于播種期覆膜[56-58]。全膜覆蓋是提高旱地作物產(chǎn)量和水分利用率的有效種植方式[59， 60]。

2.2 地膜覆蓋技術(shù)的負(fù)面影響研究

地膜覆蓋栽培技術(shù)雖然提高了土地資源和水資源等自然資源的利用效率，帶動了我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力，但隨著地膜使用量、覆蓋面積、覆膜年限的逐漸增加，地膜覆蓋也已對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了不良影響。連續(xù)多年使用累積的地膜殘留不但給田間操作帶來不便，而且還破壞土壤結(jié)構(gòu)，影響土壤通透性、水分和養(yǎng)分輸導(dǎo)，妨礙種子發(fā)芽生長，從而導(dǎo)致作物減產(chǎn)。這對農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)構(gòu)成嚴(yán)重影響。

圖3 近20年地膜覆蓋技術(shù)負(fù)面影響研究文章發(fā)文量變化趨勢

圖4 近20年地膜覆蓋技術(shù)負(fù)面影響研究文章影響因子和 收錄期刊比例(左為影響因子，右為收錄期刊)

由圖3、4能看出，近20年地膜覆蓋技術(shù)負(fù)面影響研究文章發(fā)文量不斷增加。但高影響因子文章不多，影響因子在0～1之間的文章占10%， 1～2之間的文章占7%， 2～3之間的文章占10%，大于3的文章僅占13%。SCI文章占2%，SCIE文章占3%，EI文章占2%，CSCD文章占8%，中文核心期刊占9%，中國科技核心期刊占11%。主要研究內(nèi)容包括地膜覆蓋對土壤溫度、濕度、土壤微生物、土壤肥力、作物長勢、生物量和產(chǎn)量等； 文獻(xiàn)絕大部分是2000年以后發(fā)表。中文文獻(xiàn)收錄范圍都為中國科技核心期刊、中文核心期刊和CSCD，英文文獻(xiàn)收錄范圍為SCI和SCIE。

2.2.1 地膜殘留

由于地膜的易破碎和難回收性，農(nóng)田里大量存留殘膜對土壤微環(huán)境、作物根系的生長發(fā)育、水肥的運(yùn)移造成嚴(yán)重影響，最終導(dǎo)致減產(chǎn)。已有研究表明地膜殘留引起的減產(chǎn)可能會抵消地膜覆蓋帶來的增產(chǎn)效益。目前，地膜殘留的影響研究主要包括地膜殘留在土壤中的分布形態(tài)特征、對土壤理化性質(zhì)的影響、對作物生長發(fā)育及產(chǎn)量的影響、白色污染以及地膜殘留防治措施等內(nèi)容。

地膜殘留量主要受殘片的大小、地膜厚度、覆膜年限和耕地利用方式的影響。殘膜碎片面積越大，田間殘留量越小。殘膜主要集中在0～20cm土層中，占0～30cm層殘膜量的90%左右，占總殘留量的82.4%～87.4%；而在20～30cm土層殘膜量很少，僅占12.6%～17.6%[61-63]。殘膜含量與覆膜年限有關(guān)，覆膜年限越長，殘留量越多[64， 65]。小于4cm2的小片殘膜最多，其次是4～25cm2之間的中片殘膜，大于25cm2的大片殘膜最少，隨著覆膜年限的增加，單位面積片數(shù)和重量呈線性遞增趨勢[66-68]。大量的殘留地膜破壞土壤結(jié)構(gòu)，限制作物生長發(fā)育，進(jìn)而造成農(nóng)作物減產(chǎn)和農(nóng)業(yè)環(huán)境污染[69]。隨著土壤中地膜殘留量的增加，土壤有機(jī)質(zhì)含量、氮、磷、鉀含量、抗蝕指數(shù)、土壤微生物量、含水量、水分下滲速度、飽和導(dǎo)水率、出苗率和產(chǎn)量均呈下降趨勢[70-72]。地膜殘留導(dǎo)致土壤理化性質(zhì)惡化，土壤營養(yǎng)下降。歐美、日本等國家地膜一般用于蔬菜、水果等，很少用于大田作物，覆膜時(shí)間較短，地膜較厚(0.015mm)，易于回收，地膜殘留污染較輕。我國地膜很薄(0.006～0.008mm)，覆膜時(shí)間長，不易回收，地膜殘留較嚴(yán)重。完善地膜生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)和加強(qiáng)監(jiān)管，增加地膜厚度，提高可回收性，使用降解地膜和液態(tài)地膜是解決地膜殘留問題的有效方式。但是降解地膜和液態(tài)地膜的時(shí)間效應(yīng)很難與作物需求相匹配，而且降解產(chǎn)物對土壤及大氣環(huán)境的影響不能確定。因此地膜加厚和完善回收技術(shù)是防治地膜殘留負(fù)面影響的理想措施。

2.2.2 溫室氣體排放

目前，國外對地膜覆蓋農(nóng)田二氧化碳、甲烷、一氧化二氮排放量的研究較多，國內(nèi)較少。覆膜條件下，一氧化二氮能夠逐漸滲透地膜，滲透率會隨著周圍環(huán)境溫度增加而呈指數(shù)增長，并且夏天多于冬天[73-75]。覆膜增溫保濕作用及對土壤與大氣間氣體傳輸?shù)淖韪羰雇寥蓝趸紳舛壬摺⒓淄闈舛冉档停趸紳舛扰c溫度呈顯著正相關(guān)關(guān)系、甲烷濃度與溫度呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，土壤二氧化碳與甲烷濃度呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系[76]。研究表明地膜覆蓋是強(qiáng)碳源[77]，而且其碳源匯作用隨作物生長季而變化[78]。從而增加溫室氣體排放量，增加全球變暖潛力[79， 80]。但也有研究指出地膜覆蓋農(nóng)田是降低溫室氣體排放量的有效方式。模型模擬覆膜碳氮通量、一氧化二氮釋放、氮淋失研究結(jié)果表明覆膜農(nóng)田氮淋失較嚴(yán)重、氮肥利用率較低，降低氮淋失和一氧化二氮排放量[81-83]。地膜覆蓋條件下的土壤一氧化二氮通量和甲烷吸收率低于未覆膜，全生育期內(nèi)甲烷對溫室效應(yīng)的貢獻(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于一氧化二氮。綜合考慮兩種溫室氣體時(shí)，地膜覆蓋將會減少溫室氣體排放量而減輕全球變暖[84]。

2.3 地膜覆蓋農(nóng)田遙感監(jiān)測研究

準(zhǔn)確掌握地膜農(nóng)田時(shí)空分布格局、分布面積及其變化特征，對農(nóng)業(yè)物資管理和農(nóng)業(yè)研究具有重要意義，是發(fā)展優(yōu)質(zhì)、持續(xù)農(nóng)業(yè),保護(hù)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的需要。統(tǒng)計(jì)上報(bào)數(shù)據(jù)缺乏時(shí)空信息，受人為主觀影響； 野外調(diào)查方法耗費(fèi)大量的人力、物力、財(cái)力和時(shí)間，且難于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模數(shù)據(jù)獲取，難以保障準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。遙感技術(shù)能夠提供大區(qū)域長時(shí)間數(shù)據(jù)獲取工具。

目前，基于遙感技術(shù)的地膜覆蓋農(nóng)田信息提取研究較少。陳繼偉等[85]發(fā)現(xiàn)地膜覆蓋農(nóng)田的反照率在作物生長初期和茂盛期都不隨土壤濕度變化而變化； 作物生長初期反照率變化表現(xiàn)為地膜覆蓋裸土特征，平均值為0.26； 作物生長茂盛期反照率變化表現(xiàn)為植被特征，平均值為0.19；而在作物動態(tài)生長過程中，反照率介于0.19～0.26，反照率隨土壤濕度增大而增大。Levinet等[86]通過分析地面光譜儀測量數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)白色和透明塑料膜在1218nm、1732nm、2313nm處有強(qiáng)吸收區(qū)，不受灰塵、沖洗和表面因素的影響；再采用1m空間分辨率的AISA-ES高光譜數(shù)據(jù)提取地膜，透明塑料膜精度達(dá)到90%以上，黑色塑料膜提取精度達(dá)到70%。陸麗珍[87， 88]等以Landsat 5 TM和時(shí)序MODIS數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用決策樹分類法和閾值法成功提取新疆地區(qū)地膜棉花信息。王海慧等[89]利用多角度偏振遙感探測農(nóng)膜的偏振特征信息，探討如何在水體背景中區(qū)分農(nóng)膜信息。哈斯圖亞[90]等利用Landsat-8 OLI數(shù)據(jù)光譜特征和紋理特征對地膜覆蓋農(nóng)田進(jìn)行遙感監(jiān)測研究，得到較理想的結(jié)果。然而，已有的國內(nèi)外研究不僅成果少，而且僅用一種遙感數(shù)據(jù)或一種特征來監(jiān)測地膜農(nóng)田； 尚無數(shù)據(jù)之間、特征之間和方法之間的結(jié)合利用的成功案例。遙感數(shù)據(jù)的光譜、紋理、幾何形狀、時(shí)相特征以及多光譜、高光譜、微波遙感數(shù)據(jù)在地膜農(nóng)田識別監(jiān)測研究有待進(jìn)一步探究。

3 結(jié)論

該文以Web of Science和CNKI文獻(xiàn)庫為基礎(chǔ)，利用文獻(xiàn)計(jì)量法，分析地膜覆蓋農(nóng)田的研究現(xiàn)狀和趨勢。目前，對地膜覆蓋農(nóng)田的研究主要包括地膜覆蓋對土壤水熱環(huán)境的調(diào)節(jié)作用、作物增產(chǎn)效率以及一些環(huán)境影響的研究，以小區(qū)域?qū)Ρ葘?shí)驗(yàn)方式進(jìn)行。而對地膜覆蓋技術(shù)的綜合效益評價(jià)以及地膜覆蓋農(nóng)田空間分布的監(jiān)測研究很少。從以上文獻(xiàn)分析可知，地膜覆蓋栽培技術(shù)的應(yīng)用具有正面作用和負(fù)面影響，一方面，地膜覆蓋防止水土流失、減少土壤水分蒸發(fā)、提高土壤水分利用率、防止土壤鹽堿化、適宜的水熱條件促進(jìn)土壤酶活性、提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，增加農(nóng)民經(jīng)濟(jì)收入，在可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展中發(fā)揮著積極作用。另一方面，地膜殘留和溫室氣體排放問題的研究，其中地膜殘留的負(fù)面影響比較明確，而地膜覆蓋是否增加溫室氣體排放尚未明確闡述。地膜殘留會影響土壤通透性、減緩水分和養(yǎng)分輸導(dǎo)、最終降低土壤肥力和質(zhì)量、導(dǎo)致作物產(chǎn)量下降。

當(dāng)前研究以田間對比試驗(yàn)為主，缺乏獲取地膜覆蓋農(nóng)田空間信息的研究； 缺乏地膜覆蓋農(nóng)田宏觀尺度上的影響機(jī)制研究。地膜覆蓋農(nóng)田的影響體現(xiàn)在區(qū)域尺度(Local)、地區(qū)尺度(Regional)甚至是全球尺度(Global)上，而很難在實(shí)驗(yàn)田尺度體現(xiàn)出來。因此農(nóng)田地膜覆蓋的作用和影響應(yīng)在空間尺度上進(jìn)行探討。獲取地膜覆蓋農(nóng)田空間分布信息是進(jìn)行進(jìn)一步分析的基礎(chǔ)，所以獲取地膜覆蓋農(nóng)田空間分布具有重要意義。目前的地膜覆蓋農(nóng)田遙感制圖處于起步階段，研究基礎(chǔ)較薄弱； 需在深入研究地膜覆蓋農(nóng)田遙感制圖限制因素(時(shí)空譜尺度)的基礎(chǔ)上，提出適宜于區(qū)域尺度甚至全球尺度的地膜覆蓋農(nóng)田遙感制圖方法。在此基礎(chǔ)上，探索地膜覆蓋農(nóng)田的環(huán)境影響，如農(nóng)田系統(tǒng)地表溫度的變化、蒸散發(fā)的變化、農(nóng)田碳/氮循環(huán)、農(nóng)作物物候變化、長勢監(jiān)測、耕作結(jié)構(gòu)變化、農(nóng)作物產(chǎn)量估算等以及溫室氣體排放情況，均將為合理利用地膜提供客觀的參考依據(jù)。

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EFFECTS OF PLASTIC-MULCHING ON AGRICULTURAL PRODUCTIONAND ENVIRONMENTAL PROTECTION

Hasituya，Chen Zhongxin※

(Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratoryof Agricultural Remote Sensing, Ministry of Agriculture, P.R.China (AGRIRS), Beijing 100081, China)

The plastic mulching technology have been got extensive application quickly in our country and significantly improved the agricultural productivity and made a great contribution to guarantee food safety in China, due to its positive effects of improving hydrothermal conditions in farmland, promoting crop growth, increasing crop yield. Therefore, to obtain a full picture of current research situation and focuses, forefront and hot issues, in this paper, we taken CNKI and Web of Science literature library as the main data source, used bibliometric methods to examine the present situation and the research development of plastic-mulched farmland in recent 20 years. Four aspects were mainly included: the positive effect and negative impacts of plastic mulching practice, comprehensive evaluation of the positive and negative aspects, and monitoring the spatial pattern of plastic-mulched farmland, respectively. The results showedthat the research about plastic-mulched farmland contained positiveand negative effects at home and abroad. However, it lacked the study on the comprehensive effects and the spatial-temporal pattern and changes of plastic mulching. In future, itshouldprovide effective references for the production, uses and scientific planning and management of plastic mulching practice,assess the comprehensive benefits and the spatial-temporal pattern of plastic-mulched farmland, as well as study on the plastic-mulched farmland using quantitative remote sensing.

plastic-mulching technique; effects; impacts; monitoring; research advance; bibliometric analysis

10.7621/cjarrp.1005-9121.20170401

2016-07-25

哈斯圖亞(1984—)，女，內(nèi)蒙古赤峰人，博士。研究方向：農(nóng)情遙感監(jiān)測。※通信作者：陳仲新(1970—)，男，河北唐山人，博士、研究員。研究方向：農(nóng)業(yè)遙感。Email：chenzhongxin@caas.com

*資助項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金國際(地區(qū))合作與交流項(xiàng)目“基于定量遙感和數(shù)據(jù)同化的區(qū)域作物監(jiān)測與評價(jià)研究”(61661136006)；農(nóng)業(yè)部“引進(jìn)國際先進(jìn)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)計(jì)劃”項(xiàng)目“農(nóng)業(yè)遙感監(jiān)測系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)引進(jìn)”(2016-X38)；農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)科研杰出人才基金和農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)信息技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金“基于高分辨率光學(xué)和雷達(dá)數(shù)據(jù)的地膜覆蓋農(nóng)田遙感識別研究”(2016003)；國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目“區(qū)域作物生長模擬遙感數(shù)據(jù)同化的不確定性研究”(41371396)；國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目“作物種植面積和產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)降尺度空間表達(dá)及時(shí)空變化分析”(41471364)；國家自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目“集合四維變分作物模型數(shù)據(jù)同化的區(qū)域作物產(chǎn)量估測與不確定性”(2014-96)

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1005-9121[2017]04001-09