新疆典型覆膜地區地膜覆蓋技術應用及貢獻分析

喬迪 鮑龍龍 林濤 湯秋香

摘要 ［目的］為明確新疆地膜覆蓋栽培技術的應用及貢獻情況。［方法］查詢2000—2018 年《新疆生產建設兵團統計年鑒》和《中國農村統計年鑒》及 1990—2021 年的相關文獻。［結果］地膜覆蓋在新疆農業生產中具有重要貢獻，2000—2018年間，地膜的使用量總體呈現逐年增長的趨勢。地膜覆蓋變化率與主要作物單位面積變化率呈正相關，覆膜變化率從2002 年的0.127增加到2018 年的1.893，相應的單產變化率從0.270增加到2.112。此外，地膜覆蓋面積同化學除草、病蟲害防治面積相比，對產量的貢獻率達到了0.534 8，僅次于化學除草面積，表明地膜覆蓋對產量的提高有積極的作用。在農資投入方面，與眾多農資投入指標相比，地膜投入費用與主要作物產量的關聯度位居第二，達到了0.426 4。［結論］綜上所述，地膜覆蓋對新疆作物生產的貢獻明顯，研究其具體貢獻狀況有助于對新疆地膜覆蓋栽培技術應用提供理論依據。

關鍵詞 地膜使用量；覆蓋面積；灰色關聯法；產量；貢獻率

中圖分類號 F 323.3? 文獻標識碼 A? 文章編號 0517-6611（2023）07-0226-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.07.052

Analysis of the Application and Contribution of Mulching Technology in Typical Mulching Areas of Xinjiang

QIAO Di1， BAO Long-long1， LIN Tao2 et al

（1.College of Agronomy， Xinjiang Agricultural University， Urumqi， Xinjiang 830052;2.Institute of Cash Crops， Xinjiang Academy of Agricultural Sciences / Key Laboratory of Crop Physiology， Ecology and Farming in Desert Oasis， Ministry of Agruculture and Rural Affairs， Urumqi， Xinjiang? 830091）

Abstract ［Objective］To clarify the application and contribution of ground film mulching cultivation technology in Xinjiang. ［Method］ We queried the Xinjiang Production and Construction Corps Statistical Yearbook and China Rural Statistical Yearbook from 2000 to 2018 and the related literature from 1990 to 2021. ［Result］Mulch had an important contribution in agricultural production in Xinjiang， and the use of mulch showed an overall trend of year-on-year increase from 2000 to 2018. The rate of change of mulch cover showed positive correlation with the rate of change of unit area of major crops， with the rate of change of mulch cover increasing from 0.127 in 2002 to 1.893 in 2018， and the corresponding rate of change of yield increased from 0.270 to 2.112. In addition， the contribution of mulch cover area to yield compared with chemical weed control and pest control area reached 0.534 8， second only to chemical weed control. Results indicated that mulching had a positive effect on yield improvement. In terms of agricultural inputs， the correlation between mulch input cost and yield of major crops was the second highest compared with many agricultural input indicators， reaching 0.426 4.［Conclusion］The contribution of mulch to crop production in Xinjiang was obvious， and the study of its specific contribution status provided a theoretical basis for the application of mulch cultivation technology in Xinjiang.

Key words Usage of mulching film;Mulch covered area;Gray correlation method;Yield;Contribution rate

基金項目 國家自然科學基金項目（31960386）；新疆維吾爾自治區重大科技專項（2020A01002-4）；新疆維吾爾自治區高校科研計劃項目（XJEDU2019I012）。

作者簡介 喬迪（1998—），女，新疆喀什人，碩士研究生，研究方向：農田生態環境。通信作者，教授，博士，博士生導師，從事農田生態環境研究。

收稿日期 2022-04-24

新疆是全國地膜覆蓋栽培技術應用面積最大、地膜使用量最多的省區。地膜覆蓋栽培技術的推廣使用能夠對作物的種植起到增溫［1-3］、保墑［4-5］、抑鹽［6-7］、防草［8-9］等作用。基于以上優勢，我國地膜使用量從1982 年0.6 萬t增加到2019 年的137.9 萬t，增長了220 多倍。農作物地膜覆蓋面積也一直保持增長態勢，從1982 年農作物地膜覆蓋面積僅為11.7 萬hm2到2019 年農作物地膜覆蓋面積達1 762.81 萬hm2［10］。為此，研究地膜對農田作物的貢獻狀況具有明顯意義。有研究表明，與常規淹水稻田相比，覆膜旱作可顯著降低水稻紋枯病的發生程度。在設施蔬菜栽培中，地膜覆蓋也能減輕病害（如黃瓜霜霉病、番茄輪紋病）的發生概率，且黑色或銀灰色反光膜在除草和避蚜方面也有較好的效果［11］。同時地膜還能抑制田間雜草生長，對旱地雜草的防除效果高達90%且防效穩定，給農戶帶來了較大的經濟收益［8，12］。通過對比不同地膜對雜草防治效果的研究，結果顯示與裸地相比，覆蓋地膜可以使膜間雜草量降低 40.2%～71.7%，膜內雜草量降低 19.3%～36.0%［13］。地膜的顏色對害蟲的防治效果也有影響，與覆蓋普通無色膜相比，覆蓋特制地膜和銀灰色地膜對花生蚜、葉螨、薊馬［14-15］、棉鈴蟲發生和為害程度有顯著的抑制效果［16］。此外，地膜覆蓋也能提高土壤溫度，促進土壤微生物活動，提高作物產量和肥料的利用效率等［17-19］。綜上，許多學者針對地膜覆蓋技術、地膜覆蓋對作物及農田環境狀況的影響進行了大量的研究，但對地膜的具體貢獻情況鮮有報道。鑒于此，筆者以新疆典型地膜覆蓋地區為例，分析地膜使用現狀以及地膜覆蓋與作物產量和農業投入的變化關系，旨在客觀總結出新疆典型地區地膜覆蓋技術對農業生產的貢獻情況。

1 材料與方法

1.1 數據收集

通過調查統計年鑒，查找新疆典型地膜覆蓋地區的地膜使用量、作物年際間化學除草面積、病蟲害防治面積、農資投入情況等數據。其中，典型覆膜地區包括阿克蘇地區第一師、庫爾勒地區第二師農場、喀什地區第三師農場、伊犁地區第四師農場、博爾塔拉地區第五師、昌吉地區第六師、奎屯第七師、石河子第八師、塔城地區第九師以及阿勒泰第十師農場等。涉及的新疆兵團地膜使用量、覆蓋面積、化學除草面積、病蟲害防治面積數據來源于2000—2018年《新疆生產建設兵團統計年鑒》，其他縣市地膜使用量、農資投入數據來源于2000—2018年《中國農村統計年鑒》。

1.2 數據分析

通過計算年際間地膜使用量變化率與棉花單產年際變化率來反映地膜使用對產量的貢獻。計算公式如下：

年際變化率：m={（BA）1N-1}-1

式中，B是末年數值，A是首年數值，N=末年年份-首年年份+1。

灰色關聯分析（grey relation analysis，GRA）作為一種多因素的統計分析方法而被廣泛應用，該分析方法可以彌補數理分析方法對樣本容量和樣本概率分布的局限性。

評價地膜使用的貢獻，最直觀的指標就是作物產量。依據灰色系統理論將作物產量看成一個灰色系統，將可能影響該系統的要素看成一個個因素。通過灰色關聯分析法，綜合性評價農業生產投入對農業產出的影響程度。

灰色關聯分析步驟如下：

1.2.1 確定母序列。

母序列（參考序列，為新疆維吾爾自治區2000—2018年的作物產量序列）和子序列（比較序列，需要確立順序的因素序列，即地膜覆蓋面積、病蟲害防治面積、化學除草面積）。

x_i（k）表示第i個因素的第k個數值。

第一個因素是地膜覆蓋面積，x_1（1）表示地膜覆蓋面積在2000年的取值，也就是470.52，x_1（2）是2001年的取值，而x_2（1）表示病蟲害防治面積在2001年的數值，以此類推。

x_0（k）表示母序列，i≥1的表示子序列，即要分析的要素的序列。

n為每個向量的維度，即每個元素的特征的數量，n分別為19和16，因為有2019和2016年的數據，代表十九維和十六維向量。

1.2.2 無量綱化處理。

將不同質的指標和初始數值進行無量綱化處理，減少數據絕對數值的差異，將每個統一到近似的范圍內，關注其動態變化。選取的歸一化處理方法為初值化處理，即把這一個序列的數據除以最開始的值，由于同一個因素獲得序列的量級差別不大，故處理后即能歸一化到1的量級附近。計算公式如下：

x_i（k）′=x_i（k）/x_i（1） （i = 1，...，m，k = 1，...，n）

式中，m為因素個數，n為每個因素的數據維度，n=19，m=3（目標是看3個因素，即地膜覆蓋面積、病蟲害防治面積、化學除草面積和作物產量的關聯，數據維度為19，即19年。

計算公式如下：

ζi（k）=mini mink|x0（k）-xi（k）|+ρ·maximaxk|x0（k）-xi（k）|

|x0（k）-xi（k）|+ρ·maximaxk|x0（k）|-xi（k）

式中，ρ為分辨系數，一般在0～1范圍內取值，通常取ρ=0.5。

1.3 統計分析

采用Microsoft Excel 2019和DPS數據處理軟件進行數據整理和分析作圖。

2 結果與分析

2.1 新疆地膜使用情況

由圖1可知，地膜覆蓋量在年際間整體呈現上升趨勢。當前，中國農用地膜使用量近2.41×106 t，新疆農田地膜使用量已超過2×105 t，據《中國農村統計年鑒》的數據顯示，2019 年全國及新疆農田地膜覆蓋總面積分別為1.76×107和3.55×106 hm2，新疆當年農田地膜總覆蓋面積約占中國當年農田地膜總覆蓋面積的20.17%；2000—2018 年間，新疆地膜使用量呈現逐年上升趨勢，地膜覆蓋栽培技術在新疆得到迅速發展。

農用塑料薄膜主要是棚膜和地膜，地膜依然占有很大的比例。年際間，新疆典型地區的地膜使用量總體呈現上升趨勢，目前農用塑料薄膜使用仍以地膜為主，在調查所涉及年際間均占到了地膜總量的60%，最高可達96%。其中，2018 年間農用料薄膜使用量和地膜使用量較2000 年分別增加了約1.13和1.16 倍。

2.2 新疆不同地區地膜使用情況與年際變化率變化情況

由圖2可知，年際間，新疆地膜覆蓋量總體呈現增長趨勢。主要地區2009和2014 年出現了明顯增長，較1999 年分別增長了1.43和1.77 倍。2000—2018 年間地膜總使用量以一師和八師較多，分別達到了185 960和228 473 t，兩地對于調查地區總地膜覆蓋的貢獻率分別達到了19.54%和24%，其中八師的地膜使用量超過了調查總地區的1/4以上，可見南疆對地膜需求量依然很大，說明地膜在農業生產中具有重要使用價值。

由表1可知，新疆主要地州2018 年的覆膜面積中，南疆主要地區總體多于北疆，南疆屬阿克蘇和喀什最多，分別是60 558和501 970 hm2，分別占到地膜覆蓋的20.96%和17.37%。這一差異可能不僅僅是因為南疆地區具有干旱少雨的自然氣候特點和獨特的地理位置，同時南疆也是棉花的主栽區，棉花是南疆最具規模種植優勢的經濟作物，也是使用地膜最多的作物，覆蓋率近100%。

主要地區地膜覆蓋變化率與產量變化率同樣也呈現逐年增長的趨勢，總體來看，地膜覆蓋對于新疆農業生產來說，已經發揮著越來越重要的作用，在環境相似的同等地力條件下，地膜覆蓋變化率與新疆主栽經濟作物棉花單量變化率呈正相關，覆膜變化率從2002 年的0.127增加到2018 年的1.893，相應的單產變化率從0.270增加到2.112。這說明地膜對作物產量提高有巨大的作用，對農業生產也作出了不可忽視的貢獻。

2.3 覆蓋面積、化學除草、病蟲害防治面積與作物產量的灰色關聯分析

將初始數據進行灰色關聯分析，結果顯示在2000—2018年間，對新疆生產建設兵團主要作物產量影響最大的因素是化學除草面積，可見草害的防治效果對于作物產量影響較大（表2）。其次是地膜覆蓋面積，對于作物產量的貢獻率比病蟲害防治面積高出0.002 6（表3）。在2016年間，地膜覆蓋作物面積對作物產量的貢獻率高達0.666 9，可能是由于2016年的政策變化，新疆生產建設兵團開始完全使用生物降解地膜，表明地膜覆蓋對作物產量的貢獻較大。

2.4 農資投入與作物產量的灰色關聯分析

在2002—2017 年的作物產量中，化肥和農膜投入的費用對作物產量的貢獻最大，與作物產量指數的灰色關聯度分別為0.450 9和0.426 4（圖4）。化肥投入是影響作物產量的關鍵因素，其余各影響因素表現為農膜費>種子費>農藥費，農膜費對產量的貢獻居于第2位，是新疆農業生產不可缺少的因素。

3 討論

3.1 新疆地膜使用的年際變化率情況

由于新疆獨特的地理地質，新疆地膜使用量和變化率總體呈現逐年上升的趨勢，成為農業生產中不可或缺的生產資料。已有前人證明，采用地膜覆蓋栽培措施，能夠有效降低土層的鹽堿化程度，使得宜耕面積增加［20-21］。新疆地膜使用趨勢也與地膜本身的增溫保墑對種植業的效應有關，覆膜能夠有效提高土層溫度、作物冠層氣溫等［22］。地膜的保墑抗旱性能可以降低土壤水分的蒸發，提高農作物的水分利用率，促進其生長［23］。此外，地膜覆蓋能起到很好的阻雨防漬作用，使膜外的雨水難以進入膜內，防止不良天氣可能引起的農業災害［24］。在我國北方，覆膜也能促進種子早發，有效減少低溫冷害帶來的損失［25］，這可能也是新疆地膜使用量不斷增加的原因所在。隨著工業技術的發展，地膜在原有的基礎上也發展出了許多不同的類型，以滿足農業生產和生態保護的需求。在新疆不同地區分布上，南疆使用量要多于北疆，因為南疆是棉花的主要種植區域，棉花的需膜量較大，也可能是因為南、北疆不同的作物布局和不同作物的生理特征而引起的差異，這與周明冬等［26-27］調研結果一致。綜上所述，地膜在新疆農業中的地位十分重要。但該研究只考慮了新疆典型的主要覆膜地區，因此數據不夠全面，存在一定的局限性。

3.2 地膜覆蓋、化學除草、病蟲害防治面積對作物產量的影響

在地膜覆蓋面積、化學除草、病蟲害防治面積對作物產量的影響中，化學除草的防治效果對主要作物的產量起關鍵作用，其影響要大于覆膜面積和病蟲害防治面積。農田雜草對于農業生產極其不利，特別是在新疆，雜草種類豐富且復雜，嚴重危害作物的正常生長，而對于雜草的防治，人工除草不僅費時費力，用工成本也很高，故化學除草技術被廣泛應用，可以在保證作物產量的同時節省人工除草的投入成本，對農業生產有著積極的作用［28］。徐亞秋等［29-30］也指出，地膜也能夠改變雜草的適宜生存環境從而達到除草效果，這與張德玉等［31-32］的研究結果相悖，即覆膜反而會滋生雜草且對除草時間要求較嚴格。地膜覆蓋面積對作物產量的關聯度僅次于化學除草面積，表明地膜對作物產量的貢獻巨大。前人研究表明，與平作不覆膜相比，全覆蓋和半覆蓋的方式均能提高土壤表層溫度，促進夏玉米生長和地上部生物量的積累，從而提高玉米產量［33］。在地膜覆蓋對小麥的增產機制上，Zhu等［34］認為覆膜對作物根際微環境有改善作用，包括土壤水熱狀況、養分狀況等，從而提高作物產量。陳利軍等［35］通過大量的文獻調查并結合Meta分析，指出與不覆膜相比，地膜覆蓋對棉花、玉米、小麥等 6 種作物產量變化呈顯著正相關。此外，該研究還從農資投入方面考慮，對比表明地膜投入費用與作物產量的關聯程度要強于種子和農藥投入費用，表明地膜使用對作物生產的貢獻較大。但是由于該研究僅選取了新疆典型的覆膜地區進行分析，并且數據較為宏觀，故難以從試驗尺度進行說明。

3.3 地膜覆蓋對雜草防治的影響

隨著當前農業對地膜栽培環境的需求，結合一些先進的高分子生物化學技術，不同功能的新型地膜也屢見不鮮，在農業生產中也得到了一定的認可。高旭華等［36］通過研究證明了玉米專用除草地膜能有效防治田間一年生雜草，覆膜后60 d對雜草的防效均可達到80％，同時覆蓋該地膜能有效提高玉米籽粒的產量。同樣，添加了改性除草母粒的地膜在花生覆膜后60 d內對雙子葉和單子葉的雜草有效防除效果可高達90%［37］，但除草地膜的效果也會因為雜草種類和地膜的顏色與材質的原因而各不相同，黑膜和灰黑膜透光率低，致使膜下雜草缺少陽光，具有較好的除草作用，但是在切實考慮農資情況來說，該類地膜較厚、用量較大、成本較高，將會導致栽培經濟效益較低。隨著對地膜種類和實際應用需求的不斷增加，結合大田生產的效益評估地膜在農業生產實際貢獻的方法體系有待完善。此外，地膜覆蓋帶來巨大貢獻的同時，也帶來了諸多生態環境問題，殘留在土壤中的農用薄膜碎片成為污染土壤的重要因素，解決地膜污染問題也成為未來工作的重點。

4 結論

（1）該研究系統梳理了2000—2018 年新疆主要地區地膜栽培覆蓋情況，分析了地膜覆蓋年際間變化和新疆不同地區地膜使用情況，從新疆覆蓋大趨勢來看，年際間的覆蓋量總體呈現逐年增長的趨勢。

（2）利用灰色關聯度分析法，將地膜覆蓋、化學除草、病蟲害防治面積及農資投入情況對作物產量的影響程度進行分析，指出農業地膜投入情況與作物產量的關聯度較強，具有一定的積極作用，對于新疆農業生產也作出了極其重要的貢獻。

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