馬鈴薯種植中覆膜技術的應用效果及對環境的影響分析

近年來，覆膜技術在馬鈴薯種植中的應用日益廣泛，顯著提高了馬鈴薯的產量和品質。然而，該技術也帶來了環境污染等問題，引發了學界和產業界的廣泛關注。本研究聚焦馬鈴薯覆膜種植技術的效果及環境影響，系統分析了覆膜技術在馬鈴薯生長各階段的應用方法，探討了其對產量、品質的提升效果，以及對土壤環境的影響，旨在為馬鈴薯種植技術的可持續發展提供理論依據和實踐指導，推動農業生產與生態保護的協調發展。

一、馬鈴薯覆膜種植技術概述

1、覆膜技術的原理

覆膜技術是一種在農業生產中廣泛應用的栽培方法，其核心理念是通過在作物種植區域覆蓋特定材料，以改善局部生態環境，促進作物生長。在馬鈴薯種植中，覆膜技術主要利用塑料薄膜或其他可降解材料作為覆蓋物。該技術的原理基于物理屏障和微環境調控兩個方面。物理屏障作用體現在阻隔外界不利因素對作物的影響，如減少水分蒸發、抑制雜草生長、防止土壤板結等。微環境調控則通過改變土壤表層的溫度、濕度和光照條件，為作物創造更適宜的生長環境。覆膜材料的選擇和使用方式直接影響技術效果，常見的覆膜材料包括聚乙烯、聚丙烯等合成材料，以及秸稈、稻草等天然材料。不同材料的物理特性，如透光性、透氣性和保溫性，決定了其在調節土壤溫度、水分和氣體交換方面的效果。因此，覆膜技術的科學應用需要綜合考慮作物生理需求、環境條件和經濟效益等多重因素。

2、覆膜技術在馬鈴薯種植各階段的應用方法

覆膜技術在馬鈴薯種植的全生育期內均有應用，但各階段的具體方法和目標存在差異。通過提前覆蓋透明地膜，可加速土壤升溫，促進土壤微生物活性，為馬鈴薯種薯的萌發創造有利條件。種植期間，采用畦面覆膜或全膜覆蓋技術，可有效保持土壤水分，抑制雜草生長，并調節地溫。在馬鈴薯出苗后，根據生長情況適時揭膜或開孔，以確保植株獲得充足光照和通風。塊莖形成期是覆膜技術的關鍵階段，此時通過調整覆膜材料的顏色和透光性，可影響土壤溫度和光照強度，從而調控塊莖的數量和大小。在收獲前期，適當揭膜或使用可降解地膜，有利于土壤水分管理和塊莖成熟。

二、覆膜技術對馬鈴薯生長及產量的影響

1、對土壤溫度和水分的調節作用

覆膜技術通過改變土壤表面的物理特性，顯著影響土壤溫度和水分狀況。在溫度調節方面，覆膜材料減少了土壤與大氣的直接熱交換，形成溫室效應，提高了土壤溫度。研究結果表明，采用透明地膜可使土壤溫度比裸地提升2-5℃，而采用黑色地膜則可提升1-3℃。這種溫度提升效應在早春和寒冷地區尤為明顯，有助于提前播種和加速作物生長。覆膜技術的應用可以顯著降低土壤表面的蒸發量，從而提升水分的利用效率。實驗數據顯示，覆膜可減少30%-50%的土壤水分蒸發，有效保持土壤濕度。此外，覆膜還能改善土壤結構，增加土壤孔隙度，促進水分在土壤的均勻分布。這種水分調節作用不僅減少了灌溉需求，還為馬鈴薯根系創造了穩定的水分環境，有利于根系發育和養分吸收。

2、對馬鈴薯生長期的影響

覆膜技術對馬鈴薯全生育期均產生顯著影響。在出苗期，提高的土溫加速了種薯萌發和幼苗生長，可使出苗時間提前3-5天。營養生長期，覆膜促進了光合作用和養分吸收，加快了莖葉生長速度，提高了葉面積指數。研究發現，覆膜處理的馬鈴薯植株比未覆膜的高10-15cm，葉面積指數增加15%-20%。塊莖形成期，穩定的土壤溫度和水分條件有利于塊莖的均勻生長和膨大。覆膜還能延長馬鈴薯的有效生長期，推遲植株衰老。統計數據顯示，覆膜可使馬鈴薯生育期延長7-10天。這種生長期的調控效應不僅提高了單株產量，還為多茬種植創造了條件，有利于提高土地利用率。然而，需要注意的是，過度覆膜可能導致植株徒長或塊莖發育不良，因此在實際應用中需根據品種特性和環境條件進行適當調整。

3、對馬鈴薯產量和品質的提升效果

覆膜技術通過優化生長環境，顯著提高了馬鈴薯的產量和品質。產量方面，多項田間試驗結果表明，覆膜栽培比常規栽培增產15%-30%。這種增產效應主要源于單株塊莖數量的增加和單個塊莖重量的提高。質量方面，覆膜技術改善了塊莖的外觀和內在品質。統計數據顯示，覆膜處理的馬鈴薯商品率提高10%-15%，淀粉含量增加1%-2%，維生素C含量提高5%-8%。此外，覆膜還能減少青皮薯和畸形薯的比例，提高了馬鈴薯的市場價值。然而，覆膜對品質的影響因品種和環境條件而異。例如，在某些高溫地區，過度覆膜可能導致塊莖中還原糖含量升高，影響加工品質。因此，在追求高產的同時，需要綜合考慮品質因素，選擇適宜的覆膜材料和管理措施，以實現產量和品質的協同提升。

4、不同覆膜材料的比較分析

覆膜材料的選擇直接影響馬鈴薯種植的效果。常用的覆膜材料包括聚乙烯膜、生物降解膜和有機覆蓋物。聚乙烯膜因其低成本和良好的保溫保濕效果而被廣泛應用，但存在難降解的環境問題。生物降解膜在功能上與聚乙烯膜相近，且能自然降解，但成本較高。有機覆蓋物如秸稈、稻草等，雖然保溫效果略遜，但能改善土壤結構，增加有機質含量。研究表明，在溫帶地區，透明聚乙烯膜的增產效果最為顯著，平均增產率達25%；生物降解膜次之，增產率為20%左右；有機覆蓋物的增產效果相對較低，約為10%-15%。然而，在干旱地區，有機覆蓋物的保水效果優于塑料膜。此外，不同材料對土壤微生物群落的影響也存在差異。

三、覆膜技術在馬鈴薯種植中的環境影響

1、對土壤理化性質的影響

覆膜技術對土壤理化性質產生多方面影響。在物理性質方面，長期覆膜能改變土壤結構，增加土壤孔隙度，提高土壤通氣性和透水性。研究表明，覆膜3-5年后，表層土壤的容重降低5%-10%，總孔隙度提高3%-5%。然而，過度使用不可降解地膜可能導致土壤板結，影響耕作質量。化學性質方面，覆膜通過調節土壤溫度和水分，影響養分的轉化和遷移。實驗數據顯示，覆膜條件下，土壤有效氮、磷、鉀含量分別增加10%-15%、8%-12%和5%-8%。這主要歸因于覆膜減少了養分的淋失和揮發。此外，覆膜還能影響土壤pH值，通常使土壤呈現微酸性趨勢，有利于大多數營養元素的有效性。然而，長期覆膜可能導致土壤鹽分累積，特別是在干旱和半干旱地區。因此，在實際應用中，需要定期監測土壤理化指標，采取輪作或間作等措施，以維持土壤健康。

2、對土壤微生物群落的影響

覆膜技術通過改變土壤微環境，顯著影響土壤微生物群落的結構和功能。研究表明，覆膜條件下，土壤細菌和真菌的總量通常會增加。具體而言，覆膜后細菌數量增加20%-30%，真菌數量增加15%-25%。這種增加主要源于覆膜提高了土壤溫度和濕度，為微生物生長創造了有利條件。然而，覆膜對不同類群微生物的影響存在差異。例如，覆膜往往促進了一些腐生菌和根際有益菌的生長，但可能抑制某些需氧菌的活性。微生物群落結構的變化直接影響土壤生態功能。實驗數據顯示，覆膜處理的土壤酶活性普遍提高，其中脲酶活性增加15%-20%，蔗糖酶活性增加10%-15%，這有利于土壤有機質的分解和養分循環。然而，長期覆膜可能導致某些微生物多樣性下降，影響土壤生態系統的穩定性。因此，在應用覆膜技術時，需要考慮采取措施維護土壤微生物多樣性，如間歇性揭膜或使用生物降解膜等。

3、地膜殘留及其污染問題

地膜殘留是覆膜技術應用中最突出的環境問題之一。統計數據顯示，常規農田每年地膜使用量為60-120kg/hm2，但回收率僅為50%-60%，導致大量地膜殘留在土壤中。地膜殘留主要以兩種形式存在：可見殘膜和微塑料顆粒。長期累積的地膜殘留對農業生產和生態環境造成嚴重影響。首先，殘留地膜破壞土壤結構，降低耕地質量。研究表明，當土壤中地膜殘留量達到250kg/hm2時，會導致作物減產10%-20%。其次，地膜分解產生的微塑料顆粒可能被作物吸收，進入食物鏈，威脅人類健康。此外，地膜殘留還會影響土壤水分運動和氣體交換，干擾植物根系生長。為解決這一問題，需要從多個方面采取措施：開發和推廣可降解地膜；改進地膜回收技術，提高回收效率；建立健全地膜回收體系，完善相關法規政策。同時，加強農民教育，增強環保意識，也是減少地膜污染的重要途徑。

4、溫室氣體排放的變化

覆膜技術對農田溫室氣體排放的影響是一個復雜的過程，涉及多種氣體和多個影響因素。研究表明，覆膜對不同溫室氣體的排放影響不同。就二氧化碳（CO2）而言，覆膜通常會減少土壤呼吸，從而降低CO2排放。實驗數據顯示，覆膜處理比裸地CO2排放量減少15%-25%。這主要是因為覆膜限制了土壤與大氣的氣體交換，同時提高了作物光合作用效率。然而，對于甲烷（CH4）和氧化亞氮（N2O）的排放，覆膜的影響較為復雜。在水稻田中，覆膜可能增加CH4的排放，但在旱地條件下，如馬鈴薯種植，覆膜對CH4排放的影響較小。N2O排放方面，覆膜通過改變土壤水分和溫度條件，可能增加或減少排放量，具體效果取決于土壤類型和管理措施。總體而言，覆膜技術對溫室氣體凈排放的影響需要綜合評估，考慮增產效應帶來的碳匯增加和各種氣體排放的變化。

四、馬鈴薯覆膜種植技術的優化及可持續發展

1、生物降解地膜的推廣應用

生物降解地膜作為傳統聚乙烯地膜的替代品，這類地膜由可再生資源，如淀粉、纖維素或聚乳酸等材料制成，能在自然條件下逐步分解為二氧化碳和水，有效解決地膜殘留問題。研究表明，生物降解地膜在作物生長期內能保持與傳統地膜相近的保溫保濕效果，對馬鈴薯產量的提升幅度達到15%-20%。然而，其成本較高和耐候性相對較差等問題仍需解決。優化策略包括：改進生物降解地膜配方，提高其力學性能和使用壽命；開發具有緩釋肥效的功能性生物降解地膜，實現覆膜與施肥的協同效應；建立生物降解地膜標準體系，規范產品質量；推動規模化生產，降低成本。此外，針對不同氣候區和土壤類型，研發適宜的生物降解地膜產品，以滿足多樣化的農業生產需求。通過這些措施，預計在未來5-10年內，生物降解地膜有望在馬鈴薯種植中實現大規模應用，顯著減輕農田生態環境壓力。

2、精準覆膜技術的集成與應用

精準覆膜技術是優化馬鈴薯覆膜種植的重要方向，旨在通過信息技術和智能設備，實現覆膜材料、時間和方式的精確控制。該技術整合了遙感監測、地理信息系統（GIS）和物聯網等先進技術，構建了覆膜決策支持系統。具體措施包括：利用多光譜遙感技術監測作物生長狀況和土壤墑情，動態調整覆膜參數；開發智能覆膜機械，實現變量覆膜，根據土壤和地形特征自動調整覆膜厚度和寬度；建立覆膜效果評估模型，綜合考慮產量、品質和環境影響，優化覆膜策略。實驗數據顯示，精準覆膜技術可使地膜用量減少20%-30%，同時保持或略微提高馬鈴薯產量。此外，該技術還能提高水肥利用效率，減少農藥使用量。然而，精準覆膜技術的推廣面臨設備成本高和技術門檻高等挑戰。因此，需要加強農機農藝融合研究，開發適合小型農戶的簡化版精準覆膜設備；同時，建立區域性示范基地，通過培訓和技術服務，提高農民對精準覆膜技術的接受度和應用能力。

3、覆膜－輪作體系的優化設計

覆膜－輪作體系優化是解決長期覆膜導致的土壤退化問題的有效策略。該體系通過科學設計作物輪作順序和覆膜方案，實現土壤質量改善和作物產量提升的雙重目標。具體措施包括：選擇適宜的輪作作物，如豆科作物或深根系作物，以改善土壤結構，增加有機質含量；調整覆膜頻率，如隔年覆膜或間作覆膜，減少地膜累積；采用不同類型覆膜材料的交替使用，如塑料膜與有機覆蓋物結合，平衡環境效益和經濟效益。研究表明，合理的覆膜－輪作體系可使土壤有機質含量提高5%-10%，土壤酶活性增加15%-20%，同時保持較高的作物產量。在實施過程中，需考慮地區氣候特征和市場需求，制定因地制宜的輪作方案。例如，在北方地區可采用“馬鈴薯-玉米－小麥”三年輪作模式，其中馬鈴薯和玉米采用覆膜栽培，小麥免覆膜。此外，還應結合保護性耕作技術，如免耕或少耕，進一步提升土壤保護效果。通過系統優化覆膜－輪作體系，不僅能維持馬鈴薯高產穩產，還能實現農田生態系統的可持續發展。

4、覆膜回收技術創新與管理體系構建

覆膜回收技術創新與管理體系構建是解決地膜污染的關鍵策略。該策略旨在提高地膜回收率，減少環境污染，同時創造經濟價值。技術創新方面，重點發展高效回收設備，如多功能地膜殘留撿拾機，能同時完成殘膜收集和土壤篩分，回收效率提高30%-50%。開發地膜識別與分揀技術，利用光譜分析和機器視覺，提高回收地膜的純度。探索地膜再生利用技術，將回收地膜轉化為工業原料或新型農用材料。管理體系構建方面，建立了“政府主導、企業運作、農民參與”的地膜回收模式。實施地膜使用登記制度，追蹤地膜全生命周期。建立地膜回收激勵機制，如補貼或積分兌換，提高農民參與的積極性。完善地膜回收相關法規，明確各方責任。數據顯示，通過系統實施這些措施，地膜回收率可提高到80%-90%。然而，回收成本高和再生產品市場不穩定等問題仍需解決。未來應加強產學研合作，開發低成本、高附加值的地膜再生產品，并拓展應用領域，形成循環經濟產業鏈。

綜上所述，馬鈴薯覆膜種植技術在提高產量和品質方面具有顯著效果，但同時也面臨著環境污染等挑戰。通過上文這些策略的實施有望在保持高產的同時，最大限度地減少環境負面影響。未來研究應著重于開發更加環境友好的覆膜材料，完善精準農業技術在覆膜種植中的應用，深入探討覆膜技術對土壤生態系統的長期影響，以及構建更加高效的地膜回收利用體系。

（作者單位：535300廣西壯族自治區欽州市浦北縣農業發展中心；535300廣西壯族自治區欽州市浦北縣植物保護站；535300廣西壯族自治區欽州市浦北縣農產品質量安全檢測站）

DOI： 10.3969/j.issn.1003-1650.2025.01.018