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(shù)的應(yīng)用及貢獻(xiàn)情況。［方法］查詢2000—2018 年《新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)統(tǒng)計年鑒》和《中國農(nóng)村統(tǒng)計年鑒》及 1990—2021 年的相關(guān)文獻(xiàn)。［結(jié)果］地膜覆蓋在新疆農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有重要貢獻(xiàn)，2000—2018年間，地膜的使用量總體呈現(xiàn)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(guān)，覆膜變化率從2002 年的0.127增加到2018 年的1.893，相應(yīng)的單產(chǎn)變化率從0.270增加到2.112。此外，地膜覆蓋面積同化學(xué)除草、病蟲害防治面積相比，對產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率達(dá)到了0.534 8，僅次于化學(xué)除草面積，表明地膜覆蓋對產(chǎn)量的提高有積極的作用。在農(nóng)資投入方面，與眾多農(nóng)資投入指標(biāo)相比，地膜投入費(fèi)用與主要作物產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)度位居第二，達(dá)到了0.426 4。［結(jié)論］綜上所述，地膜覆蓋對新疆作物生產(chǎn)的貢獻(xiàn)明顯，研究其具體貢獻(xiàn)狀況有助于對新疆地膜覆蓋栽培技術(shù)應(yīng)用提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞 地膜使用量；覆蓋面積；灰色關(guān)聯(lián)法；產(chǎn)量；貢獻(xiàn)率

中圖分類號 F 323.3? 文獻(xiàn)標(biāo)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(xué)基金項目（31960386）；新疆維吾爾自治區(qū)重大科技專項（2020A01002-4）；新疆維吾爾自治區(qū)高?？蒲杏媱濏椖浚╔JEDU2019I012）。

作者簡介 喬迪（1998—），女，新疆喀什人，碩士研究生，研究方向：農(nóng)田生態(tài)環(huán)境。通信作者，教授，博士，博士生導(dǎo)師，從事農(nóng)田生態(tài)環(huán)境研究。

收稿日期 2022-04-24

新疆是全國地膜覆蓋栽培技術(shù)應(yīng)用面積最大、地膜使用量最多的省區(qū)。地膜覆蓋栽培技術(shù)的推廣使用能夠?qū)ψ魑锏姆N植起到增溫［1-3］、保墑［4-5］、抑鹽［6-7］、防草［8-9］等作用?；谝陨蟽?yōu)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(nóng)作物地膜覆蓋面積也一直保持增長態(tài)勢，從1982 年農(nóng)作物地膜覆蓋面積僅為11.7 萬hm2到2019 年農(nóng)作物地膜覆蓋面積達(dá)1 762.81 萬hm2［10］。為此，研究地膜對農(nóng)田作物的貢獻(xiàn)狀況具有明顯意義。有研究表明，與常規(guī)淹水稻田相比，覆膜旱作可顯著降低水稻紋枯病的發(fā)生程度。在設(shè)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?。┑陌l(fā)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(dá)90%且防效穩(wěn)定，給農(nóng)戶帶來了較大的經(jīng)濟(jì)收益［8，12］。通過對比不同地膜對雜草防治效果的研究，結(jié)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(nèi)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(fā)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(jìn)土壤微生物活動，提高作物產(chǎn)量和肥料的利用效率等［17-19］。綜上，許多學(xué)者針對地膜覆蓋技術(shù)、地膜覆蓋對作物及農(nóng)田環(huán)境狀況的影響進(jìn)行了大量的研究，但對地膜的具體貢獻(xiàn)情況鮮有報道。鑒于此，筆者以新疆典型地膜覆蓋地區(qū)為例，分析地膜使用現(xiàn)狀以及地膜覆蓋與作物產(chǎn)量和農(nóng)業(yè)投入的變化關(guān)系，旨在客觀總結(jié)出新疆典型地區(qū)地膜覆蓋技術(shù)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的貢獻(xiàn)情況。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)收集

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

1.2 數(shù)據(jù)分析

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

年際變化率：m={（BA）1N-1}-1

式中，B是末年數(shù)值，A是首年數(shù)值，N=末年年份-首年年份+1。

灰色關(guān)聯(lián)分析（grey relation analysis，GRA）作為一種多因素的統(tǒng)計分析方法而被廣泛應(yīng)用，該分析方法可以彌補(bǔ)數(shù)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(xiàn)，最直觀的指標(biāo)就是作物產(chǎn)量。依據(jù)灰色系統(tǒng)理論將作物產(chǎn)量看成一個灰色系統(tǒng)，將可能影響該系統(tǒng)的要素看成一個個因素。通過灰色關(guān)聯(lián)分析法，綜合性評價農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入對農(nóng)業(yè)產(chǎn)出的影響程度。

灰色關(guān)聯(lián)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(qū)2000—2018年的作物產(chǎn)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(xué)除草面積）。

x_i（k）表示第i個因素的第k個數(shù)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(shù)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(shù)量，n分別為19和16，因為有2019和2016年的數(shù)據(jù)，代表十九維和十六維向量。

1.2.2 無量綱化處理。

將不同質(zhì)的指標(biāo)和初始數(shù)值進(jìn)行無量綱化處理，減少數(shù)據(jù)絕對數(shù)值的差異，將每個統(tǒng)一到近似的范圍內(nèi)，關(guān)注其動態(tài)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(shù)據(jù)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(shù)，n為每個因素的數(shù)據(jù)維度，n=19，m=3（目標(biāo)是看3個因素，即地膜覆蓋面積、病蟲害防治面積、化學(xué)除草面積和作物產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)，數(shù)據(jù)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(shù)，一般在0～1范圍內(nèi)取值，通常取ρ=0.5。

1.3 統(tǒng)計分析

采用Microsoft Excel 2019和DPS數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和分析作圖。

2 結(jié)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(xiàn)上升趨勢。當(dāng)前，中國農(nóng)用地膜使用量近2.41×106 t，新疆農(nóng)田地膜使用量已超過2×105 t，據(jù)《中國農(nóng)村統(tǒng)計年鑒》的數(shù)據(jù)顯示，2019 年全國及新疆農(nóng)田地膜覆蓋總面積分別為1.76×107和3.55×106 hm2，新疆當(dāng)年農(nóng)田地膜總覆蓋面積約占中國當(dāng)年農(nóng)田地膜總覆蓋面積的20.17%；2000—2018 年間，新疆地膜使用量呈現(xiàn)逐年上升趨勢，地膜覆蓋栽培技術(shù)在新疆得到迅速發(fā)展。

農(nóng)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(qū)的地膜使用量總體呈現(xiàn)上升趨勢，目前農(nóng)用塑料薄膜使用仍以地膜為主，在調(diào)查所涉及年際間均占到了地膜總量的60%，最高可達(dá)96%。其中，2018 年間農(nóng)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(qū)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(xiàn)增長趨勢。主要地區(qū)2009和2014 年出現(xiàn)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(dá)到了185 960和228 473 t，兩地對于調(diào)查地區(qū)總地膜覆蓋的貢獻(xiàn)率分別達(dá)到了19.54%和24%，其中八師的地膜使用量超過了調(diào)查總地區(qū)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(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(qū)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(qū)具有干旱少雨的自然氣候特點(diǎn)和獨(dú)特的地理位置，同時南疆也是棉花的主栽區(qū)，棉花是南疆最具規(guī)模種植優(yōu)勢的經(jīng)濟(jì)作物，也是使用地膜最多的作物，覆蓋率近100%。

主要地區(qū)地膜覆蓋變化率與產(chǎn)量變化率同樣也呈現(xiàn)逐年增長的趨勢，總體來看，地膜覆蓋對于新疆農(nóng)業(yè)生產(chǎn)來說，已經(jīng)發(fā)揮著越來越重要的作用，在環(huán)境相似的同等地力條件下，地膜覆蓋變化率與新疆主栽經(jīng)濟(jì)作物棉花單量變化率呈正相關(guān)，覆膜變化率從2002 年的0.127增加到2018 年的1.893，相應(yīng)的單產(chǎn)變化率從0.270增加到2.112。這說明地膜對作物產(chǎn)量提高有巨大的作用，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也作出了不可忽視的貢獻(xiàn)。

2.3 覆蓋面積、化學(xué)除草、病蟲害防治面積與作物產(chǎn)量的灰色關(guān)聯(lián)分析

將初始數(shù)據(jù)進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析，結(jié)果顯示在2000—2018年間，對新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)主要作物產(chǎn)量影響最大的因素是化學(xué)除草面積，可見草害的防治效果對于作物產(chǎn)量影響較大（表2）。其次是地膜覆蓋面積，對于作物產(chǎn)量的貢獻(xiàn)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(chǎn)量的貢獻(xiàn)率高達(dá)0.666 9，可能是由于2016年的政策變化，新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)開始完全使用生物降解地膜，表明地膜覆蓋對作物產(chǎn)量的貢獻(xiàn)較大。

2.4 農(nóng)資投入與作物產(chǎn)量的灰色關(guān)聯(lián)分析

在2002—2017 年的作物產(chǎn)量中，化肥和農(nóng)膜投入的費(fèi)用對作物產(chǎn)量的貢獻(xiàn)最大，與作物產(chǎn)量指數(shù)的灰色關(guān)聯(lián)度分別為0.450 9和0.426 4（圖4）?；释度胧怯绊懽魑锂a(chǎn)量的關(guān)鍵因素，其余各影響因素表現(xiàn)為農(nóng)膜費(fèi)>種子費(fèi)>農(nóng)藥費(fèi)，農(nóng)膜費(fèi)對產(chǎn)量的貢獻(xiàn)居于第2位，是新疆農(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(dú)特的地理地質(zhì)，新疆地膜使用量和變化率總體呈現(xiàn)逐年上升的趨勢，成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的生產(chǎn)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(yè)的效應(yīng)有關(guān)，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(fā)，提高農(nóng)作物的水分利用率，促進(jìn)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(jìn)入膜內(nèi)，防止不良天氣可能引起的農(nóng)業(yè)災(zāi)害［24］。在我國北方，覆膜也能促進(jìn)種子早發(fā)，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(yè)技術(shù)的發(fā)展，地膜在原有的基礎(chǔ)上也發(fā)展出了許多不同的類型，以滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)保護(hù)的需求。在新疆不同地區(qū)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(qū)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(diào)研結(jié)果一致。綜上所述，地膜在新疆農(nóng)業(yè)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(qū)，因此數(shù)據(jù)不夠全面，存在一定的局限性。

3.2 地膜覆蓋、化學(xué)除草、病蟲害防治面積對作物產(chǎn)量的影響

在地膜覆蓋面積、化學(xué)除草、病蟲害防治面積對作物產(chǎn)量的影響中，化學(xué)除草的防治效果對主要作物的產(chǎn)量起關(guān)鍵作用，其影響要大于覆膜面積和病蟲害防治面積。農(nóng)田雜草對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)極其不利，特別是在新疆，雜草種類豐富且復(fù)雜，嚴(yán)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(fèi)時費(fèi)力，用工成本也很高，故化學(xué)除草技術(shù)被廣泛應(yīng)用，可以在保證作物產(chǎn)量的同時節(jié)省人工除草的投入成本，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(huán)境從而達(dá)到除草效果，這與張德玉等［31-32］的研究結(jié)果相悖，即覆膜反而會滋生雜草且對除草時間要求較嚴(yán)格。地膜覆蓋面積對作物產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)度僅次于化學(xué)除草面積，表明地膜對作物產(chǎn)量的貢獻(xiàn)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(jìn)夏玉米生長和地上部生物量的積累，從而提高玉米產(chǎn)量［33］。在地膜覆蓋對小麥的增產(chǎn)機(jī)制上，Zhu等［34］認(rèn)為覆膜對作物根際微環(huán)境有改善作用，包括土壤水熱狀況、養(yǎng)分狀況等，從而提高作物產(chǎn)量。陳利軍等［35］通過大量的文獻(xiàn)調(diào)查并結(jié)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(chǎn)量變化呈顯著正相關(guān)。此外，該研究還從農(nóng)資投入方面考慮，對比表明地膜投入費(fèi)用與作物產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)程度要強(qiáng)于種子和農(nóng)藥投入費(fèi)用，表明地膜使用對作物生產(chǎn)的貢獻(xiàn)較大。但是由于該研究僅選取了新疆典型的覆膜地區(qū)進(jìn)行分析，并且數(shù)據(jù)較為宏觀，故難以從試驗尺度進(jìn)行說明。

3.3 地膜覆蓋對雜草防治的影響

隨著當(dāng)前農(nóng)業(yè)對地膜栽培環(huán)境的需求，結(jié)合一些先進(jìn)的高分子生物化學(xué)技術(shù)，不同功能的新型地膜也屢見不鮮，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也得到了一定的認(rèn)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(dá)到80％，同時覆蓋該地膜能有效提高玉米籽粒的產(chǎn)量。同樣，添加了改性除草母粒的地膜在花生覆膜后60 d內(nèi)對雙子葉和單子葉的雜草有效防除效果可高達(dá)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(zhì)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(nóng)資情況來說，該類地膜較厚、用量較大、成本較高，將會導(dǎo)致栽培經(jīng)濟(jì)效益較低。隨著對地膜種類和實際應(yīng)用需求的不斷增加，結(jié)合大田生產(chǎn)的效益評估地膜在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實際貢獻(xiàn)的方法體系有待完善。此外，地膜覆蓋帶來巨大貢獻(xiàn)的同時，也帶來了諸多生態(tài)環(huán)境問題，殘留在土壤中的農(nóng)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(diǎn)。

4 結(jié)論

（1）該研究系統(tǒng)梳理了2000—2018 年新疆主要地區(qū)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(qū)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(xiàn)逐年增長的趨勢。

（2）利用灰色關(guān)聯(lián)度分析法，將地膜覆蓋、化學(xué)除草、病蟲害防治面積及農(nóng)資投入情況對作物產(chǎn)量的影響程度進(jìn)行分析，指出農(nóng)業(yè)地膜投入情況與作物產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)度較強(qiáng)，具有一定的積極作用，對于新疆農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也作出了極其重要的貢獻(xiàn)。

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