中國可降解膜覆蓋對玉米產(chǎn)量效應的Meta分析

銀敏華，李援農(nóng)，申勝龍，任全茂，徐路全，王星垚

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中國可降解膜覆蓋對玉米產(chǎn)量效應的Meta分析

銀敏華，李援農(nóng)※，申勝龍，任全茂，徐路全，王星垚

（1. 西北農(nóng)林科技大學旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點實驗室，楊凌 712100； 2. 西北農(nóng)林科技大學水利與建筑工程學院，楊凌 712100）

可降解膜是解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中地膜殘留污染的有效措施，但覆蓋可降解膜的作物產(chǎn)量效應仍存在較大分歧。該研究以玉米為研究對象，分別以不覆蓋和覆蓋普通地膜作為覆蓋可降解膜的對照，通過檢索已發(fā)表的相關田間試驗數(shù)據(jù)，利用Meta分析方法定量研究覆蓋可降解膜對玉米的產(chǎn)量效應和影響因素。結果表明，在可降解膜和不覆蓋組合中，覆蓋可降解膜的玉米產(chǎn)量較不覆蓋平均提高17.8%（95%置信區(qū)間14.8%～20.9%）；該組合不存在發(fā)表偏倚和極端值?？山到饽ず推胀ǖ啬そM合存在發(fā)表偏倚，校正前覆蓋可降解膜的玉米產(chǎn)量顯著低于覆蓋普通地膜（平均相差1.8%），校正后二者差異不顯著（置信區(qū)間-0.9%～2.7%）；該組合也不存在極端值。與不覆蓋和覆蓋普通地膜相比，覆蓋可降解膜的累計平均產(chǎn)量效應均隨時間趨于穩(wěn)定。近5 a來，覆蓋可降解膜與覆蓋普通地膜的玉米產(chǎn)量差異和變幅均較2000—2010年有所減小。在高海拔、低氣溫區(qū)域，平作和使用0.008 mm厚度降解膜時，更有利于提高可降解膜的增產(chǎn)效應。該研究可為降解膜的大規(guī)模推廣應用和開發(fā)研制提供依據(jù)。

溫度；降雨；異質(zhì)性；可降解膜；普通地膜；產(chǎn)量；Meta分析；玉米

0 引 言

地膜節(jié)水增產(chǎn)效果顯著[1-3]，但其殘膜導致的“白色污染”問題已嚴重威脅著作物生長及環(huán)境安全[4-6]。可降解膜因其具有易降解、環(huán)境污染少、透水透氣性強和防止作物早衰等優(yōu)點而受到廣泛關注。研究發(fā)現(xiàn)，可降解膜在提高土壤溫度和土壤水分方面與普通地膜作用相當[7]?？山到饽ぴ谧魑锷L中后期能降低根際土壤溫度，從而延長作物生殖生長周期[8]，同時有利于自然降水入滲[9]。覆蓋可降解膜可降低土壤容重、增加土壤速效養(yǎng)分，且與普通地膜相比，在促進作物增產(chǎn)和提高水分利用效率方面無顯著差異，可替代普通地膜用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[10]。但也有研究表明，由于不同作物的生育期和生育周期差異較大，在選用可降解膜類型時應慎重[11]。降解膜的降解性能與膜的配方和試驗區(qū)的環(huán)境條件密切相關，且與普通地膜相比，降解膜的增溫保墑及增產(chǎn)效應較差[12]。研究間的分歧為降解膜的應用帶來了諸多不確定性。然而，分歧的來源是什么，降解膜的覆蓋效應是否具有區(qū)域性，降解膜種類、厚度和種植模式是否會影響降解膜的覆蓋效果，覆蓋降解膜是否可以達到甚至超越普通地膜的覆蓋效應。這些問題的答案很難從獨立的田間試驗研究中得知。

作物產(chǎn)量是降解膜覆蓋效應的綜合反映。目前，國內(nèi)關于降解膜的田間試驗和應用主要為玉米[7-8,10,13]，其他作物包括棉花[11]、小麥[5]、油菜[14]、葵花[15]和馬鈴薯[12]等也有所涉及。鑒于此，本研究以玉米為研究對象，以不覆蓋和覆蓋普通地膜作為覆蓋可降解膜的對照，通過收集現(xiàn)有的相關田間試驗數(shù)據(jù)，應用Meta分析方法定量研究可降解膜覆蓋對玉米產(chǎn)量的區(qū)域效應、時間效應和影響因素，旨在揭示中國可降解膜覆蓋對玉米產(chǎn)量的影響機制，并為降解膜的大規(guī)模推廣應用和開發(fā)研制提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

通過對中國知網(wǎng)、維普，萬方及Web of Science、Springer、Engineering Villlage、Google Scholar等中英文數(shù)據(jù)庫進行檢索，收集截止2016年10月31日國內(nèi)外公開發(fā)表的關于中國可降解膜覆蓋對玉米產(chǎn)量影響的田間試驗研究論文。中文檢索詞包括降解、覆蓋、集雨、地膜、生長、產(chǎn)量等及其組合；英文檢索詞包括mulch、mulching、rainfall collection、rainfall harvesting、degradable film、growth、yield等及其組合。基于以下標準確定該研究的分析樣本：1）試驗區(qū)域位于中國范圍內(nèi)，試驗地點明確、年份清楚；2）試驗處理同時包含降解膜覆蓋和不覆蓋，或降解膜覆蓋和普通地膜覆蓋，或降解膜覆蓋、普通地膜覆蓋和不覆蓋；3）文中列有相關處理產(chǎn)量的均值及標準差，或提供了相關處理各重復的產(chǎn)量，或試驗年限≥2 a；4）試驗用降解膜類型、厚度，種植方式清晰。經(jīng)以上標準嚴格篩選，共獲得28篇可用文獻。

1.2 數(shù)據(jù)分類

所收集的28篇文獻中，涉及陜西、甘肅、寧夏、山西、內(nèi)蒙古和吉林共6個省/自治區(qū)。其中同時包含可降解膜（生物降解膜：聚乙烯+淀粉，聚已內(nèi)酯+淀粉，聚已內(nèi)酯+淀粉+石蠟；光降解膜：聚乙烯+光敏劑；生-光雙降解膜：聚乙烯+光敏劑+碳酸鈣）覆蓋和不覆蓋處理與同時包含可降解膜覆蓋和普通地膜（材質(zhì)為聚乙烯）覆蓋處理的試驗數(shù)據(jù)均為24組。所有的研究中，地膜覆蓋均為全生育期覆蓋。具體樣本信息見表1。

表1 樣本基本信息描述

1.3 數(shù)據(jù)分析

1.3.1 標準差計算

標準差是Meta分析的一個重要參數(shù)，用于計算各研究的權重。在整理數(shù)據(jù)中，當文中列有產(chǎn)量標準差時，直接使用；當文中沒有提供產(chǎn)量標準差但有多個重復試驗的產(chǎn)量，或既未提供產(chǎn)量標準差也無重復試驗的產(chǎn)量，但包含多年試驗時，將多年試驗結果看作平均重復，計算標準差。

1.3.2 效應量計算與整合

式中為反應比；Y為處理組的玉米產(chǎn)量，kg/hm2；Y為對照組的玉米產(chǎn)量，kg/hm2。

的95%置信區(qū)間若全部大于0，說明覆蓋可降解膜對玉米產(chǎn)量具有顯著正效應，即促進玉米增產(chǎn)；若全部小于0，說明覆蓋可降解膜對玉米產(chǎn)量具有顯著負效應，即不利于玉米產(chǎn)量的提高；若包含0，則說明覆蓋可降解膜對玉米產(chǎn)量無顯著影響。

當異質(zhì)性檢驗結果顯著時選擇隨機效應模型，不顯著時選擇固定效應模型。

1.3.3 發(fā)表偏倚檢驗和校正

發(fā)表偏倚是小樣本效應的一種常見形式。小樣本研究通常比大樣本存在更大的處理效應[17]，易于發(fā)表，因此產(chǎn)生發(fā)表偏倚[18]。本研究采用倒漏斗圖和回歸檢驗法[19]進行發(fā)表偏倚檢驗。當存在發(fā)表偏倚時，采用Trim and Fill非參數(shù)法校正[20]。

1.3.4 敏感性分析

敏感性分析的目的是檢驗用于Meta分析的數(shù)據(jù)是否存在離群值，即通過逐一移除單個效應量對其余效應量進行整合，觀察綜合效應量、95%置信區(qū)間及異質(zhì)性檢驗結果等是否發(fā)生較大變化，從而檢測是否存在離群值。

1.3.5 累計Meta分析

累計Meta分析是將各個研究依次引入Meta分析過程的一種分析方法，可反映效應量的估計值及其精度隨時間的變化趨勢[21]。

1.3.6 Meta回歸分析

將原文獻按照一定標準劃分為不同組別，并對其進行Meta回歸分析以檢驗不同研究間異質(zhì)性的來源[17]。

1.3.7 亞組分析

對不同的分組進行亞組分析（影響因素分析），以尋找更加詳細的異質(zhì)性信息，同時也可作為Meta回歸分析穩(wěn)健性的檢驗。

1.3.8 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)分析均采用R3.3.2（metafor包）編程軟件進行處理，使用Origin 9.0軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 可降解膜覆蓋對玉米產(chǎn)量的綜合效應量、發(fā)表偏倚檢驗和敏感性分析

對覆蓋可降解膜和不覆蓋組合與覆蓋可降解膜和覆蓋普通地膜組合的玉米產(chǎn)量分別計算綜合效應量（表2）。結果表明，2個組合的異質(zhì)性檢驗結果均達到極顯著水平（0.01），故均采用隨機效應模型?？傮w而言，與不覆蓋相比，覆蓋可降解膜能極顯著提高玉米產(chǎn)量（0.01），平均增產(chǎn)率為17.8%（95%置信區(qū)間14.8%～20.9%）；與覆蓋普通地膜相比，覆蓋可降解膜的玉米增產(chǎn)率顯著降低1.8%（0.046，置信區(qū)間–3.6%～0）。發(fā)表偏倚檢驗結果（表2）表明，可降解膜和不覆蓋組合不存在發(fā)表偏倚（>0.05），而可降解膜和普通地膜組合存在發(fā)表偏倚（<0.05），需要進行校正。校正結果（表2）表明，該組合應填補11篇文獻，填補文獻后覆蓋2種膜的玉米產(chǎn)量間差異不顯著（>0.05），且校正后的綜合效應量仍存在顯著的異質(zhì)性。圖1為2個組合校正前與校正后的倒漏斗圖。由圖1分析可知，在覆蓋可降解膜和不覆蓋組合中，樣本數(shù)據(jù)點均勻地分布在漏斗兩側（圖1a），說明不存在發(fā)表偏倚。在覆蓋可降解膜和覆蓋普通地膜組合中，樣本數(shù)據(jù)點大部分居于漏斗左側和中間部位（圖1b），說明存在發(fā)表偏倚，經(jīng)校正后（增加實心數(shù)據(jù)點）漏斗兩側的數(shù)據(jù)量達到平衡，發(fā)表偏倚得以校正。

表2 覆蓋可降解膜對玉米產(chǎn)量的綜合效應量和發(fā)表偏倚檢驗與校正

注：R表示使用Trim and Fill方法進行發(fā)表偏倚校正時缺失文獻應填補在倒漏斗圖的右側。

Note: Rexpresses the missing literatures should be added in the right of the funnel plot by Trim and Fill method for publication bias correction.

圖1 不同地膜組合校正前和校正后的倒漏斗圖

對可降解膜覆蓋的玉米產(chǎn)量效應進行敏感性分析（表3），結果表明，在可降解膜和不覆蓋組合中，任意獨立樣本的移除對整體樣本的增產(chǎn)率、95%置信區(qū)間及增產(chǎn)率顯著性均未產(chǎn)生明顯變化，且仍存在顯著的異質(zhì)性。其中第23個樣本的移除對整體影響較大，但仍未顯著改變原Meta分析結果，不能將其視為離群值。因此，可認為表2中關于可降解膜和不覆蓋組合的Meta分析結果可信度較高?？山到饽ず推胀ǖ啬そM合由于已對表2中的Meta分析結果進行了發(fā)表偏倚校正，此處不再做敏感性分析。

表3 可降解膜和不覆蓋組合的敏感性分析

2.2 覆蓋可降解膜對玉米產(chǎn)量的累計Meta分析

對覆蓋可降解膜和不覆蓋組合與覆蓋可降解膜和覆蓋普通地膜組合的玉米產(chǎn)量按試驗年份進行累計Meta分析（圖2）。結果表明，自2002年以來，與不覆蓋相比，覆蓋可降解膜的累計平均增產(chǎn)率為15.1%～21.6%，且在2010年后累計增產(chǎn)率變幅逐漸減小。2000—2015年間，覆蓋可降解膜的玉米累計產(chǎn)量效應始終低于覆蓋普通地膜，與表2得出存在發(fā)表偏倚的結果相一致，平均累計相差0.3%～3.7%，且在2010年后也趨于穩(wěn)定。

圖2 覆蓋可降解膜對玉米產(chǎn)量的累計Meta分析

2.3 可降解膜覆蓋下玉米產(chǎn)量影響因素分析

2.3.1 Meta回歸分析

將數(shù)據(jù)按照種植模式（平作和壟作）、海拔高度 （<1 000 m和≥1 000 m）、年均氣溫（<10 ℃和≥10 ℃）、年降水量（<500 mm和≥500 mm）、降解膜厚度（0.006 mm和0.008 mm）、降解膜類型（光降解膜、光-生雙降解膜和生物降解膜）、省/自治區(qū)（陜西、甘肅、寧夏、山西、內(nèi)蒙古和吉林）和試驗年份（2005年之前、2006—2010年和2011—2015年）分組，運用Meta回歸分析檢驗研究間異質(zhì)性的來源（表4）。由表4分析可知，在可降解膜與不覆蓋組合中，引入分組變量后，異質(zhì)性不再顯著（P=0.223），其異質(zhì)性的主要來源為降解膜厚度和地區(qū)。在可降解膜與普通地膜組合中，引入分組變量后，異質(zhì)性也得到控制（P=0.129），其異質(zhì)性的主要來源為海拔高度、年均氣溫、地區(qū)和試驗年份。

表4 覆蓋可降解膜對玉米產(chǎn)量的Meta回歸分析

注：*和**分別表示在5%和1%水平上顯著。

Note: * and ** indicate significance at 5% and 1% level, respectively.

2.3.2 可降解膜覆蓋對玉米產(chǎn)量的影響因素分析

可降解膜與不覆蓋組合的玉米產(chǎn)量影響因素分析（圖3）結果表明，平作和壟作條件下，覆蓋可降解膜的玉米增產(chǎn)率無顯著差異，前者平均為17.2%（置信區(qū)間13.2%～21.1%），后者平均為14.7%（置信區(qū)間11.9%～17.4%）。與海拔<1 000 m、年均氣溫≥10 ℃和年降水量≥500 mm的地區(qū)相比，覆蓋可降解膜在海拔≥1 000 m、年均溫<10℃和年降水量<500 mm地區(qū)的平均增產(chǎn)效應均差異不顯著。不同厚度降解膜在保水保溫及耐久性等方面有差異，會影響覆蓋的增產(chǎn)效應。與不覆蓋相比，覆蓋0.008 mm厚度降解膜的玉米產(chǎn)量平均提高25.3%（置信區(qū)間21.4%～29.2%），顯著高于使用0.006 mm厚度降解膜的增產(chǎn)率（平均15.7%，置信區(qū)間11.7%～19.7%）。覆蓋3種類型降解膜的玉米增產(chǎn)率差異不顯著，但生物降解膜（平均16.7%，置信區(qū)間12.2%～21.2%）的覆蓋效果比光降解膜（平均19.8%，置信區(qū)間16.4%～23.3%）和光-生雙降解膜（平均18.6%，置信區(qū)間13.2%～24.0%）穩(wěn)定。在陜西、甘肅、寧夏、山西、內(nèi)蒙古和吉林，覆蓋可降解膜使玉米產(chǎn)量分別增加16.0%（置信區(qū)間13.8%～18.1%）、29.8%（置信區(qū)間27.4%～32.2%）、21.5%（置信區(qū)間13.6%～29.5%）、13.0%（置信區(qū)間10.2%～15.7%）、14.0%（置信區(qū)間4.9%～23.0%）和12.8%（置信區(qū)間10.5%～15.1%），其中甘肅的增產(chǎn)率顯著高于陜西、山西、內(nèi)蒙古和吉林，但與寧夏無顯著差異?？梢姡采w可降解膜的增產(chǎn)效應在西北地區(qū)較高。2002—2015年間，覆蓋可降解膜的平均增產(chǎn)率為13.4%～17.3%，整體表現(xiàn)為先提高后降低的趨勢。從置信區(qū)間來看，可降解膜的增產(chǎn)效應在2010年之前變化幅度較大，之后趨于穩(wěn)定?？梢?，在西北地區(qū)和使用0.008 mm厚度的可降解膜，能大幅度提高可降解膜覆蓋的增產(chǎn)效應。

注：誤差線表示95%置信區(qū)間，誤差線上方的數(shù)字表示相應分組數(shù)據(jù)對的數(shù)量。由于不同降解膜組分的數(shù)據(jù)較少，故無法分析。下同。

圖4 可降解膜和普通地膜組合的玉米產(chǎn)量影響因素分析

可降解膜與普通地膜組合的玉米產(chǎn)量影響因素分析（圖4）結果表明，平作條件下，覆蓋2種膜的玉米產(chǎn)量間無顯著差異（置信區(qū)間–3.0%～1.5%）；而壟作條件下，覆蓋可降解膜的玉米產(chǎn)量較覆蓋普通地膜平均減少4.7%（置信區(qū)間–9.0%～–0.4%）。在海拔<1 000 m的地區(qū)，覆蓋可降解膜的玉米產(chǎn)量顯著低于覆蓋普通地膜（平均相差6.2%，置信區(qū)間–10.4%～–2.1%），而在海拔≥1 000 m的地區(qū)，覆蓋可降解膜與覆蓋普通地膜的玉米產(chǎn)量差異不顯著（置信區(qū)間–1.3%～2.0%）。在年均溫<10℃的地區(qū)，覆蓋2種膜的玉米產(chǎn)量差異不顯著（平均增產(chǎn)率0.8%，置信區(qū)間–0.3%~1.9%），而在年均溫≥10 ℃的地區(qū)，覆蓋可降解膜的產(chǎn)量效應顯著低于覆蓋普通地膜（平均相差4.5%，置信區(qū)間–8.2%～–0.7%）。在年降水量<500 mm和≥500 mm的地區(qū)，覆蓋可降解膜的玉米產(chǎn)量與覆蓋普通地膜差異不顯著。使用0.008 mm厚度降解膜時，覆蓋2種膜的玉米產(chǎn)量差異不顯著，而使用0.006 mm厚度降解膜時，其玉米產(chǎn)量較覆蓋普通地膜顯著降低3.2%（置信區(qū)間–4.7%～–1.7%）。與覆蓋普通地膜相比，覆蓋光降解膜、生-光雙降解膜和生物降解膜的玉米產(chǎn)量均有所降低，但差異不顯著。在甘肅，覆蓋可降解膜的玉米產(chǎn)量顯著低于覆蓋普通地膜，平均相差5.8%（置信區(qū)間–10.8%～–0.8%）；在吉林，覆蓋可降解膜對玉米產(chǎn)量具有顯著正效應，較覆蓋普通地膜平均增產(chǎn)2.9%（置信區(qū)間1.8%～4.1%），這可能與該省的樣本數(shù)較少有關。在陜西、寧夏、山西和內(nèi)蒙古，覆蓋2種膜的玉米產(chǎn)量間差異不顯著。2000—2005年和2006—2010年間，覆蓋可降解膜的玉米產(chǎn)量均顯著低于覆蓋普通地膜，分別相差8.8%（置信區(qū)間–15.1%～–2.4%）和3.8%（置信區(qū)間–6.6%～–0.9%），而2010—2015年間，覆蓋2種膜的玉米產(chǎn)量差異不顯著，且趨于穩(wěn)定?？梢?，在平作、高海拔和低年均溫的地區(qū)和使用0.008 mm厚度的可降解膜時，覆蓋可降解膜能到達覆蓋普通地膜的增產(chǎn)效果，反之則不及覆蓋普通地膜。

3 討 論

3.1 可降解膜與普通地膜的增產(chǎn)效果

本研究在中國不同種植區(qū)域、氣候條件和降解膜屬性等因素下，整合分析可降解膜覆蓋的玉米產(chǎn)量效應。研究得出，與不覆蓋相比，覆蓋可降解膜能顯著提高玉米產(chǎn)量，平均增產(chǎn)率為17.8%（表1）。覆蓋可降解膜使玉米增產(chǎn)的原因主要包含2個方面。1）促進早發(fā)，在中國北方大部分地區(qū)，玉米出苗階段易遭受低溫冷害，不利于種子的正常萌發(fā)。覆蓋降解膜通過提高耕層土壤溫度，可促進玉米出苗并加快生育進程[22]。與露地種植相比，覆蓋可降解膜的玉米出苗期縮短4 d、大喇叭口期縮短1 d、抽雄期縮短2 d、灌漿期縮短2 d[8]。2）提高土壤水熱狀況，玉米為C4作物，喜水喜熱。在玉米營養(yǎng)生長階段，覆蓋可降解膜的5～25 cm平均土壤溫度較不覆蓋提高1.4 ℃[23]。在玉米整個生育期，覆蓋可降解膜的0～60 cm土壤貯水量較不覆蓋提高8.84%[24]。降解膜覆蓋條件下適宜的土壤水熱環(huán)境有助于玉米的生長發(fā)育和最終產(chǎn)量的形成[25]。

可降解膜能在光和微生物作用下降解，不僅能起到普通地膜的增溫保墑等覆蓋效果，而且能有效降低作物生長后期的早衰現(xiàn)象并緩解普通地膜導致的土壤環(huán)境污染等問題[26]。本研究綜合現(xiàn)有的田間試驗結果發(fā)現(xiàn)，覆蓋降解膜與普通地膜的玉米產(chǎn)量效應差異不顯著?？梢姡F(xiàn)階段可降解膜的作物產(chǎn)量效應仍沒超越普通地膜。這可能是由于以下3方面原因：1）可降解膜的降解過程受自然因素和土壤性狀等影響較大，同一材質(zhì)的降解膜在不同地區(qū)使用可能會產(chǎn)生不同的效果[11]；2）不同作物的生育期和生育周期差異較大。目前，可降解膜在生育期較短的作物上具有較好的適用性，而對長生育期作物的效果較差[4]；3）不同配方、厚度和誘導期的降解膜，其機械強度、地膜破裂和降解可控性、穩(wěn)定性等差異較大，且實踐證明，大部分可降解膜的增溫保墑效果與普通地膜相比仍存在一定差異[4,15]。

3.2 覆蓋可降解膜作物產(chǎn)量效應的影響因素

3.2.1 種植模式

與平作相比，壟作種植具有諸多優(yōu)點。壟作可通過改變微地形增加地表面積，從而增加太陽輻射的接收面積；可加大晝夜溫差，促進作物生長。此外，壟作覆膜還具有集雨、減蒸和保墑等功能[27]。周昌明等[13]研究表明，連壟全降解膜覆蓋和壟覆降解膜溝種植的集水效果、玉米根系生長和產(chǎn)量均顯著高于平地全降解膜覆蓋種植。馬麗等[28]研究發(fā)現(xiàn)，與平作相比，壟作栽培可延長夏玉米葉片功能期，促進光合產(chǎn)物的累積，有利于籽粒的充實和產(chǎn)量的提高。而王同朝等[29]研究發(fā)現(xiàn)，在黃淮海雨養(yǎng)旱農(nóng)區(qū)，壟作與平作的作物增產(chǎn)效果不明顯，而且會增加勞動力投入成本。這可能與試驗年份的降水量和降水分布密切相關，作物生育期內(nèi)降水偏少或降水分布與作物需水不協(xié)調(diào)時可能凸顯不出壟作的優(yōu)越性。本研究綜合近15 a的田間試驗結果表明，總體上，平作和壟作條件下，覆蓋可降解膜的玉米增產(chǎn)效應差異不顯著（圖3a）。在可降解膜和普通地膜組合中，平作條件下，覆蓋2種膜的玉米產(chǎn)量差異不顯著；而壟作條件下，覆蓋可降解膜較覆蓋普通地膜的平均產(chǎn)量效應降低了4.7%（圖4a）。這可能是由于壟上的降解膜在光照射和風的影響下降解速率較平作加快，從而會降低其覆蓋效應。因此，建議在可降解膜的開發(fā)研制中，將降解膜的降解時段設計在作物封壟之后。

3.2.2 區(qū)域效應

可降解膜覆蓋的區(qū)域效應與區(qū)域海拔、年均氣溫和年降水量等因素緊密相關。本文基于多樣本大尺度研究發(fā)現(xiàn)，覆蓋可降解膜在不同海拔（<1 000 m和≥1000 m）、年均氣溫（<10 ℃和≥10 ℃）和年降水量（<500 mm和≥500 mm）地區(qū)的增產(chǎn)效應不顯著。這與任小龍等[30]研究發(fā)現(xiàn)，當玉米生育期內(nèi)降雨量為230～440 mm時，通過壟作覆膜可增加籽粒產(chǎn)量，提高水肥利用效率，而當降雨量繼續(xù)增大時，該效應逐漸減弱或消失的結論不一致。這可能與作物生育期的降水量、降水分布及可能存在的灌水制度等有關。灌水與不覆蓋相比，覆蓋降解膜的玉米產(chǎn)量效應在6個省/自治區(qū)表現(xiàn)為，甘肅與寧夏的增產(chǎn)率差異不顯著，但顯著高于陜西、山西、內(nèi)蒙古和吉林。其中甘肅和寧夏地處西北地區(qū)，年降水量一般小于400 mm，且玉米生長前期大氣溫度較低，覆蓋條件下較好的土壤水熱環(huán)境可有效避免低溫和凍害，同時可促進玉米的生長發(fā)育。

3.2.3 降解膜類型和厚度

不同類型降解膜的降解速率和降解強度不同，會影響其增溫保墑效果，并最終影響增產(chǎn)效應。王星等[31]研究表明，降解膜與普通地膜的基本組分相同，添加劑不同，降解膜降解由難到易的順序為：光降解膜、生-光雙降解膜和生物降解膜，但覆蓋3種降解膜在保水、保溫和增產(chǎn)方面基本相同。本研究也得出了類似的結論，覆蓋3種類型降解膜的玉米產(chǎn)量效應表現(xiàn)為：生物降解膜的增產(chǎn)效果較生-光雙降解膜和光降解膜更為穩(wěn)定，但差異不顯著。

降解膜厚度是影響降解膜覆蓋效應的另一重要屬性。中國頒布的《聚乙烯吹塑農(nóng)用地面覆蓋薄膜》標準[32]中規(guī)定，地膜厚度應為0.008 mm以上。然而，部分企業(yè)為了降低成本，普遍生產(chǎn)低于標準厚度的地膜。低于標準厚度的地膜易破損、易老化，增溫保墑效果差，且不利于殘膜回收[33]。張丹等[34]研究表明，隨著地膜厚度的增加，棉花和玉米的產(chǎn)量不斷增加，覆蓋0.012 mm厚度地膜的棉花與玉米產(chǎn)量分別較覆蓋0.006 mm厚度地膜提高4.0%和15.4%。周明冬等[33]研究表明，與0.006 mm厚度地膜相比，覆蓋0.008 mm、0.010 mm和0.012 mm厚度的地膜可分別使棉花產(chǎn)量提高3.4%、5.0%和7.4%，分別減少地膜殘留量36.5%、60.4%和54.6%。本研究也發(fā)現(xiàn)，與不覆蓋相比，覆蓋0.008 mm厚度降解膜的玉米平均增產(chǎn)率顯著高于覆蓋0.006 mm厚度降解膜，且覆蓋0.008 mm厚度降解膜時，其增產(chǎn)效應與覆蓋普通地膜無顯著差異。因此，今后應逐步完善相關政策法規(guī)和監(jiān)管措施，禁止生產(chǎn)和使用厚度小于0.008 mm的可降解膜。

3.3 研究的局限性和建議

Meta分析方法在文獻篩選時，嚴格要求試驗處理除可降解膜覆蓋與否外，其他因素均相同，且需原文提供或根據(jù)已有數(shù)據(jù)能計算標準差?，F(xiàn)有的關于中國可降解膜覆蓋對玉米產(chǎn)量效應的已發(fā)表中英文獻在200篇以上，但大部分文獻或數(shù)據(jù)量較少，或數(shù)據(jù)描述不詳實，或沒有提供重復試驗的數(shù)據(jù)，最終只有28篇滿足要求。與此同時，覆蓋可降解膜對玉米的產(chǎn)量效應受多重因素的影響，這些因素間還可能存在交互作用。本研究根據(jù)Meta分析的經(jīng)驗法則對數(shù)據(jù)量相對較多的因素進行了分析，其他因素如灌水施肥制度、玉米品種、降解膜誘導期等也是影響降解膜覆蓋效應的重要因素，但由于數(shù)據(jù)較少無法分析。建議在今后的研究中，盡可能詳細和準確地描述試驗條件和過程，以利于研究間的借鑒與整合。此外，在特定區(qū)域進行降解膜生產(chǎn)實踐時，需要綜合考慮當?shù)氐臍夂蛱卣?、土壤狀況和耕作習慣，針對不同的作物選擇適宜的降解膜，以充分發(fā)揮降解膜的覆蓋效果。根據(jù)區(qū)域特點和作物種類，開發(fā)和研制合理持續(xù)時間的降解膜是實現(xiàn)降解膜覆蓋效應的關鍵。

4 結 論

1）與不覆蓋相比，覆蓋可降解膜的玉米產(chǎn)量平均提高17.8%；該組合不存在發(fā)表偏倚和極端值，數(shù)據(jù)可信度較高，且覆蓋可降解膜的累計平均增產(chǎn)率隨時間趨于穩(wěn)定。

2）可降解膜和不覆蓋組合中，不同種植模式、海拔高度、年均氣溫、年降水量和降解膜類型對可降解膜的增產(chǎn)效應影響不顯著；覆蓋0.008 mm厚度降解膜的增產(chǎn)效應顯著高于覆蓋0.006 mm厚度降解膜；可降解膜的玉米增產(chǎn)率在甘肅顯著高于其他地區(qū)，但與寧夏差異不顯著；覆蓋降解膜的增產(chǎn)率在年際間趨于穩(wěn)定，平均為13.4%～17.3%。

3）可降解膜和普通地膜組合存在發(fā)表偏倚，校正前覆蓋可降解膜的玉米增產(chǎn)率顯著低于覆蓋普通地膜（平均相差1.8%），校正后二者差異不顯著（置信區(qū)間–0.9%～2.7%）。與普通地膜相比，覆蓋可降解膜的累計平均減產(chǎn)率隨時間也趨于穩(wěn)定。

4）可降解膜和普通地膜組合中，在海拔≥1 000 m、年均溫<10℃的區(qū)域，平作和使用0.008 mm厚度降解膜時，覆蓋2種膜的玉米產(chǎn)量差異不顯著；而在海拔<1 000 m、年均溫≥10 ℃的區(qū)域，壟作和使用0.006 mm厚度降解膜時，覆蓋可降解膜的玉米增產(chǎn)率顯著低于覆蓋普通地膜。近5 a來，覆蓋2種膜的玉米產(chǎn)量差異和變幅均減小。

綜上所述，覆蓋可降解膜較不覆蓋可顯著提高玉米產(chǎn)量，且經(jīng)發(fā)表偏倚校正后，其增產(chǎn)效應與普通地膜差異不顯著。在高海拔、低氣溫區(qū)域，平作和使用0.008 mm厚度降解膜時，更能突顯可降解膜的優(yōu)越性。

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Meta-analysis on effect of degradable film mulching on maize yield in China

Yin Minhua, Li Yuannong※, Shen Shenglong, Ren Quanmao, Xu Luquan, Wang Xingyao

(1.712100,; 2.712100,)

Plastic film mulching has become an important cultivation practice in agricultural production in China. However, the residuals of plastic film in soil continuously increase with its considerable application. These residuals cause a series of negative effects on environment and land. Degradable film is recognized as a feasible choice to replace plastic film. This study aimed to reveal the influence mechanism and comprehensive effects of degradable film mulching on maize yield. A total of 28 papers were selected from published articles before November in 2016, and meta-analysis was applied. Critical information was obtained from each study, including experimental site, planting pattern, site altitude, average annual precipitation, average annual temperature, experimental duration, degradable film thickness, degradable film types, and maize yield. The collected data were divided into 2 groups. In the first group, no mulching was taken as the control for degradable film mulching, including 24 available comparison pairs. In the second group, plastic film mulching was taken as the control for degradable film mulching, including 24 available comparisons. The main steps included heterogeneity test, comprehensive effect size calculation, publication bias test and correction, sensitivity analysis, cumulative meta-analysis, meta regression analysis and influence factor analysis. The results showed that in the first group, degradable film mulching averagely increased maize yield by 17.8% compared with no mulching. There were no publication bias and extreme value. The cumulative yield increasing effect of degradable film mulching trended to be stable over time. Biodegradable film had a stable maize yield than photo degradable film and photo-biodegradable film. The degradable film with 0.008 mm thickness had a significantly higher maize yield than that with 0.006 mm. The yield increasing effect of degradable film mulching trended to be smooth during years of 2002-2015 with a range of 13.4%-17.3%, and was the highest (29.0%) in Gansu Province. There was a publication bias but no extreme value in the second group. Before publication bias was corrected, the maize yield was significantly lower under degradable film mulching than that under plastic film mulching. However, this difference was not significant after publication bias correction. The maize yield was not significant between degradable film mulching and plastic film mulching in regions, where altitude was higher than 1 000 m, average annual temperature was lower than 10 ℃, and flat planting and 0.008 mm film was used. The difference and variation of maize yield under degradable film mulching and plastic film mulching decreased in the last 5 years. In summary, degradable film mulching could achieve a high maize yield in regions with high altitude and low temperature, and flat planting using 0.008 mm film. This research can provide valuable information for the development and large-scale application of degradable film.

temperature; precipitation; heterogeneity; degradable film; plastic film; yield; Meta-analysis; maize

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.19.001

S11+4; S513

A

1002-6819(2017)-19-0001-09

2016-11-22

2017-07-06

公益性行業(yè)科研專項資助項目（201503105、201503125）；國家高技術研究發(fā)展計劃（863計劃）資助項目（2011AA100504）

銀敏華，山西忻州人，博士生，主要從事節(jié)水灌溉新技術研究。Email：15109217864@163.com

※通信作者：李援農(nóng)，陜西大荔人，教授，博士生導師，主要從事節(jié)水灌溉新技術及3S技術應用研究。Email：liyuannong@163.com