馬鈴薯種植中覆膜技術(shù)的應(yīng)用效果及對環(huán)境的影響分析

近年來，覆膜技術(shù)在馬鈴薯種植中的應(yīng)用日益廣泛，顯著提高了馬鈴薯的產(chǎn)量和品質(zhì)。然而，該技術(shù)也帶來了環(huán)境污染等問題，引發(fā)了學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。本研究聚焦馬鈴薯覆膜種植技術(shù)的效果及環(huán)境影響，系統(tǒng)分析了覆膜技術(shù)在馬鈴薯生長各階段的應(yīng)用方法，探討了其對產(chǎn)量、品質(zhì)的提升效果，以及對土壤環(huán)境的影響，旨在為馬鈴薯種植技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)和實踐指導(dǎo)，推動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與生態(tài)保護(hù)的協(xié)調(diào)發(fā)展。

一、馬鈴薯覆膜種植技術(shù)概述

1、覆膜技術(shù)的原理

覆膜技術(shù)是一種在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的栽培方法，其核心理念是通過在作物種植區(qū)域覆蓋特定材料，以改善局部生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)作物生長。在馬鈴薯種植中，覆膜技術(shù)主要利用塑料薄膜或其他可降解材料作為覆蓋物。該技術(shù)的原理基于物理屏障和微環(huán)境調(diào)控兩個方面。物理屏障作用體現(xiàn)在阻隔外界不利因素對作物的影響，如減少水分蒸發(fā)、抑制雜草生長、防止土壤板結(jié)等。微環(huán)境調(diào)控則通過改變土壤表層的溫度、濕度和光照條件，為作物創(chuàng)造更適宜的生長環(huán)境。覆膜材料的選擇和使用方式直接影響技術(shù)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(diào)節(jié)土壤溫度、水分和氣體交換方面的效果。因此，覆膜技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用需要綜合考慮作物生理需求、環(huán)境條件和經(jīng)濟(jì)效益等多重因素。

2、覆膜技術(shù)在馬鈴薯種植各階段的應(yīng)用方法

覆膜技術(shù)在馬鈴薯種植的全生育期內(nèi)均有應(yīng)用，但各階段的具體方法和目標(biāo)存在差異。通過提前覆蓋透明地膜，可加速土壤升溫，促進(jìn)土壤微生物活性，為馬鈴薯種薯的萌發(fā)創(chuàng)造有利條件。種植期間，采用畦面覆膜或全膜覆蓋技術(shù)，可有效保持土壤水分，抑制雜草生長，并調(diào)節(jié)地溫。在馬鈴薯出苗后，根據(jù)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(fēng)。塊莖形成期是覆膜技術(shù)的關(guān)鍵階段，此時通過調(diào)整覆膜材料的顏色和透光性，可影響土壤溫度和光照強(qiáng)度，從而調(diào)控塊莖的數(shù)量和大小。在收獲前期，適當(dāng)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(shù)對馬鈴薯生長及產(chǎn)量的影響

1、對土壤溫度和水分的調(diào)節(jié)作用

覆膜技術(shù)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(diào)節(jié)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(yīng)，提高了土壤溫度。研究結(jié)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(yīng)在早春和寒冷地區(qū)尤為明顯，有助于提前播種和加速作物生長。覆膜技術(shù)的應(yīng)用可以顯著降低土壤表面的蒸發(fā)量，從而提升水分的利用效率。實驗數(shù)據(jù)顯示，覆膜可減少30%-50%的土壤水分蒸發(fā)，有效保持土壤濕度。此外，覆膜還能改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤孔隙度，促進(jìn)水分在土壤的均勻分布。這種水分調(diào)節(jié)作用不僅減少了灌溉需求，還為馬鈴薯根系創(chuàng)造了穩(wěn)定的水分環(huán)境，有利于根系發(fā)育和養(yǎng)分吸收。

2、對馬鈴薯生長期的影響

覆膜技術(shù)對馬鈴薯全生育期均產(chǎn)生顯著影響。在出苗期，提高的土溫加速了種薯萌發(fā)和幼苗生長，可使出苗時間提前3-5天。營養(yǎng)生長期，覆膜促進(jìn)了光合作用和養(yǎng)分吸收，加快了莖葉生長速度，提高了葉面積指數(shù)。研究發(fā)現(xiàn)，覆膜處理的馬鈴薯植株比未覆膜的高10-15cm，葉面積指數(shù)增加15%-20%。塊莖形成期，穩(wěn)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(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，覆膜可使馬鈴薯生育期延長7-10天。這種生長期的調(diào)控效應(yīng)不僅提高了單株產(chǎn)量，還為多茬種植創(chuàng)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(dǎo)致植株徒長或塊莖發(fā)育不良，因此在實際應(yīng)用中需根據(jù)品種特性和環(huán)境條件進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

3、對馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)的提升效果

覆膜技術(shù)通過優(yōu)化生長環(huán)境，顯著提高了馬鈴薯的產(chǎn)量和品質(zhì)。產(chǎn)量方面，多項田間試驗結(jié)果表明，覆膜栽培比常規(guī)栽培增產(chǎn)15%-30%。這種增產(chǎn)效應(yīng)主要源于單株塊莖數(shù)量的增加和單個塊莖重量的提高。質(zhì)量方面，覆膜技術(shù)改善了塊莖的外觀和內(nèi)在品質(zhì)。統(tǒng)計數(shù)據(jù)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(zhì)的影響因品種和環(huán)境條件而異。例如，在某些高溫地區(qū)，過度覆膜可能導(dǎo)致塊莖中還原糖含量升高，影響加工品質(zhì)。因此，在追求高產(chǎn)的同時，需要綜合考慮品質(zhì)因素，選擇適宜的覆膜材料和管理措施，以實現(xiàn)產(chǎn)量和品質(zhì)的協(xié)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(jī)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(yīng)用，但存在難降解的環(huán)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(jī)覆蓋物如秸稈、稻草等，雖然保溫效果略遜，但能改善土壤結(jié)構(gòu)，增加有機(jī)質(zhì)含量。研究表明，在溫帶地區(qū)，透明聚乙烯膜的增產(chǎn)效果最為顯著，平均增產(chǎn)率達(dá)25%；生物降解膜次之，增產(chǎn)率為20%左右；有機(jī)覆蓋物的增產(chǎn)效果相對較低，約為10%-15%。然而，在干旱地區(qū)，有機(jī)覆蓋物的保水效果優(yōu)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(shù)在馬鈴薯種植中的環(huán)境影響

1、對土壤理化性質(zhì)的影響

覆膜技術(shù)對土壤理化性質(zhì)產(chǎn)生多方面影響。在物理性質(zhì)方面，長期覆膜能改變土壤結(jié)構(gòu)，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(dǎo)致土壤板結(jié)，影響耕作質(zhì)量?；瘜W(xué)性質(zhì)方面，覆膜通過調(diào)節(jié)土壤溫度和水分，影響?zhàn)B分的轉(zhuǎn)化和遷移。實驗數(shù)據(jù)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?dú)w因于覆膜減少了養(yǎng)分的淋失和揮發(fā)。此外，覆膜還能影響土壤pH值，通常使土壤呈現(xiàn)微酸性趨勢，有利于大多數(shù)營養(yǎng)元素的有效性。然而，長期覆膜可能導(dǎo)致土壤鹽分累積，特別是在干旱和半干旱地區(qū)。因此，在實際應(yīng)用中，需要定期監(jiān)測土壤理化指標(biāo)，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(shù)通過改變土壤微環(huán)境，顯著影響土壤微生物群落的結(jié)構(gòu)和功能。研究表明，覆膜條件下，土壤細(xì)菌和真菌的總量通常會增加。具體而言，覆膜后細(xì)菌數(shù)量增加20%-30%，真菌數(shù)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(chuàng)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(jìn)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(jié)構(gòu)的變化直接影響土壤生態(tài)功能。實驗數(shù)據(jù)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(jī)質(zhì)的分解和養(yǎng)分循環(huán)。然而，長期覆膜可能導(dǎo)致某些微生物多樣性下降，影響土壤生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，在應(yīng)用覆膜技術(shù)時，需要考慮采取措施維護(hù)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(shù)應(yīng)用中最突出的環(huán)境問題之一。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，常規(guī)農(nóng)田每年地膜使用量為60-120kg/hm2，但回收率僅為50%-60%，導(dǎo)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(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重影響。首先，殘留地膜破壞土壤結(jié)構(gòu)，降低耕地質(zhì)量。研究表明，當(dāng)土壤中地膜殘留量達(dá)到250kg/hm2時，會導(dǎo)致作物減產(chǎn)10%-20%。其次，地膜分解產(chǎn)生的微塑料顆?？赡鼙蛔魑镂?，進(jìn)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(yùn)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(fā)和推廣可降解地膜；改進(jìn)地膜回收技術(shù)，提高回收效率；建立健全地膜回收體系，完善相關(guān)法規(guī)政策。同時，加強(qiáng)農(nóng)民教育，增強(qiáng)環(huán)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(shù)對農(nóng)田溫室氣體排放的影響是一個復(fù)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(shù)據(jù)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(fù)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?？傮w而言，覆膜技術(shù)對溫室氣體凈排放的影響需要綜合評估，考慮增產(chǎn)效應(yīng)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(shù)的優(yōu)化及可持續(xù)發(fā)展

1、生物降解地膜的推廣應(yīng)用

生物降解地膜作為傳統(tǒng)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(nèi)能保持與傳統(tǒng)地膜相近的保溫保濕效果，對馬鈴薯產(chǎn)量的提升幅度達(dá)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(yōu)化策略包括：改進(jìn)生物降解地膜配方，提高其力學(xué)性能和使用壽命；開發(fā)具有緩釋肥效的功能性生物降解地膜，實現(xiàn)覆膜與施肥的協(xié)同效應(yīng)；建立生物降解地膜標(biāo)準(zhǔn)體系，規(guī)范產(chǎn)品質(zhì)量；推動規(guī)模化生產(chǎn)，降低成本。此外，針對不同氣候區(qū)和土壤類型，研發(fā)適宜的生物降解地膜產(chǎn)品，以滿足多樣化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求。通過這些措施，預(yù)計在未來5-10年內(nèi)，生物降解地膜有望在馬鈴薯種植中實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，顯著減輕農(nóng)田生態(tài)環(huán)境壓力。

2、精準(zhǔn)覆膜技術(shù)的集成與應(yīng)用

精準(zhǔn)覆膜技術(shù)是優(yōu)化馬鈴薯覆膜種植的重要方向，旨在通過信息技術(shù)和智能設(shè)備，實現(xiàn)覆膜材料、時間和方式的精確控制。該技術(shù)整合了遙感監(jiān)測、地理信息系統(tǒng)（GIS）和物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)，構(gòu)建了覆膜決策支持系統(tǒng)。具體措施包括：利用多光譜遙感技術(shù)監(jiān)測作物生長狀況和土壤墑情，動態(tài)調(diào)整覆膜參數(shù)；開發(fā)智能覆膜機(jī)械，實現(xiàn)變量覆膜，根據(jù)土壤和地形特征自動調(diào)整覆膜厚度和寬度；建立覆膜效果評估模型，綜合考慮產(chǎn)量、品質(zhì)和環(huán)境影響，優(yōu)化覆膜策略。實驗數(shù)據(jù)顯示，精準(zhǔn)覆膜技術(shù)可使地膜用量減少20%-30%，同時保持或略微提高馬鈴薯產(chǎn)量。此外，該技術(shù)還能提高水肥利用效率，減少農(nóng)藥使用量。然而，精準(zhǔn)覆膜技術(shù)的推廣面臨設(shè)備成本高和技術(shù)門檻高等挑戰(zhàn)。因此，需要加強(qiáng)農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合研究，開發(fā)適合小型農(nóng)戶的簡化版精準(zhǔn)覆膜設(shè)備；同時，建立區(qū)域性示范基地，通過培訓(xùn)和技術(shù)服務(wù)，提高農(nóng)民對精準(zhǔn)覆膜技術(shù)的接受度和應(yīng)用能力。

3、覆膜－輪作體系的優(yōu)化設(shè)計

覆膜－輪作體系優(yōu)化是解決長期覆膜導(dǎo)致的土壤退化問題的有效策略。該體系通過科學(xué)設(shè)計作物輪作順序和覆膜方案，實現(xiàn)土壤質(zhì)量改善和作物產(chǎn)量提升的雙重目標(biāo)。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(jié)構(gòu)，增加有機(jī)質(zhì)含量；調(diào)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(jī)覆蓋物結(jié)合，平衡環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。研究表明，合理的覆膜－輪作體系可使土壤有機(jī)質(zhì)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(chǎn)量。在實施過程中，需考慮地區(qū)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(qū)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(yīng)結(jié)合保護(hù)性耕作技術(shù)，如免耕或少耕，進(jìn)一步提升土壤保護(hù)效果。通過系統(tǒng)優(yōu)化覆膜－輪作體系，不僅能維持馬鈴薯高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，還能實現(xiàn)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。

4、覆膜回收技術(shù)創(chuàng)新與管理體系構(gòu)建

覆膜回收技術(shù)創(chuàng)新與管理體系構(gòu)建是解決地膜污染的關(guān)鍵策略。該策略旨在提高地膜回收率，減少環(huán)境污染，同時創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價值。技術(shù)創(chuàng)新方面，重點發(fā)展高效回收設(shè)備，如多功能地膜殘留撿拾機(jī)，能同時完成殘膜收集和土壤篩分，回收效率提高30%-50%。開發(fā)地膜識別與分揀技術(shù)，利用光譜分析和機(jī)器視覺，提高回收地膜的純度。探索地膜再生利用技術(shù)，將回收地膜轉(zhuǎn)化為工業(yè)原料或新型農(nóng)用材料。管理體系構(gòu)建方面，建立了“政府主導(dǎo)、企業(yè)運(yùn)作、農(nóng)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(jī)制，如補(bǔ)貼或積分兌換，提高農(nóng)民參與的積極性。完善地膜回收相關(guān)法規(guī)，明確各方責(zé)任。數(shù)據(jù)顯示，通過系統(tǒng)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(chǎn)品市場不穩(wěn)定等問題仍需解決。未來應(yīng)加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研合作，開發(fā)低成本、高附加值的地膜再生產(chǎn)品，并拓展應(yīng)用領(lǐng)域，形成循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈。

綜上所述，馬鈴薯覆膜種植技術(shù)在提高產(chǎn)量和品質(zhì)方面具有顯著效果，但同時也面臨著環(huán)境污染等挑戰(zhàn)。通過上文這些策略的實施有望在保持高產(chǎn)的同時，最大限度地減少環(huán)境負(fù)面影響。未來研究應(yīng)著重于開發(fā)更加環(huán)境友好的覆膜材料，完善精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)在覆膜種植中的應(yīng)用，深入探討覆膜技術(shù)對土壤生態(tài)系統(tǒng)的長期影響，以及構(gòu)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(qū)欽州市浦北縣農(nóng)業(yè)發(fā)展中心；535300廣西壯族自治區(qū)欽州市浦北縣植物保護(hù)站；535300廣西壯族自治區(qū)欽州市浦北縣農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全檢測站）

DOI： 10.3969/j.issn.1003-1650.2025.01.018