地膜覆盖技术

定义

地膜覆盖技术是指在农田地表铺设专用塑料薄膜，也就是地面覆盖薄膜（简称地膜），通过物理阻隔改变土壤温度、水分、养分与光照条件，从而促进作物出苗和生长发育的栽培措施^[1]。常用地膜为聚乙烯薄膜，厚度多在 0.002 毫米至 0.02 毫米之间，具有透光性好、导热性差、不透气等特点^[1]。中国农业主管部门将其归入旱作节水农业的关键技术，认为其具有集雨、保墒、增温、抑制杂草等综合作用^[2]。这项技术因能促进根系生长，也被称为促根栽培或护根栽培^[3]。

覆盖方式可按位置与耕作形式区分。按覆膜位置分为行间覆盖与根区覆盖，按耕作形式分为畦作、垄作、平作与沟作覆盖，各地依降水和地温条件选用^[2]。按覆盖范围则可分为全膜覆盖与半膜覆盖：前者在地表大面积覆膜，并常与起垄集雨、沟播种植配套；后者只覆盖部分地表，用膜成本较低^[2]。与覆膜结合的膜下滴灌模式，则在滴灌管带上加盖薄膜，抑制水分蒸发并实现水肥同步输送^[2]。

原理

增温是地膜覆盖最直接的效应。白天太阳短波辐射透过薄膜进入土壤，土壤吸热后以长波辐射向外释放，而薄膜对长波辐射阻隔较强，加之膜下水汽凝结放热、膜内空间隔绝了潜热散失，热量得以保存在耕作层^[4]。春季低温期，覆盖后 0 至 10 厘米土层白天温度可比露地高 1 至 6 摄氏度，最高可达 8 摄氏度以上；夜间增温幅度通常只有 1 至 2 摄氏度^[5]。增温幅度与日照时数、土壤含水量和露地地温有关，日照越长、露地地温越低，增温越明显^[4]。

保墒作用来自薄膜的气密性。覆膜阻断了土壤水分向大气扩散的通道，蒸发出的水汽聚积在膜下空间，夜间遇冷凝结后回落土中，形成蒸发—凝结的循环；膜内温度较高又会加大土壤热梯度，促使深层水分向上层移动^[4]。在较干旱条件下，0 至 25 厘米土层的含水量一般比露地高 50% 以上^[5]。土壤水热条件改善后，微生物活动增强，有机质矿化加快，覆盖田速效氮可增加 30% 至 50%，钾增加 10% 至 20%，磷增加 20% 至 30%^[5]。

此外，覆膜避免了雨滴直接打击地表，可减轻土壤板结，使容重下降、孔隙度增加^[6]。膜面与膜下水珠对阳光的反射，能增加植株中下部获得的反射光，改善群体光照条件^[6]。在盐碱地，覆膜改变土壤水分上行路径，表层含盐量相对降低，起到抑盐保苗作用^[6]。晴天高温时膜下地表温度可达约 50 摄氏度，能灼伤刚萌发的杂草，配合除草剂可进一步提高除草效果^[6]。

发展历程

地膜覆盖随塑料工业兴起而发展。1951 年日本开始把薄膜用于农业生产，美国在 20 世纪 50 年代初期将其应用于夏威夷的农业生产，1963 年又用于亚利桑那州的棉花种植，增产效果明显^[7]。另有资料称，日本科学家在 20 世纪 50 年代发明并应用该技术，最早用于草莓生产^[8]。

中国的试验起步于 20 世纪 70 年代初，部分地区的农业人员用废旧普通农膜对蔬菜、棉花做小面积覆盖试验，受经济和技术的限制未能推开^[7]。1978 年，中国通过对外科技交流从日本引进成套地膜覆盖技术，包括作业方法、专用地膜和覆盖机械；日本专家石本正一在此后多年间多次来华传授技术，中国农业科学院的王耀林则是最早从事相关研究的专家之一^[8]。

经过消化吸收，中国把这项技术与传统耕作经验结合，形成了本国的地膜覆盖栽培体系。1979 年试制成功地面覆盖专用膜，此后陆续开发出有色膜、反光膜、除草膜、光降解膜等品种，1980 年试制成功地膜覆盖机，1984 年可生产 60 多种型号的覆盖机械，同年成立了中国地膜覆盖栽培研究会^[7]。1985 年中国地膜覆盖面积已居世界首位，应用范围扩展到 40 多种有实用价值的作物^[7]。地膜使用量则从 1982 年的 0.6 万吨增至 2011 年的 124.5 万吨^[8]。

应用

在北方旱作区，覆盖栽培扩大了玉米的种植范围。研究表明，覆膜使玉米种植北界北移 2 至 3 个纬度、播种时间提前 5 至 10 天，每年增产玉米 100 亿至 150 亿千克^[8]。西北内陆棉区同样受益，棉花播种面积从 20 世纪 80 年代的不足 10% 上升到 2010 年代的 31.8%，每年增产棉花 150 万至 200 万吨^[8]。在低温寒冷区，覆膜以提高地温为主；在干旱半干旱区以保水抗旱保墒为主；在低洼易涝区则以减少养分流失为主^[3]。

覆盖方式与栽培技术已形成较完整的配套方案，应用作物包括棉花、花生、蔬菜、瓜类、水稻育秧、烟草、玉米、甘薯、小麦、向日葵等 40 多种，一般早熟 5 至 20 天，增产 30% 至 50%^[3]。在南方，旱作水稻与山地旱稻也尝试覆膜种植，种、肥、水、膜一体化直播，用于水肥条件较差的新造耕地和丘陵坡地^[9]。随着地膜用量增加，加厚高强度地膜、全生物降解地膜以及废旧地膜回收网点在各地推广，农膜回收率被纳入相关考核要求^[10]。

局限

地膜覆盖并非在所有条件下都能增温。进入高温期后，无遮阴时膜下表层土壤温度可达 50 至 60 摄氏度，可能灼伤幼苗；土壤潮湿时，覆膜土温甚至比露地低 0.5 至 1 摄氏度，最多可低 3 摄氏度^[5]。此外，覆膜作物长势旺、蒸腾耗水多，管理跟不上时反而容易受旱，需要及时灌溉^[5]。覆盖田养分在作物生长前期较高、后期趋于下降，长期覆膜会加速有机质分解和养分消耗，可能造成土壤肥力下降^[4]。

残膜污染是这项技术最突出的环境代价。普通聚乙烯地膜在土壤中降解周期长达 200 至 300 年，残留会影响水、气、肥的流动，阻碍作物生长^[11]。调查显示，长期覆膜农田的残膜量在每公顷 71.9 千克至 259.1 千克之间，西北地区明显高于华北和西南^[8]。残膜还会降低土壤通透性、影响出苗率，碎片混入秸秆饲料后被牛羊误食可致胃肠功能异常，散落田间的膜片也构成景观上的视觉污染^[8]。早期探索的光降解膜与光生物降解膜埋入土壤后降解有限，仍可能带来微塑料问题^[9]。

这些局限推动了制度层面的应对。2020 年公布、同年 9 月 1 日施行的《农用薄膜管理办法》要求使用者在使用期限到期前捡拾田间非全生物降解农膜，交至回收网点，不得随意弃置、掩埋或焚烧，并鼓励生产、使用全生物降解农膜^[12]。加厚高强度地膜被定义为厚度 0.015 毫米以上、有效覆盖使用时间不低于 180 天，且回收时力学性能仍达初始值一半以上的聚乙烯吹塑地面覆盖薄膜^[13]。全生物降解地膜成本仍高于普通地膜，是制约其成为主流品种的主要因素^[9]。

参见

• 农用薄膜 —— 地膜与棚膜的上位概念，是农业生产中用于覆盖保护的高分子薄膜材料的统称。

• 膜下滴灌 —— 将滴灌带铺于膜下、水肥同步输送到根区的节水灌溉模式。

• 全生物降解地膜 —— 通过微生物作用降解、用于替代普通聚乙烯地膜的材料方向。

• 旱作农业 —— 地膜覆盖主要服务的生产体系，依靠保墒集雨提高旱地生产力。

• 保护地栽培 —— 借助覆盖材料人为改善作物生长环境的一类栽培方式的统称。

• 土壤污染防治 —— 残膜治理与农膜回收监管所依托的法律与政策领域。