乔迪 鲍龙龙 林涛 汤秋香

摘要 ［目的］為明确新疆地膜覆盖栽培技术的应用及贡献情况。［方法］查询2000—2018 年《新疆生产建设兵团统计年鉴》和《中国农村统计年鉴》及 1990—2021 年的相关文献。［结果］地膜覆盖在新疆农业生产中具有重要贡献，2000—2018年间，地膜的使用量总体呈现逐年增长的趋势。地膜覆盖变化率与主要作物单位面积变化率呈正相关，覆膜变化率从2002 年的0.127增加到2018 年的1.893，相应的单产变化率从0.270增加到2.112。此外，地膜覆盖面积同化学除草、病虫害防治面积相比，对产量的贡献率达到了0.534 8，仅次于化学除草面积，表明地膜覆盖对产量的提高有积极的作用。在农资投入方面，与众多农资投入指标相比，地膜投入费用与主要作物产量的关联度位居第二，达到了0.426 4。［结论］综上所述，地膜覆盖对新疆作物生产的贡献明显，研究其具体贡献状况有助于对新疆地膜覆盖栽培技术应用提供理论依据。

关键词 地膜使用量；覆盖面积；灰色关联法；产量；贡献率

中图分类号 F 323.3  文献标识码 A  文章编号 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

基金项目 国家自然科学基金项目（31960386）；新疆维吾尔自治区重大科技专项（2020A01002-4）；新疆维吾尔自治区高校科研计划项目（XJEDU2019I012）。

作者简介 乔迪（1998—），女，新疆喀什人，硕士研究生，研究方向：农田生态环境。通信作者，教授，博士，博士生导师，从事农田生态环境研究。

收稿日期 2022-04-24

新疆是全国地膜覆盖栽培技术应用面积最大、地膜使用量最多的省區。地膜覆盖栽培技术的推广使用能够对作物的种植起到增温［1-3］、保墒［4-5］、抑盐［6-7］、防草［8-9］等作用。基于以上优势，我国地膜使用量从1982 年0.6 万t增加到2019 年的137.9 万t，增长了220 多倍。农作物地膜覆盖面积也一直保持增长态势，从1982 年农作物地膜覆盖面积仅为11.7 万hm2到2019 年农作物地膜覆盖面积达1 762.81 万hm2［10］。为此，研究地膜对农田作物的贡献状况具有明显意义。有研究表明，与常规淹水稻田相比，覆膜旱作可显著降低水稻纹枯病的发生程度。在设施蔬菜栽培中，地膜覆盖也能减轻病害（如黄瓜霜霉病、番茄轮纹病）的发生概率，且黑色或银灰色反光膜在除草和避蚜方面也有较好的效果［11］。同时地膜还能抑制田间杂草生长，对旱地杂草的防除效果高达90%且防效稳定，给农户带来了较大的经济收益［8，12］。通过对比不同地膜对杂草防治效果的研究，结果显示与裸地相比，覆盖地膜可以使膜间杂草量降低 40.2%～71.7%，膜内杂草量降低 19.3%～36.0%［13］。地膜的颜色对害虫的防治效果也有影响，与覆盖普通无色膜相比，覆盖特制地膜和银灰色地膜对花生蚜、叶螨、蓟马［14-15］、棉铃虫发生和为害程度有显著的抑制效果［16］。此外，地膜覆盖也能提高土壤温度，促进土壤微生物活动，提高作物产量和肥料的利用效率等［17-19］。综上，许多学者针对地膜覆盖技术、地膜覆盖对作物及农田环境状况的影响进行了大量的研究，但对地膜的具体贡献情况鲜有报道。鉴于此，笔者以新疆典型地膜覆盖地区为例，分析地膜使用现状以及地膜覆盖与作物产量和农业投入的变化关系，旨在客观总结出新疆典型地区地膜覆盖技术对农业生产的贡献情况。

1 材料与方法

1.1 数据收集

通过调查统计年鉴，查找新疆典型地膜覆盖地区的地膜使用量、作物年际间化学除草面积、病虫害防治面积、农资投入情况等数据。其中，典型覆膜地区包括阿克苏地区第一师、库尔勒地区第二师农场、喀什地区第三师农场、伊犁地区第四师农场、博尔塔拉地区第五师、昌吉地区第六师、奎屯第七师、石河子第八师、塔城地区第九师以及阿勒泰第十师农场等。涉及的新疆兵团地膜使用量、覆盖面积、化学除草面积、病虫害防治面积数据来源于2000—2018年《新疆生产建设兵团统计年鉴》，其他县市地膜使用量、农资投入数据来源于2000—2018年《中国农村统计年鉴》。

1.2 数据分析

通过计算年际间地膜使用量变化率与棉花单产年际变化率来反映地膜使用对产量的贡献。计算公式如下：

年际变化率：m={（BA）1N-1}-1

式中，B是末年数值，A是首年数值，N=末年年份-首年年份+1。

灰色关联分析（grey relation analysis，GRA）作为一种多因素的统计分析方法而被广泛应用，该分析方法可以弥补数理分析方法对样本容量和样本概率分布的局限性。

评价地膜使用的贡献，最直观的指标就是作物产量。依据灰色系统理论将作物产量看成一个灰色系统，将可能影响该系统的要素看成一个个因素。通过灰色关联分析法，综合性评价农业生产投入对农业产出的影响程度。

灰色关联分析步骤如下：

1.2.1 确定母序列。

母序列（参考序列，为新疆维吾尔自治区2000—2018年的作物产量序列）和子序列（比较序列，需要确立顺序的因素序列，即地膜覆盖面积、病虫害防治面积、化学除草面积）。

x_i（k）表示第i个因素的第k个数值。

第一个因素是地膜覆盖面积，x_1（1）表示地膜覆盖面积在2000年的取值，也就是470.52，x_1（2）是2001年的取值，而x_2（1）表示病虫害防治面积在2001年的数值，以此类推。

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为每个向量的维度，即每个元素的特征的数量，n分别为19和16，因为有2019和2016年的数据，代表十九维和十六维向量。

1.2.2 无量纲化处理。

将不同质的指标和初始数值进行无量纲化处理，减少数据绝对数值的差异，将每个统一到近似的范围内，关注其动态变化。选取的归一化处理方法为初值化处理，即把这一个序列的数据除以最开始的值，由于同一个因素获得序列的量级差别不大，故处理后即能归一化到1的量级附近。计算公式如下：

x_i（k）′=x_i（k）/x_i（1） （i = 1，...，m，k = 1，...，n）

式中，m为因素个数，n为每个因素的数据维度，n=19，m=3（目标是看3个因素，即地膜覆盖面积、病虫害防治面积、化学除草面积和作物产量的关联，数据维度为19，即19年。

计算公式如下：

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为分辨系数，一般在0～1范围内取值，通常取ρ=0.5。

1.3 统计分析

采用Microsoft Excel 2019和DPS数据处理软件进行数据整理和分析作图。

2 結果与分析

2.1 新疆地膜使用情况

由图1可知，地膜覆盖量在年际间整体呈现上升趋势。当前，中国农用地膜使用量近2.41×106 t，新疆农田地膜使用量已超过2×105 t，据《中国农村统计年鉴》的数据显示，2019 年全国及新疆农田地膜覆盖总面积分别为1.76×107和3.55×106 hm2，新疆当年农田地膜总覆盖面积约占中国当年农田地膜总覆盖面积的20.17%；2000—2018 年间，新疆地膜使用量呈现逐年上升趋势，地膜覆盖栽培技术在新疆得到迅速发展。

农用塑料薄膜主要是棚膜和地膜，地膜依然占有很大的比例。年际间，新疆典型地区的地膜使用量总体呈现上升趋势，目前农用塑料薄膜使用仍以地膜为主，在调查所涉及年际间均占到了地膜总量的60%，最高可达96%。其中，2018 年间农用料薄膜使用量和地膜使用量较2000 年分别增加了约1.13和1.16 倍。

2.2 新疆不同地区地膜使用情况与年际变化率变化情况

由图2可知，年际间，新疆地膜覆盖量总体呈现增长趋势。主要地区2009和2014 年出现了明显增长，较1999 年分别增长了1.43和1.77 倍。2000—2018 年间地膜总使用量以一师和八师较多，分别达到了185 960和228 473 t，两地对于调查地区总地膜覆盖的贡献率分别达到了19.54%和24%，其中八师的地膜使用量超过了调查总地区的1/4以上，可见南疆对地膜需求量依然很大，说明地膜在农业生产中具有重要使用价值。

由表1可知，新疆主要地州2018 年的覆膜面积中，南疆主要地区总体多于北疆，南疆属阿克苏和喀什最多，分别是60 558和501 970 hm2，分别占到地膜覆盖的20.96%和17.37%。这一差异可能不仅仅是因为南疆地区具有干旱少雨的自然气候特点和独特的地理位置，同时南疆也是棉花的主栽区，棉花是南疆最具规模种植优势的经济作物，也是使用地膜最多的作物，覆盖率近100%。

主要地区地膜覆盖变化率与产量变化率同样也呈现逐年增长的趋势，总体来看，地膜覆盖对于新疆农业生产来说，已经发挥着越来越重要的作用，在环境相似的同等地力条件下，地膜覆盖变化率与新疆主栽经济作物棉花单量变化率呈正相关，覆膜变化率从2002 年的0.127增加到2018 年的1.893，相应的单产变化率从0.270增加到2.112。这说明地膜对作物产量提高有巨大的作用，对农业生产也作出了不可忽视的贡献。

2.3 覆盖面积、化学除草、病虫害防治面积与作物产量的灰色关联分析

将初始数据进行灰色关联分析，结果显示在2000—2018年间，对新疆生产建设兵团主要作物产量影响最大的因素是化学除草面积，可见草害的防治效果对于作物产量影响较大（表2）。其次是地膜覆盖面积，对于作物产量的贡献率比病虫害防治面积高出0.002 6（表3）。在2016年间，地膜覆盖作物面积对作物产量的贡献率高达0.666 9，可能是由于2016年的政策变化，新疆生产建设兵团开始完全使用生物降解地膜，表明地膜覆盖对作物产量的贡献较大。

2.4 农资投入与作物产量的灰色关联分析

在2002—2017 年的作物产量中，化肥和农膜投入的费用对作物产量的贡献最大，与作物产量指数的灰色关联度分别为0.450 9和0.426 4（图4）。化肥投入是影响作物产量的关键因素，其余各影响因素表现为农膜费>种子费>农药费，农膜费对产量的贡献居于第2位，是新疆农业生产不可缺少的因素。

3 讨论

3.1 新疆地膜使用的年际变化率情况

由于新疆独特的地理地质，新疆地膜使用量和变化率总体呈现逐年上升的趋势，成为农业生产中不可或缺的生产资料。已有前人证明，采用地膜覆盖栽培措施，能够有效降低土层的盐碱化程度，使得宜耕面积增加［20-21］。新疆地膜使用趋势也与地膜本身的增温保墒对种植业的效应有关，覆膜能够有效提高土层温度、作物冠层气温等［22］。地膜的保墒抗旱性能可以降低土壤水分的蒸发，提高农作物的水分利用率，促进其生长［23］。此外，地膜覆盖能起到很好的阻雨防渍作用，使膜外的雨水难以进入膜内，防止不良天气可能引起的农业灾害［24］。在我国北方，覆膜也能促进种子早发，有效减少低温冷害带来的损失［25］，这可能也是新疆地膜使用量不断增加的原因所在。随着工业技术的发展，地膜在原有的基础上也发展出了许多不同的类型，以满足农业生产和生态保护的需求。在新疆不同地区分布上，南疆使用量要多于北疆，因为南疆是棉花的主要种植区域，棉花的需膜量较大，也可能是因为南、北疆不同的作物布局和不同作物的生理特征而引起的差异，这与周明冬等［26-27］调研结果一致。综上所述，地膜在新疆农业中的地位十分重要。但该研究只考虑了新疆典型的主要覆膜地区，因此数据不够全面，存在一定的局限性。

3.2 地膜覆盖、化学除草、病虫害防治面积对作物产量的影响

在地膜覆盖面积、化学除草、病虫害防治面积对作物产量的影响中，化学除草的防治效果对主要作物的产量起关键作用，其影响要大于覆膜面积和病虫害防治面积。农田杂草对于农业生产极其不利，特别是在新疆，杂草种类丰富且复杂，严重危害作物的正常生长，而对于杂草的防治，人工除草不仅费时费力，用工成本也很高，故化学除草技术被广泛应用，可以在保证作物产量的同时节省人工除草的投入成本，对农业生产有着积极的作用［28］。徐亚秋等［29-30］也指出，地膜也能够改变杂草的适宜生存环境从而达到除草效果，这与张德玉等［31-32］的研究结果相悖，即覆膜反而会滋生杂草且对除草时间要求较严格。地膜覆盖面积对作物产量的关联度仅次于化学除草面积，表明地膜对作物产量的贡献巨大。前人研究表明，与平作不覆膜相比，全覆盖和半覆盖的方式均能提高土壤表层温度，促进夏玉米生长和地上部生物量的积累，从而提高玉米产量［33］。在地膜覆盖对小麦的增产机制上，Zhu等［34］认为覆膜对作物根际微环境有改善作用，包括土壤水热状况、养分状况等，从而提高作物产量。陈利军等［35］通过大量的文献调查并结合Meta分析，指出与不覆膜相比，地膜覆盖对棉花、玉米、小麦等 6 种作物产量变化呈显著正相关。此外，该研究还从农资投入方面考虑，对比表明地膜投入费用与作物产量的关联程度要强于种子和农药投入费用，表明地膜使用对作物生产的贡献较大。但是由于该研究仅选取了新疆典型的覆膜地区进行分析，并且数据较为宏观，故难以从试验尺度进行说明。

3.3 地膜覆盖对杂草防治的影响

随着当前农业对地膜栽培环境的需求，结合一些先进的高分子生物化学技术，不同功能的新型地膜也屡见不鲜，在农业生产中也得到了一定的认可。高旭华等［36］通过研究证明了玉米专用除草地膜能有效防治田间一年生杂草，覆膜后60 d对杂草的防效均可达到80％，同时覆盖该地膜能有效提高玉米籽粒的产量。同样，添加了改性除草母粒的地膜在花生覆膜后60 d内对双子叶和单子叶的杂草有效防除效果可高达90%［37］，但除草地膜的效果也会因为杂草种类和地膜的颜色与材质的原因而各不相同，黑膜和灰黑膜透光率低，致使膜下杂草缺少阳光，具有较好的除草作用，但是在切实考虑农资情况来说，该类地膜较厚、用量较大、成本较高，将会导致栽培经济效益较低。随着对地膜种类和实际应用需求的不断增加，结合大田生产的效益评估地膜在农业生产实际贡献的方法体系有待完善。此外，地膜覆盖带来巨大贡献的同时，也带来了诸多生态环境问题，残留在土壤中的农用薄膜碎片成为污染土壤的重要因素，解决地膜污染问题也成为未来工作的重点。

4 结论

（1）该研究系统梳理了2000—2018 年新疆主要地区地膜栽培覆盖情况，分析了地膜覆盖年际间变化和新疆不同地区地膜使用情况，从新疆覆盖大趋势来看，年际间的覆盖量总体呈现逐年增长的趋势。

（2）利用灰色关联度分析法，将地膜覆盖、化学除草、病虫害防治面积及农资投入情况对作物产量的影响程度进行分析，指出农业地膜投入情况与作物产量的关联度较强，具有一定的积极作用，对于新疆农业生产也作出了极其重要的贡献。

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