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在干旱半干旱地区，塑料薄膜覆盖（PM）虽能提高作物产量，但会加速土壤有机碳（SOC）矿化并增加温室气体（GHG）排放，秸秆还田对作物产量影响不一。研究人员利用 SPACSYS 模型开展研究，发现 PM 结合 100% 秸秆还田可增产、增 SOC 储量并降 GWP，为农业发展提供策略。
在全球气候变化的大背景下，环境质量和农业生产都受到了严重威胁。温室气体（GHG）排放是气候变化的主要推手，而农业领域的 GHG 排放约占全球总量的 20%。从 2010 - 2019 年，全球 GHG 排放持续增长，其中约三分之一来自食物系统。这使得农业面临着既要提高生产力又要保护环境可持续性的双重难题。
在干旱和半干旱地区，塑料薄膜覆盖（Plastic film mulching，PM）技术被广泛应用。它就像给农田盖上了一层 “保护膜”，能够调节土壤温度、改善土壤蓄水能力，从而提高作物产量。但这层 “保护膜” 也有副作用，它改善的土壤水热条件会加速土壤有机碳（Soil organic carbon，SOC）的矿化，导致 GHG 排放增加。比如，有人在 PM 条件下进行了四年的玉米种植实验，发现土壤表层 40 厘米内的 SOC 含量减少了 6.8% 。而且，与不覆盖薄膜相比，PM 显著提高了 CH4和 N2O 的排放。
另一方面，秸秆还田被认为有助于可持续碳固存，能增加 SOC 含量，减轻 GHG 排放的负面影响。不过，目前很少有研究探索如何将秸秆还田和 PM 的优势充分结合，研究二者联合策略在未来气候变化情景下对土壤碳固存、GHG 排放和玉米产量的影响。
为了解决这些问题，西北农林科技大学中国旱区节水农业研究院的研究人员开展了相关研究。他们利用 SPACSYS（Soil–Plant–Atmosphere Continuum System）模型进行模拟分析，该研究成果对推动干旱地区玉米种植的低碳可持续发展意义重大，论文发表在《Field Crops Research》上。
研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先，利用七年的田间试验数据对 SPACSYS 模型进行校准，以评估其模拟产量、SOC 动态和 GHG 排放的精度。然后，利用来自 27 个全球气候模型（Global Climate Models，GCMs）、基于两种排放情景（SSP245 和 SSP585）的未来气候数据驱动该模型，探索 11 种秸秆还田水平（从 0% 到 100%，以 10% 递增）和两种覆盖方式（无覆盖和 PM）的多种农艺策略。
研究结果如下：
- 产量变化：在 2080 年代（2061 - 2100），与基准期（1981 - 2020）相比，对照管理（CK，无覆盖且无秸秆还田）的产量在 SSP245 和 SSP585 情景下预计分别下降 20.3% 和 60.0%。而最优情景，即 100% 秸秆还田结合 PM（PM_R100），在 SSP585 情景下，能减轻 2080 年代的产量损失，在其他未来情景下，产量预计可增加 2.5 - 50.7%。
- SOC 动态变化：CK 处理下的 SOC 在 2040 年代预计减少 23.6 - 29.7%，在 2080 年代预计减少 43.0 - 58.1%。在 SSP585 情景下，PM_R100 能使 2040 年代的 SOC 增加 11.1 - 23.6%，并缓解 2080 年代 SOC 的分解。
- 全球变暖潜势（Global warming potential，GWP）变化：与 CK 相比，PM_R100 降低了 GWP，使旱地玉米系统在 2040 年代成为碳汇。
研究结论表明，PM 结合 100% 秸秆还田是提高产量、增加 SOC 储量同时降低 GWP 的最优实践。这种方法在气候变化背景下，能有效保障高产，促进可持续农业发展。
该研究的重要意义在于，强调了在应用 PM 的旱地雨养地区采用秸秆还田措施的重要性。研究结果能帮助农民和政策制定者制定有效的缓解和适应策略，推动干旱地区玉米种植区域在气候变化下的低碳可持续农业发展。
