棉田覆盖策略优化：土壤环境效应与生产力平衡的多维度研究

针对塑料地膜残留导致的农田"白色污染"问题，研究人员通过整合效应分析、亚组分析和机器学习方法，系统评估了可降解地膜(DM)和秸秆覆盖(SM)替代塑料地膜(PM)的可行性。研究发现不同覆盖方式对土壤水分、盐分和产量的差异化影响，并建立了基于年降水量(AAP)、蒸发量(AAE)和温度(AAT)的优化决策模型，为可持续棉田管理提供了科学依据。

　　

在全球农业面临塑料污染与气候变化双重挑战的背景下，棉田覆盖技术正站在可持续发展的十字路口。传统塑料地膜(PM)虽能显著提高棉花产量，但其难以降解的特性导致农田中形成触目惊心的"白色污染"，据研究显示残留地膜会破坏土壤结构、阻碍水分养分运输，甚至改变微生物群落。与此同时，气候变化引发的降水模式改变和温度波动，使得农田水热管理面临更大不确定性。在这种背景下，寻找既能维持高产又可减少污染的替代覆盖方案，成为农业生态领域亟待解决的重大问题。

中国农业科学院的研究团队在《Field Crops Research》发表的重要研究，通过整合全球棉花种植区的多源数据，采用元分析结合增强回归树(BRT)等先进统计方法，首次系统量化了不同覆盖材料对土壤环境参数的调控效应。研究团队收集了截至2023年的中英文文献数据，筛选标准严格限定为包含土壤含水量、温度、盐分及产量指标的对照实验。通过效应值计算和亚组分析，揭示了塑料地膜(PM)、可降解地膜(DM)和秸秆覆盖(SM)在不同环境条件下的性能差异。

数据来源与特征
研究构建了包含全球主要植棉区的数据库，中国数据占比最大，这与全球棉花种植分布相符。数据分布特征分析显示，不同覆盖方式对土壤参数的调控效果呈现明显的地域分异规律，为后续环境因子驱动分析奠定了基础。

环境调控效应
所有覆盖方式均显著提高土壤含水量(平均增加12.3%)、降低盐分(平均减少18.7%)并提升产量(平均增产22.5%)，但对温度的影响存在差异：PM显著增温(尤其在生育前期)，而SM则表现出降温效应。在年降水量(AAP)≤400 mm、蒸发量(AAE)>1800 mm、年均温(AAT)8-12℃的干旱区，PM在保水、增温和增产方面表现最优，其保水效果在砂质土中尤为突出。

关键环境阈值
研究发现了多个关键环境阈值：当年降水量超过870 mm时，SM的保水效果超越PM；DM在AAT>19℃时成为最佳保水选择。产量分析显示，DM和SM分别在AAP达625 mm和835 mm时产量增益超过PM，且当AAT>13.4℃时DM展现出相对PM的产量优势。

材料替代潜力
在高降水(AAP>600 mm)、低蒸发(AAE<1500 mm)、高温(AAT>15℃)地区，以及黏土和低密度种植条件下，DM和SM展现出完全替代PM的潜力。特别值得注意的是，SM在脱盐方面表现最佳，而PM在高盐土壤中的脱盐效果显著。

这项研究的重要意义在于首次建立了基于环境参数的覆盖决策框架，为精准农业提供了量化工具。研究证实通过科学选择覆盖材料，可在减少塑料污染的同时维持甚至提升棉花产量，例如在特定条件下采用DM可兼顾13.4%的产量提升和100%的塑料减量。该成果不仅推动了农业绿色转型，也为应对气候变化下的农田管理提供了新思路，标志着覆盖技术从经验决策向科学决策的重要转变。研究提出的环境阈值体系，如870 mm降水临界值和13.4℃温度转折点，将成为未来覆盖技术推广的重要参考依据。