弱化塑料覆盖技术提升东非高原玉米生产力并增强环境效益的研究

针对东非高原(EAP)全塑覆盖(FPM)农业导致的土壤微塑料污染和温室气体(GHG)排放问题，研究人员通过半塑覆盖结合秸秆还田(HPM+SB)的创新模式，显著提升玉米产量(28.6-73.6%)和水利用效率(WUE 70.8%)，同时降低GHG排放强度13.2%，塑料回收率达95.1%，为干旱区农业可持续发展提供新范式。

　　

在东非高原(EAP)这片海拔超过1500米的广袤土地上，季节性干旱和贫瘠的土壤严重制约着农业生产。当地农民广泛采用的全塑覆盖(FPM)技术虽能显著提高玉米产量，却带来令人忧心的环境代价——每年每公顷土地残留69公斤塑料薄膜，这些难以降解的微塑料破坏土壤结构、抑制微生物活性，还导致温室气体(GHG)排放增加13.2%。更棘手的是，这片以雨养农业为主的区域缺乏完善的塑料回收体系，环境负担日益加重。

面对这一困境，由中国国家自然科学基金等项目资助的研究团队在肯尼亚Jomo Kenyatta农业大学实验农场展开为期两年的田间试验。研究人员创新性提出"弱化塑料覆盖"策略：将传统全塑覆盖减半，同时结合秸秆还田技术。通过5种处理方案对比（包括全塑覆盖FPM、半塑覆盖HPM、以及三种秸秆结合模式HPM+SM/HPM+SB/FSM），系统评估了土壤水文状况、玉米产量、塑料残留及GHG排放等关键指标。

研究采用土壤水分传感器(SWS)动态监测0-100cm土层含水量，通过气相色谱法测定CO₂、N₂O等温室气体通量，结合高通量测序分析微生物群落变化。实验设计严格遵循随机区组原则，所有数据均经过ANOVA方差分析和Duncan多重比较检验。

土壤水分响应的优化机制
研究发现半塑覆盖结合浅埋秸秆(HPM+SB)能形成"双屏障"效应：塑料膜减少蒸发损失，秸秆层促进雨水下渗，使土壤贮水量提升9.4%。这种协同作用在长雨季尤为显著，相较传统耕作(CK)，其水分利用效率(WUE)提高70.8%。

产量与环境效益的平衡
令人惊喜的是，HPM+SB处理不仅维持了与FPM相当的产量（增产28.6-73.6%），还带来多重生态红利：土壤有机碳(SOC)含量增加4.4%，微生物量碳提升21.3%，更将塑料使用量减少50%，回收率高达95.1%。温室气体排放强度较FPM降低17.8%，实现"增产不增排"。

微生物群落的积极反馈
16S rRNA测序显示，HPM+SB处理显著提高固氮菌和纤维素分解菌丰度，其特有的"蜂窝状"孔隙结构为微生物创造了理想栖息环境。这种生物调控作用进一步促进氮素循环，减少N₂O排放达23.6%。

这项发表在《Journal of Cleaner Production》的研究证实，弱化塑料覆盖策略通过"以草代塑"的巧妙设计，成功破解了干旱区农业增产与环境保护的两难命题。其创新价值在于：首次量化了东非高原条件下塑料减量使用的生态经济阈值，建立的HPM+SB模式操作简便（仅需将30%秸秆浅埋于塑膜间隙），每公顷可节约成本120美元，为发展中国家农业绿色转型提供可复制的技术模板。正如通讯作者Wei Wang强调的，这种"少即是多"的智慧农业理念，或将成为应对气候变化与粮食安全双重挑战的关键突破口。