白色地膜覆盖提升西北干旱区春小麦农田水分利用效率并降低碳排放的研究

为解决干旱地区农业水资源短缺和碳排放问题，研究人员开展了白色地膜(WM)与黑色地膜(BM)覆盖对春小麦水分利用效率(WP)和净生态系统碳交换(NEE)影响的研究。结果表明，WM显著提高土壤储水量(SWS)，促进小麦生长，增加CO2吸收，最终实现增产17.43%和WP提升3.54%，为干旱区农业可持续发展提供了有效策略。

　　

在全球气候变化和农业可持续发展的双重挑战下，干旱地区的农业生产面临着水资源短缺和温室气体排放的双重压力。中国西北干旱区作为典型的生态脆弱区，春小麦种植过程中水分利用效率低下和土壤碳排放问题尤为突出。传统黑色地膜(BM)虽能保墒，但其高温效应可能导致作物"避害"现象，反而限制光合碳固定。

针对这一关键问题，中国农业大学水利与土木工程学院的研究团队在甘肃武威市石羊河实验站开展了为期两年的田间试验。研究人员通过对比白色地膜(WM)、黑色地膜(BM)和无覆盖(NM)三种处理，系统评估了不同覆盖方式对春小麦水分利用和碳平衡的影响。研究发现，WM不仅能优化水分利用，还能显著提高CO₂吸收能力，相关成果发表在《Agricultural Water Management》期刊。

研究采用自动化开顶箱系统(iChamber-S120)连续监测净生态系统碳交换(NEE)，结合LI-6800便携式光合仪测定光合参数，同时通过分层取样分析根系分布和干物质积累(DM)。试验设置完全随机区组设计，监测指标包括土壤水分动态、作物生长参数和产量构成要素。

研究结果显示：在水分利用方面，WM处理使0-100cm土层储水量(SWS)显著高于BM和NM，全生育期实际蒸散发(ET_{c act})较NM降低9.73%。作物生长特性上，WM促进有效分蘖形成，使分蘖数较BM增加12.84%，茎叶干物质积累量提高14.48%。光合特性方面，WM处理的净光合速率(Pn)和气孔导度(Gs)均显著优于BM，叶片内在水分利用效率(WUE_int)提高8.48%。碳平衡分析发现，WM使白天CO₂吸收量增加17.43%，虽夜间碳排放有所上升，但净碳交换(NEE)仍显著改善。最终产量表现上，WM处理较BM增产4.46%，水分生产率(WP)提高1.45%。

该研究的创新性在于首次系统阐明了白色地膜在干旱区春小麦生产中的双重效益机制：通过改善土壤微环境，WM既优化了水分利用过程，又增强了作物碳同化能力。特别是在高温时段，WM能维持稳定的CO₂吸收，避免了BM常见的"避害"现象。研究提出的WM覆盖技术为干旱区农业实现"节水减排"双目标提供了切实可行的解决方案，对应对气候变化下的粮食安全挑战具有重要意义。从推广应用角度看，WM较传统BM更具成本效益，其反射特性还能缓解地表高温胁迫，这项成果为西北干旱区乃至全球类似生态区的可持续农业发展提供了重要参考。