《Industrial Crops and Products》：Synergistic effects of biodegradable film mulch and controlled-release fertilizer on economic and environmental performances of sweet maize multi-cropping systems in South China
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本研究比较了不同农作实践对玉米（Zea mays L. saccharata）多熟制的影响，评估了地膜覆盖与施肥的交互效应，测量了产量、效益、土壤质量（soil quality）、杂草（weed）和环境足迹（environmental footprints），
本研究比较了不同农作实践对玉米（Zea mays L. saccharata）多熟制的影响，评估了地膜覆盖与施肥的交互效应，测量了产量、效益、土壤质量（soil quality）、杂草（weed）和环境足迹（environmental footprints），推荐了生物降解地膜（biodegradable film mulch）与控释肥（controlled-release fertilizer）的组合，形成了玉米多熟制的可持续集约化（sustainable intensification）耕作系统。
**论文解读：生物降解地膜与控释肥协同优化华南甜玉米多熟制经济与环境性能**
**研究背景与问题**
华南地区甜玉米（Zea mays L. saccharata）多熟制因气候温暖湿润，杂草滋生严重，农户依赖大量除草剂，导致抗性加剧和环境污染。同时，甜玉米需肥量大，传统多次追肥（基肥+苗期、拔节期、抽雄期、灌浆期）劳动强度高，且华南降水多导致肥料利用率低，氮素流失加剧土壤酸化和水体污染。现有生产模式被视为高投入、高环境成本的不可持续系统。因此，亟需开发简化、高效、环保的耕作体系。生物降解地膜（biodegradable film mulch）可替代传统塑料地膜抑制杂草并减少塑料残留，控释肥（controlled-release fertilizer, CRF）能同步养分释放与作物需求，但两者在热带亚热带多熟制中的交互效应尚不明确。
**研究目的与意义**
研究人员基于两年（2023–2024年）田间试验，在华南农业大学宁西试验农场（广州，24°14′N, 113°38′E）设置6个处理，系统比较了不同覆盖方式（无覆盖、传统塑料地膜、生物降解地膜）与施肥策略（常规多次施肥、一次基施控释肥）对甜玉米多熟制产量、经济效益、土壤质量、杂草控制及环境足迹的影响，并通过熵权-TOPSIS法构建综合评价指数（CEI）进行多目标权衡。该研究旨在为华南甜玉米可持续集约化提供技术参考，论文发表于《Industrial Crops and Products》。
**主要关键技术方法**
1. **田间试验设计**：采用两因素随机完全区组设计，3次重复，小区面积28?m2。覆盖方式包括旋耕无覆盖（CK, T1）、少耕+塑料地膜（T2, T4）、少耕+生物降解地膜（T3, T5）；施肥方式包括常规多次追施尿素（CK, T2, T3）和一次基施树脂包膜控释尿素（44% N）（T1, T4, T5）。所有处理总施氮量相同，磷钾肥一次基施。甜玉米品种为“华美甜12号”，采用垄作、育苗移栽，一年三熟（春、夏、秋）。试验地土壤为红壤，基础有机质32.47?g?kg
?1，全氮1.47?g?kg
?1，pH 5.15。
2. **土壤质量评估**：采集0–20?cm土层，测定容重（BD）、孔隙度（SP）、含水量（WC）、土壤团聚体平均重量直径（MWD）及>0.25?mm团聚体比例（R
0.25）、pH、有机碳（SOC）、全氮（TN）、速效氮（AN）、速效磷（AP）、速效钾（AK）。通过主成分分析（PCA）确定权重，计算土壤质量指数（SQI）。
3. **杂草控制评估**：在R3期（乳熟期）测定杂草鲜重控制效果（FWCE）和密度控制效果（WDCE）；计算Shannon多样性指数（H′）、Simpson优势度指数（D）和Pielou均匀度指数（J）；调查0–10?cm土层杂草种子库密度，并构建杂草状态指数（WSI）。
4. **环境足迹核算**：基于生命周期评价（LCA）计算碳足迹（CF）和氮足迹（NF），包括单位面积（CF
A/NF
A）、单位产量（CF
Y/NF
Y）和单位经济效益（CF
E/NF
E）指标，直接排放系数参考IPCC（2019）。
5. **综合评价**：采用熵权-TOPSIS法构建CEI，整合产量、净收益、SQI、WSI、CF
Y、NF
Y六项指标，计算各处理与理想解的相对接近度。
**研究结果**
**3.1 产量与经济效益**
相比CK，各处理鲜穗产量显著增加9.38%–29.82%，T5（生物降解地膜+控释肥）两年平均增产最高（27.83%和33.30%）。双因素方差分析表明，覆盖和施肥均极显著影响产量（P<0.01），但交互作用不显著。经济效益方面，T5净收益最高，2023年达17,685.81?$?ha
?1，产出投入比3.32；2024年因极端降水产量下降，但T5仍为最优。覆盖和施肥均显著提升效益，交互作用不显著。
**3.2 土壤质量评估**
**3.2.1 土壤物理与化学性质**：T3、T4、T5显著降低0–10?cm土层BD，T5在10–20?cm也显著降低；SP相应增加。土壤pH、SOC、TN在所有处理中均显著高于CK。控释肥处理（T1、T4、T5）的AN更高；T2和T5的AP显著增加；T3、T4、T5的AK显著升高。覆盖显著影响pH、SOC、TN、AK（P<0.01）；施肥显著影响SOC、TN、AN（P<0.01）；覆盖与施肥对pH和TN有显著交互作用（P<0.01）。
**3.2.2 土壤团聚体分布与稳定性**：所有处理提高了大团聚体比例（R
0.25），T5最高（93.75%–95.53%）。T3、T4、T5的MWD显著高于CK。覆盖极显著影响R
0.25和MWD（P<0.01）；施肥显著影响R
0.25，对MWD无显著影响；覆盖×施肥对MWD交互显著（P<0.01）。
**3.2.3 土壤质量指数**：处理SQI均显著高于CK，T5最高（较CK提高213.76%）。覆盖和施肥均极显著改善SQI，交互作用显著（P<0.05）。
**3.3 杂草控制**
**3.3.1 杂草控制效果与群落多样性**：T2–T5的FWCE和WDCE显著为正，T1为负值（杂草增加）。T2控制效果最好，FWCE 51.53%，WDCE 78.63%。覆盖显著影响FWCE和WDCE（P<0.01）；施肥显著影响FWCE（P<0.01）和WDCE（P<0.05）。T3–T5的H′显著低于CK，D和J无显著差异。
**3.3.2 杂草种子库**：T2–T5种子库密度显著降低，T1反而升高。覆盖和施肥均显著影响种子库（P<0.01），交互作用不显著。
**3.3.3 杂草状态指数**：T2–T5的WSI较CK提高258%–307%，T1降低55.51%。覆盖和施肥均显著影响WSI。
**3.4 环境足迹**
单位面积碳足迹（CF
A）和氮足迹（NF
A）在T1–T5中略有增加（0.2%–2.93%），主要来自地膜和控释肥生产。但单位产量碳足迹（CF
Y）降低6.29%–20.80%，单位效益碳足迹（CF
E）降低14.33%–33.63%；单位产量氮足迹（NF
Y）降低8.57%–22.22%，单位效益氮足迹（NF
E）降低16.43%–39.66%。产量和效益的大幅提升抵消了单位面积增加的环境负担，实现生态效率提高。
**3.5 综合评价**
基于熵权-TOPSIS法的CEI结果显示，T5的CEI较CK提高1193.95%，T3提高1034.37%，T4提高910.71%，T2提高853.82%，T1提高303.56%。南丁格尔玫瑰图显示T5在六项指标上得分均衡且最高，T3次之，T1因杂草控制差而表现最弱。
**讨论与结论**
讨论部分指出：覆盖与控释肥的协同作用通过改善土壤水热条件调节养分释放，增强了土壤质量；生物降解地膜因降解过程促进有机质归还有利于长期土壤结构；覆盖显著抑制杂草并降低种子库，但控释肥单独使用可能因无覆盖而刺激杂草生长；产量和效益的提升源于杂草竞争消除和养分供应优化；环境足迹分析表明，基于产量和效益的生态效率改进证明了系统的可持续集约化潜力。综合评价确认T5（生物降解地膜+控释肥）为华南甜玉米多熟制的最优策略。
**结论翻译**：
这项为期两年的田间试验表明，将覆盖措施与改进的施肥策略相结合，增强了华南多熟制中甜玉米的产量、经济效益、土壤质量和杂草控制。传统塑料地膜和生物降解地膜均有效抑制田间杂草和土壤杂草种子库，而控释肥与覆盖结合改善了土壤理化性质。尽管先进实践（T1–T5）略有增加单位面积碳和氮足迹，但由于产量和盈利能力的显著提升，单位产量和单位经济产出的环境足迹得以降低。总体而言，基于CEI评估，生物降解地膜覆盖与控释肥组合（T5）展示了最佳综合性能，表明其作为华南甜玉米可持续生产的有前景的综合管理策略。未来研究应通过不同气候条件、土壤类型和种植制度下的长期、多点田间试验，进一步验证其稳定性和适用性。
