近年来，覆膜技术在马铃薯种植中的应用日益广泛，显着提高了马铃薯的产量和品质。然而，该技术也带来了环境污染等问题，引发了学界和产业界的广泛关注。本研究聚焦马铃薯覆膜种植技术的效果及环境影响，系统分析了覆膜技术在马铃薯生长各阶段的应用方法，探讨了其对产量、品质的提升效果，以及对土壤环境的影响，旨在为马铃薯种植技术的可持续发展提供理论依据和实践指导，推动农业生产与生态保护的协调发展。
一、马铃薯覆膜种植技术概述
1、覆膜技术的原理
覆膜技术是一种在农业生产中广泛应用的栽培方法，其核心理念是通过在作物种植区域覆盖特定材料，以改善局部生态环境，促进作物生长。在马铃薯种植中，覆膜技术主要利用塑料薄膜或其他可降解材料作为覆盖物。该技术的原理基于物理屏障和微环境调控两个方面。物理屏障作用体现在阻隔外界不利因素对作物的影响，如减少水分蒸发、抑制杂草生长、防止土壤板结等。微环境调控则通过改变土壤表层的温度、湿度和光照条件，为作物创造更适宜的生长环境。覆膜材料的选择和使用方式直接影响技术效果，常见的覆膜材料包括聚乙烯、聚丙烯等合成材料，以及秸秆、稻草等天然材料。不同材料的物理特性，如透光性、透气性和保温性，决定了其在调节土壤温度、水分和气体交换方面的效果。因此，覆膜技术的科学应用需要综合考虑作物生理需求、环境条件和经济效益等多重因素。
2、覆膜技术在马铃薯种植各阶段的应用方法
覆膜技术在马铃薯种植的全生育期内均有应用，但各阶段的具体方法和目标存在差异。通过提前覆盖透明地膜，可加速土壤升温，促进土壤微生物活性，为马铃薯种薯的萌发创造有利条件。种植期间，采用畦面覆膜或全膜覆盖技术，可有效保持土壤水分，抑制杂草生长，并调节地温。在马铃薯出苗后，根据生长情况适时揭膜或开孔，以确保植株获得充足光照和通风。块茎形成期是覆膜技术的关键阶段，此时通过调整覆膜材料的颜色和透光性，可影响土壤温度和光照强度，从而调控块茎的数量和大小。在收获前期，适当揭膜或使用可降解地膜，有利于土壤水分管理和块茎成熟。
二、覆膜技术对马铃薯生长及产量的影响
1、对土壤温度和水分的调节作用
覆膜技术通过改变土壤表面的物理特性，显着影响土壤温度和水分状况。在温度调节方面，覆膜材料减少了土壤与大气的直接热交换，形成温室效应，提高了土壤温度。研究结果表明，采用透明地膜可使土壤温度比裸地提升2-5℃，而采用黑色地膜则可提升1-3℃。这种温度提升效应在早春和寒冷地区尤为明显，有助于提前播种和加速作物生长。覆膜技术的应用可以显着降低土壤表面的蒸发量，从而提升水分的利用效率。实验数据显示，覆膜可减少30%-50%的土壤水分蒸发，有效保持土壤湿度。此外，覆膜还能改善土壤结构，增加土壤孔隙度，促进水分在土壤的均匀分布。这种水分调节作用不仅减少了灌溉需求，还为马铃薯根系创造了稳定的水分环境，有利于根系发育和养分吸收。
2、对马铃薯生长期的影响
覆膜技术对马铃薯全生育期均产生显着影响。在出苗期，提高的土温加速了种薯萌发和幼苗生长，可使出苗时间提前3-5天。营养生长期，覆膜促进了光合作用和养分吸收，加快了茎叶生长速度，提高了叶面积指数。研究发现，覆膜处理的马铃薯植株比未覆膜的高10-15cm，叶面积指数增加15%-20%。块茎形成期，稳定的土壤温度和水分条件有利于块茎的均匀生长和膨大。覆膜还能延长马铃薯的有效生长期，推迟植株衰老。统计数据显示，覆膜可使马铃薯生育期延长7-10天。这种生长期的调控效应不仅提高了单株产量，还为多茬种植创造了条件，有利于提高土地利用率。然而，需要注意的是，过度覆膜可能导致植株徒长或块茎发育不良，因此在实际应用中需根据品种特性和环境条件进行适当调整。
3、对马铃薯产量和品质的提升效果
覆膜技术通过优化生长环境，显着提高了马铃薯的产量和品质。产量方面，多项田间试验结果表明，覆膜栽培比常规栽培增产15%-30%。这种增产效应主要源于单株块茎数量的增加和单个块茎重量的提高。质量方面，覆膜技术改善了块茎的外观和内在品质。统计数据显示，覆膜处理的马铃薯商品率提高10%-15%，淀粉含量增加1%-2%，维生素C含量提高5%-8%。此外，覆膜还能减少青皮薯和畸形薯的比例，提高了马铃薯的市场价值。然而，覆膜对品质的影响因品种和环境条件而异。例如，在某些高温地区，过度覆膜可能导致块茎中还原糖含量升高，影响加工品质。因此，在追求高产的同时，需要综合考虑品质因素，选择适宜的覆膜材料和管理措施，以实现产量和品质的协同提升。
4、不同覆膜材料的比较分析
覆膜材料的选择直接影响马铃薯种植的效果。常用的覆膜材料包括聚乙烯膜、生物降解膜和有机覆盖物。聚乙烯膜因其低成本和良好的保温保湿效果而被广泛应用，但存在难降解的环境问题。生物降解膜在功能上与聚乙烯膜相近，且能自然降解，但成本较高。有机覆盖物如秸秆、稻草等，虽然保温效果略逊，但能改善土壤结构，增加有机质含量。研究表明，在温带地区，透明聚乙烯膜的增产效果最为显着，平均增产率达25%；生物降解膜次之，增产率为20%左右；有机覆盖物的增产效果相对较低，约为10%-15%。然而，在干旱地区，有机覆盖物的保水效果优于塑料膜。此外，不同材料对土壤微生物群落的影响也存在差异。
三、覆膜技术在马铃薯种植中的环境影响
1、对土壤理化性质的影响
覆膜技术对土壤理化性质产生多方面影响。在物理性质方面，长期覆膜能改变土壤结构，增加土壤孔隙度，提高土壤通气性和透水性。研究表明，覆膜3-5年后，表层土壤的容重降低5%-10%，总孔隙度提高3%-5%。然而，过度使用不可降解地膜可能导致土壤板结，影响耕作质量。化学性质方面，覆膜通过调节土壤温度和水分，影响养分的转化和迁移。实验数据显示，覆膜条件下，土壤有效氮、磷、钾含量分别增加10%-15%、8%-12%和5%-8%。这主要归因于覆膜减少了养分的淋失和挥发。此外，覆膜还能影响土壤pH值，通常使土壤呈现微酸性趋势，有利于大多数营养元素的有效性。然而，长期覆膜可能导致土壤盐分累积，特别是在干旱和半干旱地区。因此，在实际应用中，需要定期监测土壤理化指标，采取轮作或间作等措施，以维持土壤健康。
2、对土壤微生物群落的影响
覆膜技术通过改变土壤微环境，显着影响土壤微生物群落的结构和功能。研究表明，覆膜条件下，土壤细菌和真菌的总量通常会增加。具体而言，覆膜后细菌数量增加20%-30%，真菌数量增加15%-25%。这种增加主要源于覆膜提高了土壤温度和湿度，为微生物生长创造了有利条件。然而，覆膜对不同类群微生物的影响存在差异。例如，覆膜往往促进了一些腐生菌和根际有益菌的生长，但可能抑制某些需氧菌的活性。微生物群落结构的变化直接影响土壤生态功能。实验数据显示，覆膜处理的土壤酶活性普遍提高，其中脲酶活性增加15%-20%，蔗糖酶活性增加10%-15%，这有利于土壤有机质的分解和养分循环。然而，长期覆膜可能导致某些微生物多样性下降，影响土壤生态系统的稳定性。因此，在应用覆膜技术时，需要考虑采取措施维护土壤微生物多样性，如间歇性揭膜或使用生物降解膜等。
3、地膜残留及其污染问题
地膜残留是覆膜技术应用中最突出的环境问题之一。统计数据显示，常规农田每年地膜使用量为60-120kg/hm2，但回收率仅为50%-60%，导致大量地膜残留在土壤中。地膜残留主要以两种形式存在：可见残膜和微塑料颗粒。长期累积的地膜残留对农业生产和生态环境造成严重影响。首先，残留地膜破坏土壤结构，降低耕地质量。研究表明，当土壤中地膜残留量达到250kg/hm2时，会导致作物减产10%-20%。其次，地膜分解产生的微塑料颗粒可能被作物吸收，进入食物链，威胁人类健康。此外，地膜残留还会影响土壤水分运动和气体交换，干扰植物根系生长。为解决这一问题，需要从多个方面采取措施：开发和推广可降解地膜；改进地膜回收技术，提高回收效率；建立健全地膜回收体系，完善相关法规政策。同时，加强农民教育，增强环保意识，也是减少地膜污染的重要途径。
4、温室气体排放的变化
覆膜技术对农田温室气体排放的影响是一个复杂的过程，涉及多种气体和多个影响因素。研究表明，覆膜对不同温室气体的排放影响不同。就二氧化碳（CO2）而言，覆膜通常会减少土壤呼吸，从而降低CO2排放。实验数据显示，覆膜处理比裸地CO2排放量减少15%-25%。这主要是因为覆膜限制了土壤与大气的气体交换，同时提高了作物光合作用效率。然而，对于甲烷（CH4）和氧化亚氮（N2O）的排放，覆膜的影响较为复杂。在水稻田中，覆膜可能增加CH4的排放，但在旱地条件下，如马铃薯种植，覆膜对CH4排放的影响较小。N2O排放方面，覆膜通过改变土壤水分和温度条件，可能增加或减少排放量，具体效果取决于土壤类型和管理措施。总体而言，覆膜技术对温室气体净排放的影响需要综合评估，考虑增产效应带来的碳汇增加和各种气体排放的变化。
四、马铃薯覆膜种植技术的优化及可持续发展
1、生物降解地膜的推广应用
生物降解地膜作为传统聚乙烯地膜的替代品，这类地膜由可再生资源，如淀粉、纤维素或聚乳酸等材料制成，能在自然条件下逐步分解为二氧化碳和水，有效解决地膜残留问题。研究表明，生物降解地膜在作物生长期内能保持与传统地膜相近的保温保湿效果，对马铃薯产量的提升幅度达到15%-20%。然而，其成本较高和耐候性相对较差等问题仍需解决。优化策略包括：改进生物降解地膜配方，提高其力学性能和使用寿命；开发具有缓释肥效的功能性生物降解地膜，实现覆膜与施肥的协同效应；建立生物降解地膜标准体系，规范产品质量；推动规模化生产，降低成本。此外，针对不同气候区和土壤类型，研发适宜的生物降解地膜产品，以满足多样化的农业生产需求。通过这些措施，预计在未来5-10年内，生物降解地膜有望在马铃薯种植中实现大规模应用，显着减轻农田生态环境压力。
2、精准覆膜技术的集成与应用
精准覆膜技术是优化马铃薯覆膜种植的重要方向，旨在通过信息技术和智能设备，实现覆膜材料、时间和方式的精确控制。该技术整合了遥感监测、地理信息系统（GIS）和物联网等先进技术，构建了覆膜决策支持系统。具体措施包括：利用多光谱遥感技术监测作物生长状况和土壤墒情，动态调整覆膜参数；开发智能覆膜机械，实现变量覆膜，根据土壤和地形特征自动调整覆膜厚度和宽度；建立覆膜效果评估模型，综合考虑产量、品质和环境影响，优化覆膜策略。实验数据显示，精准覆膜技术可使地膜用量减少20%-30%，同时保持或略微提高马铃薯产量。此外，该技术还能提高水肥利用效率，减少农药使用量。然而，精准覆膜技术的推广面临设备成本高和技术门槛高等挑战。因此，需要加强农机农艺融合研究，开发适合小型农户的简化版精准覆膜设备；同时，建立区域性示范基地，通过培训和技术服务，提高农民对精准覆膜技术的接受度和应用能力。
3、覆膜－轮作体系的优化设计
覆膜－轮作体系优化是解决长期覆膜导致的土壤退化问题的有效策略。该体系通过科学设计作物轮作顺序和覆膜方案，实现土壤质量改善和作物产量提升的双重目标。具体措施包括：选择适宜的轮作作物，如豆科作物或深根系作物，以改善土壤结构，增加有机质含量；调整覆膜频率，如隔年覆膜或间作覆膜，减少地膜累积；采用不同类型覆膜材料的交替使用，如塑料膜与有机覆盖物结合，平衡环境效益和经济效益。研究表明，合理的覆膜－轮作体系可使土壤有机质含量提高5%-10%，土壤酶活性增加15%-20%，同时保持较高的作物产量。在实施过程中，需考虑地区气候特征和市场需求，制定因地制宜的轮作方案。例如，在北方地区可采用“马铃薯-玉米－小麦”三年轮作模式，其中马铃薯和玉米采用覆膜栽培，小麦免覆膜。此外，还应结合保护性耕作技术，如免耕或少耕，进一步提升土壤保护效果。通过系统优化覆膜－轮作体系，不仅能维持马铃薯高产稳产，还能实现农田生态系统的可持续发展。
4、覆膜回收技术创新与管理体系构建
覆膜回收技术创新与管理体系构建是解决地膜污染的关键策略。该策略旨在提高地膜回收率，减少环境污染，同时创造经济价值。技术创新方面，重点发展高效回收设备，如多功能地膜残留捡拾机，能同时完成残膜收集和土壤筛分，回收效率提高30%-50%。开发地膜识别与分拣技术，利用光谱分析和机器视觉，提高回收地膜的纯度。探索地膜再生利用技术，将回收地膜转化为工业原料或新型农用材料。管理体系构建方面，建立了“政府主导、企业运作、农民参与”的地膜回收模式。实施地膜使用登记制度，追踪地膜全生命周期。建立地膜回收激励机制，如补贴或积分兑换，提高农民参与的积极性。完善地膜回收相关法规，明确各方责任。数据显示，通过系统实施这些措施，地膜回收率可提高到80%-90%。然而，回收成本高和再生产品市场不稳定等问题仍需解决。未来应加强产学研合作，开发低成本、高附加值的地膜再生产品，并拓展应用领域，形成循环经济产业链。
综上所述，马铃薯覆膜种植技术在提高产量和品质方面具有显着效果，但同时也面临着环境污染等挑战。通过上文这些策略的实施有望在保持高产的同时，最大限度地减少环境负面影响。未来研究应着重于开发更加环境友好的覆膜材料，完善精准农业技术在覆膜种植中的应用，深入探讨覆膜技术对土壤生态系统的长期影响，以及构建更加高效的地膜回收利用体系。
（作者单位：535300广西壮族自治区钦州市浦北县农业发展中心；535300广西壮族自治区钦州市浦北县植物保护站；535300广西壮族自治区钦州市浦北县农产品质量安全检测站）
DOI： 10.3969/j.issn.1003-1650.2025.01.018
