中国地表覆盖措施对土壤水热、温室气体排放及作物生长影响的研究进展

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb2024-0595

中国农学通报 ›› 2025, Vol. 41 ›› Issue (12): 53-60.doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2024-0595

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中国地表覆盖措施对土壤水热、温室气体排放及作物生长影响的研究进展

陈鑫敏(), 肖登攀(), 路杨

河北师范大学地理科学学院，河北省环境演变与生态建设实验室，石家庄 050024

收稿日期:2024-09-09 修回日期:2025-03-12 出版日期:2025-04-25 发布日期:2025-04-24
通讯作者:
肖登攀，男，1982年出生，河北张北人，教授，博士，主要从事气候变化及农业生态研究。通信地址：050024 河北省石家庄市裕华区南二环东路20号河北师范大学，Tel：0311-80787600，E-mail：xiaodengpan168@163.com。
作者简介:
陈鑫敏，男，2000年出生，河北邢台人，硕士研究生，主要从事作物种植结构调整及其影响研究。通信地址：050024 河北省石家庄市裕华区南二环东路20号河北师范大学，Tel：0311-80787600，E-mail：may_chenxm@163.com。
基金资助:
国家自然科学基金“适应气候变化的华北平原作物种植制度调整与优化”(42377483); 河北省杰出青年基金“适应未来气候变化的华北平原作物种植模式调整与管理措施优化研究”(D2022205010); 河北省自然科学基金“定量化冬小麦作物机理模型遗传参数实现品种设计研究”(D2023205034); 河北师范大学博士科研启动项目“适应气候变化的种植模式调整和管理优化”(L2023B38)

Research Progress on Effects of Land Cover Measures on Soil Water & Temperature, Greenhouse Gas Emissions and Crop Growth in China

CHEN Xinmin(), XIAO Dengpan(), LU Yang

College of Geography Science, Hebei Normal University, Laboratory of Environmental Evolution and Ecological Construction of Hebei, Shijiazhuang 050024

Received:2024-09-09 Revised:2025-03-12 Published:2025-04-25 Online:2025-04-24

摘要/Abstract

摘要：

地表覆盖作为实现农业绿色高效和可持续发展的关键措施，能够调节土壤水热、促进作物生长并减少温室气体排放。本研究旨在明确农业生产中地表覆盖措施对土壤水热、温室气体排放、作物生长及产量的影响，从而为农田地表管理提供科学指导。基于不同地表覆盖管理及其影响的研究，通过3种典型地表覆盖措施（秸秆、地膜和绿肥覆盖）土壤水热、温室气体排放和作物生长影响的综述，结果表明：（1）秸秆和地膜覆盖能够有效调节土壤水热；（2）秸秆由于自身腐化增加温室气体排放；地膜覆盖易形成厌氧环境，导致CH₄增加；（3）秸秆和地膜覆盖都能通过调节土壤水热来促进作物生长，且以增产效果为主，秸秆和绿肥覆盖能为作物生长提供更多养分，提升土地肥力，改善作物的性状和品质。总体而言，合理的地表覆盖措施对土壤肥力、作物产量以及温室气体减排有着积极作用，有助于保护耕地墒情、改善土壤质量、促进作物生长、提高作物产量，这对实现农业用地养地、提质增效、绿色发展具有重要意义。

关键词: 地表覆盖措施, 秸秆覆盖, 地膜覆盖, 绿肥

Abstract:

The study aims to investigate the impact of land cover measures on soil water and temperature, greenhouse gas emissions, and crop growth and yield in agricultural production, with the goal of providing scientific guidance for farmland surface management. Based on the study of different land cover managements and their effects, the study reviewed the effects of three typical land cover measures (straw mulching, plastic mulching and green manure) on soil water and heat, greenhouse gas emissions, and crop growth. The results showed that: (1) straw mulching and plastic mulching effectively regulated soil water and temperature. (2) Straw mulching increased greenhouse gas emissions due to its decay, while plastic mulching facilitated the formation of anaerobic environments, leading to an increase in CH₄emissions. (3) Both straw mulching and plastic mulching regulated soil water temperature to promote crop growth, primarily by increasing production. Additionally, straw mulching and green manure provided more nutrients for crop growth, improved soil fertility, and enhanced crop characteristics and quality. On the whole, the study concluded that reasonable land cover measures had positively affected soil fertility, crop yield and the reduction of greenhouse gas emissions. These measures helped to protect soil moisture content, improve soil quality, promote crop growth, and increase crop yield, which were crucial for achieving the goals of agricultural land cultivation, quality and efficiency improvement, and green development.

Key words: land cover measures, straw mulching, plastic mulching, green manure

陈鑫敏, 肖登攀, 路杨. 中国地表覆盖措施对土壤水热、温室气体排放及作物生长影响的研究进展[J]. 中国农学通报, 2025, 41(12): 53-60.

CHEN Xinmin, XIAO Dengpan, LU Yang. Research Progress on Effects of Land Cover Measures on Soil Water & Temperature, Greenhouse Gas Emissions and Crop Growth in China[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2025, 41(12): 53-60.

图/表 8

参考文献 61

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研究区	试验管理	结果	参考文献
东北地区	玉米秸秆，设不覆盖、6 t/hm² 2个处理	6 t/hm²处理的玉米产量在2011年下降了18%，在2012年下降了26%	[33]
华北地区	小麦秸秆，设0、3000、 6000 kg/hm² 3个处理	3000、6000 kg/hm²处理的冬小麦产量比0 kg/hm²分别降低了5%和7%	[34]
长江流域	小麦秸秆，设0、3000、6000、9000、 12000^、15000、18000 kg/hm² 7个处理	12000 kg/hm²处理的夏玉米产量最高；玉米穗长、穗径、穗粒数、千粒重和产量较0、18000 kg/hm²分别提高18.4%、7.1%、4.0%、 8.9%、8.8%和8.5%、3.6%、1.6%、3.6%、3.5%	[37]
华北地区	小麦秸秆，设0、6、12 t/hm² 3个处理	12 t/hm²处理的夏玉米产量显著高于0、6 t/hm²处理	[38]
长江流域	小麦秸秆，设不覆盖，15000、20000、 30000 kg/hm² 4个处理	不覆盖处理在棉花吐絮期的果枝数和成铃数为8.0和10.7，不同秸秆覆盖量处理可达12.2~13.2和25.9~29.9	[39]
黄土高原	小麦秸秆，设不覆盖，地膜覆盖，秸秆覆盖(4 t/hm²)³个处理	夏玉米平均产量提高9.8%，冬小麦平均产量提高7.4%	[40]

研究区	试验管理	结果	参考文献
东北地区	玉米秸秆，设不覆盖、6 t/hm² 2个处理	6 t/hm²处理的玉米产量在2011年下降了18%，在2012年下降了26%	[33]
华北地区	小麦秸秆，设0、3000、 6000 kg/hm² 3个处理	3000、6000 kg/hm²处理的冬小麦产量比0 kg/hm²分别降低了5%和7%	[34]
长江流域	小麦秸秆，设0、3000、6000、9000、 12000^、15000、18000 kg/hm² 7个处理	12000 kg/hm²处理的夏玉米产量最高；玉米穗长、穗径、穗粒数、千粒重和产量较0、18000 kg/hm²分别提高18.4%、7.1%、4.0%、 8.9%、8.8%和8.5%、3.6%、1.6%、3.6%、3.5%	[37]
华北地区	小麦秸秆，设0、6、12 t/hm² 3个处理	12 t/hm²处理的夏玉米产量显著高于0、6 t/hm²处理	[38]
长江流域	小麦秸秆，设不覆盖，15000、20000、 30000 kg/hm² 4个处理	不覆盖处理在棉花吐絮期的果枝数和成铃数为8.0和10.7，不同秸秆覆盖量处理可达12.2~13.2和25.9~29.9	[39]
黄土高原	小麦秸秆，设不覆盖，地膜覆盖，秸秆覆盖(4 t/hm²)³个处理	夏玉米平均产量提高9.8%，冬小麦平均产量提高7.4%	[40]

研究区	试验管理	结果	参考文献
南方地区	设秸秆掩埋、秸秆覆盖2个处理	秸秆掩埋比秸秆覆盖更能提高氮肥利用率和玉米产量	[5]
西北地区	设秸秆掩埋、秸秆覆盖2个处理	秸秆覆盖比秸秆掩埋更能提高氮肥利用率和玉米产量	[5]
东北地区	玉米秸秆，设不覆盖、秸秆覆盖、秸秆深耕还田3个处理	秸秆深耕还田处理的每公顷籽粒产量分别比不覆盖和秸秆覆盖处理高3.01%和6.40%，百粒重分别高2.37%和5.77%，每穗粒数均高11.8%，每公顷穗数分别低11.4%和9.68%	[41]
中国	设秸秆掩埋、秸秆覆盖2个处理	秸秆覆盖和秸秆掩埋都提高了作物产量；在年平均降水量<400 mm 的地区，秸秆覆盖比秸秆掩埋更能增加土壤养分含量，而在年平均降水量>800 mm的地区，则相反	[42]

研究区	试验管理	结果	参考文献
南方地区	设秸秆掩埋、秸秆覆盖2个处理	秸秆掩埋比秸秆覆盖更能提高氮肥利用率和玉米产量	[5]
西北地区	设秸秆掩埋、秸秆覆盖2个处理	秸秆覆盖比秸秆掩埋更能提高氮肥利用率和玉米产量	[5]
东北地区	玉米秸秆，设不覆盖、秸秆覆盖、秸秆深耕还田3个处理	秸秆深耕还田处理的每公顷籽粒产量分别比不覆盖和秸秆覆盖处理高3.01%和6.40%，百粒重分别高2.37%和5.77%，每穗粒数均高11.8%，每公顷穗数分别低11.4%和9.68%	[41]
中国	设秸秆掩埋、秸秆覆盖2个处理	秸秆覆盖和秸秆掩埋都提高了作物产量；在年平均降水量<400 mm 的地区，秸秆覆盖比秸秆掩埋更能增加土壤养分含量，而在年平均降水量>800 mm的地区，则相反	[42]

研究区	试验管理	结果	参考文献
北方地区	设秸秆不同覆盖量和不同施氮量处理	秸秆覆盖量<6000 kg/hm²和施氮量<100 kg/hm² 对玉米增产效果显著	[5]
华北地区	玉米秸秆，设0、4500、9000 kg/hm² 3个秸秆还田处理和0、150、225、300 kg/hm² 4个施氮量处理	秸秆覆盖量4500 kg/hm²，氮肥225 kg/hm² 增加了冬小麦的千粒重和籽粒产量	[43]
东北地区	玉米秸秆，设9000 kg/hm²秸秆还田量下，0、90、150、 210、270、330 kg/hm² 6个氮肥施用量水平和210 kg/hm² 施肥量下，0、4500、9000、13500 kg/hm² 4个秸秆还田量	210 kg/hm²施肥量下，最佳秸秆还田量为 9000 kg/hm²，氮肥施用量为0、90、150 kg/hm² 时具有更高的产量	[44]

中国地表覆盖措施对土壤水热、温室气体排放及作物生长影响的研究进展

Research Progress on Effects of Land Cover Measures on Soil Water & Temperature, Greenhouse Gas Emissions and Crop Growth in China

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甘肃旱作区	设地膜覆盖(0.008 mm)、无地膜覆盖掺入秸秆 (5~7.5 t/hm²)、掺入秸秆-地膜覆盖，无地膜覆盖或掺入秸秆4个处理	地膜覆盖的玉米籽粒产量和地上生物量分别增加了30%~107%和37%~69%	[45]
青海旱作区	设不覆膜和覆膜（厚度为0.010 mm） 2个处理	覆膜处理较不覆膜春油菜产量提高13.78%	[46]
黄土高原	设不覆膜和覆膜2个处理	地膜覆盖导致马铃薯产量显著提高了29.2%	[47]
黄土高原	设不覆盖和地膜覆盖(0.005 mm) 2个处理	覆膜处理下的夏玉米平均产量提高了26.4%，冬小麦平均产量提高了21.3%	[40]
中国	设不覆膜和覆膜2个处理	地膜覆盖使作物（小麦、玉米、马铃薯、棉花）产量显著提高，其中，马铃薯产量提高30.62%	[7]

研究区	试验管理	结果	参考文献
东北地区	设无覆盖、普通地膜覆盖、降解地膜覆盖和秸秆覆盖4个处理	普通地膜和降解地膜覆盖4 a平均增加了玉米8.59%和14.13%的产量，秸秆覆盖4 a平均减产8.96%	[19]
河套灌区	设无地膜覆盖、可生物降解地膜覆盖和地膜覆盖3个处理	普通地膜和生物降解地膜覆盖的玉米产量分别提高了35.4%和28.3%	[48]
渭北旱塬地区	设裸地平作、塑料地膜覆盖、生物降解膜覆盖、玉米秸秆覆盖、液态膜覆盖5个处理	生物降解地膜和塑料地膜覆盖延长了玉米营养生长时间，使玉米全生育期提前11 d，生物降解地膜、塑料地膜和液态膜覆盖玉米分别增产26.9%、34.7%和2.4%，秸秆覆盖造成玉米减产10.5%	[49]

研究区	试验管理	结果	参考文献
大兴安岭南麓地区	设国标地膜(0.010 mm)、降解地膜(0.010 mm)、增厚地膜 (0.012 mm)3个处理	降解地膜(0.010 mm)、增厚地膜(0.012 mm)处理均能提高玉米产量，降解地膜处理玉米产量较国标地膜处理增产12.37%	[22]
西北地区	设0.006、0.008、0.010、 0.012 mm 4个地膜厚度处理	0.008、0.010、0.012 mm地膜厚度处理下棉花产量分别比 0.006 mm厚度地膜处理提高3.39%、4.97%、7.44%	[50]
阴山北麓地区	设0.006、0.008、0.011、 0.012 mm 4个地膜厚度处理	增加地膜厚度对株高有促进作用，出苗率在0.008 mm地膜厚度处理最高，马铃薯产量与商品薯率在0.008 mm地膜厚度处理产量最高	[51]

研究区	试验管理	结果	参考文献
渭北旱塬地区	设不覆膜、黑色地膜覆盖、普通白膜覆盖3个处理	黑色地膜覆盖较不覆膜和普通白色地膜覆盖玉米生殖生长期分别延长2~3 d和2 d，成熟期单株干物质积累量分别增加 18.11%、7.31%，产量分别增产22.11%和10.36%	[20]
河套灌区	设不覆膜、黑色地膜覆盖、透明地膜覆盖3个处理	透明地膜和黑色地膜处理的春玉米产量分别增大22.83%、10.31%	[52]
黄土高原	设不覆盖、黑色地膜覆盖、透明地膜覆盖、黑色地膜-秸秆覆盖、透明地膜-秸秆覆盖5个处理	黑色地膜-秸秆覆盖处理比透明地膜处理延长了玉米的生殖生育期5 d，比其他处理延长了2~3 d，2 a平均产量分别比透明地膜-秸秆处理、黑色地膜、透明地膜和不覆膜处理高6.7%、13.4%、18.4%和72.9%	[53]

绿肥科属	研究区	试验管理	结果	参考文献
十字花科	渭北旱塬地区	设黑麦豆、油菜和夏闲3个处理	两年间轮作油菜处理比轮作黑麦豆处理的冬小麦产量分别高出9.3%和43.5%	[54]
	黄河流域	设棉花—二月兰和棉花单作2个处理	棉花—二月兰轮作延长了棉花的生育期，提高了株高、叶面积指数和干物质积累，对棉花产量有正向影响	[55]
	华北平原	设小麦—玉米轮作、玉米单作、紫茎泽兰—玉米轮作3个处理	紫茎泽兰—玉米轮作的处理提高了玉米成熟时对氮(49%)和磷(62%)的吸收和籽粒产量(2%~14%)	[56]
禾本科	华北平原	设冬季休耕、冬季休耕（不施肥）、黑麦草—春玉米、野豌豆—春玉米和紫茎泽兰—春玉米5个处理	施用绿肥10 a后玉米产量较冬季休耕显著提高11.6%。 2019、2020年黑麦草—春玉米、野豌豆—春玉米和紫茎泽兰—春玉米的春玉米产量分别增加了6.3%、 14.6%、11.7%、1.1%、16.6%和11.5%	[57]
	华南地区	设白三叶—玉米、黑麦草—玉米、休耕3个处理，以及免耕和旋耕 2个耕作方式	旋耕—白三叶显著提高了玉米产量和杂草生物量，黑麦草—玉米处理的2 a平均杂草生物量最低，白三叶—玉米次之	[58]
	华南地区	设白三叶、黑麦草和杂草3个处理，以及休耕和旋耕2个耕作方式	休耕处理下，黑麦草覆盖更能提高玉米以及大豆产量；旋耕处理下，白三叶草和杂草处理的玉米产量则高于黑麦草处理	[59]
豆科	大同盆地	设毛叶筈苕子、田菁、草木樨、箭豌豆、紫花苜蓿和黑麦草和不覆盖7个处理	毛叶筈苕子、田菁、草木樨、箭豌豆、紫花苜蓿和黑麦草处理轮作青贮玉米的鲜草产量分别增产 72.9%、17.5%、60.9%、48.5%、27.8%和4.87%	[60]
豆科	江汉平原	设秸秆不还田（不施肥）、秸秆不还田（施肥）、秸秆全量覆盖还田、秸秆焚烧还田、紫云英和紫云英—秸秆全量覆盖6个处理	种植紫云英和紫云英-秸秆全量覆盖连续3 a 显著提高了水稻产量，增幅分别为6.88%~11.67% 和6.00%~13.40%	[61]

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