滴灌条件下透明与黑色地膜覆盖对马铃薯产量及温室气体排放的调控机制研究

针对西北干旱区地膜覆盖对温室气体排放影响机制不明确的问题，研究人员通过三年田间试验，比较了透明地膜（TM）、黑色地膜（BM）与无覆盖（NM）对马铃薯田CH4吸收、N2O排放及土壤气体扩散的影响。研究发现BM在维持产量同时显著降低温室气体强度（GHGI），为干旱区农业可持续发展提供了优化方案。

　　

在全球气候变化背景下，农业生态系统贡献了14-17%的人为温室气体排放，其中地膜覆盖技术虽能提高作物产量，但其对CH₄和N₂O排放的影响长期存在争议。西北干旱区广泛采用滴灌覆膜种植马铃薯，但透明与黑色地膜对温室气体通量的差异化调控机制尚不明确，亟需从土壤气体扩散与微环境互作的角度揭示其影响规律。

中国农业大学农业水资源高效利用国家重点实验室的研究团队在《Soil and Tillage Research》发表了三年的田间试验成果。研究采用静态箱-气相色谱法测定气体通量，结合Fick扩散定律计算土壤剖面CH₄和N₂O扩散通量，并通过结构方程模型解析环境因子的相对贡献。

研究结果

1. 土壤环境变量
   TM和BM使0-20 cm土层水分填充孔隙度（WFPS）提高5.1-6.2%，土壤氧浓度降低0.5-1.3%，其中TM对土壤温度提升更显著（3.0℃ vs BM的1.0℃）。

2. 温室气体通量
   TM使CH₄吸收降低12.6%，而BM影响不显著；两种地膜均增加N₂O排放（TM: +14.4%, BM: +9.9%）。剖面扩散分析显示，TM使0-20 cm土层CH₄扩散通量减少16.8%，N₂O扩散增加8.9%。

3. 驱动机制
   LMG分析表明，无覆盖下WFPS对CH₄吸收的解释度达51%，而覆膜后硝态氮（NO₃^--N）成为主导因素（TM: 50%, BM: 44%）。结构方程模型证实，地膜通过提高WFPS抑制CH₄向下扩散，同时通过增加NO₃^--N促进N₂O向上传输。

4. 生产力与排放权衡
   BM使马铃薯块茎产量平均提高12.0%，其全球增温潜势（GWP）虽高于NM 10.9%，但因产量优势使温室气体强度（GHGI）与NM无显著差异。TM的GHGI则显著高于NM 16.3%。

结论与意义
该研究首次阐明黑色地膜通过优化土壤热力学环境（较透明膜降温2℃）和维持氮素有效性，在提升马铃薯产量的同时实现温室气体减排平衡。成果为干旱区选择环境友好型覆膜技术提供了理论依据，对实现"双碳"目标下的农业可持续发展具有重要实践价值。研究建议将黑色地膜作为西北地区马铃薯种植的优先选择，并为全球类似气候区的地膜管理政策制定提供了数据支撑。