李 昊 李世平 南 靈 李 河 郭清卉

(西北農(nóng)林科技大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，陜西楊凌712100)

中國(guó)棉花地膜覆蓋產(chǎn)量效應(yīng)的Meta分析

李 昊 李世平 南 靈 李 河 郭清卉

(西北農(nóng)林科技大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，陜西楊凌712100)

為定量分析近30 a地膜覆蓋對(duì)棉花的增產(chǎn)效應(yīng)，整合已發(fā)表的相關(guān)田間試驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用Meta分析方法系統(tǒng)分析地膜覆蓋對(duì)棉花的產(chǎn)量效應(yīng)及影響因素。具體過(guò)程包括:異質(zhì)性檢驗(yàn)、綜合效應(yīng)量計(jì)算、發(fā)表偏倚檢驗(yàn)、敏感性分析、累積Meta分析和亞組分析。結(jié)果表明，所收集的數(shù)據(jù)不存在發(fā)表偏倚和極端值，分析結(jié)果可信度較高。與不覆蓋相比，覆蓋地膜的棉花產(chǎn)量平均提高17.2%。自1986年以來(lái)，覆蓋地膜的棉花累積平均增產(chǎn)率為1.2%～18.0%。在平作、年均氣溫小于12℃或年降水量小于500mm的地區(qū)及采用厚度0.008mm地膜覆蓋時(shí)，地膜覆蓋條件下棉花的增產(chǎn)率較高，分別為17.8%、21.5%、19.1%和17.3%;3個(gè)區(qū)域的覆膜增產(chǎn)率由大到小表現(xiàn)為:西北棉區(qū)(24.5%)、黃河流域棉區(qū)(16.5%)、長(zhǎng)江流域棉區(qū)(10.5%);近年來(lái)，覆蓋地膜仍可在一定程度上提高棉花產(chǎn)量，但其增產(chǎn)率已呈下降趨勢(shì)，應(yīng)采取必要的應(yīng)對(duì)措施。

棉花;產(chǎn)量;地膜;Meta分析;殘膜;農(nóng)田污染

引言

棉花是僅次于糧食的第二大農(nóng)作物，也是主要的紡織原材料和戰(zhàn)略物資，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)、人民生活中占有重要地位。中國(guó)是世界主要產(chǎn)棉國(guó)之一，約占全球總產(chǎn)量的31%［1］。棉花喜高溫、耐旱耐鹽堿，可無(wú)限生長(zhǎng)，其產(chǎn)量和品質(zhì)對(duì)光照、輻射、積溫等環(huán)境條件極為敏感［2］。地膜覆蓋栽培技術(shù)因其具有顯著的增溫、保墑、減蒸、抑鹽［3］及提高光效［4］等諸多優(yōu)點(diǎn)，已成為目前中國(guó)棉花生產(chǎn)的主要種植模式。

研究表明，覆蓋地膜可有效降低鹽害，促進(jìn)棉花由營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)向生殖生長(zhǎng)轉(zhuǎn)化，且能改善纖維品質(zhì)等各項(xiàng)指標(biāo)［5］，提高棉花產(chǎn)量［6］。與平作不覆蓋相比，起壟覆膜可促進(jìn)棉苗生長(zhǎng)、增強(qiáng)光合特性、提高生物量累積，同時(shí)能顯著降低棉花葉片中脯氨酸和丙二醛含量及超氧化物歧化酶活性［6－7］。在輕、中度鹽堿區(qū)，覆膜可有效降低出苗至幼苗期耕層土壤鹽分含量，改善根區(qū)土壤水熱狀況，提高成苗率［8］，且較不覆蓋可顯著提高葉面積指數(shù)、葉綠素含量與葉片氣體交換量［9］。但也有研究發(fā)現(xiàn)，殘留在土壤中的地膜會(huì)使土壤容重增加，孔隙度下降，通透性減弱，影響土壤溶質(zhì)運(yùn)移和微生物活性［10－11］。受殘膜隔離影響，種子發(fā)芽困難、根系生長(zhǎng)受阻［10］，不利于作物對(duì)土壤水分和養(yǎng)分的吸收利用，進(jìn)而影響產(chǎn)量［4，12］。

Meta分析是對(duì)同一主題下的多個(gè)研究結(jié)果進(jìn)行綜合分析的方法，通過(guò)效應(yīng)指標(biāo)量化將各個(gè)研究進(jìn)行整合，系統(tǒng)分析特定措施的綜合效應(yīng)及影響因素。目前，國(guó)內(nèi)Meta分析在農(nóng)業(yè)及農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域的應(yīng)用研究仍處于起步階段，主要包括地膜覆蓋對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量的影響［13］、深松對(duì)小麥玉米產(chǎn)量的影響［14］、秸稈還田對(duì)農(nóng)田土壤 N2O排放及影響因素［15］等。本文通過(guò)收集已發(fā)表的關(guān)于中國(guó)地膜覆蓋下棉花產(chǎn)量的田間試驗(yàn)數(shù)據(jù)，以不覆蓋為對(duì)照，應(yīng)用異質(zhì)性檢驗(yàn)、綜合效應(yīng)量計(jì)算、發(fā)表偏倚檢驗(yàn)、敏感性分析、累積Meta分析和亞組分析定量研究地膜覆蓋對(duì)棉花產(chǎn)量的影響，旨在揭示地膜覆蓋對(duì)棉花產(chǎn)量的作用機(jī)制及影響因素，并為進(jìn)一步提高中國(guó)棉花產(chǎn)量提供依據(jù)和建議。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究通過(guò)對(duì)中國(guó)知網(wǎng)、維普、萬(wàn)方、Web of Science、Springer、Engineering Village、Google Scholar等中英文數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，收集截止2016年11月15日國(guó)內(nèi)外發(fā)表的關(guān)于中國(guó)地膜覆蓋對(duì)棉花產(chǎn)量效應(yīng)的田間試驗(yàn)研究論文。為減少偏差并滿足Meta分析對(duì)數(shù)據(jù)的要求，基于以下標(biāo)準(zhǔn)確定該研究的樣本:①試驗(yàn)區(qū)位于中國(guó)范圍內(nèi)，試驗(yàn)地點(diǎn)明確、年份清楚。②試驗(yàn)處理同時(shí)包括地膜覆蓋和不覆蓋。③文中列有2種處理的產(chǎn)量均值及標(biāo)準(zhǔn)差，或提供了各重復(fù)的產(chǎn)量，或試驗(yàn)?zāi)晗薮笥诘扔? a。④試驗(yàn)所用地膜厚度和種植方式清晰。經(jīng)以上標(biāo)準(zhǔn)篩選，共獲得29篇文獻(xiàn)，包含48組數(shù)據(jù)。

1.2 數(shù)據(jù)分類

所收集的數(shù)據(jù)主要涉及河北、河南、山西、山東、江蘇、安徽、湖北和新疆共8個(gè)省、自治區(qū)?？紤]到行政區(qū)劃的完整性、政策及耕作制度的相似性，將中國(guó)棉花種植區(qū)域劃分為3個(gè)棉區(qū)［16］:黃河流域棉區(qū)(包括河北、山東、河南、山西、陜西、北京和天津等)、長(zhǎng)江流域棉區(qū)(包括浙江、江蘇、上海、安徽、江西、湖北、湖南和四川等)和西北棉區(qū)(包括新疆、甘肅等)。所有研究中，地膜均為聚乙烯塑料薄膜，地膜覆蓋均為全生育期覆蓋。具體樣本信息如表1所示。

表1 樣本基本信息Tab．1 Basic information of selected samp les

1.3 數(shù)據(jù)分析

1.3.1 標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算

標(biāo)準(zhǔn)差是Meta分析的一個(gè)重要參數(shù)，可反映各獨(dú)立研究的重要性。當(dāng)文獻(xiàn)列有產(chǎn)量標(biāo)準(zhǔn)差時(shí)，直接使用;當(dāng)文獻(xiàn)沒(méi)有提供產(chǎn)量標(biāo)準(zhǔn)差但有多個(gè)重復(fù)試驗(yàn)的產(chǎn)量，或既未提供產(chǎn)量標(biāo)準(zhǔn)差也無(wú)重復(fù)試驗(yàn)的產(chǎn)量但包含多年試驗(yàn)時(shí)，自行計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差。

1.3.2 效應(yīng)量計(jì)算與整合

利用各研究中地膜覆蓋(試驗(yàn)組)和不覆蓋處理(對(duì)照組)的平均產(chǎn)量、標(biāo)準(zhǔn)差及重復(fù)數(shù)計(jì)算效應(yīng)值［17］

式中 R——反應(yīng)比

Ye——試驗(yàn)組產(chǎn)量，kg/hm2

Yc——對(duì)照組產(chǎn)量，kg/hm2為了更加直觀地反映地膜覆蓋的增產(chǎn)效應(yīng)，將效應(yīng)值ln R轉(zhuǎn)換為增產(chǎn)率

ZY的95%置信區(qū)間若全部大于0，說(shuō)明覆蓋地膜對(duì)棉花產(chǎn)量具有顯著正效應(yīng);若全部小于0，說(shuō)明覆蓋地膜對(duì)棉花產(chǎn)量具有顯著負(fù)效應(yīng);若包含0，則說(shuō)明覆蓋地膜對(duì)棉花產(chǎn)量無(wú)顯著影響。

1.3.3 異質(zhì)性檢驗(yàn)

基于異質(zhì)性檢驗(yàn)結(jié)果選擇固定或隨機(jī)效應(yīng)模型。通過(guò)構(gòu)建異質(zhì)性檢驗(yàn)Q統(tǒng)計(jì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，其計(jì)算公式［18］為

式中 wi——第i個(gè)研究的權(quán)重

n——效應(yīng)量個(gè)數(shù)

Esi——第i個(gè)研究的效應(yīng)量

Es——所有研究效應(yīng)量的平均值

當(dāng)顯著性PQ＜0.05時(shí)，選用隨機(jī)效應(yīng)模型;當(dāng)PQ≥0.05時(shí)，選用固定效應(yīng)模型。

1.3.4 發(fā)表偏倚檢驗(yàn)

發(fā)表偏倚是小樣本效應(yīng)的一種常見現(xiàn)象。小樣本通常比大樣本研究存在更大的處理效應(yīng)［19］，易于發(fā)表，由此產(chǎn)生發(fā)表偏倚［20］。本研究采用漏斗圖和回歸檢驗(yàn)法進(jìn)行發(fā)表偏倚檢驗(yàn)。公式［20］為

其中

式中 ti——t檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量

β0——回歸系數(shù) β1——截距

Sei——第i個(gè)研究的標(biāo)準(zhǔn)差

εi——?dú)埐?vi——?dú)埐钆c效應(yīng)量之比

1.3.5 敏感性分析

敏感性分析通過(guò)逐一移除單個(gè)效應(yīng)量對(duì)其余效應(yīng)量進(jìn)行整合，觀察綜合效應(yīng)量、95%置信區(qū)間及異質(zhì)性檢驗(yàn)等是否發(fā)生較大變化，從而剔除離群值并檢測(cè)結(jié)果的穩(wěn)健性。

1.3.6 累積Meta分析

累積Meta分析是將各研究依次引入Meta分析過(guò)程的一種方法，可反映效應(yīng)量的估計(jì)值及精度隨時(shí)間的變化趨勢(shì)［21］。

1.3.7 亞組分析

亞組分析通過(guò)將文獻(xiàn)按照一定標(biāo)準(zhǔn)劃分為不同組別，并分別對(duì)其進(jìn)行 Meta分析以尋找異質(zhì)性來(lái)源。

1.3.8 數(shù)據(jù)處理

采用R3.3.2編程軟件處理數(shù)據(jù);使用 Origin 9.0軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 地膜覆蓋對(duì)棉花產(chǎn)量的綜合效應(yīng)量和發(fā)表偏倚

對(duì)地膜覆蓋棉花的產(chǎn)量計(jì)算綜合效應(yīng)量(表2)，結(jié)果表明，異質(zhì)性檢驗(yàn)達(dá)到顯著水平(PQ＜0.05)，因此采用隨機(jī)效應(yīng)模型。與不覆蓋相比，覆蓋地膜的棉花產(chǎn)量平均提高17.2%(置信區(qū)間11.6% ～23.1%)。發(fā)表偏倚檢驗(yàn)表明，不存在發(fā)表偏倚(PB＞0.05)。圖1為發(fā)表偏倚檢驗(yàn)漏斗圖。

表2 地膜覆蓋對(duì)棉花產(chǎn)量的綜合效應(yīng)量和發(fā)表偏倚Tab．2 Com prehensive effect size and publication bias of p lastic film mu lching on cotton yield

2.2 地膜覆蓋對(duì)棉花產(chǎn)量的敏感性分析

對(duì)地膜覆蓋的棉花產(chǎn)量進(jìn)行敏感性分析(表3)，結(jié)果表明，任意獨(dú)立樣本的移除對(duì)整體樣本的增產(chǎn)率(14.6% ～17.8%)、95%置信區(qū)間(11.0%～ 23.7%)及增產(chǎn)率顯著性(P＜0.01)均未產(chǎn)生明顯變化，且仍存在顯著的異質(zhì)性(PQ＜0.01)。其中第3個(gè)結(jié)果對(duì)整體的影響相對(duì)較大，但仍未顯著改變?cè)璏eta分析結(jié)果(P＜0.05)，不能將其視為極端值。因此，可認(rèn)為所收集的數(shù)據(jù)可信度較高。

圖1 發(fā)表偏倚檢驗(yàn)漏斗圖Fig．1 Funnel plot by publication bias test

2.3 地膜覆蓋對(duì)棉花產(chǎn)量的累計(jì)Meta分析

對(duì)地膜覆蓋的棉花產(chǎn)量按試驗(yàn)時(shí)間順序進(jìn)行累積Meta分析(圖2，年份后數(shù)字表示同一年不同的試驗(yàn)樣本數(shù)據(jù))。結(jié)果表明，自1986年以來(lái)，與不覆蓋相比，覆蓋地膜的棉花累積平均增產(chǎn)率為1.2%～18.0%。其中，2000年之前，呈快速增加趨勢(shì);2001—2010年之間，呈小范圍波動(dòng)狀態(tài); 2010年之后，則基本穩(wěn)定，但表現(xiàn)出緩慢降低趨勢(shì)。累積增產(chǎn)率的95%置信區(qū)間呈“大—小—大”的變化規(guī)律。可見，近30 a來(lái)，地膜覆蓋在很大程度上促進(jìn)了棉花增產(chǎn)，但近幾年，這種累積促進(jìn)效應(yīng)有所降低。

表3 地膜覆蓋對(duì)棉花產(chǎn)量的敏感性分析Tab．3 Sensitivity analysis of plastic film mulching on cotton yield

2.4 地膜覆蓋對(duì)棉花產(chǎn)量的影響因素分析

地膜覆蓋對(duì)棉花的增產(chǎn)效應(yīng)因不同種植模式、海拔高度、年均氣溫、年降水量、地膜厚度、種植區(qū)域和種植年份而差異較大，但均未達(dá)到顯著水平(圖3)。

平作條件下地膜覆蓋的平均增產(chǎn)率為17.8% (置信區(qū)間11.4%～24.2%)，而壟作條件下的增產(chǎn)率較低，平均為10.3%(置信區(qū)間5.0%～15.6%)。在海拔高度小于100 m和大于等于100 m的地區(qū)，覆蓋地膜的增產(chǎn)效應(yīng)差異較小，分別為15.0%(置信區(qū)間 8.3% ～21.8%)和 17.4%(置信區(qū)間11.6%～23.2%)。與年均氣溫大于等于12℃或年降水量大于等于500 mm的地區(qū)相比，地膜覆蓋在年均氣溫小于12℃或年降水量小于500mm的地區(qū)更能充分發(fā)揮其增溫保墑效應(yīng)，增產(chǎn)率提高幅度較大，前者平均達(dá) 21.5%(置信區(qū)間 13.7% ～29.3%)，后者平均達(dá)19.1%(置信區(qū)間8.2% ～30.1%)。不同厚度的地膜在保溫保水及耐久性方面存在一定差異，從而影響增產(chǎn)效應(yīng)。使用厚度0.008mm地膜可平均提高棉花產(chǎn)量17.3%(置信區(qū)間10.6%～24.0%)，而厚度0.006mm地膜的增產(chǎn)率相對(duì)較低，平均為12.0%(置信區(qū)間9.3% ～14.7%)。地膜覆蓋的區(qū)域效應(yīng)是區(qū)域海拔高度、年均氣溫和年降水量等諸多因素綜合作用的結(jié)果。3個(gè)區(qū)域地膜增產(chǎn)率由大到小表現(xiàn)為:西北棉區(qū)(24.5%)、黃河流域棉區(qū)(16.5%)、長(zhǎng)江流域棉區(qū)(10.5%)。地膜覆蓋下棉花增產(chǎn)效應(yīng)隨時(shí)間呈先升高后降低的趨勢(shì)，即在1991—2000年和2001—2010年間增產(chǎn)率較高，分別為16.4%(置信區(qū)間10.1%～22.6%)和19.0%(置信區(qū)間10.0% ～28.1%);而在1981—1990年間僅為7.5%(置信區(qū)間1.4%～13.6%);近5 a來(lái)，地膜覆蓋的增產(chǎn)率呈下降趨勢(shì)，平均為 13.6%(置信區(qū)間 7.1% ～20.0%)。可見，平作、年均氣溫較低或年降水量較低的地區(qū)與使用0.008mm的地膜有利于提高地膜覆蓋的增產(chǎn)效應(yīng)。

圖2 累積Meta分析Fig．2 Cumulative Meta-analysis

圖3 地膜覆蓋對(duì)棉花產(chǎn)量的影響因素分析Fig．3 Analysis of factors affecting cotton yield under plastic film mulching

3 討論

3.1 地膜覆蓋對(duì)棉花生產(chǎn)的意義

地膜覆蓋的大面積推廣應(yīng)用使中國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式和區(qū)域種植結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大變化。具體到棉花，主要包括以下4方面:①提高土壤溫度。棉花屬喜溫作物，熱量資源是影響其生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成的關(guān)鍵因素［2］。棉花生長(zhǎng)前期，較高的土壤溫度可提早現(xiàn)蕾和開花，同時(shí)有助于培育健壯的根系。②促進(jìn)早發(fā)。地膜覆蓋下，棉花的顯著特點(diǎn)是生育進(jìn)程明顯加快。地膜覆蓋的棉花播種期一般較直播棉提前7～10 d，可將苗期控制在終霜期之后。在黃河流域，棉花以4月下旬出苗較為安全，覆蓋地膜使棉苗在膜內(nèi)生長(zhǎng)，可有效避免低溫和霜凍危害［22－23］。此外，地膜棉移栽后緩苗較快，一般可比露地移栽縮短4 d左右［23］。③擴(kuò)大種植范圍。地膜覆蓋使中國(guó)棉花種植區(qū)實(shí)現(xiàn)由南向北、由東向西的成功轉(zhuǎn)移，稱為“白色革命”。在鹽堿地中，土壤鹽分遵循“鹽隨水來(lái)，鹽隨水走”的規(guī)律［23］。鹽堿土壤覆膜后，土壤水分運(yùn)動(dòng)由垂直蒸發(fā)變?yōu)槟は卵h(huán)，土壤鹽分上升速度減慢，并逐漸向膜側(cè)邊緣運(yùn)移，使得棉苗根區(qū)土壤鹽分顯著下降，從而為棉花生長(zhǎng)創(chuàng)造適宜的環(huán)境，同時(shí)也擴(kuò)大了棉花種植區(qū)域［9，23］。另外，地膜覆蓋使新疆成為中國(guó)重要的產(chǎn)棉區(qū)，其播種面積由20世紀(jì)80年代占全國(guó)棉花播種總面積的10%以下，提高到現(xiàn)階段的30%以上;單產(chǎn)水平由先前的全國(guó)最低發(fā)展為目前的高于全國(guó)平均產(chǎn)量［22］。④提高棉花產(chǎn)量。地膜覆蓋可調(diào)節(jié)和改善棉田土壤水熱條件，促進(jìn)棉花產(chǎn)量和品質(zhì)的提高。

3.2 覆蓋地膜增產(chǎn)的影響因素

3.2.1 耕作模式

壟溝耕作通過(guò)改變微地形可增加地表面積，提高晝夜溫差，有利于光合產(chǎn)物的累積;可將肥料與向下水流隔離，減少氮素淋溶［24］;同時(shí)可促進(jìn)溝內(nèi)水分向壟側(cè)運(yùn)移，減少深層滲漏［25］。覆蓋地膜后，壟作覆膜還具有集雨、保墑和減蒸的功能［13］。王占彪等［26］研究表明，在輕度旱堿地，壟作覆膜的棉花鈴質(zhì)量和產(chǎn)量分別較平作覆膜提高7.3%和8.1%。劉燕等［5］則研究發(fā)現(xiàn)，與平作覆膜相比，壟作不覆膜的棉花產(chǎn)量較高。這可能與試驗(yàn)?zāi)攴莸臍夂驐l件尤其是作物生育期降水量及降水分布有關(guān)。作物生育期內(nèi)充足的降水和均勻的降水分布可能突顯不出覆膜的優(yōu)越性［13］。本文綜合已有研究成果得出，平作較壟作更有利于提高地膜覆蓋的增產(chǎn)率。這也進(jìn)一步證明了壟作優(yōu)于平作。

3.2.2 氣候特征

降水和氣溫等氣候資源是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)和根本保障，也是影響地膜覆蓋效果的重要因素。何文清等［12］研究表明，由于年均氣溫、降水量和空氣相對(duì)濕度的差異，在河北棉花種植中應(yīng)用較好的生物降解地膜，在新疆則表現(xiàn)出一定的減產(chǎn)效應(yīng)。任小龍等［27］研究發(fā)現(xiàn)，玉米生育期降水量為230～440mm時(shí)，起壟覆膜較平作可增加玉米籽粒產(chǎn)量，提高水肥利用效率，尤其在降水量較低時(shí)，增產(chǎn)增效更加明顯;而當(dāng)降水量增大時(shí)，該效應(yīng)減弱甚至消失。此外，隴東作為黃土旱塬區(qū)的典型代表，由于水分和熱量不足，其農(nóng)業(yè)生產(chǎn)一般為一年一熟或兩年三熟。全膜雙壟覆膜和頂凌覆膜技術(shù)的應(yīng)用，使其原有的冬小麥-冬油菜輪作模式轉(zhuǎn)變?yōu)榈啬び衩?冬油菜和地膜玉米-冬小麥等模式［4］。本文基于大尺度研究得出，地膜覆蓋在年均氣溫小于12℃或年降水量小于500mm地區(qū)的增產(chǎn)效應(yīng)更加明顯。這與趙愛(ài)琴等［13］對(duì)中國(guó)馬鈴薯地膜產(chǎn)量效應(yīng)的研究結(jié)果一致。

地膜覆蓋的區(qū)域效應(yīng)與氣溫、降水等氣候特征密切相關(guān)。西北地區(qū)年降水量一般小于400mm，黃河流域一般在400～700mm之間，而長(zhǎng)江流域降水豐富，一般可達(dá)800mm以上。相應(yīng)地，地膜覆蓋增產(chǎn)率以西北地區(qū)最高，平均達(dá)24.5%;長(zhǎng)江流域最低，平均僅10.5%;黃河流域介于二者之間，平均為16.5%。

3.2.3 地膜厚度

國(guó)際上規(guī)定，農(nóng)用地膜的厚度為0.012 mm，最薄不得低于0.008 mm。美國(guó)和一些西方國(guó)家的農(nóng)膜厚度一般為0.020mm，日本為0.015mm［28］。中國(guó)頒布的GB 13735—1992《聚乙烯吹塑農(nóng)用地面覆蓋薄膜》標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定地膜厚度為0.008 mm以上。然而，由于中國(guó)目前尚未制定相關(guān)的監(jiān)管措施，企業(yè)為了降低成本，普遍生產(chǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)厚度的地膜。低于標(biāo)準(zhǔn)厚度的地膜易老化、易破損，增溫保墑效果差，且不利于殘膜回收［29］。研究表明，在新疆地膜覆蓋棉田中，厚度0.010mm和0.012mm地膜的棉花經(jīng)濟(jì)效益分別較厚度0.006mm地膜提高11.7%和15.1%;地膜殘留量分別較厚度0.006 mm地膜降低60.4%和54.6%［29］。在山西玉米種植中，厚度0.008mm可降解地膜的玉米生育進(jìn)程、出苗率及生長(zhǎng)性狀等均優(yōu)于厚度 0.005 mm可降解地膜［30］。本研究也得出了類似的結(jié)論，厚度0.008mm地膜的棉花平均增產(chǎn)率高于厚度0.006mm地膜。3.2.4 試驗(yàn)?zāi)攴莸啬埩?/p>

隨著地膜覆蓋面積的增加和使用年限的延長(zhǎng)，加之地膜質(zhì)量得不到保障，農(nóng)田中聚積的殘膜量逐年增多［31］。研究發(fā)現(xiàn)，新疆棉田中每年有18 kg/hm2的地膜殘留在土壤中，覆膜20 a的土壤平均殘留量高達(dá)(300.65±49.32)kg/hm2［32］。內(nèi)蒙古地區(qū)2011年農(nóng)田地膜殘留量平均為84 kg/hm2，較2010年全國(guó)地膜平均殘留量提高40.5%［33］。甘肅省2013年全省地膜使用量為15.2萬(wàn)t，年殘留總量達(dá)4.5萬(wàn)t［34］。董合干等［35］通過(guò)人為設(shè)置不同地膜殘留密度探究殘膜對(duì)棉花產(chǎn)量的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨地膜殘留密度的提高，棉花產(chǎn)量呈下降趨勢(shì)，按2011年的殘膜累積速 率，覆 膜 68 a后，殘 膜 密 度 將 達(dá) 到1 000 kg/hm2，棉花產(chǎn)量將下降13.5% ～18.1%;覆膜141 a后，殘膜密度將達(dá)到2 000 kg/hm2，棉花產(chǎn)量將下降38.3% ～45.2%。本文綜合分析近30 a的田間試驗(yàn)結(jié)果，盡管缺乏連續(xù)多年的定位試驗(yàn)數(shù)據(jù)，但仍發(fā)現(xiàn)，地膜覆蓋棉花增產(chǎn)率在近5 a來(lái)呈下降趨勢(shì)。這很可能是由于長(zhǎng)期覆膜種植開始呈現(xiàn)出的負(fù)效應(yīng)。這也意味著在目前地膜使用現(xiàn)狀和殘膜回收技術(shù)條件下，若干年后，地膜殘留造成的作物減產(chǎn)率可能會(huì)高于地膜覆蓋引起的作物增產(chǎn)率，甚至抵消覆膜的全部增加產(chǎn)量［36］。因此，應(yīng)采用必要的措施緩解和治理殘膜污染問(wèn)題，以進(jìn)一步提高中國(guó)棉花單產(chǎn)。

3.3 應(yīng)對(duì)殘膜污染的措施

長(zhǎng)期大量的殘膜污染不僅限制作物生長(zhǎng)，而且會(huì)破壞土壤結(jié)構(gòu)，降低土壤肥力，不利于土地的可持續(xù)利用和農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展［35］，必須引起足夠重視。在生產(chǎn)實(shí)踐中，可提倡使用新型的液態(tài)地膜和可降解地膜等環(huán)保型覆蓋材料;研制高效實(shí)用的地膜回收設(shè)備;完善相關(guān)政策法規(guī)，禁止生產(chǎn)和使用厚度小于0.008 mm的農(nóng)用地膜，以利于殘膜回收;建立廢舊地膜回收體系;鼓勵(lì)使用有機(jī)肥以改善土壤質(zhì)地;培育根系發(fā)達(dá)的作物品種以在一定程度上緩解殘膜影響。

3.4 本研究局限性

本研究應(yīng)用Meta分析對(duì)地膜覆蓋下棉花的產(chǎn)量效應(yīng)及影響因素進(jìn)行了初步的定量分析和整合，可在一定程度上反映覆蓋地膜對(duì)棉花產(chǎn)量的影響機(jī)制。但該方法也存在一定的局限性。Meta分析在文獻(xiàn)篩選時(shí)嚴(yán)格要求試驗(yàn)處理除地膜覆蓋外，其余因素均相同，且需原文提供試驗(yàn)處理產(chǎn)量的標(biāo)準(zhǔn)差或根據(jù)文中已有數(shù)據(jù)可計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差。現(xiàn)有的已發(fā)表文獻(xiàn)或數(shù)據(jù)量不足，或數(shù)據(jù)描述不詳實(shí)，或無(wú)法獲得標(biāo)準(zhǔn)差。因此，本文用于Meta分析的數(shù)據(jù)，只能說(shuō)明類似的研究較多，且能滿足Meta分析的要求，并不代表其他區(qū)域或年份沒(méi)有相關(guān)的研究。另外，覆蓋地膜對(duì)棉花的產(chǎn)量效應(yīng)受多種因素的影響，這些因素之間可能存在多種交互作用。本研究只是針對(duì)數(shù)據(jù)較多的因素進(jìn)行了分析，如棉花品種、土壤肥力、輪作制度、灌水量、施肥量等也是重要的影響因素，但本研究并未涉及。

4 結(jié)論

(1)用于Meta分析的數(shù)據(jù)不存在發(fā)表偏倚和極端值，分析結(jié)果可信度較高。

(2)與不覆蓋相比，覆蓋地膜可平均提高棉花產(chǎn)量17.2%(置信區(qū)間11.6%～23.1%)。

(3)自1986年以來(lái)，覆蓋地膜的棉花累積平均增產(chǎn)率為1.2% ～18.0%，其中2000年之前，呈快速增加趨勢(shì);2001—2010年期間，呈小范圍波動(dòng)狀態(tài);2010年之后，累積促進(jìn)效應(yīng)有所降低。

(4)地膜覆蓋棉花的增產(chǎn)率受海拔高度的影響較小;在平作、年均氣溫小于12℃或年降水量小于500mm的地區(qū)及采用厚度0.008mm地膜時(shí)，地膜覆蓋的增產(chǎn)率較高，分別為17.8%、21.5%、19.1%和17.3%;地膜覆蓋在3個(gè)區(qū)域的增產(chǎn)率由大到小表現(xiàn)為:西北棉區(qū)(24.5%)、黃河流域棉區(qū)(16.5%)、長(zhǎng)江流域棉區(qū)(10.5%);覆蓋地膜對(duì)棉花的增產(chǎn)效應(yīng)隨時(shí)間呈先升高后降低的趨勢(shì)。

(5)近年來(lái)，覆蓋地膜仍可一定程度上提高棉花產(chǎn)量，但其增產(chǎn)率已呈下降趨勢(shì)，應(yīng)采取必要的應(yīng)對(duì)措施。

1 朱海燕．中國(guó)小麥和棉花價(jià)格波動(dòng)研究［D］．北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)，1998．ZHU Haiyan．Research on China’s wheat and cotton price fluctuations［D］．Beijing:China Agricultural University，1998．(in Chinese)

2 王友華，周治國(guó)．氣候變化對(duì)我國(guó)棉花生產(chǎn)的影響［J］．農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2011，30(9):1734－1741．WANG Youhua，ZHOU Zhiguo．Effect of climate changing on cotton fiber production［J］．Journal of Agro-Environment Science，2011，30(9):1734－1741．(in Chinese)

3 ZHAO H，XIONG Y C，LIFM，etal．Plastic film mulch for halfgrowing-seasonmaximized WUE and yield of potato viamoisture temperature improvement in a semi-arid agroecosystem［J］．AgriculturalWater Management，2012，104:68－78．

4 嚴(yán)昌榮，何文清，薛穎昊，等．生物降解地膜應(yīng)用與地膜殘留污染防控［J］．生物工程學(xué)報(bào)，2016，32(6):748－760．YAN Changrong，HE Wenqing，XUE Yinghao，et al．Application of biodegradable plastic film to reduce plastic film residual pollution in Chinese agriculture［J］．Chinese Journal of Biotechnology，2016，32(6):748－760．(in Chinese)

5 劉燕，韓勇，顧超，等．高壟與覆膜方式對(duì)鹽堿地棉花生長(zhǎng)發(fā)育的影響［J］．棉花科學(xué)，2013，35(6):36－39．LIU Yan，HAN Yong，GU Chao，et al．Effect of high-ridge and plastic film mulching modes to the growth and development of cotton in saline［J］．Cotton Sciences，2013，35(6):36－39．(in Chinese)

6 張俊鵬，馮棣，曹彩云，等．咸水灌溉對(duì)棉花耗水特性和水分利用效率的影響［J/OL］．農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2016，47(6):107－112．http:∥www．j-csam．org/jcsam/ch/reader/view_abstract．a(chǎn)spx?flag=1＆file_no=20160614＆journal_id=jcsam．DOI:10．6041/j．issn．1000-1298．2016．06．014．ZHANG Junpeng，F(xiàn)ENG Di，CAO Caiyun，et al．Effects of saline water irrigation on water consumption characteristics and water use efficiency of cotton［J/OL］．Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2016，47(6):107－112．(in Chinese)

7 DONG H Z，LIW J，TangW，etal．Furrow seedingwith plasticmulching increases stand establishmentand lint yield of cotton in a saline field［J］．Agronomy Journal，2008，100(6):1640－1647．

8 封曉輝，張秀梅，郭凱，等．覆蓋措施對(duì)咸水結(jié)冰灌溉后土壤水鹽動(dòng)態(tài)和棉花生產(chǎn)的影響［J］．棉花學(xué)報(bào)，2015，27(2):135－142．FENG Xiaohui，ZHANG Xiumei，GUO Kai，et al．Effects of different salt controlmeasures after saline water freezing irrigation to soilwater，salt dynamics，cotton emergence and yield［J］．Cotton Science，2015，27(2):135－142．(in Chinese)

9 馮國(guó)藝，張謙，祁虹，等．濱海鹽堿地免耕條件下覆蓋方式對(duì)棉苗光合特性及生長(zhǎng)的影響［J］．河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，37(3):13－18．FENG Guoyi，ZHANG Qian，QIHong，et al．Effects of different surfacemulching patterns on photosynthetic characteristics and growth of cotton seedlings in Hebei coastal saline-alkali regions under no-tillage［J］．Journal of Agricultural University of Hebei，2014，37(3):13－18．(in Chinese)

10 ROY P，SUREKHA P，RAJAGOPAL C．Surface oxidation of low-density polyethylene films to improve their susceptibility toward environmental degradation［J］．Journal of Applied Polymer Science，2011，122(4):2765－2773．

11 李云光，王振華，張金珠，等．液體地膜對(duì)滴灌棉花生理特性和產(chǎn)量的影響［J］．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2015，31(13):105－112．LIYunguang，WANG Zhenhua，ZHANG Jinzhu，et al．Effect of liquid mulch on physiological characteristics and yield of drip irrigated cotton［J］．Transactions of the CSAE，2015，31(13):105－112．(in Chinese)

12 何文清，趙彩霞，劉爽，等．全生物降解膜田間降解特征及其對(duì)棉花產(chǎn)量影響［J］．中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，16(3):21－27．HEWenqing，ZHAO Caixia，LIU Shuang，etal．Study on the degradation ofbiodegradable plasticmulch film and its effecton the yield of cotton［J］．Journal of China Agricultural University，2011，16(3):21－27．(in Chinese)

13 趙愛(ài)琴，魏秀菊，朱明．基于Meta-analysis的中國(guó)馬鈴薯地膜覆蓋產(chǎn)量效應(yīng)分析［J］．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2015，31(24):1－7．ZHAO Aiqin，WEIXiuju，ZHU Ming．Meta analysis on impact of plastic film on potato yield in China［J］．Transactions of the CSAE，2015，31(24):1－7．(in Chinese)

14 鄭侃，何進(jìn)，李洪文，等．中國(guó)北方地區(qū)深松對(duì)小麥玉米產(chǎn)量影響的Meta分析［J］．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2015，31(22):7－15．ZHENG Kan，HE Jin，LIHongwen，et al．Meta-analysis on maize and wheat yield under subsoiling in Northern China［J］．Transactions of the CSAE，2015，31(22):7－15．(in Chinese)

15 張冉，趙鑫，濮超，等．中國(guó)農(nóng)田秸稈還田土壤N2O排放及其影響因素的Meta分析［J］．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2015，31(22):1－6．ZHANG Ran，ZHAO Xin，PU Chao，et al．Meta-analysis on effects of residue retention on soil N2O emissions and influence factors in China［J］．Transactions of the CSAE，2015，31(22):1－6．(in Chinese)

16 鐘甫寧，胡雪梅．中國(guó)棉花生產(chǎn)區(qū)域格局及影響因素研究［J］．農(nóng)業(yè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2008(1):4－9．

17 HEDGESL V，GUREVITCH J，CURTISPS．Themeta-analysis of response ratios in experimental ecology［J］．Ecology，1999，80(4):1150－1156．

18 CARD N A．Applied meta-analysis for social science research［M］．New York:Guilford Press，2011:198－228．

19 SCHWARZER G，CARPENTER JR，RVCKER G．Meta-analysis with R［M］．Switzerland:Springer，2015:107－141．

20 BEGG C B，BERLIN JA．Publication bias:a problem in interpretingmedical data［J］．Journal of the Royal Statistical Society．Series A:Statistics in Society，1988，151(3):419－463．

21 LAU J，SCHMID CH，CHALMERST C．Cumulativemeta-analysis of clinical trials builds evidence for exemplarymedical care［J］．Journal of Clinical Epidemiology，1995，48(1):45－57．

22 嚴(yán)昌榮，何文清，劉爽，等．中國(guó)地膜覆蓋及殘留污染防控［M］．北京:科學(xué)出版社，2015:43－52．

23 王迪軒．棉花優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)問(wèn)答［M］．北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2013:49－52．

24 RESSLER D E，HORTON J，BAKER JL，et al．Testing a nitrogen fertilizer applicator designed to reduce leaching losses［J］．Applied Engineering in Agriculture，1997，13(3):345－350．

25 BARGAR B，SWAN J B，JAYNES D．Soil water recharge under uncropped ridges and furrows［J］．Soil Science Society of America Journal，1999，63(5):1290－1299．

26 王占彪，李存東，劉永平，等．濱海旱堿地微溝覆膜植棉模式的研究［J］．棉花學(xué)報(bào)，2012，24(4):318－324．WANG Zhanbiao，LICundong，LIU Yongping，et al．Effectiveness of themicro-ditch and overbite-membrane plantingmodel for cotton in a dry and alkaline coastal area［J］．Cotton Science，2012，24(4):318－324．(in Chinese)

27 任小龍，賈志寬，陳小莉．不同模擬雨量下微集水種植對(duì)農(nóng)田水肥利用效率的影響［J］．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2010，26(3):75－81．REN Xiaolong，JIA Zhikuan，CHEN Xiaoli．Effectofmicro-catchment rainwater harvesting on water and nutrientuse efficiency in farmland under different simulated rainfall conditions［J］．Transactions of the CSAE，2010，26(3):75－81．(in Chinese)

28 王曉方，申茂向．塑料農(nóng)膜——中國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展的希望和曙光［R］．北京:中華人民共和國(guó)科學(xué)技術(shù)部農(nóng)村科技司，1998: 21－23．

29 周明冬，王祥金，董合干，等．不同厚度地膜覆蓋棉花的經(jīng)濟(jì)效益和殘膜回收分析［J］．干旱區(qū)資源與環(huán)境，2016，30(10): 121－125．ZHOU Mingdong，WANG Xiangjin，DONG Hegan，et al．Effects of different thickness film on plastic film residue and economic benefits in cotton yield［J］．Journal of Arid Land Resources and Environment，2016，30(10):121－125．(in Chinese)

30 申麗霞，王璞，張麗麗．可降解地膜的降解性能及對(duì)土壤溫度、水分和玉米生長(zhǎng)的影響［J］．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2012，28(4): 111－116．SHEN Lixia，WANGPu，ZHANG Lili．Degradation property of degradable film and its effecton soil temperature andmoisture and maize growth［J］．Transactions of the CSAE，2012，28(4):111－116．(in Chinese)

31 銀敏華，李援農(nóng)，李昊，等．覆蓋模式對(duì)農(nóng)田土壤環(huán)境與冬小麥生長(zhǎng)的影響［J/OL］．農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2016，47(4):127－135，227．http:∥www．j-csam．org/jcsam/ch/reader/view_abstract．a(chǎn)spx?flag=1＆file_no=20160418＆journal_id=jcsam．DOI:10．6041/j．issn．1000-1298．2016．04．018．YIN Minhua，LIYuannong，LIHao，etal．Effects ofmulching patterns on farm land soilenvironmentand winterwheatgrowth［J/ OL］．Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2016，47(4):127－135，227．(in Chinese)

32 嚴(yán)昌榮，王序儉，何文清，等．新疆石河子地區(qū)棉田土壤中地膜殘留研究［J］．生態(tài)學(xué)報(bào)，2008，28(7):3470－3474．YAN Changrong，WANG Xujian，HEWenqing，et al．The residue of plastic film in cotton fields in Shihezi，Xinjiang［J］．Acta Ecologica Sinica，2008，28(7):3470－3474．(in Chinese)

33 白云龍，李曉龍，張勝，等．內(nèi)蒙古地膜殘留污染現(xiàn)狀及殘膜回收利用對(duì)策研究［J］．中國(guó)土壤與肥料，2015(6):139－145．BAIYunlong，LI Xiaolong，ZHANG Sheng，et al．Study on the current situation of plastic film residue pollution and the countermeasures for the recovery and utilization of residual film in Inner Mongolia［J］．Soil and Fertilizer Sciences in China，2015(6):139－145．(in Chinese)

34 馬彥，楊虎德．甘肅省農(nóng)田地膜污染及防控措施調(diào)查［J］．生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào)，2015，31(4):478－483．MA Yan，YANG Hude．Investigation on pollution caused by mulching plastic film in Gansu Province and the countermeasures［J］．Journal of Ecology and Rural Environment，2015，31(4):478－483．(in Chinese)

35 董合干，劉彤，李勇冠，等．新疆棉田地膜殘留對(duì)棉花產(chǎn)量及土壤理化性質(zhì)的影響［J］．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2013，29(8):91－99．DONG Hegan，LIU Tong，LI Yongguan，et al．Effects of plastic film residue on cotton yield and soil physical and chemical properties in Xinjiang［J］．Transactions of the CSAE，2013，29(8):91－99．(in Chinese)

36 畢繼業(yè)，王秀芬，朱道林．地膜覆蓋對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)量的影響［J］．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2008，24(11):172－175．BIJiye，WANG Xiufen，ZHU Daolin．Effectof plastic-film mulch on crop yield［J］．Transactions of the CSAE，2008，24(11): 172－175．(in Chinese)

Meta-analysis of Effect of Plastic Film Mulching on Cotton Yield in China

LIHao LIShiping NAN Ling LIHe GUO Qinghui
(College of Economics and Management，Northwest A＆F University，Yangling，Shaanxi712100，China)

Plastic film mulching，known as the“white revolution”，has been widely used in cotton cultivation in China，since itmakes the cotton planting area expanded from the south toward the north and from the east toward the west．However，it is unclear about if and how the yield increasing effect of plastic film mulching is influenced by different planting patterns，climatic factors，film thicknesses，regions and experimental durations in China．To solve these questions，a total of 29 papers containing 48 groups of datawere selected on the subjectof cotton yield and plastic film mulching from the published papers before 15th November，2016 and analyzed by meta-analysis．The main steps included heterogeneity test，comprehensive effect size calculation，publication bias test，sensitivity analysis，cumulativemeta-analysis and influence factor analysis．Results showed that therewere no publication bias and no extreme value among the collected data，thus the analysis resultswere highly credible．Plastic film mulching averagely increased cotton yield by 17.2%compared with no mulching．The cumulatively average yield of cottonmulched with plastic film was increased by 1.2% ～18.0%since 1986．Under flat planting，in regionswhere annualmean temperature was lower than 12℃ or annual precipitation was less than 500mm，and using 0.008mm plastic film，the yield increasing rate under plastic film mulchingwas higher，which was 17.8%，21.5%，19.1%and 17.3%，respectively．The yield increasing effectwith plastic film mulching was the highest in the northwest region with amean value of 24.5%，followed by the Yellow River Basin with amean value of16.5%，then by the Yangtze River Basin with amean value of 10.5%．In recent years，plastic film mulching could improve cotton yield to a certain extent，but its yield increasing rate was declined，and necessary measures needed to be taken．This research would provide valuable information for the application of plastic film mulching and further increase the yield of cotton in China．

cotton;yield;plastic film;Meta-analysis;residual plastic film;farmland pollution

S11+4;S562;S626.2

A

1000-1298(2017)07-0228-08

2016-12-06

2017-01-04

國(guó)家社會(huì)科學(xué)基金項(xiàng)目(15XJY010)和陜西省國(guó)土資源廳項(xiàng)目(K332021305、K332021306)

李昊(1988—)，男，博士生，主要從事資源經(jīng)濟(jì)與環(huán)境管理研究，E-mail:li1hao23@163．com

李世平(1963—)，男，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事資源經(jīng)濟(jì)與環(huán)境管理研究，E-mail:lishiping68@126．com

10．6041/j．issn．1000-1298．2017．07．029