水稻（Oryza sativa L.）是全球一半以上人口的主食，在保障中国粮食安全方面发挥着重要作用（FAO, 2024; Yan et al., 2022）。然而，持续提高的水稻产量正受到极端天气事件、土壤退化以及全球气候变化导致的干湿循环加剧的威胁（Gao et al., 2024; Li et al., 2024）。在中国，由于不同土壤和气候条件，水稻产量存在显著空间差异，需要制定针对性的管理策略（Li et al., 2016; Wang et al., 2024）。塑料薄膜地膜通过提高土壤温度、保持水分和减少养分流失等方式提高了生产力，使养分利用效率提高了15–25%（Huang et al., 2020; Pandey et al., 2012; Zhou et al., 2023）。在这种情况下，主要由聚丁酸酯-对苯二甲酸酯（PBAT）或PBAT/PLA混合物制成的可降解地膜（BM）成为了一种有前景的替代品（Kasirajan and Ngouajio, 2012; Saadi et al., 2013）。然而，BM的农艺效果并非普遍适用（Fu et al., 2020; Sintim et al., 2019），其效果很大程度上取决于其功能持续时间是否与作物的关键生长阶段相匹配，而这又受到其降解动力学的影响。
值得注意的是，地膜的降解过程对当地土壤条件非常敏感，包括pH值、温度、湿度和微生物活性（Anunciado et al., 2021）。因此，同一种地膜在不同土壤中的降解速度可能差异很大：在某些土壤中降解过快，无法提供持续的效果；而在其他土壤中降解过慢，反而会带来负面影响（?erá et al., 2016）。土壤类型是影响水稻生长、发育和最终产量的关键因素，也是综合评估土壤健康状况的重要指标（Islam et al., 2024）。研究表明，即使在相同的气候条件下，不同土壤类型的水稻产量也存在显著差异（Huang et al., 2021）。目前的研究表明，地膜应用可以改变土壤养分动态（如总磷和有机质含量），并结合适当的农艺措施，改善土壤物理结构和肥力，从而在多个生长季节内维持或提高产量（He and Luo, 2011; Yang et al., 2020）。由于土壤类型从根本上决定了作物的生长和产量，这些固有的土壤差异必然会导致地膜降解模式的不同，进而影响农艺效果。然而，关于特定土壤性质如何调节地膜降解及其对作物影响的系统理解仍然有限，尤其是在复杂的喀斯特生态系统中。
在中国贵州省等喀斯特地区，这种知识缺口尤为突出，该地区水稻种植面临土壤浅、保水能力差和气温突变频繁的问题（Chen et al., 2019）。虽然地膜可以帮助缓解这些压力，但该地区土壤性质多样（pH值、有机质和铁/铝氧化物含量差异较大），且昼夜温差明显，可能导致地膜降解模式大相径庭。这可能导致地膜的功能持续时间与水稻关键生长阶段的需水/温度要求不匹配，从而降低农艺效果甚至减产（Zhang et al., 2020; Zhang et al., 2023）。目前尚不清楚地膜的农艺效果是否能在这些异质性土壤中实现，以及其效果是否受到土壤特定降解速率的制约（Chen et al., 2025; Zhang et al., 2024）。这提出了一个关键问题：地膜的农艺效果是否能在这些喀斯特土壤中得到体现，还是其效果会受到土壤特定降解速率的限制？
因此，本研究不仅探讨了地膜是否有效，还深入分析了其效果为何受土壤类型影响。通过在不同喀斯特土壤（水稻土、黄土和红土）中进行控制盆栽实验，我们旨在：（1）量化基于PBAT的地膜的土壤特异性降解动态及其对水稻生长和产量的影响；（2）确定影响这些相互作用的关键土壤性质和微气候（温度和湿度）因素。我们假设土壤内在性质（如pH值、有机质）是地膜降解动力学的主要驱动因素，这些因素又调节了土壤条件，最终决定了作物表现。我们的研究结果旨在为在可持续喀斯特水稻系统中精准应用地膜提供预测框架。
研究区域
土壤样本采集自贵州省的水稻种植区，该地区属于典型的喀斯特地貌，地质背景值较高。实验于2025年5月至9月在贵州大学的控制设施中进行（26°27′N, 106°39′E；海拔1074米），该地区属于亚热带湿润季风气候区。当地年平均气温为14.9°C，年平均降水量为1178毫米。
地膜的动态降解
方差分析表明，土壤类型显著影响了可降解地膜（BM）的降解速率（补充表S1，p < 0.05）。如补充图S1所示，在快速分蘖期（第25天），由于植株冠层密集，直接观察地膜降解情况受到阻碍；尽管如此，通过定期采样系统记录了降解过程，详细数据见表2。
相关性分析（图5）
讨论
全球气候变化对土地生产力构成了重大挑战，影响了全球的水稻生产系统（Zhang et al., 2023）。地膜技术，特别是可降解地膜（BM），通过改善土壤微环境、调节养分循环和减少温室气体排放，成为缓解这些问题的关键策略（Li et al., 2023; Xiong et al., 2023）。BM在固存土壤有机碳、减少碳损失方面具有潜力。
结论
本研究表明，土壤性质对喀斯特水稻系统中地膜的降解及其农艺效果具有决定性影响。在黄土中，由于pH值较低和有机质含量较高，地膜降解最快；而在红土中，由于铁铝氧化物含量较高，降解最慢。地膜使水稻在黄土中的生长和产量显著提高（增幅44.03%，与PE相当），主要通过改善微气候和养分矿化促进了分蘖和株高的增长。相比之下，在红土中的效果较差。
资助
本研究得到了“特色山地农业绿色高效关键技术”专项（guidalingjunhezi [2023]07-->）和“贵州省特色粗粮高质量高效机械化科技创新人才队伍建设”项目（qiankehepingtairencai-BQW [2024]009-->）的支持。
作者贡献声明
杨晓川：数据分析、数据整理。
李思楠：数据分析、数据整理。
杨三伟：概念构思、数据整理、数据分析、资金筹集、可视化、初稿撰写、审稿与编辑。
龙同民：审稿与编辑、初稿撰写、可视化、资金筹集、数据分析、概念构思。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
我要感谢科研机构的大力支持。该机构提供的优质资源和先进设施为我的研究提供了坚实的基础，确保所有实验和调查能够高效、有效地进行。
