一、产品替代技术
（一）生物降解地膜替代技术
20世纪70年代，欧美和日本等国家研究人员提出降解塑料概念，并对以光降解和生物降解为代表的降解材料进行研究。目前，我国对降解塑料的研究处于试验探索阶段，但随着人们对环境问题的重视，以及材料科学和工艺水平的发展，以生物物质为主要原料的生物降解地膜替代传统的聚乙烯地膜，已成为消除废旧地膜“白色污染”的理想途径。
生物降解地膜是能够被微生物完全分解的薄膜，既保持了普通塑料薄膜的优越性，又能自然降解，降解的最终产物是CO2和H2O，可完全被自然界消纳，兼具地膜覆盖功能性和环境包容性，是目前普通地膜替代产品研发、应用的主体。生物降解地膜的主要原料有天然生物质和石油基2类，天然生物质原料主要来源于淀粉、纤维素、壳聚糖及其他多糖类天然材料，石油基主要包括二元酸二元醇共聚酯（PBS、PBAT等）、聚己内酯（PCL）、二氧化碳共聚物－聚碳酸亚丙酯（PPC）等。
关于生物降解地膜，诸多科研学者在农业生产实践中针对不同区域、不同作物进行了大量的试验，相关研究显示，生物降解地膜具有与普通聚乙烯地膜相似的增温保墒、抑制杂草等功能，并能彻底解决地膜残留问题。申丽霞等研究发现，相比于露地栽培，覆盖降解地膜在诱导期内可显著提高浅层土壤温度，增加0～40cm土壤含水量，玉米产量增加35.1％。张妮等通过在棉花上对比聚乳酸生物降解地膜与普通聚乙烯地膜覆盖栽培，发现两者增温保墒性能均可满足整个生育期的生长需求，降解地膜控温性能方面优于普通聚乙烯地膜。任艳云等研究发现，降解地膜和普通聚乙烯覆盖处理对大蒜生长发育和产量的影响差异不显著，均可提高土壤含水量和土壤温度，满足作物需求，促进大蒜的生长发育。赵刚等研究指出，降解地膜年际间产量和水分利用效率较普通聚乙烯分别降低3.81％和6.87％，但差异不显著，覆盖降解地膜具有良好的增温保墒功能，可降低地膜残留对后季作物生长的影响，在旱塬区使用能够替代普通聚乙烯地膜。高旭华等通过花生大田试验对比生物降解地膜和普通聚乙烯地膜的性能特点，指出在花生的生长期内生物降解地膜可以为花生的生长提供较好的水热条件，开花下针期生物降解膜的机械性能下降明显，收获期基本降解，不影响下茬作物的生长。王斌等开展马铃薯田间试验研究发现，全生物降解地膜对南疆马铃薯产量、土壤温湿度和土壤养分等指标的影响与普通聚乙烯地膜差异不显著，具有应用于南疆马铃薯生产的可行性。
生物降解地膜兼具普通聚乙烯地膜的增温保墒功能和较好的降解性能，在一定地区和部分作物上，生物降解地膜与普通聚乙烯地膜相比，在其诱导期内具有同等的保温、保水、保肥的功效，作物产量差异不明显，但比露地增产显著，可以替代普通聚乙烯地膜；覆盖一定时间可以降解，作物收获后可降解成碎片，不影响农事操作，埋土部分在微生物作用下可降解，是防治地膜污染的有效途径，符合现代农业绿色高产高效的需求。可见，生物降解地膜具有与普通聚乙烯地膜相同的增温保墒效应，其可降解性有利于生产环境和农田生态系统的可持续发展，在代替普通聚乙烯地膜覆盖栽培农业生产方面潜力巨大。然而，生物降解地膜的降解受到外界环境的影响，具有很强的区域性，需要根据区域环境、作物生长环境、生长需求及配套管理措施等选择适宜的生物降解地膜。
（二）秸秆覆盖替代技术
我国秸秆资源种类丰富，产量巨大，具备良好的资源优势，以秸秆代替地膜覆盖具有广阔的应用前景。秸秆覆盖技术是指将玉米、小麦等作物的秸秆整株或粉碎后覆盖于土壤表面，起到保温保墒的作用，是除地膜覆盖外应用最广的覆盖技术。秸秆覆盖相较于地膜覆盖，其突出优势主要为环保、无污染，且能有效改善土壤理化性质。秸秆覆盖于农田土壤表面后，随着秸秆的不断腐烂分解，各种有机质、无机养分进入土壤，调节土壤结构，提高土壤养分，影响土壤肥力、土壤微生物及土壤酶的活性，改善土壤环境。
诸多科研学者在秸秆覆盖用于农业生产方面开展了大量试验研究，并从水温状况、蓄水保土、生理生态等角度揭示了其覆盖效应。景明等研究发现，相对无覆盖处理，小麦生育期内地膜覆盖和秸秆覆盖的平均日蒸发量分别降低15.6％和36.1％，秸秆覆盖能最大限度地减少无效蒸发，提高水分利用效率。林超文等研究指出，秸秆覆盖能显著减少地表径流73.9％～86.2％，使径流总量降低32.5％～66.6％，并极显著降低土壤侵蚀总量达96.4％～98.1％，其减少水土流失效果优于地膜覆盖。王平等研究发现，适宜的秸秆覆盖可以改善土壤水热状况，显著降低小麦生育期耗水量（18.53％），增加水分利用效率（67.67％），提高小麦产量，适宜在旱作小麦生产中应用和推广。任江波等研究发现，烤烟覆盖地膜、小麦秸秆、玉米秸秆对烟田土温无显著差异，但后两者分别较地膜覆盖烟田土温降低2.2℃和2.0℃，说明秸秆覆盖具有一定调温效果，有利于减轻高温季节地温过高对作物根系的伤害。李文旺等研究发现，地膜、稻草覆盖均能增加表层土壤的含水量，有利于协调作物生长需水和土壤供水的矛盾，地膜覆盖的增温效果优于稻草覆盖。李明等研究认为，0.72kg/m2玉米秸秆量并覆膜在设施黄瓜结果后期可有效增加根际土壤养分，有机质、全磷、全钾、碱解氮含量分别提高20.83％、22.83％、5.16％和5.53％，其覆盖效果优于秸秆或地膜单一覆盖处理。张万恒等研究表明，马铃薯覆盖秸秆产量与覆盖地膜相比无显著性差异，比无覆盖提高10％～20％，增产效果显著。梅四卫等通过对比地膜覆盖、玉米秸秆覆盖和不覆盖处理在玉米田间试验条件下研究指出，秸秆覆盖显著增加浅层土壤养分，有效提高土壤中的速效钾、有效磷含量，有利于维持土壤适宜温度以满足玉米生长需求，在高温时降低土壤温度、低温时提高土壤温度，具有较好的保墒效果，有利于土壤水分的贮存和利用，从而提高产量。解梦怡等研究表明，与无覆盖相比，秸秆覆盖土壤呼吸累积释放量显著增加19.4％，而地膜覆盖差异不显著。秸秆覆盖可通过增加土壤中有机质的输入促进土壤呼吸，能更有效地减少土壤CO2排放。
综上所述，秸秆覆盖在保墒、调温、提高土壤养分、降低水土流失等方面效果显著，合理的秸秆覆盖措施，不仅减少购膜成本，还可避免地膜残留污染和秸秆焚烧污染，且有利于改善土壤结构、培肥耕地地力，促进土地用养结合、循环可持续。
（三）施用保水剂替代技术
保水剂是一种能够反复吸水－释水的高分子聚合物，具有不溶于水、高水膨胀性、交联密度低、吸水性强等特点，能够起到减少土壤水分蒸发、改善土壤微环境、促进作物生长的作用，被称为土壤“微型水库”，主要有树脂类、天然高分子类、有机－无机复合类等类型。保水剂吸收水分变成凝胶状后，水凝胶中的水分受温度影响蒸发较慢，不易快速失水，且吸收氮肥能力较强，可吸收铵态氮，提高土壤中氮肥利用效率10％左右，近年来作为一类重要的节水技术逐渐应用于旱地农业生产。
保水剂最重要的特征是吸水保水性能较好，可吸收自身质量数倍至数千倍的水分，自然状态下难以蒸发，不易失水，可长时间持续为作物提供可利用水源，在一定范围内施用保水剂具有显著的增产增效作用。保水剂对微量降雨的储存能力优于地膜，在半干旱区有利于提高水分利用效率，对于夏季栽培作物及一些喜凉作物，施用保水剂可疏松土壤，有利于散热，为作物生长提供适宜的土壤温度，同时，由于保水剂是高分子网状结构聚合物，存在大量亲水性基团，容易吸收并贮存肥料中的离子养分，缓慢释放供给作物吸收，提高肥料利用效率。
武继承等试验表明，施用保水剂可提高土壤含水量，增加作物产量，特别是保水剂与秸秆或地膜覆盖配合，可进一步抑制土壤水分蒸发，提高降水利用效率0.4～3.2kg/（mm·hm2），平均增产14.2％～20.1％。汤文光等试验表明，以无覆盖作为对照，旱地玉米覆盖地膜、施用保水剂同期土壤含水量最大分别增加28.1％和11.37％，产量分别显著增加33.80％和13.59％，施用保水剂一定程度上也能保蓄土壤水分。李恒锐研究发现，施用保水剂及覆盖地膜比淋清水处理，甘蔗平均株高分别增加33.1cm和37.9cm，产量分别增加9.8％和9.2％，含糖量分别增加10.8％和9.6％，经济效益分别增加7.84％和7.48％，二者之间无显著性差异，旱地甘蔗施用保水剂可提高蔗地保水抗旱作用，促进甘蔗出苗分蘖，尤其是在雨水偏少月份仍保持伸长速度。厉广辉等研究指出，施用150kg/hm2保水剂可显著提高花生成熟饱满度、产量和品质，与地膜覆盖效果基本一致，差异不显著。邱光华等研究发现，相比地膜覆盖，施用保水剂烟株的叶面积系数增加较快并能达到适宜状态，而且烟株中后期干物质积累量大幅提高并高于地膜覆盖。高飞等研究认为，干旱地区马铃薯施用保水剂相对于地膜覆盖效果有一定优势，由于其吸水－释水过程可疏松土壤，能增加马铃薯大中薯单株个数；施用保水剂较地膜覆盖马铃薯产量虽降低478.5kg/hm2，但纯收益增加828元/hm2，增收效果更明显。卫琦等研究表明，施用保水剂能显著促进辣椒生长和干物质积累，提高辣椒产量、水分利用效率和经济效益，有针对性地为温室辣椒节水、高产和高效益保水剂应用提供推荐管理模式。李海涛等研究表明，在马铃薯种植中，保水剂处理增产效果优于地膜覆盖，能够节水保墒、改善土壤理化性质、提高作物产量，具有替代地膜的作用，可作为旱作农业可持续发展的重要措施之一。
因此，保水剂作为一种土壤调理剂，在为作物提供水分需求方面与地膜具有类似的作用，兼具改善土壤结构、分解后提供养分等特点，一定程度上可以替代地膜覆盖种植，在农业推广应用上具有积极的意义。但保水剂主要适用于年降水量450～550 mm的半干旱地区的旱地农业，降水量大的地区可适量少施或不施，而且保水剂不是造水剂，在年降雨量小于300 mm的地区不能单纯使用，还应配套一定的灌水设施或技术，同时，保水剂的施入应根据土壤类型、作物种类、气候条件等确定施入时间、埋填深度、施用量等，以实现保水剂的安全高效使用。