農(nóng)田地膜污染與防治對策

李治國，周靜博，張 叢，姜建玲

（石家莊市環(huán)境監(jiān)測中心，河北石家莊 050022）

中國于20世紀70年代引進農(nóng)田地膜覆蓋栽培技術，現(xiàn)在農(nóng)田地膜覆蓋已成為一項成熟的農(nóng)業(yè)栽培技術。地膜覆蓋能保水、保肥、保持濕度，有效延長作物生長期，提高農(nóng)作物產(chǎn)量。石家莊市作為河北省農(nóng)業(yè)大市，隨著近年來糧、棉、油料等作物產(chǎn)量的增加，地膜用量也在年年攀升。目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用的多為以聚乙烯或聚氯乙烯為原料的塑料薄膜，其屬于高分子化合物，分子結構非常穩(wěn)定，很難被自然的光和熱降解，也不容易被細菌等微生物降解，降解周期一般為200～300年，降解過程中還會溶出有毒物質(zhì)。而且，現(xiàn)在使用的地膜越來越薄，回收工作難度也越來越大，隨著地膜使用年限的延長，殘留地膜若得不到及時回收，逐年積累，土壤中的殘膜量不斷增加，將破壞農(nóng)田土壤結構，使土壤肥力下降，影響農(nóng)作物根系生長發(fā)育，甚至引起地下水下滲困難、土壤次生鹽堿化，最終導致土壤質(zhì)量和作物產(chǎn)量下降。長此以往，必然給農(nóng)田生態(tài)環(huán)境帶來難以解決的污染危害，對農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展構成嚴重威脅。因此，研究區(qū)域農(nóng)田土壤中地膜污染及防治對策，對防治農(nóng)田土壤污染，促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。

1 地膜的使用現(xiàn)狀

1.1 中國地膜使用現(xiàn)狀

中國從20世紀70年代從日本引進覆膜種植技術，現(xiàn)已成為世界上最大的覆膜種植國。據(jù)調(diào)查，中國農(nóng)田地地膜覆蓋栽培適宜推廣面積大于5×1011m2，已推廣面積為1.8×1011m2，推廣普及率達36%，預計到2015年農(nóng)田地膜使用面積將超過3.3×1011m2［1］。

根據(jù)農(nóng)業(yè)部調(diào)查結果，目前農(nóng)膜殘留量一般為60～90kg／hm2，最高可達到165kg／hm2，地膜殘留量隨著使用年限而增加［2］。據(jù)對黑龍江、遼寧、北京、天津等省市的10多個地縣的調(diào)查，1hm2農(nóng)田使用的農(nóng)膜量約為150kg，殘膜量1年為64.5～105.6kg／hm2，2年 為26.8kg／hm2，3年 為44.1 kg／hm2，3年平均殘留率為46.2%。此外，國產(chǎn)農(nóng)膜的熔融指數(shù)（MI）偏高。熔融指數(shù)越高的農(nóng)膜，越容易破碎，不利于農(nóng)膜的揭膜處理。一些不宜用作農(nóng)膜的樹脂（如耐老化性差的高密度聚乙烯）也被用作農(nóng)膜原料，其用量占農(nóng)膜用量的1／5。這些劣質(zhì)農(nóng)膜易破碎，更是造成殘膜污染的重要原因。

1.2 石家莊市地膜使用現(xiàn)狀

石家莊為農(nóng)業(yè)大市，糧、棉及油料作物的產(chǎn)量均居河北省前列，同時石家莊也是地膜用量大市，2011年，石家莊市地膜覆蓋面積達51 767hm2，使用量達3 145t；2012年，石 家 莊 市 地 膜 覆 蓋 面 積 已 達52 887hm2，使用量達3 195t［3］。

從以上數(shù)據(jù)不難看出，近幾年，石家莊市農(nóng)田地膜的用量持續(xù)增長，到2012年達到河北省總農(nóng)田地膜用量的1／15左右。隨著農(nóng)田地膜的大量使用，以及石家莊市地膜耕作使用年限的增加，小于5cm 的地膜殘片顯著增多。例如，在連作6年棉花的土壤中，小于5cm 的殘片占廢膜總量的34%，而同樣年限棉、菜輪作的土壤中，小于5cm 的殘片只占廢膜總量的11%［4］。當前石家莊農(nóng)田殘膜污染現(xiàn)象越來越明顯，正確認識農(nóng)田殘膜污染的影響，進而應用到石家莊農(nóng)田殘膜治理中，對石家莊糧食產(chǎn)量的增長及農(nóng)業(yè)發(fā)展具有巨大的促進作用。

2 地膜污染的危害

2.1 殘留地膜對土壤環(huán)境的危害

有研究表明，土壤滲透是一種自由重力水向土壤深層移動的現(xiàn)象［5］。土壤中殘膜碎片可以改變或切斷土壤孔隙之間的連續(xù)性，導致重力水移動時產(chǎn)生比普通土壤孔隙大的阻力，這也就使得水分滲透量隨著地膜殘留量的增加而減少，致使土壤含水量下降，削弱了耕地的抗旱能力，甚至導致地下水難下滲，引起土壤次生鹽堿化。再者，農(nóng)田殘膜可能會造成農(nóng)田灌水不均勻和養(yǎng)分分配不均，通氣性能降低，影響土壤微生物活動和正常土壤結構的形成，最終降低土壤肥力水平。

此外，農(nóng)用殘膜對土壤物理性狀也有諸多方面的影響。土壤物理性狀主要是指土壤含水量、容重、密度、孔隙度等［6］。據(jù)研究［1］，與沒有農(nóng)膜殘留的土壤相比，隨著農(nóng)膜殘留量的增加，土壤中的含水量和孔隙度將逐漸減少，土壤的容重和密度將逐漸增加。當農(nóng)膜殘留量為150kg／hm2時，土壤的含水量和孔隙度將分別下降1.5%和4.4%，其容重將上升0.15，密度將上升0.7g／cm3；當農(nóng)膜的殘留量為400kg／hm2時，土壤的含水量和孔隙度將分別下降2%和17.3%，其容重將上升0.63，密度將上升0.12g／cm3。隨著農(nóng)用殘膜量的增加，土壤的質(zhì)量將不斷下降，這必然會影響農(nóng)作物的生長。

2.2 農(nóng)田殘膜對農(nóng)作物的危害

農(nóng)田殘膜對土壤造成了上述危害，必然對農(nóng)作物產(chǎn)生相應的影響。具有殘膜的土壤，作物根系的生長空間不暢通，大大減少了作物根系與土壤空間的接觸面積，以致于影響到作物根系對水分和營養(yǎng)的吸收；再者，對作物株間施肥時，殘膜會使肥料分布不均，影響肥效，導致農(nóng)作物產(chǎn)量下降。

據(jù)研究，地膜覆蓋種植3年以上的耕地中，1m2耕層（25cm 深）內(nèi)殘留78g地膜的情況已相當普遍［7］。在一些地膜污染嚴重的地方，l m2耕層內(nèi)的地膜含量已高達20g［7］。土壤中的地膜不僅影響耕作，還可能在土壤中形成阻隔層，影響作物對水、肥的吸收及根系發(fā)育，最終導致減產(chǎn)。

研究顯示，當棉花種子播在殘膜上時，棉花種子的爛種率達6.92%，爛芽率為5.17%，棉苗側根比正常減少4.8～7.6條，2～3片真葉期棉苗死亡率為1.19%，子葉期棉苗死亡率為3.08%，現(xiàn)蕾期推遲3～5天，株高降低6.7～12.9cm［8］。

據(jù)河北省農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測站調(diào)查的結果顯示：玉米地每年地膜使用量約為45kg／hm2；使用1年殘留量約為26.55kg／hm2；連續(xù)使用3年，殘留量為32.85kg／hm2；連續(xù)使用5年，殘留量為42.45kg／hm2；連續(xù)使用8年，殘留量為86.10kg／hm2，平均殘留量為10.76kg／hm2，殘留率為23.90%［9］。有關調(diào)查資料表明，殘膜對玉米產(chǎn)量影響的差異達到顯著水平。1hm2有187.5kg殘膜的土地，玉米產(chǎn)量約為9 420kg／hm2，比無殘膜的對照田減產(chǎn)玉米909kg，減產(chǎn)率8.8%［9］。

據(jù)調(diào)查，殘膜對小麥產(chǎn)量有也有直接的影響［9］，見表1。

表1 殘膜對小麥產(chǎn)量的影響Tab.1 Effects of plastic film residue on the yield of wheat

此外，農(nóng)田殘膜對蔬菜生長也有很大危害。有調(diào)查顯示，農(nóng)膜殘留對茄子、白菜的地上鮮重、根鮮重、主根長度、株高等都產(chǎn)生相當大的影響［10］。見表2。

表2 殘膜對茄子、白菜生育性狀的影響Tab.2 Effects of residual coating on eggplant，cabbage growth traits

2.3 殘膜的化學污染

農(nóng)用塑料膜是聚乙烯化合物，在生產(chǎn)過程中需加40%～60%的增塑劑，即鄰苯二甲酸二異丁酯，其化學性能對植物的生長發(fā)育毒性很大，特別是對蔬菜的毒性更大。鄰苯二甲酸酯類是強烈的“三致”物質(zhì)，因其具有較強的脂溶性，流動性大，廣泛存在于自然界中。中國環(huán)境監(jiān)測總站和美國EPA 均將該化合物列為優(yōu)先控制污染物［9］。

研究表明，大多數(shù)烯烴類高聚物易被微生物分解，且耐酸堿腐蝕，在環(huán)境中殘留性極強［11］。但是聚烯烴（如聚乙烯PE）類農(nóng)膜經(jīng)紫外線輻射或熱解氧化后，可有利于中間產(chǎn)物的生成及發(fā)生生化降解變化。光解或熱解后的產(chǎn)物相對分子質(zhì)量可降至10 000以下，其抗張強度明顯降低，變脆、易碎，因而表面積增大。

有些地方將殘膜焚燒，會產(chǎn)生有害氣體污染大氣環(huán)境，造成二次污染，如焚燒聚氯乙烯等含氯的塑料農(nóng)膜時會產(chǎn)會氯化氫和二惡英等劇毒氣體。

2.4 殘膜對環(huán)境景觀的影響

由于回收殘膜的局限性，加上處理回收殘膜不徹底，方法欠妥，部分清理出的殘膜被棄于田邊、地頭、水渠、林帶中，大風刮過后，殘膜被吹至田間、樹梢，影響農(nóng)村環(huán)境景觀，造成“視覺污染”。石家莊是河北省的省會，國家歷史文化名城，著名的旅游城市，更應該注意治理城市及周邊環(huán)境景觀。

2.5 其他方面的危害

殘留地膜碎片會隨農(nóng)作物的秸桿和飼料進入農(nóng)家，牛羊等家畜誤食殘膜碎片后，可導致腸胃功能失調(diào)，膘情下跌，嚴重時會引起厭食和進食困難，甚至導致死亡。近年來，各地牛、馬、羊由于誤食塑料殘膜導致死亡的現(xiàn)象時有發(fā)生。

總之，由于農(nóng)田地膜殘膜對環(huán)境和作物產(chǎn)量能產(chǎn)生相當大的危害，而且隨著使用年限的積累，地膜污染會越來越嚴重。因此，防治地膜污染是一項十分緊迫、又有重要意義的工作。

3 殘膜回收存在的問題

石家莊市地膜覆蓋栽培技術在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的效益是顯著的，所以發(fā)展快速，但殘膜回收由于經(jīng)濟效益差，又耗時費力，所以推廣困難。就目前情況而言，尚存在農(nóng)民自身問題和環(huán)境管理等方面的問題。

3.1 農(nóng)民方面

1）目前石家莊當?shù)剞r(nóng)民對地膜污染的危害有了一定的認識，但注重當年效益、忽視長遠效益的現(xiàn)象也普遍存在，所以推廣人工揭膜比較困難。

2）近年來石家莊市棉花播種面積擴大，覆膜面積也跟著擴大。由于棉田地膜用量在所有農(nóng)用地膜中占有相當大的比例，故提高棉田殘膜回收率對減少地膜污染顯得尤為重要。棉花頭水前揭膜勞力、時間特別緊張。石家莊地區(qū)當?shù)剞r(nóng)民，在揭膜期多在外地打工，沒有足夠的時間、精力去做揭膜這項費時的農(nóng)活。因此，沒有把人工揭膜列為必不可少的一道生產(chǎn)工序，這是生產(chǎn)管理、勞動安排和宣傳認識上存在的問題。

3）石家莊市棉花種植多為夏初種植，棉花收獲完畢時間已經(jīng)很晚，緊跟著就要秋翻、秋耕為來年生產(chǎn)打好基礎，秋末的忙碌使人無暇顧及殘膜的撿拾，殘膜來不及人工撿拾就被翻入耕層。

3.2 環(huán)境管理方面

環(huán)境管理薄弱也是殘膜污染的一個重要原因，薄弱環(huán)節(jié)主要是法規(guī)體系不健全。

1）目前，石家莊市還沒有專門的法規(guī)來約束和防止地膜污染的產(chǎn)生，因而在開展回收殘膜的工作中，不能采取有效措施開展清理回收工作。

2）中國目前尚未建立農(nóng)膜環(huán)境方面的法規(guī)及農(nóng)膜土壤殘留標準，土壤殘膜污染實際上處于放任自流狀態(tài)。而日本法律明確規(guī)定，不論使用何種農(nóng)膜，農(nóng)作物收割后都不允許有農(nóng)膜存在，否則將被罰款；同時，日本也積極開展回收業(yè)務，使殘膜得以再生和再利用。中國應加強在地膜回收方面的管理。

殘膜清除率低的原因，除農(nóng)膜質(zhì)量、農(nóng)民自身和環(huán)境管理的因素外，還有一些其他原因。例如：由于殘膜回收價格太低，調(diào)動不起農(nóng)民的積極性，人們只注意清理大張的殘膜，而忽視了小塊的殘膜，只撿地表的，而不翻挖土里的；另外，清膜方式主要采用清除率低的人工方法，而未應用先進的機械設備。

4 地膜污染防治對策

為了防治殘留農(nóng)膜污染，應從政策和技術2 個方面做出努力。國家應加強立法，保護農(nóng)田不受污染，同時對于回收殘膜在政策上給予鼓勵和獎勵；在技術方面，開發(fā)研究優(yōu)質(zhì)農(nóng)膜，推廣易降解農(nóng)膜；通過加強環(huán)保宣傳教育和開發(fā)推廣合理的農(nóng)藝措施，相對減少農(nóng)膜使用量，注重殘膜的回收利用等。石家莊市政府應加大執(zhí)法力度，做到有法必依，違法必究，執(zhí)法必嚴，同時配合國家政策，做好地方宣傳工作。防治地膜污染應遵循“以宣傳教育為先導，以強化管理為核心，以回收利用為主要手段，以替代產(chǎn)品為補充措施”的原則，積極防治殘膜污染，主要通過清理和回收利用來減少污染，同時依靠有利于回收利用的經(jīng)濟政策提高回收利用率。

4.1 加強環(huán)保宣傳教育

防治地膜污染可以說是一個系統(tǒng)工程，需要各部門、各行業(yè)和廣大農(nóng)民群眾的共同努力、支持和參與。要大力開展宣傳教育，提高各級領導和農(nóng)民群眾對地膜污染危害的長遠性、嚴重性、恢復困難性的認識，提高回收地膜的自覺性。

4.2 建立、健全有關法律、法規(guī)，把治理殘膜污染納入法制軌道

建議制定地膜殘留量標準，結合石家莊當?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展情況，制定必要的農(nóng)田地膜殘留量標準和地膜殘留量超標收費標準，使農(nóng)田地膜污染早日納入法制管理軌道。

4.3 加快制定有關回收殘膜的經(jīng)濟政策

結合石家莊經(jīng)濟狀況，制定一些優(yōu)惠政策，鼓勵回收、加工、利用廢舊地膜企業(yè)的發(fā)展，調(diào)動他們的積極性。為了既不增加政府負擔，又能體現(xiàn)“誰污染、誰治理”的原則，可要求石家莊各地膜銷售部門和地膜消費者自行回收利用，不能自行回收利用的企業(yè)或個人要交納回收處理費，用于對回收利用企業(yè)或個人的補償。

4.4 大力推廣適期揭膜技術

所謂適期揭膜技術是指把作物收獲后揭膜改變?yōu)槭斋@前揭膜，篩選作物的最佳揭膜期［5］。具體的揭膜時間最好選定為雨后初晴或早晨土壤濕潤時揭膜。根據(jù)石家莊市人力現(xiàn)狀和天氣情況，選擇適宜的時機揭膜。適期揭膜技術不但能提高地膜回收率，節(jié)省回收地膜用工，而且還能使作物增產(chǎn)。因此，在石家莊市要大力推廣適期揭膜技術，以促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。

4.5 采取人工和機械回收相結合的措施，加大殘留地膜回收力度

中國用機械回收殘膜有3種方法：一是在作物苗期、灌頭水前揭膜；二是在作物收獲后、耕地前回收地表殘膜；三是在播種前回收地表殘膜［12］。

在石家莊大力推廣冬灌春播前清理殘膜，確定“凈土日”或“凈土周”，動員廣大農(nóng)民、城鎮(zhèn)機關，做到要開犁的地塊如沒有進行揭膜不準開犁，開犁整好的地塊沒有進行農(nóng)戶撿拾殘膜的就不允許開播。同時，將農(nóng)業(yè)環(huán)境保護工作列入石家莊鄉(xiāng)村領導責任制。根據(jù)有關經(jīng)驗，鄉(xiāng)村做到農(nóng)田、林帶、渠道路、房前屋后廢舊地膜回收率達到90%，地膜殘留保持在7.5kg／hm2以下，是比較理想的［13］。在石家莊市施行農(nóng)田揭膜，除頭水前揭膜措施外，還可組織人力和勞力采用手工或耙子回收殘留地膜，在翻地、平整土地、播種前及收獲后可采用地膜回收機回收也能收到較好的效果。遼寧省農(nóng)機化研究所研制的ISQ－20型地膜消除機及新疆麥蓋提縣研制的環(huán)形滾動釘齒式殘膜清除機，推廣使用效果很好。

4.6 選用耐老化、耐破裂、高強度的地膜以便于回收

目前，石家莊市使用的農(nóng)用地膜都為超薄膜，厚度多為0.007cm，易破碎，難回收。而國外及內(nèi)地一些省市使用的地膜都較厚，有些省市使用的地膜厚度為0.015cm，不易破碎，因而易回收。建議適當增加地膜厚度，以增強地膜韌性，利于殘膜的回收。

4.7 研究開發(fā)新材料，尋找農(nóng)膜替代品

實踐證明，研制出易降解、無污染的新材料地膜才能根除地膜污染。目前使用的地膜多為聚乙烯農(nóng)膜，化學性質(zhì)穩(wěn)定，不易分解和降解，因而造成土壤環(huán)境的污染。應鼓勵開發(fā)無污染、可降解的生物地膜，替代聚乙烯農(nóng)膜，如光解膜、生物降解膜和雙解膜等［14－17］。光解膜是指在太陽紫外線的作用下，經(jīng)過一段時間后裂解成碎片，從而消除污染。生物降解膜是利用土壤微生物在新陳代謝過程中產(chǎn)生的生物物理和化學作用來降解的一類薄膜。雙解膜是指先經(jīng)過光降解過程裂解成碎片，然后再由微生物進一步降解。新材料包括中國科學院長春應用化學研究所研制的可光解地膜、蘭州化學研究所研制的可溶解地膜，以及北京塑料研究所研制的非淀粉可控光－生物降解塑料薄膜［18］。目前，生物農(nóng)膜因強度不夠或成本較高而難以推廣，應進一步改進和優(yōu)化生物農(nóng)膜的性能，逐步降低成本，便于推廣和應用［19－20］。

由安徽大學高分子材料研究所等研發(fā)的高新技術產(chǎn)品——可降解、可除草地膜的問世能很好地解決這一問題，這種新型地膜具有雙降解特性及藥效緩釋功能，在整個降解過程中不會破壞土壤的質(zhì)量，且能避免使用普通地膜帶來的“白色污染”［21］。

4.8 優(yōu)化耕作制度

在石家莊市進一步加強倒茬輪作制度，通過糧棉、菜棉輪作倒茬，減少地膜單位面積平均覆蓋率，進而減輕殘膜污染危害［22］。

5 結 語

近年來石家莊市的農(nóng)業(yè)產(chǎn)值，特別是各種蔬菜、油料作物產(chǎn)量的增加說明采用地膜覆蓋栽培技術可以達到增溫保墑而增產(chǎn)豐收的目的。但與此同時，部分地膜殘留在土壤中，對農(nóng)田造成污染。長此下去，土壤物理性質(zhì)改變，肥力水平下降，作物根系生長困難，苗禾發(fā)育遲緩，最終將造成農(nóng)作物減產(chǎn)。更為嚴重的是由于殘膜長期堆積，有可能完全破壞土地資源的生產(chǎn)潛力，使大片良田變?yōu)榇绮莶簧幕哪恋亍Ｋ?，預防和治理地膜污染，保護農(nóng)田生態(tài)環(huán)境是地膜種植技術持續(xù)應用和發(fā)展的關鍵。當前，在可降解、無污染的地膜還沒有得到大面積推廣應用的情況下，采取適期揭膜技術是防治殘膜污染的有效措施。此技術可提高回收率，減少地膜污染，保護耕地能力。因此，要加強宣傳教育，提高各級領導和農(nóng)民群眾的環(huán)保意識，大力推廣適期揭膜技術，減少殘膜留量，確保農(nóng)業(yè)生產(chǎn)持續(xù)豐收。

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