新疆阿克蘇地區(qū)棉田殘膜污染現狀分析

牛瑞坤，王旭峰，胡 燦，侯書林，魯 兵，李俊寶

(1.塔里木大學機械電氣化工程學院， 新疆阿拉爾　843300；2.新疆維吾爾自治區(qū)教育廳普通高等學校重點實驗室，

新疆阿拉爾　843300；3.中國農業(yè)大學工學院，北京　100083)

?

新疆阿克蘇地區(qū)棉田殘膜污染現狀分析

牛瑞坤1,2，王旭峰1,2，胡 燦1,2，侯書林1,3，魯 兵1,2，李俊寶1,2

(1.塔里木大學機械電氣化工程學院， 新疆阿拉爾843300；2.新疆維吾爾自治區(qū)教育廳普通高等學校重點實驗室，

新疆阿拉爾843300；3.中國農業(yè)大學工學院，北京100083)

摘要：【目的】調查分析新疆阿克蘇地區(qū)棉田地膜殘留量，為阿克蘇地區(qū)棉田殘膜污染防控提供數據參考和理論依據。【方法】新疆阿克蘇地區(qū)棉田經過多年的覆膜栽培技術，土壤中地膜殘留量較大。對該地區(qū)棉田地膜殘留狀況、殘膜分布特點、影響因素進行調查，采用梅花采樣法采樣，按照不同耕層以及不同殘膜面積分類統(tǒng)計?！窘Y果】阿克蘇地區(qū)棉田土壤中地膜平均殘留量高達134.09 kg/hm2,污染嚴重。殘膜在土壤0～30 cm耕作層中都有分布，三個層面(地表、0～12 cm、12～30 cm)中的殘膜量依次約占總量的5.88%、44.92%和49.20%。殘膜主要是以4～25 cm2的大小存在于土壤中，土壤中殘膜質量與殘膜片數呈正相關關系。阿克蘇地區(qū)各縣與第一師各團場相比棉田地膜殘留量較多?！窘Y論】土地管理模式和農作方式是影響地膜殘留量的主要因素，通過對阿克蘇地區(qū)各縣和第一師各團場對比表明，土地管理模式較好的地區(qū)棉田地膜殘留量相對較少。

關鍵詞：棉田；殘膜污染；現狀調查

0 引 言

【研究意義】地膜覆蓋技術從20世紀70年代末引入我國，得到了大面積的推廣及應用，新疆作為中國棉花三大棉區(qū)之一，其覆膜面積已經超過130×104hm2，棉花覆膜率已經達到100%[1-2]，農用地膜主要成分為聚乙烯形成的高分子聚合物，其穩(wěn)定性高，難以快速降解，在土壤中可以殘留200～400年[3-4]；大量的殘膜長期存留在農田中，對土壤耕層造成較大的污染，影響土壤的肥力、農作物的根系生長等，導致農作物減產。新疆每年覆膜量的20%以上殘留在土壤中，殘留量是全國平均地膜殘留量的4～5倍[5-6]。阿克蘇地區(qū)為新疆重要的優(yōu)質棉生產基地之一，研究阿克蘇地區(qū)棉田的殘膜污染狀況能對新疆棉田的污染現狀提供依據?！厩叭搜芯窟M展】目前國內對新疆棉田殘膜污染情況的研究主要集中在北疆地區(qū)，大多研究內容為地膜殘留量、地膜殘留密度、殘膜分布情況。【本研究切入點】目前對阿克蘇地區(qū)棉田殘膜污染情況研究較少，對新疆生產建設兵團各團場與各縣市殘膜污染特點對比研究未見報道?！緮M解決的關鍵問題】對阿克蘇地區(qū)各縣以及新疆生產建設兵團第一師各團場棉田進行采樣，對其殘留數量分布特征及影響因素進行分析研究，為棉田殘膜污染防控提供數據參考以及理論依據。

1 材料與方法

1.1　研究區(qū)概況

阿克蘇地區(qū)處于新疆塔里木盆地北緣，天山山脈中段以南。由庫車縣、新和縣、阿克蘇市等八縣一市以及新疆生產建設兵團第一師及所屬團場組成,總面積達1.837×104km2,占新疆地區(qū)總面積的8%。全區(qū)年平均降水量約在42.4～94.4 mm，全年總日照達2 800～3 831.35 h,平均晝夜溫差變化約在12～16°C[7]。該地區(qū)土壤性質均為沙土，主要作物為棉花，棉花以機械覆膜以及膜下滴灌技術為主要栽培模式，所用地膜厚度為0.006～0.01 mm。阿克蘇地區(qū)棉田，一部分為阿克蘇地區(qū)各縣市棉田。殘膜回收基本依靠農戶自行安排；一部分為兵團第一師各團場棉田。采用大型機械化生產，對殘膜回收的綜合管理采取統(tǒng)一管理的模式。

1.2　材 料

一是阿克蘇地區(qū)各縣棉田對庫車縣、新和縣和沙雅縣等5個縣進行采樣，二是第一師棉田對7團、8團、12團等5個團場進行采樣，選取連續(xù)覆膜種植棉花15 a以上的棉田為樣點采集點。表1

1.3　方 法

1.3.1以梅花采樣法進行采集，每塊棉田選取5塊樣方，每個樣方面積的為1 m×1 m的正方形，取樣分三個深度層次(地表、0～12 cm、13～30 cm)進行人工采樣。

1.3.2將樣品帶回實驗室后，首先人工去除附著在殘膜上的雜物，然后用清水進行清洗。

1.3.3用濾紙吸干殘膜上的水分并在陰涼干燥處自然晾干至恒重。

1.3.4以不同面積(﹤4 cm2、4～25 cm2、﹥25 cm2)和耕層深度(地表、0～12 cm、13～30 cm)為標準進行分類統(tǒng)計。

1.3.5評價方法

對于殘膜污染程度，目前國內還沒有規(guī)范的評價標準?，F根據我國農田地膜平均殘留量進行劃分，低于60 kg/hm2為輕度污染，在60～90 kg/hm2為中度污染。高于90 kg/hm2為重度污染。

表1 采樣地點分布情況
Table 1 The distribution of sampling sites

地點Site地點序號Sitenumber經度(E)Longitude緯度(N)Latitude阿克蘇地區(qū)各縣CountiesinAksuarea庫車縣新和縣沙雅縣溫宿縣阿瓦提縣182.84741.682282.69441.558182.24441.174282.25241.283182.32441.116282.39441.102180.23641.288280.26841.237180.39740.662280.38140.603第一師各團場RoundFieldsIntheFirstDivision6團7團8團10團12團180.47240.946280.49340.915180.66840.625280.61540.528180.84740.581280.77940.597181.29940.536281.35840.579181.21340.313281.73640.452

2 結果與分析

2.1　棉田中地膜殘留量分布特點

研究表明，不同地區(qū)殘膜在土壤中分布有明顯的不同。阿克蘇地區(qū)棉田地膜殘留量平均值為134.09 kg/hm2，其中，阿克蘇地區(qū)各縣棉田地膜平均殘留量為175.93 kg/hm2，地膜最多棉田為179.88 kg/hm2。第一師各團場棉田地膜平均殘留量為116.64 kg/hm2，地膜最多棉田為161.45 kg/hm2，長期使用地膜覆蓋的農田中地膜殘留量一般在60～90 kg/hm2[1]，阿克蘇地區(qū)棉田平均地膜殘留量明顯高于國內其它地區(qū)農田。同時各縣的地膜平均殘留量為各團場的1.5倍。圖1，圖2

圖1 各地區(qū)不同耕層殘膜重量分布
Fig.1Weight distribution of residual plastic film under topsoil in different areas

圖2 各地區(qū)不同大小殘膜數量分布
Fig.2Quantitative distribution of residual plastic film of different sizes in different areas

不同耕層地膜殘留分布情況為，阿克蘇地區(qū)棉田地表所占比例為5.88%，0～12 cm耕層所占比例為44.92%，12～30 cm耕層所占比例為49.20%；從整體上看，不同耕層呈均勻分布的趨勢。在對阿克蘇地區(qū)各縣和第一師各團場的比較可得，各縣和各團場殘留量差別主要集中在地表和0～12 cm耕層，各縣的殘膜量約為各團場的2倍。而12～30 cm耕層殘留量相差不大。該地區(qū)地表和0～12 cm耕作層地膜殘留量較小。圖3

圖3 不同耕層殘膜重量分布
Fig.3Weight distribution of residual plastic film in different topsoil

2.2　棉田中地膜殘留數量

土壤中殘膜的數量及分布狀況也是影響土壤質量的一個重要因素。不同耕層地膜殘留數量顯示，在0～30 cm耕層，各縣地膜總殘留量為400×104片/hm2，各團場的總殘留量為264.38×104片/hm2，各縣的殘膜數量約為各團場的1.5倍。從殘膜重量分布特點分析表明，各縣的殘膜重量同樣為各團場的1.5倍，說明兩地區(qū)殘膜大小形態(tài)分布相同。各縣和各團場最大的差異在0～12 cm耕層，各縣殘膜量約為各團場的2.5倍，12～30 cm耕層中兩地區(qū)地膜殘留數量幾乎相同。圖4

圖4 不同耕層地膜殘留數量分布
Fig.4 Quantitative distribution of residual plastic film in different topsoil

2.3　棉田中殘膜的形態(tài)特點

不同殘膜塊面積的大小會對土壤的肥力以及春耕作業(yè)機具工作效率有不同程度的影響，根據田間調研測定大小，殘膜塊按照不同面積分成三類，分別為：0～4 cm2，4～25 cm2，25 cm2以上，樣點為1 m2的正方形，深度為30 cm。不同大小殘膜分布特點為，各縣與各團場不同殘膜塊面積數量分布規(guī)律一致，三個面積范圍的殘膜數量呈1:7∶2的比例進行分布，可以看出，殘膜大都集中在4～25 cm2。圖5

圖5 不同大小殘膜數量分布
Fig.5 Quantitative distribution of residual plastic film of different sizes

結果表明，殘膜重量呈遞增分布，25 cm2以上的地膜雖然數量上只占20%左右，但在重量上占的比重為最大，均占總量的65%以上。阿克蘇地區(qū)殘膜回收方式以人工撿拾為主，殘膜塊面積越大，殘膜越容易回收。所以對面積較大的殘膜應重點治理。表2

在耕層中不同面積的殘膜形狀分布情況各不相同。小面積殘膜塊一般為片狀分布，大面積殘膜塊一般為棒狀或筒狀等不規(guī)則形態(tài)分布。從整體上來看，殘膜的片數與殘膜重量為正相關關系。

表2 不同大小殘膜重量分布特點
Table 2 Distribution features of the different sizes of residual plastic film in weight

面積Area(cm2)第一師各團場RoundfieldsintheFirstDivision阿克蘇地區(qū)各縣CountiesinAksuarea重量Weight(kg/hm2)比例Ratio(%)重量Weight(kg/hm2)比例Ratio(%)﹤42.612.231.620.924~2540.0634.3556.8832.33﹥2573.9763.42117.4366.75合計Total116.64100175.93100

3討 論

由于殘膜對土壤的負面影響需要其在棉田經過常年的積累才能逐漸凸現出來，從而影響到棉田的產量，殘膜回收帶來的正面經濟效益短期內表現不明顯，因此農戶對殘膜回收表現不是很積極。阿克蘇地區(qū)殘膜回收主要以人工撿拾為主，要耗費大量人力和財力，當地人均種植面積大，勞動力極其缺乏，因此對棉田殘膜回收造成了一定的影響。

阿克蘇地區(qū)土地大多為個人承包，當承包戶花費大量精力把棉田地膜回收干凈，又面臨著被調換到其他地塊種植。這也在很大程度上降低了農戶回收殘膜的積極性。因此，隨著覆膜年份的增加，棉田殘膜污染問題就變得越來越嚴重。

4 結 論

4.1通過對阿克蘇地區(qū)進行采樣調查結果顯示，其棉田平均地膜殘留量達134.09 kg/hm2，屬于重度污染區(qū)。

4.2對阿克蘇地區(qū)各縣和第一師各團場棉田進行比較發(fā)現，由于管理模式和農作方式的不同，導致棉田殘膜含量也不同，第一師各團場管理模式先進，殘膜回收情況要明顯好于地區(qū)各縣。

4.3阿克蘇地區(qū)各縣和第一師各團場的殘膜主要分布差別在0～12 cm的耕層中，總體上各縣的殘膜質量和數量均約為各團場的1.5倍，呈正相關關系。

4.4殘膜塊面積大于25 cm2的殘膜數量所占總比例為20%，但在殘膜總重量上卻占主要比重，占到接近70%。

參考文獻(References)

[1]嚴昌榮，梅旭榮，何文清，等．農用地膜殘留污染的現狀與防治[J]． 農業(yè)工程學報，2006，22(11):269-272．

YAN Chang-rong, MEI Xu-rong, HE Wen-qing, et al.(2006).Present situation of residue pollution of mulching plastic film and controlling measures [J].TransactionsoftheCSAE, 22(11): 269-272.(in Chinese)

[2]劉建國，李彥斌，張偉，等．綠洲棉田長期連作下殘膜分布及對棉花生長的影響[J]． 農業(yè)環(huán)境科學學報，2010，29(2)： 246-250．

LIU Jian-guo，LI Yan-bin，ZHANG Wei，et al.(2010).The Distributing of the residue Film and Influce on Cotton Growth Under Continuous Cropping in Oasis of Xinjiang [J].JournalofAgro-EnvironmentScience.29(2)：246 -250．(in Chinese)

[3]王頻．殘膜污染治理的對策和措施[J].農業(yè)工程學報，1998，14(3):185-188．

WANG Pin.(1998).Measures to Reduce the Pollution of Residual of Mulching Plastic Film in farm Land [J].TransactionsoftheCSAE，14(3):185-188．(in Chinese)

[4]王旭峰，馬少輝，王偉，等．風沙作用下塑料地膜破損現狀分析及防治措施探索[J]． 農機化研究，2012，50(11):245-252．

WANG Xu-feng, MA Shao-hui, WANG Wei，et al. (2012). Status Analysis about Damage of Plastic Film under the Sandstorm and Exploration about Prevention and Control measures [J].JournalofAgriculturalMechanizationResearch.50 (11): 245-252.(in Chinese)

[5]嚴昌榮，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)學報，2008，28(7)：3 470-3 474．

YAN Chang-rong,WANG Xu-jian, HE Wen-qing, et al.(2008). The residue of plastic film in cotton fields in Shihezi Xingjian[J].ActaEcologicaSinica, 28(7)：3,470-3,474．(in Chinese)

[6]劉晨．新疆殘膜污染危害成因分析及治理建議[J]． 基層農技推廣，2013，11(1)：28-29．

LIU Chen.(2013).The Pollution of Residual of Mulching Plastic Film cause analysis and Suggestions in Xinjiang [J].PrimaryAgriculturalTechnologyExtension, 11(1)：28-29．(in Chinese)

[7]時惠敏．阿克蘇地區(qū)農業(yè)可持續(xù)發(fā)展評價研究[D]．武漢：華中農業(yè)大學碩士論文，2012．

SHI Hui-min.(2012).ResearchontheAgriculturalSustainableDevelopmentEvaluationinAksuareaofXinjiang[D〗.Master Dissertation. Huazhong Agricultural University, Wuhan. (in Chinese)

Fund project:Supported by Special Funds for Science and Technology Research in Agriculture (201503105 ) and NSFC (11162017)

Analysis of the Current Situations of Plastic Films Residue

Pollution of Cotton Field in Xinjiang Aksu Area

NIU Rui-kun1,2，WANG Xu-feng1,2，HU Can1,2，

HOU Shu-lin1,3,LU Bing1,2，LI Jun-bao1,2

(1.CollegeofMechanicalandElectronicEngineering,TarimUniversity,AlarXinjiang843300,China; 2.KeyLaboratoryatUniversitiesofXinjiangUygurAutonomousRegion,AlarXinjiang843300,China; 3.CollegeofEngineering,ChinaAgriculturalUniversity,Beijing100083,China)

Abstract：【Objective】 By the investigation analysis of plastic film residue of cotton fields in Aksu area of Xinjiang, the project aims to provide data reference and theoretical basis for the prevention and control of cotton film pollution.【Method】This study used the plum sampling method to collect samples and classified statistics according to different arable layers and different residual membrane area.【Result】Owing to the cotton fields being cultivated for many years in Aksu area of Xinjiang, a large amount of plastic film residues was found in the soil. By the investigation of residual situations, distribution characteristics, influencing factors of plastic film residue in this area, the result shows that the average residues of plastic film was up to 134.09 kg/hm2in cotton field soil of Aksu area, and the pollution was very serious. The residual plastic films were distributed in the soil of 0-30 cm arable layers, and the ratio of plastic film residue in three soil layers (surface, 0-12 cm, 12-30 cm) respectively accounted for 5.88%, 44.92% and 49.20% of the totals. Plastic film residue was mainly in the size of 4-25 cm2of the soil, and the relationship between of the contents of plastic film residue in soil and the numbers of plastic film residues was a positive correlation. The plastic film residues of cotton fields in each county of Aksu were higher than those in each regiment of the first division. 【Conclusion】The land management mode and farming practices are the main factors that are influencing the residual amount of plastic film and we can find that the plastic film residues of cotton fields in the area of the better land management mode are relatively small by the comparison between each county of Aksu and each regiment of the first agricultural division.

Key words:cotton fields；pollution of residual plastic film；present situation investigation

通訊作者:王旭峰(1974-)，男，甘肅人，教授，研究生導師，研究方向為農業(yè)機械設計理論，(E-mail)wxfwyq@126.com

作者簡介:牛瑞坤(1987-)，男，河南人，碩士研究生，研究方向為農業(yè)機械化，(E-mail)916415641@qq.com

基金項目:公益性行業(yè)(農業(yè))科研專項(201503105)；國家自然科學基金項目(11162017)

收稿日期：2015-08-19

中圖分類號：S36；S562

文獻標識碼：A

文章編號：1001-4330(2016)02-0283-06

doi:10.6048/j.issn.1001-4330.2016.02.013