黃河三角洲地區(qū)棉田地膜殘留特征研究

李麗霞 王智華

摘要：為準(zhǔn)確掌握黃河三角洲地區(qū)棉田土壤殘膜的分布特征，科學(xué)制定棉田地膜污染防治對(duì)策，在黃河三角洲棉花主產(chǎn)區(qū)東營(yíng)市開展了棉田地膜調(diào)查與殘留監(jiān)測(cè)研究，選擇5個(gè)典型棉田進(jìn)行取樣，測(cè)定土壤中的殘膜數(shù)量、分布密度及殘膜面積等。結(jié)果表明：20年以上棉田的土壤地膜殘留量為18.84～53.53 kg/hm2，地塊間差異較大。地膜殘留密度（22.5～34.0）萬塊/hm2；殘膜大小差異較大，25 cm2以上的殘膜占?xì)埬た倝K數(shù)的94.1%，100～500 cm2的殘膜占一半以上，500 cm2以上的大片殘膜約占21.0%。黃河三角洲棉區(qū)，土壤中地膜殘留以“殘塊大、厚度薄、回收難”為主要特征，并具有向深土層遷移的可能，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較高。

關(guān)鍵詞：黃河三角洲；棉田；地膜殘留；分布特征

中圖分類號(hào)：S562文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A文章編號(hào)：1001-4942（2016）06-0084-04

20世紀(jì)中后期，地膜開始在日本和歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用，80年代引入我國(guó)，極大地推動(dòng)了我國(guó)的農(nóng)作物增產(chǎn)和作物適作區(qū)擴(kuò)大，并逐漸成為農(nóng)田增溫保墑、農(nóng)業(yè)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要手段，被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)之中[1～3]。目前，我國(guó)每年地膜使用量約120萬噸，高居世界第一；地膜覆蓋作物已超過50種；年地膜覆蓋面積達(dá)2 333萬公頃左右，應(yīng)用區(qū)域遍及全國(guó)。但是，近年來由于超薄地膜的大量使用以及殘膜回收再利用技術(shù)、機(jī)制欠缺，使曾經(jīng)的“白色革命”逐步演變?yōu)椤鞍咨廴尽?，殘膜在土壤中殘留并不斷累積，破壞土壤結(jié)構(gòu)、降低耕地質(zhì)量，并對(duì)作物生長(zhǎng)、農(nóng)機(jī)操作、農(nóng)業(yè)環(huán)境等產(chǎn)生負(fù)面影響[4～6]。農(nóng)田地膜殘留污染問題日益突出，并成為地膜應(yīng)用推廣的瓶頸之一，是制約我國(guó)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要因素之一。

作為全國(guó)農(nóng)業(yè)大省的山東，地膜覆蓋規(guī)模大、涉及作物種類多。農(nóng)村經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，山東省從1991年開始使用地膜，當(dāng)年地膜使用量為3.56萬噸。2001年，全省地膜使用量超過10萬噸，10年增長(zhǎng)近兩倍。2007年，全省地膜使用量超過15萬噸，增長(zhǎng)迅猛。2012年，全省地膜覆蓋面積達(dá)240萬公頃，占全省農(nóng)作物播種總面積的22%。山東是全國(guó)重要的棉花傳統(tǒng)產(chǎn)區(qū)，是僅次于新疆的第二大產(chǎn)棉省份；其中，黃河三角洲地區(qū)是山東省的棉花主產(chǎn)區(qū)，其種植面積超出全省的1/3。2003～2012年，棉花種植面積累計(jì)達(dá)846萬公頃以上，10年內(nèi)棉田累計(jì)投入地膜25萬噸以上。山東省已成為我國(guó)最大的地膜污染地區(qū)之一。

有研究表明，棉田土壤中地膜殘留量可達(dá)200～400 kg/hm2，且主要集中在0～30 cm耕層中[7]；還有研究表明，土壤中的殘膜每年正在以11.2 kg/hm2的速率增加[8]。研究黃河三角洲地區(qū)棉田地膜殘留特征，客觀、全面地掌握區(qū)域棉田的殘膜污染狀況，探尋殘膜污染的特點(diǎn)、變化趨勢(shì)，對(duì)提高區(qū)域內(nèi)棉田土壤質(zhì)量、保障棉田生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展、棉田生態(tài)系統(tǒng)安全和人類健康具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義，也可為同類區(qū)域棉花生產(chǎn)與棉田科學(xué)管理提供參考。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于山東省東營(yíng)市，屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，多年平均氣溫12.8℃，無霜期206天，≥10℃積溫約4 300℃，可滿足農(nóng)作物的兩年三熟。多年平均降水量555.9 mm，全年降水量的65%集中在夏季，降水量年際變化大，易形成旱、澇災(zāi)害。試驗(yàn)區(qū)土壤為鹽化潮土，同屬濱海鹽堿土，適宜種植棉花，為魯北濱海棉區(qū)。棉花種植以覆膜栽培為主，地膜用量在25～30 kg/hm2之間，地膜厚度一般在0.003～0.006 mm之間。

1.2殘膜收集與處理

2015年春季棉田整地以前，選擇5個(gè)典型地塊，面積約0.33 hm2，覆膜歷史20年以上。每個(gè)監(jiān)測(cè)地塊選擇7 個(gè)規(guī)格為100 cm×200 cm樣方，土壤深度20 cm。劃定采樣樣方后，邊挖土邊清撿殘留地膜，遇大土塊需砸碎，過篩采集殘膜。將采集的殘膜帶回實(shí)驗(yàn)室，去除附著在殘膜上的雜物并清洗，洗凈后用吸水紙吸干殘膜上的水分，小心展開卷曲的殘膜，防止殘膜破裂，放在干燥處自然陰干，根據(jù)殘膜面積大?。?～25、25～100 cm2和大于100 cm2）分類統(tǒng)計(jì)殘膜的片數(shù)、重量，利用萬分之一電子天平進(jìn)行稱重。

1.3分析方法

用Microsoft Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計(jì)分析以及圖表繪制等。

2結(jié)果與分析

2.1棉田地膜殘留數(shù)量的變化

土壤中地膜殘留是殘膜長(zhǎng)期在土體累積的結(jié)果，土壤中的殘留量與地膜特性、農(nóng)藝措施、耕作精細(xì)化程度、覆膜年限等密切相關(guān)。河北邯鄲棉田土壤的地膜殘留量為59.1～103.4 kg/hm2；新疆棉區(qū)土壤的地膜殘留量為218.8～381.1 kg/hm2[3，7]；2007年第一次全國(guó)污染源普查結(jié)果表明，全國(guó)覆膜農(nóng)田地膜殘留總量達(dá)12.10萬噸（中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)部、中華人民共和國(guó)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局、中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)部，2010）；與此同時(shí)，土壤地膜殘留量的區(qū)域性差異很大，不同棉花產(chǎn)區(qū)土壤的地膜殘留量各不相同。對(duì)黃河三角洲棉區(qū)土壤地膜殘留調(diào)查與監(jiān)測(cè)的結(jié)果（表1）表明：棉田覆膜種植20年以上時(shí)，土壤地膜殘留量為18.84～53.53 kg/hm2，僅從殘留量看，遠(yuǎn)低于新疆、河北等地，但地塊間差異較大。調(diào)查還發(fā)現(xiàn)，20世紀(jì)80年代初使用的地膜厚度一般為0.05～0.10 mm，近幾年超薄地膜大范圍推廣，地膜厚度多低于0.008 mm，甚至只有0.004 mm，地膜超薄，抗拉力差、易碎，加大了地膜回收的難度，導(dǎo)致土壤中地膜殘留量驟增。

2.2棉田地膜殘留特征的變化

土壤殘膜的形態(tài)特征、數(shù)量等是影響農(nóng)田土壤質(zhì)量的重要因素，土壤中的殘膜受自然條件和人為活動(dòng)的影響，在土壤中呈現(xiàn)出形狀不同、大小不一的碎片。本研究調(diào)查結(jié)果表明：覆膜植棉20年以上時(shí)，土壤中地膜殘留密度為（22.5～34.0）萬塊/hm2。殘膜大小從幾平方厘米到上千平方厘米不等，殘膜面積變化較大，多數(shù)殘膜大于25 cm2。其中，25 cm2以上殘膜塊數(shù)占94.1%，100～500 cm2殘膜占52.9%，500 cm2以上大殘膜約占21.0%（圖1）。在新疆地區(qū)，覆膜10年的棉田土壤殘膜密度達(dá)500萬塊/hm2[9]。程桂蓀等[10]認(rèn)為，當(dāng)殘膜面積大于25 cm2 時(shí)會(huì)對(duì)土壤水分和作物產(chǎn)量發(fā)生影響，隨著殘膜面積的增大，其危害性越強(qiáng)，大于100 cm2殘膜會(huì)對(duì)土壤水分和作物產(chǎn)量產(chǎn)生更加顯著影響。與新疆、河北等棉區(qū)相比，本地區(qū)棉田的地膜殘留數(shù)量較少，但90%以上殘膜超過25 cm2，更易造成土壤污染，甚至作物減產(chǎn)。調(diào)查結(jié)果表明，土壤中殘留地膜形態(tài)具有多樣性，與殘膜大小具有一定相關(guān)性，面積較小的殘膜多呈現(xiàn)片狀，大塊殘膜多以棒狀、球狀等不規(guī)則形態(tài)存在；殘膜在土體中呈水平、垂直和傾斜狀分布，受農(nóng)事耕作、農(nóng)藝措施和農(nóng)膜使用情況的影響較大。

在目前的耕作和種植模式下，人們多采用播前人工撿拾、耙地清理等方式應(yīng)對(duì)土壤地膜污染，存在著明顯的弊端，可能會(huì)造成殘膜向深層土壤遷移并不斷累積，由于殘膜在土壤中極難降解，一旦造成深層土壤污染，恢復(fù)治理難度加劇，或?qū)?yán)重危害種植業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和土地資源的可持續(xù)利用。

3結(jié)論

黃河三角洲屬于魯北老棉區(qū)，也是棉花優(yōu)勢(shì)產(chǎn)區(qū)，土壤中殘留的膜片面積較大，90%以上的殘膜超過25 cm2，70%以上的殘膜面積超過100 cm2，甚至有21%的殘膜面積超過500 cm2。因此，該地區(qū)棉田土壤的地膜殘留更易造成土壤污染、導(dǎo)致作物減產(chǎn)，治理難度更大。當(dāng)前，黃河三角洲地區(qū)棉花生產(chǎn)集約化程度低、以粗放式生產(chǎn)為主，棉田地膜殘留處置僅限于播前采用人工撿拾、耙地清理等，土壤的地膜殘留量為18.84～52.53 kg/hm2，殘留密度為（22.5～34.0）萬塊/hm2。與新疆、河北等地相比，該地區(qū)棉田土壤地膜殘留量和殘留密度都偏小，但地膜殘留的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)仍較大。

4建議與對(duì)策

從區(qū)域農(nóng)業(yè)發(fā)展實(shí)際看，土壤殘膜污染的危害已經(jīng)顯現(xiàn)，殘膜污染將導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境惡化，破壞土壤結(jié)構(gòu)，加速土壤次生鹽漬化，阻礙土壤養(yǎng)分的釋放、降低土壤肥力，或通過降低土壤微生物的活性、阻礙土壤養(yǎng)分的礦化釋放和肥力提高，或因阻礙出苗和作物根系生長(zhǎng)來影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的提高。當(dāng)前的生產(chǎn)方式、農(nóng)藝與管理措施、機(jī)械化水平等，已遠(yuǎn)不能適應(yīng)棉花產(chǎn)業(yè)發(fā)展和農(nóng)田生態(tài)環(huán)境健康的需求，改變傳統(tǒng)的種植與耕作模式、科學(xué)優(yōu)化棉田覆膜方式、升級(jí)完善機(jī)械化作業(yè)設(shè)備、提高棉田地膜回收利用率等，是未來棉花生產(chǎn)革新的重要方向。

4.1應(yīng)完善農(nóng)用地膜標(biāo)準(zhǔn)、建立生態(tài)補(bǔ)償長(zhǎng)效機(jī)制，促進(jìn)地膜的回收和再利用

我國(guó)的地膜標(biāo)準(zhǔn)制定于20世紀(jì)90年代，相關(guān)指標(biāo)要求相對(duì)寬松，目前廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的地膜多為超薄地膜，厚度約0.003～0.006 mm，易老化、易破碎、難回收，厚度遠(yuǎn)低于美國(guó)和歐洲國(guó)家0.020 mm的標(biāo)準(zhǔn)，已無法適應(yīng)當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境發(fā)展的需求。應(yīng)在綜合考慮資源成本和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際的基礎(chǔ)上，完善相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，提高地膜厚度，提高拉伸負(fù)荷、耐老化性能，使其在滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要的同時(shí)，為地膜回收和再利用創(chuàng)造條件。同時(shí)，在未來的地膜推廣應(yīng)用過程中，引入生態(tài)補(bǔ)償長(zhǎng)效機(jī)制，促進(jìn)實(shí)用新型地膜、降解膜的生產(chǎn)、推廣以及應(yīng)用等，有利于打破當(dāng)前地膜推廣的瓶頸，進(jìn)一步促進(jìn)高效農(nóng)業(yè)發(fā)展。

4.2建立持續(xù)的殘膜污染調(diào)查機(jī)制，加強(qiáng)農(nóng)藝與機(jī)械研發(fā)，促進(jìn)地膜回收和資源化利用

持續(xù)開展地膜污染調(diào)查，摸清地膜殘留底數(shù)，有利于科學(xué)劃定污染區(qū)域，因地制宜地確定發(fā)展規(guī)劃和治理措施。定位監(jiān)測(cè)殘膜對(duì)耕地質(zhì)量和產(chǎn)量的影響，獲取地膜殘留污染的系統(tǒng)數(shù)據(jù)，為地膜殘留污染治理提供技術(shù)和理論支撐，確保地膜覆蓋技術(shù)應(yīng)用的合理性。從當(dāng)前看，人工清理回收殘膜仍是最普遍、最直接的辦法。但是，隨著地膜應(yīng)用范圍的擴(kuò)大、人工勞務(wù)費(fèi)用的提高，人工撿拾“速度慢、效率低、費(fèi)用高”等缺點(diǎn)越發(fā)呈現(xiàn)。因此，要積極探索“科學(xué)的覆膜方式”和“適時(shí)揭膜技術(shù)”等，通過農(nóng)藝措施改進(jìn)與創(chuàng)新，使地膜在促進(jìn)作物生長(zhǎng)的前提下，具備高的回收再利用效率。同時(shí)，研發(fā)配套的農(nóng)機(jī)具，通過機(jī)械化操作進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本、提高地膜回收效率，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境健康協(xié)調(diào)發(fā)展。

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