地膜覆蓋應用及殘留污染防控概述

湯秋香，何文清，王 亮，林 濤,3，劉恩科，劉 勤，楊再磊，嚴昌榮※

（1.新疆農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，新疆 烏魯木齊830052；2.中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所；3.新疆農(nóng)科院經(jīng)濟作物研究所）

地膜覆蓋應用及殘留污染防控概述

湯秋香1，何文清2，王 亮1，林 濤2,3，劉恩科2，劉 勤2，楊再磊1，嚴昌榮2※

（1.新疆農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，新疆 烏魯木齊830052；2.中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所；3.新疆農(nóng)科院經(jīng)濟作物研究所）

2016年10月8日～10日，在新疆石河子召開“2016年農(nóng)田殘膜污染治理現(xiàn)場演示會暨學術(shù)交流研討會”，來自全國各地的專家、學者近百人參會，會議期間十余位專家做了殘膜污染治理主題相關(guān)報告，本刊擇選出以下幾篇，并開辟了“殘膜回收技術(shù)與裝備”專欄，以饗讀者。

地膜覆蓋技術(shù)已成為我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上不可或缺的農(nóng)藝措施，對保障我國農(nóng)產(chǎn)品安全做出了巨大貢獻，同時地膜覆蓋技術(shù)應用帶來的殘留污染已成為困擾農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一個重大問題。據(jù)調(diào)查結(jié)果顯示，西北地區(qū)、華北丘陵區(qū)及東北風沙區(qū)是地膜殘留污染較為嚴重的區(qū)域，在局部地區(qū)殘留地膜已經(jīng)嚴重影響到農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境和生產(chǎn)活動。影響農(nóng)田地膜殘留污染因素很多，主要包括覆膜年限及投入量、作物種植模式、人均耕地面積、地膜質(zhì)量和是否采取回收措施等。為了有效解決農(nóng)田地膜殘留污染問題，亟須從政策法規(guī)、新型生物降解地膜、回收處理技術(shù)等多方面著手，采取綜合措施進行針對性的防治，促進地膜覆蓋技術(shù)合理利用和農(nóng)田地膜殘留污染的有效治理。

地膜覆蓋；殘膜分布；污染；防控技術(shù)

0 引言

地膜覆蓋栽培技術(shù)因其良好的增溫保墑，抑草抑鹽等作用，有效提高了作物生育期土壤地積溫，水分保蓄能力，極大滿足了作物對水分、溫度和雜草防除的需求，大幅度提高了農(nóng)作物產(chǎn)量，而且使某些農(nóng)作物種植區(qū)域得到大幅度擴大。研究顯示覆膜栽培擴大了玉米種植區(qū)域，是其北界北移2～5個緯度；地膜覆蓋是大多數(shù)應用作物大面積單產(chǎn)穩(wěn)定提高30%左右。地膜覆蓋技術(shù)貢獻了全國30%棉花和8%的玉米產(chǎn)量[1]。隨著該技術(shù)的廣泛應用，地膜用量和覆蓋面積大幅增加，2014年全國地膜使用量高達144.1萬t，覆膜面積達1 800萬hm2[2]。然而，隨覆膜種植面積的不斷增大和地膜使用年限的延長，大量地膜存留于農(nóng)田土壤中，農(nóng)田地膜殘留已經(jīng)對農(nóng)田生態(tài)環(huán)境造成很大威脅?，F(xiàn)有研究結(jié)果顯示農(nóng)田殘膜污染導致土壤水分運移受阻，滲透力降低，土壤保水能力下降[3～4]、作物減產(chǎn)[5～6]?；诖耍疚母爬ㄐ苑治隽宋覈啬じ采w技術(shù)的應用情況、地膜殘留污染狀況，并提出農(nóng)田殘留地膜污染綜合防控對策。

1 地膜覆蓋技術(shù)的應用特點

30多年來，我國地膜使用量和覆膜種植面積持續(xù)上升。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示[7～10]，我國地膜使用量由1991年的31.9萬t，到2014年使用量高達144.1萬t，23年增加了近50倍。覆膜種植面積也是持續(xù)飆升，由1981年的1.5萬hm2，增加到2014年的1 800萬hm2，為1981年覆蓋面積的1 200倍，增長速度速猛。在全球范圍，我國對地膜覆蓋技術(shù)應用是及其特殊的，如日本和歐洲也應用地膜覆蓋技術(shù)，但地膜覆蓋面積要遠遠低于中國，只有中國覆膜面積的3%（表1）。

地膜覆蓋技術(shù)應用的區(qū)域和作物也在不斷擴大，西北玉米和棉花產(chǎn)區(qū)、東北花生產(chǎn)區(qū)、華北花生和棉花產(chǎn)區(qū)、西南煙草產(chǎn)區(qū)及所有蔬菜集中產(chǎn)區(qū)該技術(shù)應用的重點區(qū)域，尤其是在新疆、山東、山西、內(nèi)蒙古、黑龍江、陜西、甘肅等高寒地區(qū)、干旱及半干旱地區(qū)等。覆膜種植的農(nóng)作物也從早期蔬菜、花卉逐漸擴大到花生、西瓜、甘蔗、煙草、棉花等經(jīng)濟作物，現(xiàn)在在在大宗農(nóng)作物，如玉米、小麥，水稻、水果等也得到廣泛應用。

表1 歐洲各國和日本與中國地膜覆蓋面積對照表

通過對歷史數(shù)據(jù)的分析整理，地膜覆蓋作用的關(guān)鍵是能增加土壤溫度和減少地表無效蒸發(fā)，增加土壤蓄水，進而成為提高產(chǎn)量和水分利用效率的有效措施之一[11～13]。相比于露地處理全生育期平均增加了5%，尤其是在4～7月之間增溫幅度較大，達到7%～8%[15～17]。覆膜使作物生育期的農(nóng)田蒸散量降低[14]，如地膜覆蓋能大幅度提高玉米、棉花、花生等10多種主要農(nóng)作物的水分利用效率（20%～35%）和單產(chǎn)（20%～80%）。

圖1 不同覆蓋方式對土壤溫度的影響（嚴昌榮,2015）

2 地膜殘留區(qū)域分布和污染等級

通過對全國主要覆膜農(nóng)區(qū)的大規(guī)模調(diào)查發(fā)現(xiàn)，不同地區(qū)地膜投入使用量、覆膜年限存在較大差異，農(nóng)田地膜殘留也存在顯著差異。西北地區(qū)（新疆、甘肅、寧夏）因干旱和寒冷的自然條件使得地膜覆蓋應用面積大，覆蓋比率高，農(nóng)田地膜覆蓋比例達80.0%以上，地膜投入量也大，如西北旱源區(qū)地膜投入量達70.0～90.0 kg·hm-2，而華北平原只有33.0～45.0 kg·hm-2，從宏觀看，農(nóng)田地膜殘留水平與地膜投入量有很大關(guān)系，投入量越大的地區(qū)地膜殘留水平就越高。目前，西北內(nèi)陸區(qū)是地膜殘留污染最為嚴重的區(qū)域之一，長期覆膜農(nóng)田的地膜殘留量達到了259.1 kg·hm-2；西北黃土旱塬區(qū)也較為嚴重，地膜殘留量為117.4 kg·hm-2[18]。東北風沙旱作區(qū)雖然大規(guī)模使用地膜的時間不長，但農(nóng)田殘膜污染已比較嚴重，最高可達129.7 kg·hm-2。華北棉花、蔬菜種植區(qū)和西南煙草種植區(qū)雖然也有地膜殘留的問題，但總體上污染程度較輕，平均地膜殘留量在80.0 kg·hm-2以下。

表2 不同區(qū)域農(nóng)田地膜投入量與殘留量情況（嚴昌榮，何文清2014）

各區(qū)域地膜在土層中的分布也存在很大差異，主要受地膜投入量、種植模式、農(nóng)田機械作業(yè)方式的影響，華北和新疆棉田殘留地膜土壤中分布調(diào)查結(jié)果顯示，華北棉田殘留地膜主要分布在0～10 cm土層，占殘留量的73.6%，在20～30 cm土層僅有4.7%，而在新疆棉田殘膜均勻分布在0～30 cm土層，在各土層殘膜比例相差不大。

圖2 不同地區(qū)地膜殘留比例隨覆膜年限的變化

根據(jù)農(nóng)田地膜殘留量可將污染程度劃分為3個等級，殘膜量＞200 kg·hm-2的為重度污染區(qū)（包括新疆、內(nèi)蒙古西部），主要覆膜作物為棉花、玉米、瓜果類等經(jīng)濟作物，殘膜含量在100.0 kg·hm-2以上的區(qū)域為中度污染區(qū)（甘肅、東北風沙區(qū)、山西北部及河北北部），覆膜作物種類也較多，輕度污染區(qū)地膜殘留量一般小于80.0 kg·hm-2，主要集中在山東、河北中南部和西南山區(qū)等地區(qū)，種植的作物主要以煙草、馬鈴薯為主。

表3 地膜殘留污染情況調(diào)查表（嚴昌榮，何文清，2014）

3 地膜殘留污染防控措施及技術(shù)

鑒于地膜覆蓋技術(shù)和殘留污染特點，我國的地膜殘留污染防控的總體思路應該采用：基礎(chǔ)研究先行，源頭控制（新型降解地膜取代PE地膜）和高效回收（回收機械）并舉。具體包括：

（1）加強法規(guī)和和標準制定，促進地膜產(chǎn)量質(zhì)量提高，使其有利于回收。已有研究結(jié)果表明,如果將目前廣泛使用的0.006～0.008 mm厚的地膜增加到0.012mm,并添加一些抗老化物質(zhì),不僅可以延長地膜的使用壽命,提高其增溫、保墑效果,而且有利于干凈回收[1]。因此，應盡快出臺有關(guān)規(guī)定和標準，促進高質(zhì)量地膜產(chǎn)品應用，擴大地膜回收機械化作業(yè)范圍和提高地膜回收率。

（2）加強地膜適應性技術(shù)研究，促進地膜覆蓋技術(shù)的合理利用，研發(fā)不同區(qū)域減膜（控膜）增效的新技術(shù)，減少地膜投入量，如甘肅、內(nèi)蒙的節(jié)約型地膜使用技術(shù)，通過改善地膜質(zhì)量，實現(xiàn)一膜多用，減少了第二年地膜的投入，實現(xiàn)減膜增效。

（3）突破地膜回收機具的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，提高殘膜的回收和利用。雖然地膜回收具的研發(fā)應用取得了很大進步，但實際應用中尚存在一些問題，需進一步加強研究，完善殘膜機械回收技術(shù)模式，實現(xiàn)大規(guī)模應用。

（4）生物降解地膜替代普通PE地膜是解決地膜殘留污染的出路。隨著生物降解材料和加工工藝技術(shù)進步，生物降解地膜應用越來越廣泛，但生物降解地膜與區(qū)域、作物的匹配性存在很大的問題，應該進一步加強這方面的研究，突破實現(xiàn)生物降解地膜替代普通PE地膜的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，形成適應不同區(qū)域、不同作物的專用生物降解地膜，從根本上解決地膜殘留污染問題。

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An Overview About Application of Plastic Film Mulching and Anti-pollution

Tang Qiu-Xiang1,HEW en-qin2,W ang Liang1,Lin tao2,3,Liu En-ke2,Liu Qin2,Yan Chang-rong2※
(1.University of Xinjiang agricultural agronomy,Urumqi830052，Xinjiang China;2.Institute of Agricultural Environmentand Sustainable Development of Chinese Academy of Agricultural Sciences;3.Institute of Economic Crops of Xinjiang Academy of Agricultural Sciences)

Plasticmulching technology hasbecome an indispensable agronom icmeasuresofagriculturalproduction in China, it did great contribution to the security of agricultural production of our country,butmeanwhile,the pollution which is caused by residual film hasalso become an big problem which hinders the sustainable developmentofagriculture.According to the investigation,residual film pollution ismuchmore seriousin the northwest,the north and the northeastsandstorm areas in China,which has already seriously affected the ecological enviroment and agricultural production activities.There are many factorswhich cause residual film pollution,mainly include the age lim it and input of film,plantingmode,per capita arable land area,film quality and recyclingmeasures.To recovery residual film pollution effectively,we need to establish a seriesof countermeasuressuch aspoliciesand laws,biodegradablemulch film and recycling technologies to push the rational useofmulch film covering technology and residual film pollution recovery forward.

Plastic film mulching,Residualmulch film distribution;Pollution;Anti-pollution technology

10.13620/j.cnki.issn1007-7782.2016.05.001

X712

A

1007-7782（2016）05-0005-04

2016-10-28

新疆維吾爾自治區(qū)自然基金(2014211A026)

湯秋香，女，副教授，博士，研究方向農(nóng)田生態(tài)環(huán)境

嚴昌榮，男，研究員，博士，研究方向為節(jié)水灌溉施肥與環(huán)境