農(nóng)田殘膜對耕地土壤質(zhì)量的影響簡述

楊蕊菊 車宗賢 賀春貴 唐繼榮 周濤 張久東 盧秉林 吳科生 崔恒

摘要：從農(nóng)膜殘留對土壤理化性狀、土壤微生物、土壤酶活性、土壤呼吸作用、農(nóng)作物生長發(fā)育及對土壤微塑料等的影響進行了綜述，并對農(nóng)膜殘留的治理進行了展望。

關(guān)鍵詞：農(nóng)膜;耕地質(zhì)量;土壤微生物

中圖分類號：TQ320.72; S152.4 文獻標志碼：A 文章編號：1001-1463（2021）12-0088-05

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2021.12.020

耕地質(zhì)量是糧食生產(chǎn)的重中之重。農(nóng)用地膜的大量推廣使用，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來了巨大的經(jīng)濟效益，同時大量的農(nóng)膜殘留在土壤中，對土壤環(huán)境和農(nóng)作物的生長造成嚴重的影響。地膜是繼化肥、農(nóng)藥、種子之后的第四大農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料，地膜覆蓋技術(shù)具有顯著的增溫保墑、增產(chǎn)增收的作用。我國是世界上地膜使用量最多、覆蓋面積最大、覆蓋作物種類最廣的國家，農(nóng)膜使用量逐年增加，從1991 — 2017年的26 a內(nèi)，農(nóng)膜使用量從64.2萬t增加到252.8萬t[1 ]，年平均增長率達5.4%。大量農(nóng)膜殘留于土壤，降解速度慢，回收循環(huán)利用難度大成本高，在農(nóng)田土壤中長期累積造成土壤污染[2 ]。農(nóng)膜殘留帶來的負面效應日益嚴峻，如地膜殘片損壞土壤原本物理結(jié)構(gòu)、致使土地質(zhì)量變差[3 ]，農(nóng)膜大量長期殘留，影響了作物對土壤的水分、養(yǎng)分的吸收，引起土壤環(huán)境等的污染[4 ]，最終導致作物產(chǎn)量下降。我們主要從農(nóng)膜殘留對土壤耕地質(zhì)量的影響等方面進行了簡述，以期為因地制宜的合理使用農(nóng)膜和創(chuàng)建良好的土壤生態(tài)環(huán)境提供指導。

1? ?農(nóng)膜殘留對土壤理化性狀的影響

農(nóng)田殘留地膜材料多為合成的聚乙烯或聚氯乙烯，不易分解，透水透氣性差，使得土壤的容重和比重增加，孔隙度和含水量降低，破壞農(nóng)田土壤的通透性及團粒結(jié)構(gòu)的形成。農(nóng)膜殘留主要影響土壤性狀，如在耕層土壤上下層之間形成斷層，土壤水肥運移能力變差，另外容易導致土壤板結(jié)、次生鹽漬化加大，土壤吸收保肥能力變差[5 ]。隨著土壤中殘膜量的增加，土壤密度逐漸下降，容重增加，阻礙土壤毛細管水的移動，降低了土壤水分的運移速率，且殘留量和殘留面積越大，對土壤水分的阻礙越明顯[6 ]，農(nóng)膜殘留量越多，土壤體積質(zhì)量越大，土壤含水率和孔隙度越小，地下水不容易下滲，土壤次生鹽漬化加劇[7 ]。隨農(nóng)膜殘留量的增加濕潤鋒運移距離、濕潤體和土壤飽和導水率均呈減小趨勢。農(nóng)膜殘留量與種植作物種類和覆膜年限密切相關(guān)，一般表現(xiàn)為地膜殘留量隨著覆膜年限的增加呈線性增長，蔬菜田中地膜殘留量高于玉米田中地膜殘留量。農(nóng)田地膜殘留量當年秋季高于下年春季[8 ]。

2? ?農(nóng)膜殘留對土壤生態(tài)的影響

2.1? ?農(nóng)膜殘留對土壤微生物的影響

農(nóng)膜殘留不但使土壤的通透性、孔隙度降低，而且會對土壤微生物的活性產(chǎn)生影響，從而影響土壤中有機肥料的養(yǎng)分釋放和分解，降低肥料的利用效率。農(nóng)膜殘留使土壤中的空氣循環(huán)和交換能力變差，土壤中CO2含量過高，破壞土壤的正常結(jié)構(gòu)和土壤生態(tài)的良性循環(huán)，嚴重影響土壤微生物的活動和含量。土壤微生物直接參與土壤中氮素硝化過、有機質(zhì)腐殖化、磷素分解、緩效性鉀到速效鉀的轉(zhuǎn)變過程[9 ]。農(nóng)田中殘膜強度顯著影響土壤微生物量碳、氮含量。農(nóng)田土壤中的低量殘膜存在下可通過保水作用提高土壤微生物活性及其豐富度，而當農(nóng)膜殘留量超過450 kg/hm2時，土壤微生物群落豐度、土壤微生物量及土壤酶活性顯著下降[10 ]。土壤有機質(zhì)含量降低是影響土壤微生物量碳、氮含量較低的重要原因。宋世杰等[11 ]在盆栽苜蓿試驗中發(fā)現(xiàn)，在地膜殘留處理下土壤真菌和放線菌數(shù)量降幅度最大可達87.93%和62.78%，且均呈現(xiàn)出“慢-快”和“慢-快-慢”的下降速度變化趨勢。趙雪等[12 ]對地膜殘留對土壤生物環(huán)境的影響的研究表明，土壤中的微生物數(shù)量隨地膜覆蓋的年限的增加而減少，其中放線菌數(shù)量變化最為顯著。

2.2? ?農(nóng)膜殘留對土壤酶活性的影響

土壤酶是微生物、動植物活體分泌及由動植物殘體、遺骸分解釋放在土壤中的一類具有催化能力的生物活性物質(zhì)，是土壤重要組成部分。土壤酶活性可以反映微生物的活性和吸收底物的有效性，且參與了土壤中的各類復雜的生物化學反應過程，對土壤的發(fā)生和發(fā)育以及土壤肥力的形成和演化的全過程起著重要的作用。相關(guān)研究表明，土壤酶活性的敏感性受農(nóng)膜殘留的影響較大，隨土壤農(nóng)膜殘留量的增加和覆膜年限的增加，土壤中好氣性微生物數(shù)量減少，土壤容重增加，厭氧型微生物急劇增加，土壤脈酶、磷酸酶、轉(zhuǎn)化酶等活性降低，造成土壤結(jié)構(gòu)破壞，從而影響土壤的綜合肥力[13 - 14 ]。 秦華等[15 ]在盆栽試驗研究中發(fā)現(xiàn)，地膜添加劑鄰苯二甲酸二酯可明顯降低土壤脫氫酶活性和土壤微生物多樣性，鄰苯二甲酸二酯對土壤脫氫酶的影響表現(xiàn)為初期不明顯，在施用的第30天后土壤脫氫酶降低最快，到第60天后降低速度呈減慢趨勢。Wang等[16 ]研究發(fā)現(xiàn)，隨地膜殘留量的增加土壤生物量碳、氮和熒光素二乙酸酯水解酶的活性減少，與對照相比，殘膜處理下的熒光素二乙酸酯水解酶的活性可下降38.2 %～76.2%。

2.3? ?農(nóng)膜殘留對土壤呼吸作用強度的影響

土壤呼吸作用的強弱受土壤微生物和土壤酶活性的影響較大，土壤微生物的總活性很大程度上決定了土壤呼吸的強弱且通常用于評價土壤肥力高低的標準，土壤呼吸作用的強弱直接影響到土壤中物質(zhì)的轉(zhuǎn)化與能量的流動進程。農(nóng)膜殘留通過降低土壤通氣性能夠間接性的影響土壤好氧微生物的活性，從而使土壤養(yǎng)分的礦化率降低。Tabassum等[17 ]研究認為，農(nóng)膜殘留會使土壤CO2體積比上升，土壤空氣的流通通道變差，嚴重影響土壤微生物和蚯蚓等昆蟲生存環(huán)境，又因殘留在土壤中的農(nóng)膜多為高分子化合物，分解程度差，長期殘留會破壞農(nóng)田土壤的通透性及團粒結(jié)構(gòu)的形成，嚴重影響了土壤中植物根系的呼吸，惡化土壤微生物的生存條件和土壤酶的活性，致使土壤中的空氣循環(huán)和交換能力變差，土壤中CO2含量過高，從而改變了土壤呼吸作用的強度，破壞農(nóng)田土壤生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)。

2.4? ?農(nóng)膜殘留對土壤微塑料的影響

農(nóng)用地膜的主要成分是聚乙烯，在生產(chǎn)過程中為了提高其性能，加入了大量的增塑劑、耐老化劑、熱穩(wěn)定劑等添加劑，這些添加材料在農(nóng)膜長期降解的過程當中逐漸釋放出來形成微塑料。微塑料對土壤理化性質(zhì)和微生物活性具有較大的危害性。微塑料在長期的風化、老化過程中，表面積增大，疏水性能增強，降解速度緩慢，從而影響土壤容重、滲透性、持水量以及水穩(wěn)性團聚等土壤理化性質(zhì)，最終不利于作物的生長。但不同類型的微塑料對土壤容重、持水量和水穩(wěn)性團聚的影響還受土壤類型質(zhì)地理化性質(zhì)的影響[18 - 19 ]。另外土壤中存在的大量微塑料的會影響土壤孔隙度和土壤濕度的變化、灌溉水和雨水的滲入的變化、土壤功能和微生物群落結(jié)構(gòu)的變化，從而改變好氧和厭氧微生物的相對分布，降低底物誘導的呼吸率，使可溶性有機物的變化，造成土壤板結(jié)，最終導致土壤處于缺氧的環(huán)境[20 ]。

微塑料顆粒直徑微小，具有毒性和吸附性，在土壤有機質(zhì)、酸堿性等環(huán)境因素影響下，可與土壤中的有機污染物和重金屬離子發(fā)生相互作用，改變土壤理化性質(zhì)，危害土壤中正常生長的生物[21 ] 。如高濃度的微塑料會顯著降低蚯蚓的生長速度[22 ]，導致線蟲氧化損傷和腸道損傷，線蟲的成活率、體長和繁殖能力均顯著降低。微塑料的存在還能通過改變土壤生態(tài)系統(tǒng)中的微生物活性、微生物量和微生物功能多樣性，其中所含有的添加劑、重金屬等對土壤微生物活性有抑制作用，影響微生物體的生長繁殖發(fā)育和土壤生態(tài)系統(tǒng)的健康發(fā)展[23 ]。

3? ?農(nóng)膜殘留對農(nóng)作物生長發(fā)育的影響

大量農(nóng)膜殘留于土壤中致使土壤理化性狀的破壞，可直接或間接影響土壤中水、肥、氣、熱等因素對種子的供給，嚴重影響農(nóng)作物的生長發(fā)育，主要表現(xiàn)為農(nóng)膜殘留致使土壤物理化學性質(zhì)變差，作物吸水吸肥能力減弱，根系生長緩慢、出苗破土能力減弱，株高和葉面積等生物量指標的生長受到抑制[24 ]，最終造成作物產(chǎn)量降低。據(jù)調(diào)查，新疆棉田里因農(nóng)膜殘留影響造成的棉花根系彎曲的植株可達30%[25 ]。當土壤中農(nóng)膜殘留量達到37.5 kg/hm2時，作物生長表現(xiàn)為出苗慢，出苗率低，根系扎得淺[26 ]，小麥冬前分蘗數(shù)較對照減少17%，基本苗較對照減少25%。辛靜靜等[27 ]研究發(fā)現(xiàn)，農(nóng)膜殘留對玉米生長的影響程度表現(xiàn)為在苗期和拔節(jié)期最為明顯。也有研究發(fā)現(xiàn)棉花種子的爛種率和爛芽率與土壤殘膜呈正相關(guān)，棉花出苗率與殘膜量呈負相關(guān)[28 ]。連續(xù)覆膜年限越長，地膜殘留量越多，對作物產(chǎn)量的影響就越大;連續(xù)覆膜3～5 a不收膜的土壤，種植小麥時減產(chǎn)2%～3%，種植玉米時減產(chǎn)10%，種植棉花時減產(chǎn)8%～12%。

4? ?結(jié)束語

針對目前我國農(nóng)田殘膜普遍、污染殘留量大、對耕地質(zhì)量危害程度大、危害范圍廣等現(xiàn)狀，急需加強殘膜回收的宣傳工作力度，提高群眾對殘膜危害的認識程度，樹立保護環(huán)境的意識.在大力推廣可回收加厚農(nóng)膜的基礎(chǔ)上，進一步加大殘膜回收和殘膜回收機械研制的資金支持力度，提高殘膜回收的機械化程度和殘膜回收效率，減輕勞動者的勞動強度，提殘膜的撿拾率，從而更好地保護農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，保障農(nóng)業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展。

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（本文責編：楊? ?杰）