內(nèi)蒙古農(nóng)田地膜殘留污染成因分析及對(duì)策建議

王永寧 張雷 傅建偉 劉宏金 郭曉宇 王躍飛

摘??? 要：通過(guò)調(diào)查監(jiān)測(cè)內(nèi)蒙古不同區(qū)域地膜的使用情況及殘留現(xiàn)狀，為不同區(qū)域地膜合理使用和殘膜有效回收提供參考。2021年春季對(duì)內(nèi)蒙古10個(gè)旗縣的30個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)開展典型地塊采樣調(diào)查，同時(shí)在每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)周圍隨機(jī)選取10個(gè)農(nóng)戶或合作社，開展農(nóng)田地膜應(yīng)用問(wèn)卷調(diào)查，收集調(diào)查問(wèn)卷300份。監(jiān)測(cè)點(diǎn)中翁牛特旗、喀喇沁旗、開魯縣地膜殘留量分別達(dá)到311.9，288.6，245.3 kg·hm-2，殘留量較高。監(jiān)測(cè)的殘膜碎片中，≤4 cm2的占68.9%，4～25 cm2的占26.26%，≥25 cm2的占4.84%。殘膜監(jiān)測(cè)地塊與住處間距離關(guān)系為，當(dāng)距離≤1 km平均殘留量為103.2 kg·hm-2，距離為1～2 km平均殘留量為120.8 kg·hm-2，距離≥2 km平均殘留量為153.9 kg·hm-2。用0.008 mm厚度的地膜，平均殘留量為163.7 kg·hm-2，用0.01 mm厚度的地膜，平均殘留量達(dá)到117.9 kg·hm-2。地膜使用量大、覆膜年限長(zhǎng)、地塊與住處間距離遠(yuǎn)、使用薄地膜是殘留量高的主要原因。三分之二以上的殘膜以≤4 cm2面積存在。隨殘膜量增加土壤微團(tuán)聚體增多，穩(wěn)定性降低，0～10 cm土層土壤容重增加、孔隙度減小、含水率減小，10～30 cm土層土壤容重增加、土壤孔隙度減小、土壤含水率增加。

關(guān)鍵詞：農(nóng)田地膜;地膜殘留;對(duì)策建議

中圖分類號(hào)：X53????????? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A???????? DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2022.03.015

Cause Analysis and Countermeasure Suggestion of Farmland Mulch Film Residual Pollution in Inner Mongolia

WANG Yongning， ZHANG Lei， FU Jianwei， LIU Hongjin， GUO Xiaoyu，WANG Yuefei

（Inner Mongolia Center of Agricultural and Animal Husbandry Ecology and Resource Protection，Hohhot， Inner Mongolia 010021，China）

Abstract： By investigating and monitoring the use and residual status of mulching film in different regions of Inner Mongolia， the paper provides reference for rational use of mulching film and effective recovery of residual film in different regions.In the spring of 2021， 30 monitoring sites in 10 banner counties will be sampled for typical plots. Meanwhile， 10 farmers or cooperatives will be randomly selected around each monitoring site to conduct a questionnaire survey on the application of farmland mulching film， and 300 questionnaires will be collected.Among the monitoring sites， the mulching film residues in Wengniute Banner， Karqin Banner and Kailu County were 311.9， 288.6 and 245.3 kg·hm-2， respectively. Among the monitored residual film fragments， 68.9% were ≤4 cm2， 26.26% were 4～25 cm2， and 4.84% were ≥25 cm2. The distance relationship between the residue film monitoring plot and residence is： when the distance is less than 1 km， the average residual amount is 103.2 kg·hm-2， 120.8 kg·hm-2 and 153.9 kg·hm-2. The average residue was 163.7 kg·hm-2 with the thickness of 0.008 mm， and 117.9 kg·hm-2 with the thickness of 0.01 mm.The main reasons for the high residual amount are the large amount of mulching film， the long time of mulching film， the distance between land and residence， and the use of thin mulching film. More than two thirds of residual films exist in an area ≤4 cm2. With the increase of residual film amount， soil microaggregates increased and soil stability decreased. Soil bulk density increased， porosity decreased and water content decreased in 0～10 cm soil layer， while soil bulk density increased， soil porosity decreased and soil water content increased in 10～30 cm soil layer.

Key words： farmland mulch; membrane residues; countermeasures and suggestions

地膜作為四大農(nóng)資產(chǎn)品之一，深刻改變了我區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式和擴(kuò)大了作物種植區(qū)域[1-2]。地膜覆蓋技術(shù)可以增溫保墑、抑制雜草，使蔬菜、玉米、水稻、小麥等農(nóng)作物大幅度增產(chǎn)增收[3]。普通地膜是以聚乙烯為原料的化工產(chǎn)品，在自然條件下很難降解[4-6]。隨著地膜投入量的不斷增加、地膜覆蓋面積的增大以及大量不符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的超薄地膜的使用（回收困難）和覆膜年限的增加，我區(qū)農(nóng)田土壤中地膜殘留量越來(lái)越多。尤其在我區(qū)巴彥淖爾、烏蘭察布、赤峰等覆膜量較大的地區(qū)，大量農(nóng)田殘膜對(duì)當(dāng)?shù)赝寥拉h(huán)境及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)了較為嚴(yán)重的影響，導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)變差、農(nóng)事操作受阻、作物發(fā)芽率低、農(nóng)村景觀變差、河流污染等一系列農(nóng)藝和環(huán)境問(wèn)題[7-11]。本文通過(guò)對(duì)2021年全區(qū)布設(shè)的地膜殘留監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，從監(jiān)測(cè)點(diǎn)基本情況、地膜殘留量、影響殘膜的主要因素、對(duì)策建議等幾個(gè)方面進(jìn)行分析。旨在為地膜覆蓋技術(shù)合理應(yīng)用和殘膜污染防控提供科學(xué)依據(jù)[12]，持續(xù)推動(dòng)農(nóng)牧業(yè)綠色發(fā)展。

1 材料和方法

1.1 地膜殘留監(jiān)測(cè)點(diǎn)位

2021年內(nèi)蒙古自治區(qū)共布設(shè)30個(gè)地膜殘留監(jiān)測(cè)點(diǎn)，共涉及10個(gè)旗縣，每旗縣3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。分別是：呼倫貝爾市扎蘭屯市，興安盟扎賚特旗，通遼市開魯縣，赤峰市喀喇沁旗、翁牛特旗，烏蘭察布市化德縣、涼城縣，鄂爾多斯市達(dá)拉特旗，巴彥淖爾市臨河區(qū)、杭錦后旗。覆蓋東北半濕潤(rùn)平原區(qū)、北方高原山地區(qū)、西北干旱半干旱平原區(qū)三大區(qū)域。

1.2 地膜殘留調(diào)查方法

1.2.1 點(diǎn)位布設(shè)??? 選擇主要覆膜區(qū)域、主要覆膜作物、典型覆膜地塊（地膜覆蓋集中連片區(qū)）作為監(jiān)測(cè)地塊。采樣點(diǎn)符合土壤殘膜污染背景值研究的要求。在覆膜作物、地膜投入量、地膜覆蓋方式等基本一致的條件下，均勻布點(diǎn)。綜合考慮覆膜年限（分為≤5年，5～10年，10～20年，20年以上）、回收方式（人工撿拾、機(jī)械回收、人工-機(jī)械回收）等因素。選擇玉米、馬鈴薯、花生、小麥、向日葵、青椒、大白菜、高粱、谷子等作物。每個(gè)采樣點(diǎn)每次取5個(gè)樣方，每個(gè)樣方距離為15 m左右。根據(jù)地塊面積大小和形狀，選用“對(duì)角線”、“梅花點(diǎn)”和“蛇形線”采樣法。2021年4月～5月進(jìn)行采樣。

1.2.2 室外樣品采集 確定的采樣點(diǎn)，用GPS定位并作記錄。用鐵簽作為四角支撐點(diǎn)，用粗線連接成一個(gè)1 m×1 m的正方形。向外擴(kuò)展約10 cm，沿著四邊挖溝，深度約40 cm，初步形成一個(gè)1.1 m×1.1 m大小的采樣樣方，里外間隔10 cm，深度40 cm。削去樣方外多余的土壤，使之形成大小為1 m×1 m的正方形樣方。用直尺從地表測(cè)量標(biāo)記，0～30 cm取樣。將土層樣品放在帆布上，用10目篩子篩去土壤，撿出殘留地膜，放入塑料自封袋，在自封袋內(nèi)外放置樣品標(biāo)簽。

1.2.3 室內(nèi)樣品處理 展開每個(gè)卷曲的地膜，去除附著在地膜樣品上的泥土;將樣品放入水中浸泡1 h左右，清除地膜上的泥土和其它雜質(zhì);使用不具有腐蝕性的洗滌劑清洗2次，使用微波清洗器進(jìn)行進(jìn)一步的清洗;用濾紙吸干殘留地膜樣品水分，陰涼干燥處自然晾干，期間定期稱重，直至恒重，用萬(wàn)分之一天平稱量總重量。

1.3 地膜應(yīng)用調(diào)查方法

針對(duì)每一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在其周圍隨機(jī)選取10個(gè)農(nóng)戶或合作社，開展農(nóng)田地膜應(yīng)用問(wèn)卷調(diào)查，掌握2021年該農(nóng)戶或合作社的基本信息、地膜使用與殘膜回收情況、殘膜回收成本、回收處理等方面的數(shù)據(jù)資料，共收集調(diào)查問(wèn)卷300份。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Excel2010進(jìn)行計(jì)算分析及圖表制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 地膜殘留情況

由圖1可以看出，扎蘭屯市、達(dá)拉特旗、化德縣不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)間數(shù)據(jù)區(qū)分不大，一致性較高，殘留量分別在83.8～102.3 kg·hm-2，91.8～102.3 kg·hm-2，34.9～42.7 kg·hm-2之間，屬較低水平，以上三旗縣數(shù)據(jù)誤差較小，比較穩(wěn)定，同時(shí)地膜殘留量較小，說(shuō)明以上地區(qū)農(nóng)膜使用量較小或農(nóng)膜回收模式較為成熟，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境影響較小，應(yīng)在以后農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中繼續(xù)保持。殘留量排名前3位的監(jiān)測(cè)點(diǎn)分別為：翁牛特旗2、喀喇沁旗1、開魯縣3，殘留量分別為311.9，288.6，245.3 kg·hm-2，平均殘留量排名前3位的旗縣分別為翁牛特旗、喀喇沁旗、開魯縣，說(shuō)明不論最值還是平均值，上述3旗縣地膜殘留量整體水平均較高，且多集中在東部地區(qū)，這與地膜使用量是相吻合的。說(shuō)明以上地區(qū)農(nóng)膜使用量較大或農(nóng)膜回收模式欠成熟，可能對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響，應(yīng)在以后農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中加強(qiáng)治理，減少用膜。

內(nèi)蒙古自治區(qū)監(jiān)測(cè)點(diǎn)2020年、2021年的殘膜情況如圖2，可以看出兩年間殘膜量呈顯著正相關(guān)，即2020年殘膜量高的地區(qū)2021年殘膜量也高，77.8%的監(jiān)測(cè)點(diǎn)2021年殘留量高于2020年，22.2%的監(jiān)測(cè)點(diǎn)2021年殘留量持平或略低于2020年。說(shuō)明持續(xù)覆膜種植或回收不及時(shí)將繼續(xù)增加殘膜量，最終影響作物產(chǎn)量和環(huán)境質(zhì)量。對(duì)比圖1和圖2，開魯縣2020年未進(jìn)行殘膜監(jiān)測(cè)，2020年殘留量排名前3位的為：翁牛特旗、喀喇沁旗、涼城縣，殘留量分別為294.5，277.8，239.6 kg·hm-2與2021年農(nóng)膜殘留量情況基本一致，說(shuō)明兩年間殘留量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)一致性較高，誤差較小。

由圖3可知，將殘膜面積分為≤4 cm2、4～25 cm2、≥25 cm2三類，可以發(fā)現(xiàn)≤4 cm2的殘膜占比最多，約占68.9%，其次為4～25 cm2，約占26.26%，≥25 cm2的殘膜在農(nóng)田中殘留最少，約占4.84%。地膜主要是以聚乙烯為原料的化學(xué)產(chǎn)品，主要原因可能為長(zhǎng)時(shí)間暴曬、風(fēng)化情況下加速地膜老化，農(nóng)作物播種、收獲、田間管理期間機(jī)械或人為因素加快地膜破碎。地膜多以較小片狀存在于土壤中，將會(huì)改變土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，影響作物產(chǎn)量，增加回收的成本和難度。

2.2 影響殘膜量成因分析

2.2.1 監(jiān)測(cè)地塊與住處間距離對(duì)殘膜量影響 將殘膜監(jiān)測(cè)地塊與住處間距離分為≤1 km，1～2 km，≥2 km三類。數(shù)據(jù)表明，當(dāng)距離≤1 km平均殘留量為103.2 kg·hm-2，距離為1～2 km平均殘留量為120.8 kg·hm-2，距離≥2 km平均殘留量為153.9 kg·hm-2。其中喀喇沁旗平均距離為2.7 km、翁牛特旗平均距離為2.27 km、涼城縣平均距離為2 km，較平均距離分別多1.04，0.61，0.34 km，分別增長(zhǎng)61.7%，35.9%，19.8%。總體來(lái)看殘膜量和地塊與住處間的距離成正相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明地塊與住處間距離越遠(yuǎn)，殘膜量越大?？赡苡捎诰嚯x增加，加大了運(yùn)輸成本和時(shí)間，影響農(nóng)民回收的積極性。

2.2.2 覆膜年限與殘膜量的關(guān)系 由圖4可以看出，隨著覆膜年限的增加，殘膜量也隨之增加，覆膜年限≤10年時(shí)，平均殘膜量為83.2 kg·hm-2;覆膜年限10～20年時(shí)，平均殘膜量為104.5 kg·hm-2;覆膜年限20～30年時(shí)，平均殘膜量為170.1 kg·hm-2，達(dá)到最高;覆膜年限≥30年時(shí)，平均殘膜量為147.9 kg·hm-2，略有回落?？傮w來(lái)看，殘膜量與覆膜年限呈正相關(guān)關(guān)系。說(shuō)明地膜的累積量逐年還在增加，覆膜年限≥30年略有降低，可能原因?yàn)榈啬らL(zhǎng)期受到土壤影響，破碎為更加細(xì)小為微塑料，通過(guò)過(guò)篩的方法不能將這部分殘膜收集。

2.2.3地膜厚度與殘膜量的關(guān)系 調(diào)查發(fā)現(xiàn)，覆蓋地膜越厚，當(dāng)年殘留的地膜越少。由圖5可知，根據(jù)30個(gè)農(nóng)田殘膜監(jiān)測(cè)點(diǎn)，用0.008 mm厚度的地膜，平均殘留量達(dá)到163.7 kg·hm-2，用0.01 mm厚度的地膜，平均殘留量達(dá)到117.9 kg·hm-2，0.008 mm厚度地膜較0.01 mm厚度地膜每公頃增加了45.8 kg。地膜厚度與殘膜量存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，即地膜越厚農(nóng)田殘膜量越少。整體來(lái)看，雖然用0.01 mm厚地膜單位面積使用的地膜量加大了，但由于0.01 mm地膜更加便于回收，反而有效降低了農(nóng)田殘膜量。根據(jù)監(jiān)測(cè)，80%的監(jiān)測(cè)點(diǎn)使用了0.01 mm厚的地膜，也說(shuō)明更多地區(qū)意識(shí)到厚地膜殘留量更小、對(duì)農(nóng)田污染更小。

2.3 農(nóng)田殘膜對(duì)土壤物理性狀探究

為深入探究殘膜對(duì)土壤的影響，在全區(qū)布設(shè)的30個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)中選取了9個(gè)具有典型代表性的地區(qū)進(jìn)行了土壤分析，具體見(jiàn)表2。

2.3.1 殘膜與土壤容重、孔隙度、含水率關(guān)系 分別對(duì)0～10 cm，10～20 cm，20～30 cm深度土層的土壤容重、土壤孔隙度、土壤含水率進(jìn)行測(cè)定，分析殘膜對(duì)土壤性狀的影響。如表3、表4、表5所示，隨著殘膜量的增加，0～10 cm土層土壤容重增加、孔隙度減小、含水率減小;10～20 cm土層土壤容重增加、土壤孔隙度減小、土壤含水率增加;20～30 cm土層土壤容重增加、土壤孔隙度減小、土壤含水率增加，結(jié)果與10～20 cm土層相同。由表3可以看出，0～10 cm土層土壤，容重與孔隙度存在極顯著相關(guān)性，容重與含水率、孔隙度與含水率存在顯著相關(guān)性，由表4、5可以看出，10～20 cm，20～30 cm土層土壤，容重與孔隙度存在顯著相關(guān)性。

2.3.2 殘膜與土壤微團(tuán)聚體關(guān)系 微團(tuán)聚體（<0.25 mm）是土壤結(jié)構(gòu)的顆粒單位，能夠有效反映出土壤的團(tuán)聚性，<0.25 mm團(tuán)聚體越少，說(shuō)明土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性越大。分析9個(gè)地區(qū)0～30 cm土層土壤團(tuán)聚體粒徑，發(fā)現(xiàn)0～10 cm，10～20 cm，20～30 cm三土層土壤均存在殘膜量與土壤微團(tuán)聚體間存在一定關(guān)系。由圖6可以看出，翁牛特旗3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)微團(tuán)聚體占比分別為41.8%，42.6%，49.3%，平均占比為44.6%，在9個(gè)旗縣中占比僅次于達(dá)拉特旗，同時(shí)喀喇沁旗殘膜量也較高，兩者相一致。扎賚特旗3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)微團(tuán)聚體占比分別為7.3%，10.7%，14.6%，平均占比為10.9%，在9個(gè)旗縣中占比最低，同時(shí)扎賚特旗殘膜量也較低，兩者相一致?？傮w分析9個(gè)地區(qū)發(fā)現(xiàn)，殘膜量與土壤團(tuán)聚體呈正相關(guān)系，即殘膜量多的農(nóng)田，其土壤微團(tuán)聚體也較多，土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較小。主要原因可能為殘膜碎片隔斷了土壤內(nèi)部結(jié)構(gòu)，影響了微生物群落間或微生物與植物根系間相互作用，導(dǎo)致如細(xì)菌產(chǎn)生的多聚物不能吸附土壤顆粒;吸附在土壤顆粒表面的真菌絲不能膠結(jié)土壤顆粒，最終導(dǎo)致使土壤團(tuán)聚體變得不穩(wěn)定。

3 結(jié)論與討論

3.1 影響殘膜量因素分析

就監(jiān)測(cè)結(jié)果看，內(nèi)蒙古自治區(qū)2021年地膜殘留量較高的地區(qū)主要為翁牛特旗、喀喇沁旗、開魯縣，這些地區(qū)大多常年覆膜且覆膜量較大，與2020年數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)殘膜量趨勢(shì)基本一致，且≤4 cm2不易回收的殘膜碎片占比超過(guò)三分之二。說(shuō)明覆膜量大、覆膜年限長(zhǎng)、地膜厚度不達(dá)標(biāo)是影響農(nóng)田地膜難回收，最終導(dǎo)致殘膜量大的主要原因。

3.2 殘膜對(duì)土壤性質(zhì)影響分析

筆者發(fā)現(xiàn)0～10 cm土層土壤容重增加、孔隙度減小、含水率減小的研究結(jié)果，與趙素榮等[13]探究發(fā)現(xiàn)的當(dāng)?shù)啬埩袅窟_(dá)到225 kg·hm-2，土壤容重增加18.2%，土壤孔隙度降低13.8%，土壤含水量降低11.7%是相一致的。殘膜量多的農(nóng)田，將增加土壤微團(tuán)聚體，從而降低土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。同時(shí)殘膜長(zhǎng)期在農(nóng)田中將會(huì)改變土壤的物理結(jié)構(gòu)，降低土壤耕作層的滲水性，影響水分運(yùn)移，降低土壤含水量和透氣性，進(jìn)而導(dǎo)致土壤肥力下降、土壤次生鹽堿化等問(wèn)題，最終造成土壤耕地質(zhì)量下降。

4 對(duì)策與建議

加強(qiáng)地膜使用控制，開展地膜適宜性覆蓋評(píng)價(jià)，以地區(qū)和作物劃分出地膜覆蓋技術(shù)應(yīng)用區(qū)域，鼓勵(lì)地膜覆蓋替代技術(shù)和產(chǎn)品的研發(fā)與示范推廣，引導(dǎo)適宜地區(qū)不覆膜或少覆膜。改進(jìn)農(nóng)藝措施，適宜地區(qū)推廣無(wú)膜淺埋滴灌、地膜二次利用、一膜兩年使用技術(shù)等地膜減量技術(shù)。加大符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的全生物降解地膜示范推廣力度，對(duì)全生物降解地膜的使用者給予一定補(bǔ)貼。加大對(duì)地膜回收撿拾機(jī)具的研發(fā)投資力度，研制適合不同地域特點(diǎn)、土質(zhì)特點(diǎn)和作物特點(diǎn)的廢舊地膜回收機(jī)械，實(shí)現(xiàn)高效率專業(yè)化回收拾撿。加強(qiáng)橫向交流，在借鑒國(guó)外先進(jìn)回收技術(shù)成果、引進(jìn)先進(jìn)回收機(jī)具的基礎(chǔ)上，通過(guò)逐步改造和創(chuàng)新，制造出適合我國(guó)國(guó)情的實(shí)用機(jī)具[14-15]。

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