高強(qiáng)度地膜在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用研究進(jìn)展及對(duì)殘膜回收的影響概述

摘 要：高強(qiáng)度地膜是一類(lèi)新型農(nóng)用地膜，具有拉伸力強(qiáng)、易回收、可重復(fù)利用的特點(diǎn)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和防治農(nóng)業(yè)“白色污染”方面具有較為廣闊的應(yīng)用前景。對(duì)我國(guó)農(nóng)用地膜污染現(xiàn)狀和高強(qiáng)度地膜在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，分析高強(qiáng)度地膜在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中存在的問(wèn)題，提出高強(qiáng)度地膜的應(yīng)用與發(fā)展建議。

關(guān)鍵詞：農(nóng)用地膜; 高強(qiáng)度地膜; 白色污染; 殘膜回收; 研究進(jìn)展

中圖分類(lèi)號(hào)：X322; F327 " " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A " " "文章編號(hào)：1002-204X（2024）03-0051-03

doi：10.3969/j.issn.1002-204x.2024.03.013

Research Progress and Overview of High-Strength Film Application

in Agricultural Production and Its Impact on Waste Film Recycling

Liang Xiangyu， Wang Jinbao， Li Hong， Yue Xiang

（Ningxia Agricultural Environmental Monitoring Station， Yinchuan， Ningxia 750004）

Abstract High-strength film is a new type of agricultural film， which has the characteristics of strong tensile strength， easy recycling， and reusability. It has broad application prospects in agricultural production and prevention and control of agricultural \"white pollution\". This paper reviews the current status of agricultural film pollution in China and the research progress of high-strength film application in agricultural production， analyzes the problems existing in the application of high-strength film in agricultural production， and puts forward suggestions for the application and development of high-strength film.

Key words Agricultural film; High-strength film; White pollution; Waste film recycling; Research progress

地膜覆蓋技術(shù)自20世紀(jì)70年代引入我國(guó)后，對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式及區(qū)域種植結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了巨大影響。這項(xiàng)技術(shù)能夠使土壤增溫、保墑，同時(shí)在一定程度上防治病蟲(chóng)害，縮短作物生長(zhǎng)周期，提高農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和品質(zhì)，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著[1]。

1 農(nóng)用地膜使用及污染現(xiàn)狀

隨著農(nóng)用地膜的大量使用，每年都會(huì)產(chǎn)生大量殘膜，由于地膜回收利用等治理措施相對(duì)滯后，大部分農(nóng)用殘膜具有不易分解的特性，如果長(zhǎng)期滯留在土壤中會(huì)對(duì)土壤環(huán)境造成一系列不利影響。如影響土壤透氣性、土壤微生物的活動(dòng)、土壤理化性狀等，從而導(dǎo)致土壤肥力水平下降。部分露出地面的殘膜容易與牧草混合在一起，牛羊如果誤食殘膜，會(huì)影響消化，甚至死亡[2]。同時(shí)，一部分殘膜分解形成的微塑料會(huì)對(duì)土壤的生態(tài)酶活性產(chǎn)生影響，從而降低土壤養(yǎng)分的有效性[3]。因此，土地中農(nóng)膜殘留問(wèn)題亟待解決[4]。為從根本上解決農(nóng)業(yè)“白色污染”，我國(guó)主要從可降解和易回收2個(gè)方面入手研制新型地膜。其中：高強(qiáng)度地膜具有拉伸力強(qiáng)、易于回收、可重復(fù)利用的特點(diǎn)，成為新型地膜的研究熱點(diǎn)。

2 高強(qiáng)度地膜在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用研究進(jìn)展

2.1 高強(qiáng)度地膜研究現(xiàn)狀

當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上普遍使用的是厚度為0.010 mm的普通PE地膜，這種地膜韌性差、壽命短且具有易破碎、難清理的特點(diǎn)[5]。研究表明，通過(guò)更改地膜生產(chǎn)材料及增加地膜厚度的方式，可以提高地膜拉伸強(qiáng)度，使地膜易于回收。同時(shí)，這種提高拉伸強(qiáng)度的地膜對(duì)作物產(chǎn)量的影響較小，甚至可以增加作物產(chǎn)量，是當(dāng)前取代傳統(tǒng)PE地膜的新選擇。

國(guó)外大多采用厚度為0.025 mm的地膜，這種地膜力學(xué)性能較好，回收裝備簡(jiǎn)單，回收方式多為纏繞式[6]。謝建華等[7]學(xué)者研究地膜的力學(xué)特性變化，結(jié)果表明，地膜力學(xué)性能的破壞與自然條件下的狀態(tài)變化及地膜厚度等有關(guān)。郭輝等[8]研究結(jié)果表明，地膜拉伸性能的變化速率隨著覆膜時(shí)間的增加而減小，同時(shí)力學(xué)性能隨著地膜厚度的增加而增強(qiáng)，當(dāng)?shù)啬ず穸冗_(dá)到0.018 4 mm時(shí)，地膜能夠以卷膜的方式回收。

除了簡(jiǎn)單的增加地膜厚度外，通過(guò)微生物誘導(dǎo)合成的生物沉淀碳酸鈣制作的新型地膜與普通PE地膜相比，保溫保墑能力有一定的提升，同時(shí)具有較強(qiáng)的拉伸強(qiáng)度和降解能力，具有很高的使用潛力[9]。還有研究團(tuán)隊(duì)制造出了一種厚度與普通地膜相當(dāng)，“服役”完成后可全回收的高性能環(huán)保地膜。這種新型地膜是由3～5層地膜疊加起來(lái)的，通過(guò)改變層與層之間分子的取向，形成一種拉伸性強(qiáng)、同時(shí)具有良好保溫保濕效果的新型強(qiáng)化地膜[10]。

2.2 高強(qiáng)度地膜對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響

地膜厚度直接影響到土壤保墑、保濕等性能，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有十分重要的作用。曹健[11]進(jìn)行的地膜厚度對(duì)棉花產(chǎn)量的影響及地膜殘留情況研究表明，在新疆尉犁縣棉花生產(chǎn)中，厚度為0.015 mm的地膜表現(xiàn)最佳，殘膜回收率為86.39%，較厚度為0.010 mm的地膜回收率增加9.15;厚度為0.015 mm的地膜較厚度為0.010 mm的地膜增產(chǎn)8.31%。在保證作物產(chǎn)量的同時(shí)，厚度為0.015 mm的地膜更利于回收和白色污染處理。戚瑞敏等[12]通過(guò)對(duì)4種不同配方的高強(qiáng)度PE地膜與傳統(tǒng)PE地膜對(duì)棉花產(chǎn)量的影響研究發(fā)現(xiàn)，高強(qiáng)度地膜GQ4較傳統(tǒng)PE地膜更能使作物增產(chǎn)，具有良好的推廣應(yīng)用價(jià)值。張俊等[13]對(duì)花生采取不同厚度地膜的處理，地膜厚度為0.010 mm時(shí)，花生各器官氮素積累量顯著提高，花生產(chǎn)量顯著增加。唐文雪等[14]的研究表明，使用厚度為0.008 mm以上的地膜可以使玉米產(chǎn)量有一定程度的增加。

上述研究結(jié)果表明，增加地膜強(qiáng)度對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)量幾乎沒(méi)有不利影響，甚至可以使農(nóng)作物增產(chǎn)，說(shuō)明高強(qiáng)度地膜在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上具有很強(qiáng)的推廣潛力。

2.3 高強(qiáng)度地膜對(duì)殘膜回收的影響

地膜的強(qiáng)度也與殘膜可回收性密切相關(guān)，不同強(qiáng)度地膜的回收性有所不同。長(zhǎng)期以來(lái)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中由于日照等自然因素的影響，強(qiáng)度較低的地膜極易分解破碎，且通常與作物根莖、雜草等混雜在一起，回收性較差。而高強(qiáng)度地膜韌性大，不易破損，田間殘留量少，有利于撿拾離田[15]。高宇等[16]的研究表明，馬鈴薯田4種厚度地膜（0.006、0.008、0.010、0.012 mm）的土壤殘膜量隨地膜厚度增加而增大，土壤殘膜多數(shù)在 0～20 cm土層集中。未進(jìn)行機(jī)械收獲時(shí)，地膜越厚，殘留系數(shù)越大;利用馬鈴薯收獲機(jī)開(kāi)展機(jī)械化收獲時(shí)，由于地膜越厚越容易被機(jī)械收獲輸送到地表，厚地膜殘留系數(shù)大幅度下降。周冬明等[17]研究表明，隨著地膜厚度的增加，地膜回收率顯著增加。地膜厚度為0.006、0.008、0.010、0.012 mm時(shí)，殘膜回收率分別為40.00%、72.00%、86.00%、86.00%，呈逐漸遞增趨勢(shì)。厚度為0.010 mm和0.012 mm的地膜回收率顯著高于其他厚度，但兩者之間差異不顯著。馬孝忠等[18]進(jìn)行不同厚度農(nóng)膜在棉田使用及回收效果試驗(yàn)表明，0.015 mm地膜與0.008 mm相比，拉力提高了35.40%，人工和機(jī)械回收率分別提高18.00%、27.25%。

隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高速發(fā)展，規(guī)?；⒓s化已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要的發(fā)展模式，而人工撿拾地膜這種方式已與大規(guī)模集約化農(nóng)業(yè)不相適應(yīng)，因此須盡快研發(fā)并推廣適宜的殘膜回收農(nóng)機(jī)[19]。高德梅[20]研究發(fā)現(xiàn)，地膜厚度為0.010 mm時(shí)，其拉伸強(qiáng)度與厚度為0.008 mm的地膜相比增加25.00%，這為機(jī)械化回收打下了基礎(chǔ)。

由于國(guó)內(nèi)地膜的厚度與國(guó)外相比要低很多，因此針對(duì)國(guó)內(nèi)外殘膜回收機(jī)具的研究方向也各不相同。國(guó)外使用的地膜厚度拉伸強(qiáng)度高，因此研發(fā)的回收機(jī)具多為纏繞式;國(guó)內(nèi)使用地膜拉伸強(qiáng)度較低，研發(fā)的機(jī)具主要有滾筒式、彈齒式、齒鏈?zhǔn)降确N類(lèi)，但這些機(jī)具在應(yīng)用中大多還存在作業(yè)效率低、適用性差等缺陷[21]。因此，除了關(guān)注機(jī)械性能的提升，更應(yīng)該考慮地膜厚度這個(gè)關(guān)鍵基礎(chǔ)性指標(biāo)，并提出地膜厚度應(yīng)增加到0.015 mm以上[22]。還有學(xué)者認(rèn)為，影響殘膜回收率的主要因素是地膜強(qiáng)度的保持能力而非地膜厚度，地膜厚度即使較低，但只要強(qiáng)度足夠，也可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械回收。

上述研究結(jié)果表明，使用高強(qiáng)度地膜可以有效增加農(nóng)用殘膜的可回收性，但是要想從根本上解決殘膜污染問(wèn)題，除了提高地膜強(qiáng)度以外，還要加強(qiáng)對(duì)回收機(jī)具的研究，研發(fā)出適應(yīng)性強(qiáng)、回收效率高、易于推廣的回收機(jī)具。

3 高強(qiáng)度地膜使用存在的問(wèn)題

3.1 高強(qiáng)度地膜使用規(guī)范仍不完善

目前我國(guó)現(xiàn)行的《聚乙烯吹塑農(nóng)用地面覆蓋薄膜》（GB 13735—2017）標(biāo)準(zhǔn)中，5.1和5.2是強(qiáng)制性地膜生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了地膜生產(chǎn)的最小厚度、各標(biāo)稱(chēng)厚度、拉伸負(fù)荷、覆蓋使用時(shí)間和主要類(lèi)型等關(guān)鍵指標(biāo)。但在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中普遍使用的是0.01 mm厚的地膜，0.012 mm厚的地膜也比較少見(jiàn)，大面積使用厚度低、覆蓋期短的地膜，導(dǎo)致地膜碎片化嚴(yán)重，回收難。主要包括以下2個(gè)方面：①農(nóng)民不知道根據(jù)作物生長(zhǎng)期選擇地膜，什么作物應(yīng)該使用哪種地膜;②商家為控制成本，非需要不會(huì)主動(dòng)生產(chǎn)厚度更厚、強(qiáng)度更高的地膜。因此，在農(nóng)用地膜使用方面差異性研究和指導(dǎo)性規(guī)范較為欠缺。而對(duì)于高強(qiáng)度地膜的定義和要求，目前尚沒(méi)有明確的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。一般是通過(guò)增加厚度來(lái)增加強(qiáng)度，這并不是高強(qiáng)度地膜的確切定義，有的通過(guò)改變地膜原料的方式來(lái)增加地膜的強(qiáng)度，但必須對(duì)原料中可能存在的有害物質(zhì)加以限制。

3.2 高強(qiáng)度地膜生產(chǎn)成本較高

如今對(duì)于高強(qiáng)度地膜的研究仍停留在試驗(yàn)地中，絕大多數(shù)?。ㄊ校┻€沒(méi)有在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中進(jìn)行大規(guī)模推廣應(yīng)用。強(qiáng)化地膜的生產(chǎn)成本相較普通地膜有一定程度上的增加，如何制定既能滿(mǎn)足地膜生產(chǎn)企業(yè)的盈利需要、又讓農(nóng)民能夠接受的價(jià)格和政策，也是一個(gè)需要思考的問(wèn)題。

4 展望

我國(guó)是農(nóng)用地膜使用大國(guó)，從根本上解決農(nóng)田“白色污染”成為了亟需解決的一項(xiàng)重要環(huán)境問(wèn)題，高強(qiáng)度地膜應(yīng)用成為解決這一問(wèn)題的有效手段之一。國(guó)內(nèi)外目前的研究結(jié)果表明，高強(qiáng)度地膜對(duì)農(nóng)作物生產(chǎn)的影響較小，且在拉伸性、保溫性、可回收性等方面均優(yōu)于普通PE地膜。但高強(qiáng)度地膜也存在標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范不明確、生產(chǎn)成本高等問(wèn)題，目前推廣使用難度大。

未來(lái)，關(guān)于高強(qiáng)度地膜的研究及推廣重點(diǎn)應(yīng)放在以下3個(gè)方面：①降低成本。由于目前高強(qiáng)度地膜的生產(chǎn)成本較高，即使地膜對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和污染治理具有良好的效果，但購(gòu)買(mǎi)價(jià)格較高，不利于大力推廣，可以通過(guò)合理調(diào)整生產(chǎn)配方，在盡量不減少地膜強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，壓縮成本，增加經(jīng)濟(jì)效益，從而有利于大面積推廣。②制定有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。各地區(qū)應(yīng)針對(duì)當(dāng)?shù)氐臍夂?、土壤環(huán)境、農(nóng)作物生產(chǎn)等方面制定相關(guān)的生產(chǎn)和使用標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，指導(dǎo)當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶(hù)選擇適宜的高強(qiáng)度地膜，在保證農(nóng)作物產(chǎn)量的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)從根本上治理“白色污染”。③各地政府應(yīng)出臺(tái)相應(yīng)的政策，在大力宣傳的基礎(chǔ)上，通過(guò)經(jīng)濟(jì)補(bǔ)助的方式鼓勵(lì)農(nóng)戶(hù)使用高強(qiáng)度地膜。

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責(zé)任編輯：王銀惠