濰坊市農(nóng)田地膜殘留特征及影響因素分析

關(guān)鍵詞：農(nóng)田地膜殘留；濰坊市；殘留特征；影響因素

中圖分類號：S318：X53 文獻(xiàn)標(biāo)識號：A 文章編號：1001-4942（2024）06-0096-07

地膜覆蓋技術(shù)自20世紀(jì)80年代由日本引進(jìn)我國以來，在提高農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)等方面取得了卓越成績。經(jīng)過40多年的推廣與發(fā)展，我國已成為世界上地膜覆蓋面積與使用量最大的國家。然而，地膜覆蓋技術(shù)的應(yīng)用忽略了地膜的回收，導(dǎo)致大量地膜殘留在土壤中。由于傳統(tǒng)地膜主要成分為聚乙烯，降解周期多在200年以上，殘留地膜帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，如：土壤通氣性降低、透水性減弱、養(yǎng)分分布不均、土壤肥力下降、土壤微生物活動(dòng)受到抑制、土壤結(jié)構(gòu)被破壞等。地膜殘留導(dǎo)致的生態(tài)環(huán)境問題已引起國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。

影響地膜殘留的因素，前人已進(jìn)行了大量研究：杜澤玉等研究表明，覆膜年限是影響張掖綠洲農(nóng)田地膜殘留的主要因素，連續(xù)覆膜10年以上的農(nóng)田地膜殘留量高；其次為作物類型，玉米田中地膜殘留量最高：覆膜方式也是影響地膜殘留量的重要因素，全覆膜、人工覆膜、機(jī)械覆膜農(nóng)田的地膜殘留量差異顯著；劉建國等研究發(fā)現(xiàn)，綠洲棉田的地膜殘留量隨著覆膜年限的延長而增加，殘膜主要分布在0～30 cm土層；武靈燕等認(rèn)為，溫室條件下，地膜厚度是影響地膜殘留量的重要因素，薄地膜易風(fēng)化破碎，回收難度大，回收率低，厚度0.015 mm以上的地膜回收效果好。此外，種植方式也影響地膜殘留狀況。設(shè)施種植方式下，覆蓋的地膜受紫外線照射少，不易破碎，回收率高；而露天種植時(shí)覆蓋的地膜，因長時(shí)間經(jīng)受紫外線照射而破碎嚴(yán)重，回收難度大。另有研究發(fā)現(xiàn)，不同地區(qū)土壤中的地膜殘留量與實(shí)際地膜覆蓋面積和使用量存在明顯的正相關(guān)關(guān)系。

濰坊市是山東省的農(nóng)業(yè)強(qiáng)市之一，具有豐富的農(nóng)業(yè)資源和發(fā)展?jié)摿?，以蔬菜和水果種植為主，農(nóng)田地膜覆蓋技術(shù)使用廣泛，2021年地膜使用量及農(nóng)田覆膜面積分別為12160 t和176686 hm²，在山東省排名依次為第二位和第三位，但隨之而來的殘膜污染問題目前尚不清晰。本研究基于2021年分布在濰坊市各縣（市、區(qū)）的99個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的調(diào)查數(shù)據(jù)，分析濰坊市的農(nóng)田地膜殘留狀況，同時(shí)分析土壤質(zhì)地、種植模式、作物類型、覆膜年限、地膜厚度、灌溉方式、種植戶類型等因素對地膜殘留量的影響，以期明確影響該區(qū)域農(nóng)田地膜殘留的主要因素，從而為農(nóng)田地膜殘留污染治理提供參考。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況

濰坊市地處山東半島西部（118°10′～120°01′E、35°41′～37°26′N），背陸面海，屬暖溫帶季風(fēng)型半濕潤性氣候，冬冷夏熱，四季分明，春季風(fēng)多雨少，夏季炎熱多雨，秋季天高氣爽，晚秋多干旱，冬季干冷；年均氣溫12.6℃，年均降水量650mm。濰坊市耕地面積為666094.95hm²，主要覆膜作物有花生、辣椒、馬鈴薯、黃瓜、西瓜、番茄等。

1.2地膜殘留監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)與相關(guān)信息調(diào)查

2021年在濰坊市的10個(gè)縣（市、區(qū)）設(shè)置99個(gè)地膜殘留定位監(jiān)測點(diǎn)，具體見表1。監(jiān)測點(diǎn)選擇原則為：各縣（市、區(qū)）內(nèi)典型覆膜作物種植農(nóng)田，過去或?qū)硪欢螘r(shí)期內(nèi)持續(xù)使用地膜覆蓋技術(shù)，具有連續(xù)覆膜影響效應(yīng)，且地勢相對平坦、種植習(xí)慣穩(wěn)定，避開池塘、溝渠、田埂、路邊等，離鐵路、省級以上公路300 m以上，每個(gè)監(jiān)測點(diǎn)采集5個(gè)樣方，相鄰2個(gè)樣方的距離應(yīng)大于等于15 m。監(jiān)測點(diǎn)調(diào)查信息：采樣點(diǎn)位置、土壤質(zhì)地、覆膜年限、作物類型、地膜厚度、灌溉方式、取樣地塊與居住區(qū)距離及種植戶類型等。

1.3殘留地膜田間采集與處理

1.3.1殘留地膜樣品采集 于2021年9—11月份待上茬作物收獲后開始取樣，取樣前先將覆蓋在地表的當(dāng)季地膜揭除，用鐵簽作為四角支撐點(diǎn)，用繩子連接成一個(gè)1m×1m的正方形。向外擴(kuò)展約10cm，沿著四邊挖溝，用直尺從地表測量標(biāo)記，挖土深度40 cm，初步形成一個(gè)1.1m×1.1 m大小的采樣樣方。削去樣方剖面內(nèi)圈多余土壤，使之形成大小為1m²的正方形樣方。將樣方內(nèi)土壤取出（深度至30cm）放在帆布上，用8～10目篩子過篩，將肉眼可見的殘膜（≥1cm²）撿出，放人自封袋，并在自封袋內(nèi)外放置樣品標(biāo)簽（采樣點(diǎn)位置等信息）。殘膜全部收集完成后，將過篩土壤回填至原位，恢復(fù)農(nóng)田原貌。

1.3.2殘留地膜樣品處理 樣品帶回實(shí)驗(yàn)室后，首先去除殘膜上的土壤等雜質(zhì)，將其慢慢展平，使用無腐蝕作用的洗滌劑反復(fù)沖洗，至殘膜表面無任何吸附雜質(zhì)。將沖洗干凈的殘膜放入35℃恒溫烘箱中烘干至恒重，使用萬分之一天平稱重。

1.3.3地膜殘留量計(jì)算 將每個(gè)樣地內(nèi)3個(gè)樣方的殘膜重相加求平均值，即為該樣地表層土壤的地膜殘留量：

M=10000（W₁+W₂+W₃）/3 。

式中：M為調(diào)查樣地表層土壤的地膜殘留量（kg/hm²）；W_n為每個(gè)樣方0～30cm土層土壤的殘膜總凈重（kg/m²）；3為樣方數(shù)量。

1.4數(shù)據(jù)處理與分析

采用SPSS軟件對按地區(qū)、土壤質(zhì)地、覆膜年限、覆膜作物、地膜厚度等不同因素分組的地膜殘留量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；采用單因素方差分析（One-way ANOVA）和最小顯著差異法（LSD）分析各因素對地膜殘留量影響的差異顯著性。利用Mi-crosoft Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，采用Origin 2021軟件作圖。

2結(jié)果與分析

2.1濰坊市2021年地膜使用總量及覆蓋總面積

由表2可以看出，2021年濰坊市地膜總覆蓋面積為15.71萬hm²，使用總量為10442.4 t。其中，青州市地膜覆蓋面積最大，為3.00萬hm²；安丘市、昌樂縣、壽光市、諸城市的地膜覆蓋面積也較大，為2.50萬～2.78萬hm²；其余5個(gè)縣（市、區(qū)）的地膜覆蓋面積在0.25萬～0.78萬hm²2之間，昌邑市的地膜覆蓋面積最小，較青州市減少91.67%。地膜使用總量變化趨勢與覆蓋面積略有差異，以安丘市使用量最高，其次為昌樂縣，分別為2132.5、2092.8t；其余縣（市、區(qū)）的地膜使用量隨覆蓋面積的減少而降低，為161.7～1820.0 t。

2.2濰坊市各縣（市、區(qū)）農(nóng)田地膜殘留現(xiàn)狀

由圖1看出，2021年10個(gè)縣（市、區(qū)）農(nóng)田地膜平均殘留量為23.8 kg/hm²。其中，諸城市的地膜殘留量最高，之后依次為臨朐縣、昌邑市，分別為56.4、48.5、34.4kg/hm²，三者間差異不顯著；安丘市的地膜殘留量明顯低于前三者，且與諸城市差異顯著；其余6個(gè)縣（市、區(qū)）的地膜殘留量在1.3～21.6 kg/hm²范圍內(nèi)，均低于監(jiān)測點(diǎn)平均值，依次為昌樂縣gt;高密市g(shù)t;寒亭區(qū)gt;壽光市g(shù)t;青州市g(shù)t;坊子區(qū)。

2.3農(nóng)田地膜殘留的影響因素分析

2.3.1土壤質(zhì)地對農(nóng)田地膜殘留量的影響 調(diào)查結(jié)果顯示，監(jiān)測點(diǎn)土質(zhì)以壤土為主，占77.0%，但其地膜殘留量最低，為20.1kg/hm²。砂土與黏土占比較小，分別為13.8%和9.2%，但地膜殘留量較高，分別為31.3kg/hm²和30.8kg/hm²。不同土質(zhì)的地膜殘留量表現(xiàn)為砂土gt;黏土gt;壤土（圖2）。

2.3.2覆膜年限對農(nóng)田地膜殘留量的影響 監(jiān)測點(diǎn)調(diào)查結(jié)果顯示，覆膜年限gt;5～10年的占比最高（41.9%），其次是gt;15～20年（24.2%）和gt;10～15年（19.8%）；覆膜年限在5年及以內(nèi)的較少，占比僅為8.6%；另有5.5%的地塊覆膜年限超過20年。地膜殘留量隨著覆膜年限的延長而增加，覆膜年限超過20年的農(nóng)田地膜殘留量較覆膜5年及以內(nèi)的農(nóng)田增加43.02%；覆膜年限gt;15～20年和gt;10～15年的農(nóng)田地膜殘留量差異不顯著，但顯著低于覆膜年限gt;20年的農(nóng)田，而顯著高于覆膜10年以內(nèi)的農(nóng)田（圖3）。

2.3.3作物類型對農(nóng)田地膜殘留量的影響 如圖4（a）所示，99個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的主要覆膜作物涉及花生、辣椒、馬鈴薯、西瓜及黃瓜等23種，其中花生面積占22.8%，辣椒占12.0%，馬鈴薯占9.8%，黃瓜、西瓜、番茄各占6.5%，生姜、茄子各占5.4%，其余作物占比均小于5%。種植不同作物的農(nóng)田地膜殘留量存在明顯差異，如圖4（b）所示，棉田地膜殘留量最高，為77.8 kg/hm²;甘薯田、黃煙田地膜殘留量也較高，分別為74.0、60.2kg/hm²；大蒜、甜瓜、花生、芋頭、白菜田的地膜殘留量介于30～50 kg/hm²之間；馬鈴薯、洋蔥、蕓豆、辣椒田的地膜殘留量介于10～30 kg/hm²之間；南瓜、茄子、生姜、西瓜、苦瓜、玉米、豆角、大蔥、番茄、黃瓜田的地膜殘留量均低于10kg/hm²；黃瓜田的地膜殘留量最低，為6.6kg/hm2。

2.3.4地膜厚度對農(nóng)田地膜殘留量的影響 由圖5可見，濰坊市農(nóng)田主要使用厚度為0.010、0.008、0.006mm的地膜，分別占36.4%、26.2%、19.7%：另有9.4%的農(nóng)田使用0.005 mm的地膜，有5.5%的農(nóng)田使用0.007mm的地膜，0.009 mm和0.004 mm的地膜分別有1.6%和1.3%的農(nóng)田使用。地膜厚度顯著影響農(nóng)田地膜殘留量，地膜越薄殘留量越高：0.004～0.006 mm地膜的殘留量顯著高于其他厚度地膜，為50.78～56.21kg/hm²；0.007～0.010mm地膜的殘留量隨厚度增加顯著降低，0.010 mm地膜的殘留量最低，與0.004 mm地膜相比，殘留量減少62.32%。

2.3.5灌溉方式對農(nóng)田地膜殘留量的影響 調(diào)查結(jié)果顯示，監(jiān)測點(diǎn)農(nóng)田灌溉采用滴灌、溝灌、畦灌、噴灌四種方式，以滴灌為主，占43%，其次為溝灌（28%）和畦灌（24%），還有5%的農(nóng)田使用噴灌。四種灌溉方式的農(nóng)田地膜殘留量如圖6所示，表現(xiàn)為溝灌gt;畦灌gt;噴灌gt;滴灌：溝灌和畦灌農(nóng)田的地膜殘留量差異不顯著，均值分別為35.94 kg/hm²和32.15kg/hm²，顯著高于另兩種灌溉方式農(nóng)田：滴灌農(nóng)田的地膜殘留量最低，僅為12.20 kg/hm²，顯著低于其余三種灌溉方式的農(nóng)田。

2.3.6取樣地塊與住處距離對農(nóng)田地膜殘留量的影響 將取樣地塊與住處的距離分為≤0.5、gt;0.5～1.0、gt;1.0～2.0、gt;2.0～10.0、gt;10.0～30.0 km五組，結(jié)果表明，除gt;2.0～10.0 km組占比為18.2%外，其余四組占比均為20.5%。但其地膜殘留量存在顯著差異，與住處距離越近，地膜殘留量越低，與住處距離為gt;10.0～30.0km的農(nóng)田地膜殘留量較與距住處≤0.5km的地塊高8.28倍（圖7）。

2.3.7種植戶類型對農(nóng)田地膜殘留量的影響 本研究調(diào)查了普通農(nóng)戶與農(nóng)村合作社兩種種植戶類型，各占50%，但農(nóng)村合作社種植農(nóng)田的地膜殘留量明顯高于普通農(nóng)戶，分別為6.81、4.98kg/hm²，前者較后者高出36.75%。

2.4農(nóng)田地膜殘留影響因素相關(guān)性分析

由表3可知，土壤質(zhì)地及種植戶類型對農(nóng)田地膜殘留量的影響未達(dá)到顯著水平；覆膜年限、取樣地塊與住處距離、地膜厚度與農(nóng)田地膜殘留量呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.705、0.699和0.633：灌溉方式和作物類型與農(nóng)田地膜殘留量呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.870和0.768。各影響因素與農(nóng)田地膜殘留量的相關(guān)性強(qiáng)弱表現(xiàn)為灌溉方式gt;作物類型gt;覆膜年限gt;取樣地塊與住處距離gt;地膜厚度。

3討論

不同地區(qū)的地理位置、農(nóng)作物類型及其種植和管理方式不同，對地膜殘留量產(chǎn)生的影響不同。青州市和壽光市雖然地膜使用量及覆膜面積較大，但其農(nóng)田地膜殘留量相對較少，原因可能是這兩地的采樣點(diǎn)主要在設(shè)施溫室內(nèi)，地膜受紫外線照射等的影響較露地覆膜小，因此膜的完整性較高，便于回收；同樣的，南瓜、茄子、西瓜、苦瓜、豆角、大蔥、番茄、黃瓜田的地膜殘留量顯著低于其他作物，其原因亦是這些作物大部分位于設(shè)施溫室內(nèi)，使用后的地膜便于回收。而諸城市和臨朐縣農(nóng)田主要為露地覆膜栽培，且多位于丘陵區(qū)，土壤中砂礫含量高，地膜受破壞程度大，不利于回收，這可能是導(dǎo)致這兩地農(nóng)田地膜殘留量較高的主要原因。

本研究結(jié)果顯示，土壤質(zhì)地對地膜殘留量也有明顯影響，砂土和黏土的地膜殘留量相當(dāng)，明顯高于壤土，這與前人得出的砂土地膜殘留量顯著高于黏土和壤土的研究結(jié)果不同。這種差異可能與砂土、黏土、壤土間有機(jī)質(zhì)含量、微生物活性及碳源提供量等因素不同有關(guān)，以及與不同土壤質(zhì)地區(qū)種植覆膜作物的年限、作物類型及種植習(xí)慣有關(guān)。

我國不同地區(qū)的地膜殘留特征研究均表明，長期使用地膜過程中重使用輕回收導(dǎo)致農(nóng)田殘留地膜積累效應(yīng)增強(qiáng)，地膜殘留量隨著覆膜年限延長而增加。本研究也得到相似結(jié)果。此外，地膜厚度也會(huì)影響農(nóng)田地膜殘留量，使用較厚地膜的農(nóng)田地膜殘留量相對較低，原因可能是較厚的地膜拉伸性能好，有利于當(dāng)季地膜回收。灌溉方式也會(huì)影響地膜殘留量，本研究發(fā)現(xiàn)與滴灌和噴灌相比，溝灌和畦灌更容易促使表層土壤將地膜淤積至土下，導(dǎo)致溝灌和畦灌農(nóng)田地膜殘留量更大。另外，調(diào)查中我們發(fā)現(xiàn)農(nóng)戶缺乏對農(nóng)膜科學(xué)使用及厚度要求的認(rèn)知，對于同一地塊，早期可能使用超薄（0.008 mm及以下）地膜，且不同年際間地膜使用厚度不完全一致，而在調(diào)查過程中地膜厚度多是統(tǒng)計(jì)農(nóng)戶當(dāng)年或近年來常用的地膜厚度，因此，有關(guān)地膜厚度與地膜殘留量間的多年累積效應(yīng)還有待于深入研究。

4結(jié)論

（1）2021年濰坊市農(nóng)田地膜平均殘留量為23.8 kg/hm²，未超出國家標(biāo)準(zhǔn)閾值75kg/hm²，但諸城市、臨朐縣及昌邑市農(nóng)田土壤中地膜殘留量相對較高，需引起重視。

（2）棉花、甘薯種植區(qū)農(nóng)田的地膜殘留量較高.分別為77.8、74.0 kg/hm²，已接近甚至超出國家制定的殘膜限值標(biāo)準(zhǔn)水平，殘膜污染嚴(yán)重，需更改種植、覆膜方式，強(qiáng)化農(nóng)田殘留地膜回收與治理。

（3）覆膜年限、作物類型、覆膜厚度、灌溉方式、取樣地塊與住處距離等是農(nóng)田地膜殘留量的重要影響因素，其與農(nóng)田地膜殘留量的相關(guān)性強(qiáng)弱表現(xiàn)為灌溉方式gt;作物類型gt;覆膜年限gt;取樣地塊與住處距離gt;地膜厚度。