黃河三角洲地區棉田地膜殘留特征研究

李麗霞 王智華

摘要：為準確掌握黃河三角洲地區棉田土壤殘膜的分布特征，科學制定棉田地膜污染防治對策，在黃河三角洲棉花主產區東營市開展了棉田地膜調查與殘留監測研究，選擇5個典型棉田進行取樣，測定土壤中的殘膜數量、分布密度及殘膜面積等。結果表明：20年以上棉田的土壤地膜殘留量為18.84～53.53 kg/hm2，地塊間差異較大。地膜殘留密度（22.5～34.0）萬塊/hm2；殘膜大小差異較大，25 cm2以上的殘膜占殘膜總塊數的94.1%，100～500 cm2的殘膜占一半以上，500 cm2以上的大片殘膜約占21.0%。黃河三角洲棉區，土壤中地膜殘留以“殘塊大、厚度薄、回收難”為主要特征，并具有向深土層遷移的可能，生態風險較高。

關鍵詞：黃河三角洲；棉田；地膜殘留；分布特征

中圖分類號：S562文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2016）06-0084-04

20世紀中后期，地膜開始在日本和歐美等發達國家的農業生產中應用，80年代引入我國，極大地推動了我國的農作物增產和作物適作區擴大，并逐漸成為農田增溫保墑、農業高產穩產的重要手段，被廣泛應用于農業生產之中[1～3]。目前，我國每年地膜使用量約120萬噸，高居世界第一；地膜覆蓋作物已超過50種；年地膜覆蓋面積達2 333萬公頃左右，應用區域遍及全國。但是，近年來由于超薄地膜的大量使用以及殘膜回收再利用技術、機制欠缺，使曾經的“白色革命”逐步演變為“白色污染”，殘膜在土壤中殘留并不斷累積，破壞土壤結構、降低耕地質量，并對作物生長、農機操作、農業環境等產生負面影響[4～6]。農田地膜殘留污染問題日益突出，并成為地膜應用推廣的瓶頸之一，是制約我國農業可持續發展的重要因素之一。

作為全國農業大省的山東，地膜覆蓋規模大、涉及作物種類多。農村經濟統計數據顯示，山東省從1991年開始使用地膜，當年地膜使用量為3.56萬噸。2001年，全省地膜使用量超過10萬噸，10年增長近兩倍。2007年，全省地膜使用量超過15萬噸，增長迅猛。2012年，全省地膜覆蓋面積達240萬公頃，占全省農作物播種總面積的22%。山東是全國重要的棉花傳統產區，是僅次于新疆的第二大產棉省份；其中，黃河三角洲地區是山東省的棉花主產區，其種植面積超出全省的1/3。2003～2012年，棉花種植面積累計達846萬公頃以上，10年內棉田累計投入地膜25萬噸以上。山東省已成為我國最大的地膜污染地區之一。

有研究表明，棉田土壤中地膜殘留量可達200～400 kg/hm2，且主要集中在0～30 cm耕層中[7]；還有研究表明，土壤中的殘膜每年正在以11.2 kg/hm2的速率增加[8]。研究黃河三角洲地區棉田地膜殘留特征，客觀、全面地掌握區域棉田的殘膜污染狀況，探尋殘膜污染的特點、變化趨勢，對提高區域內棉田土壤質量、保障棉田生態環境的可持續發展、棉田生態系統安全和人類健康具有重要的理論和現實意義，也可為同類區域棉花生產與棉田科學管理提供參考。

1材料與方法

1.1試驗區概況

試驗區位于山東省東營市，屬暖溫帶大陸性季風氣候，多年平均氣溫12.8℃，無霜期206天，≥10℃積溫約4 300℃，可滿足農作物的兩年三熟。多年平均降水量555.9 mm，全年降水量的65%集中在夏季，降水量年際變化大，易形成旱、澇災害。試驗區土壤為鹽化潮土，同屬濱海鹽堿土，適宜種植棉花，為魯北濱海棉區。棉花種植以覆膜栽培為主，地膜用量在25～30 kg/hm2之間，地膜厚度一般在0.003～0.006 mm之間。

1.2殘膜收集與處理

2015年春季棉田整地以前，選擇5個典型地塊，面積約0.33 hm2，覆膜歷史20年以上。每個監測地塊選擇7 個規格為100 cm×200 cm樣方，土壤深度20 cm。劃定采樣樣方后，邊挖土邊清撿殘留地膜，遇大土塊需砸碎，過篩采集殘膜。將采集的殘膜帶回實驗室，去除附著在殘膜上的雜物并清洗，洗凈后用吸水紙吸干殘膜上的水分，小心展開卷曲的殘膜，防止殘膜破裂，放在干燥處自然陰干，根據殘膜面積大小（0～25、25～100 cm2和大于100 cm2）分類統計殘膜的片數、重量，利用萬分之一電子天平進行稱重。

1.3分析方法

用Microsoft Excel進行數據處理、統計分析以及圖表繪制等。

2結果與分析

2.1棉田地膜殘留數量的變化

土壤中地膜殘留是殘膜長期在土體累積的結果，土壤中的殘留量與地膜特性、農藝措施、耕作精細化程度、覆膜年限等密切相關。河北邯鄲棉田土壤的地膜殘留量為59.1～103.4 kg/hm2；新疆棉區土壤的地膜殘留量為218.8～381.1 kg/hm2[3，7]；2007年第一次全國污染源普查結果表明，全國覆膜農田地膜殘留總量達12.10萬噸（中華人民共和國環境保護部、中華人民共和國國家統計局、中華人民共和國農業部，2010）；與此同時，土壤地膜殘留量的區域性差異很大，不同棉花產區土壤的地膜殘留量各不相同。對黃河三角洲棉區土壤地膜殘留調查與監測的結果（表1）表明：棉田覆膜種植20年以上時，土壤地膜殘留量為18.84～53.53 kg/hm2，僅從殘留量看，遠低于新疆、河北等地，但地塊間差異較大。調查還發現，20世紀80年代初使用的地膜厚度一般為0.05～0.10 mm，近幾年超薄地膜大范圍推廣，地膜厚度多低于0.008 mm，甚至只有0.004 mm，地膜超薄，抗拉力差、易碎，加大了地膜回收的難度，導致土壤中地膜殘留量驟增。

2.2棉田地膜殘留特征的變化

土壤殘膜的形態特征、數量等是影響農田土壤質量的重要因素，土壤中的殘膜受自然條件和人為活動的影響，在土壤中呈現出形狀不同、大小不一的碎片。本研究調查結果表明：覆膜植棉20年以上時，土壤中地膜殘留密度為（22.5～34.0）萬塊/hm2。殘膜大小從幾平方厘米到上千平方厘米不等，殘膜面積變化較大，多數殘膜大于25 cm2。其中，25 cm2以上殘膜塊數占94.1%，100～500 cm2殘膜占52.9%，500 cm2以上大殘膜約占21.0%（圖1）。在新疆地區，覆膜10年的棉田土壤殘膜密度達500萬塊/hm2[9]。程桂蓀等[10]認為，當殘膜面積大于25 cm2 時會對土壤水分和作物產量發生影響，隨著殘膜面積的增大，其危害性越強，大于100 cm2殘膜會對土壤水分和作物產量產生更加顯著影響。與新疆、河北等棉區相比，本地區棉田的地膜殘留數量較少，但90%以上殘膜超過25 cm2，更易造成土壤污染，甚至作物減產。調查結果表明，土壤中殘留地膜形態具有多樣性，與殘膜大小具有一定相關性，面積較小的殘膜多呈現片狀，大塊殘膜多以棒狀、球狀等不規則形態存在；殘膜在土體中呈水平、垂直和傾斜狀分布，受農事耕作、農藝措施和農膜使用情況的影響較大。

在目前的耕作和種植模式下，人們多采用播前人工撿拾、耙地清理等方式應對土壤地膜污染，存在著明顯的弊端，可能會造成殘膜向深層土壤遷移并不斷累積，由于殘膜在土壤中極難降解，一旦造成深層土壤污染，恢復治理難度加劇，或將嚴重危害種植業的可持續發展和土地資源的可持續利用。

3結論

黃河三角洲屬于魯北老棉區，也是棉花優勢產區，土壤中殘留的膜片面積較大，90%以上的殘膜超過25 cm2，70%以上的殘膜面積超過100 cm2，甚至有21%的殘膜面積超過500 cm2。因此，該地區棉田土壤的地膜殘留更易造成土壤污染、導致作物減產，治理難度更大。當前，黃河三角洲地區棉花生產集約化程度低、以粗放式生產為主，棉田地膜殘留處置僅限于播前采用人工撿拾、耙地清理等，土壤的地膜殘留量為18.84～52.53 kg/hm2，殘留密度為（22.5～34.0）萬塊/hm2。與新疆、河北等地相比，該地區棉田土壤地膜殘留量和殘留密度都偏小，但地膜殘留的環境風險仍較大。

4建議與對策

從區域農業發展實際看，土壤殘膜污染的危害已經顯現，殘膜污染將導致農業生態環境惡化，破壞土壤結構，加速土壤次生鹽漬化，阻礙土壤養分的釋放、降低土壤肥力，或通過降低土壤微生物的活性、阻礙土壤養分的礦化釋放和肥力提高，或因阻礙出苗和作物根系生長來影響農業生產力的提高。當前的生產方式、農藝與管理措施、機械化水平等，已遠不能適應棉花產業發展和農田生態環境健康的需求，改變傳統的種植與耕作模式、科學優化棉田覆膜方式、升級完善機械化作業設備、提高棉田地膜回收利用率等，是未來棉花生產革新的重要方向。

4.1應完善農用地膜標準、建立生態補償長效機制，促進地膜的回收和再利用

我國的地膜標準制定于20世紀90年代，相關指標要求相對寬松，目前廣泛應用于農業生產的地膜多為超薄地膜，厚度約0.003～0.006 mm，易老化、易破碎、難回收，厚度遠低于美國和歐洲國家0.020 mm的標準，已無法適應當前農業生產和環境發展的需求。應在綜合考慮資源成本和農業生產實際的基礎上，完善相關標準，提高地膜厚度，提高拉伸負荷、耐老化性能，使其在滿足農業生產需要的同時，為地膜回收和再利用創造條件。同時，在未來的地膜推廣應用過程中，引入生態補償長效機制，促進實用新型地膜、降解膜的生產、推廣以及應用等，有利于打破當前地膜推廣的瓶頸，進一步促進高效農業發展。

4.2建立持續的殘膜污染調查機制，加強農藝與機械研發，促進地膜回收和資源化利用

持續開展地膜污染調查，摸清地膜殘留底數，有利于科學劃定污染區域，因地制宜地確定發展規劃和治理措施。定位監測殘膜對耕地質量和產量的影響，獲取地膜殘留污染的系統數據，為地膜殘留污染治理提供技術和理論支撐，確保地膜覆蓋技術應用的合理性。從當前看，人工清理回收殘膜仍是最普遍、最直接的辦法。但是，隨著地膜應用范圍的擴大、人工勞務費用的提高，人工撿拾“速度慢、效率低、費用高”等缺點越發呈現。因此，要積極探索“科學的覆膜方式”和“適時揭膜技術”等，通過農藝措施改進與創新，使地膜在促進作物生長的前提下，具備高的回收再利用效率。同時，研發配套的農機具，通過機械化操作進一步降低生產成本、提高地膜回收效率，促進農業生產和環境健康協調發展。

參考文獻：

[1]嚴昌榮，何文清，梅旭榮，等.我國農用地膜殘留特點與防治現狀[C]//2006年中國農學會學術年會論文集.2006：480-483.

[2]嚴昌榮，梅旭榮，何文清，等.農用地膜殘留污染的現狀與防治[J].農業工程學報，2006，22（11）：269-272.

[3]馬輝，梅旭榮，嚴昌榮，等.華北典型農區棉田土壤中地膜殘留特點研究[J].農業環境科學學報，2008，27（2）：570-573.

[4]解紅娥，李永山，楊淑巧，等.農田殘膜對土壤環境及作物生長發育的影響研究[J].農業環境科學學報，2007，26（增刊）：153-156.

[5]董合干，劉彤，李勇冠，等. 新疆棉田地膜殘留對棉花產量及土壤理化性質的影響[J].農業工程學報，2013，29（4）：91-99.

[6]南殿杰，解紅娥，高兩省，等.棉田殘留地膜對土壤理化性狀及棉花生長發育影響的研究[J].棉花學報，1996，8（1）：50-54.

[7]嚴昌榮，王序儉，何文清，等.新疆石河子地區棉田土壤中地膜殘留研究[J].生態學報，2008，28（7）：3470-3474.

[8]劉建國，李彥斌，張偉，等.綠洲棉田長期連作下殘膜分布及對棉花生長的影響[J].農業環境科學學報，2010，29（2）：246-250.

[9]董合干，王棟，王迎濤，等. 新疆石河子地區棉田地膜殘留的時空分布特征[J].干旱區資源與環境， 2013，27（9）：182-186.

[10]程桂蓀，劉小秧，高松.光降解地膜小殘片積累量對土壤性質和作物產量的影響[J].土壤肥料，1993（2）：14-17.

[11]常瑞甫，嚴昌榮. 中國農用地膜殘留污染現狀及防治對策[M]. 北京：中國農業科學技術出版社，2012：13-15，41.