地膜對農業生產的影響及其污染控制

張金瑞，任思洋，戴吉照，丁凡，肖謀良，劉學軍，嚴昌榮，葛體達，汪景寬，劉勤，王鍇，張福鎖

地膜對農業生產的影響及其污染控制

張金瑞1, 2，任思洋1, 3，戴吉照4，丁凡4，肖謀良5，劉學軍1, 2，嚴昌榮6，葛體達5，汪景寬4，劉勤6，王鍇1, 2，張福鎖1

1中國農業大學國家農業綠色發展研究院植物-土壤相互作用教育部重點實驗室，中國北京 100193；2中國農業大學資源與環境學院農田土壤污染防控與修復北京市重點實驗室，中國北京 100193；3班戈大學自然科學學院，英國班戈LL57 2DG；4沈陽農業大學土地與環境學院，中國沈陽 110086；5寧波大學植物病毒學研究所農產品質量安全危害因子與風險防控國家重點實驗室，中國浙江寧波 315211；6中國農業科學院農業環境與可持續發展研究所/農業農村部農膜污染防控重點實驗室，中國北京 100081

地膜覆蓋具有顯著的農業生產效益，可以增溫保墑，防蟲抑草，擴大作物種植適宜區，從而提高農作物產量和品質，因此在世界范圍內尤其是在干旱半干旱地區農田中得到廣泛應用。然而，塑料地膜降解速率極其緩慢，加上中國地膜回收工作的開展較為落后，導致大量的塑料碎片殘留在農田中，從而造成土壤環境的殘膜及微塑料污染。本文基于文獻資料、調研和統計數據，就地膜對中國農業生產的影響及其污染防控進行了分析。殘膜及微塑料污染會改變土壤理化性質，限制土壤水分和養分運移，并對土壤動植物的生長、發育和繁殖產生危害，改變土壤微生物的豐度和群落結構，損害土壤健康，長此以往會造成作物產量和品質下降，甚至威脅到糧食安全。微塑料存在被植物吸收的可能性，從而通過食物鏈進入人體，對人體健康產生威脅。此外，微塑料巨大的比表面積使其極容易通過吸附作用成為其他污染物（重金屬、農藥和抗生素等）的載體，增加污染物的轉移富集風險，從而造成土壤生態環境復合污染。中國地膜生產、使用相關標準正在逐步完善，但同發達國家和地區相比仍有一定的差距。中國尚未形成完善可持續的地膜回收體系，農田土壤中的微塑料污染研究仍不夠充分，同時針對殘膜及微塑料污染防控的政策和法規也有待于進一步完善。因此應進一步借鑒發達國家和地區的經驗，結合中國實際情況，因地制宜制定地膜生產、回收相關標準以及殘膜和微塑料污染防治的政策法規。

地膜；農業效益；殘膜及微塑料污染；環境效應；污染防治

0 引言

地膜覆蓋是中國農產品安全供應的關鍵舉措之一。地膜具有增溫保墑作用，極大地提高了水資源和營養物質的利用效率，擴大了作物的種植區域，并為提前種植和收獲作物提供了條件[1-3]，同時還可以防蟲抑草，提高農藥的使用效果[4-5]，從而可使農作物產量增加30%以上，為中國等國家的糧食安全做出了巨大貢獻[6]。但長期覆膜且回收利用不當導致的農田殘膜及微塑料污染反而會影響作物生長，甚至威脅糧食生產安全[7]。

本文通過總結已報道的地膜和微塑料的文獻，綜合分析中國當前地膜使用和殘留狀況、農業效益、環境效應和處理方式等，歸納了地膜覆蓋對土壤環境質量、土壤生物和地上作物的影響，以及現行的地膜回收處理方式和管理措施，并提出地膜污染防治的政策建議，凝練地膜和微塑料未來研究的主要方向，以期為中國農業綠色發展中的地膜可持續使用和污染防控提供參考。

1 中國地膜使用和殘留概況

地膜主要組成成分包括聚乙烯（polyethylene，PE）和乙烯-乙酸乙烯酯共聚物（ethylene-vinyl acetate copolymer，EVA）等[8]，以PE應用最為廣泛。同時，地膜作為塑料制品，需要各種添加劑來賦予不同的性能，主要的添加劑種類包括增塑劑、阻燃劑、抗氧化劑、光穩定劑、著色劑和促降解劑等[9-13]。

根據中國農村統計年鑒數據，中國地膜使用量從20世紀90年代逐年增長，于2016年達到峰值147.0萬t，之后緩慢回落，2019年仍達到137.9萬t ，總覆蓋面積為1 762.8萬hm2，約占農作物總播種面積的10.7%（圖1）[14]。各地區由于農作物種類和種植模式的差異，覆膜農田比例不同導致地膜使用量存在明顯的區域特征。調查數據還顯示，西北的玉米和棉花產區、東北的花生產區、華北的花生和棉花產區、西南的煙草產區及所有蔬菜集中產區，是地膜高強度使用的區域[15]。在農業大省如山東、河南和四川，西北干旱半干旱地區如新疆、甘肅和內蒙古，西南冷涼地區如云南等地的地膜使用量明顯高于其他省份，這7個省份2019年的地膜使用量合計為78.1萬t，占全國總量的56.6%[14]。

與此同時，中國地膜厚度薄易破碎，回收比例低，導致農田土壤中地膜殘留量較高。長期以來，中國地膜厚度標準為0.008 mm，但市場上生產流通的地膜厚度多為0.004—0.006 mm[16]，這種地膜容易老化破碎，不利于回收再利用，中國地膜當季回收率不到60%[17]。隨著近年來國家相關標準、法規的發布，地膜厚度的最低限度提高到0.01 mm[18]，但歐美、日本等發達國家和地區的地膜最小厚度均在0.02 mm以上。調查結果表明，長期覆膜農田土壤中地膜殘留量為72—259 kg·hm-2[15]。地膜使用量和使用方式的差異導致各地區土壤地膜殘留量也明顯不同，西北地區殘膜量要遠高于其他地區。如新疆長期覆膜棉田的地膜平均殘留量在200 kg?hm-2以上，最高可達540 kg?hm-2，而甘肅、內蒙古、東北地區、山西和河北部分地區的平均殘留量在100 kg?hm-2以上[17]。

圖1 1991—2019年中國農田地膜使用量和覆蓋面積

土壤中的殘膜在光、熱、機械活動、土壤動物和微生物的作用下會破裂降解[19]，但很難完全降解[20]，尺寸達5 mm以下時，即形成微塑料[21]。殘膜及微塑料存在于土壤中，會破壞耕層土壤結構性質、改變土壤微生物組成，危害土壤動物生長，影響水分和養分遷移、阻礙種子發芽和植物根系生長，最終造成糧食減產，甚至可能威脅糧食生產安全[22]。土壤中微塑料還可能通過食物鏈進入人體，從而威脅人體健康[23]。為解決地膜殘留問題，可降解地膜的研制受到極大的關注，但各種可降解地膜的實際降解效果和生態環境效應還存在較大爭議，且成本更高[24-25]。因此，如何確保中國地膜可持續發展意義重大。

2 地膜對農業生產的促進作用

2.1 保溫與節水作用

地膜覆蓋之所以能在中國旱作和低溫區得以廣泛應用，主要是因為其克服了溫度和水分兩大限制因子。地膜白天的增溫作用和晚上的保溫作用主要是通過減少土面蒸發，阻礙近地面氣層熱量交換，增加凈輻射來實現的[26-27]。白天增溫階段，普通地膜透光率很高，白天太陽的短波輻射可以透過地膜將光能轉化為熱能，同時阻礙水分蒸發對熱量的消耗和減少熱量的散失。晚上保溫階段，地膜的阻隔作用和其表面水汽對熱量輻射的阻礙，可以有效減少土層對外的長波輻射和氣體的對流。杜社妮等[28]研究表明，在玉米苗期，地膜覆蓋的5—25 cm土層土壤日平均溫度較不覆膜提高2.4—3.0℃，在玉米生長后期，表層土壤較不覆膜土壤降低0.5—1.1℃，主要是因為玉米生長后期冠層密實，減少太陽短波輻射，這樣在苗期低溫階段可以提高土溫來為玉米生長提供適宜環境，而生長后期則避免了夏季高溫的脅迫對玉米生長的不利影響。霍軼珍等[29]在研究中也得出了類似的結論。同時，地膜顏色對土壤溫度的影響較大，白色透明地膜在玉米生長前期可以增加土壤溫度4℃，而黑色地膜在白天會降低土壤溫度1—2.5℃，在晚上會增加土壤溫度[30]。

同時，地膜具有一定的保水性能。地膜具有不透水性和疏水性，降雨量較小時（無效降水）可以將壟面降水匯集，重新分配到壟溝轉變為有效降水[31]。由于地膜對水汽蒸發的阻隔，有效降低土面蒸發，增加了土壤含水量[32-35]。解文艷[36]發現，地膜覆蓋條件下0—60、0—200 cm土層中6年平均貯水量較不覆膜分別提高了9.78和23.45 mm，并且在不同降水年份，地膜覆蓋處理均能顯著提高土壤貯水量。在干旱時，地膜覆蓋起到提墑的效果，有利于穩產高產。馬浩等[37]通過田間定位試驗，研究了地膜覆蓋對水分利用的影響，結果表明，在冬小麥播種前，全年地膜全覆蓋能將0—200 cm土層貯水量顯著提高17.3 mm，同時顯著提高了小麥水分利用效率11.3%。其他研究也得出類似結論[32, 38]。

2.2 提高肥料利用率

地膜覆蓋可以提高肥料利用率，主要是通過加快有機質分解提高養分有效性和防止養分流失兩方面來實現的。由于地膜覆蓋有增溫保墑的作用，提高地表溫度，可以使土壤保持相對疏松狀態，團粒間充滿水汽，為土壤微生物的活動提供適宜的水熱條件，提高微生物活性，加速土壤有機質分解，為植物提供更多的有效可溶性養分[35,39-40]。同時地膜覆蓋也一定程度上避免了風蝕、雨水沖刷，減少因揮發或淋溶造成養分的損失。周昌明[41]報道，地膜覆蓋降低了0—50 cm土層的有機質含量，提高了0—50 cm土層土壤養分含量，說明地膜覆蓋促進了土壤表層有機質的分解，提高了土壤養分的利用效率。侯紅波等[42]的不同覆蓋方式對坡耕地氮磷流失影響的研究結果表明，地膜覆蓋條件下氮總流失量較不覆膜降低48.3%，磷總流失較不覆膜降低21.6%，說明地膜覆蓋可以有效降低土壤侵蝕和養分流失，提高肥料利用效率。ZHANG等[43]用土壤培養法在山東蒙陰研究地膜覆蓋對花生地土壤氮素礦化的影響中發現，在花生開花期和結夾期，地膜覆蓋使表層（0—20 cm）土壤凈氮礦化率分別是不覆蓋處理的2.0倍和1.2倍。

2.3 減少農藥和除草劑用量

由于機械阻礙及對地溫影響的變化，地膜覆蓋能夠有效地抑制雜草的生長，減少除草劑和農藥的使用。不同顏色地膜因其透光度不同，對膜下地溫的升降和抑制雜草的效果也不同，其中黑色地膜的除草效果最好，除草效率達到92.18%—94.98%[44-46]。黑色地膜的透光率不足10%，削弱了綠色植物進行光合作用所必需的可見光通過量，使膜下雜草因光合作用不充分而不能正常生長。吳治國等[47]研究表明，黑色地膜覆蓋降低了雜草數量和重量，對雜草生長有明顯抑制作用。陳剛等[48]研究表明，黑色地膜覆蓋防控何首烏田間雙子葉雜草效果達到73.78%，透明地膜覆蓋防控何首烏田間雙子葉雜草效果為47.02%，黑色地膜和無色地膜覆蓋的樣地中均沒有發現單子葉雜草，不覆膜對照區有13.91%的單子葉雜草，說明黑色地膜和透明地膜均有抑制雜草效果，但黑色地膜防草效果更明顯。

2.4 提高農作物產量和品質

地膜覆蓋能夠在天旱保墑，雨后提墑，防止土表結皮，改善農作物生長的微生態環境，壯大作物根系，提高養分向籽實中的供應量，加強土壤微生物的活性，為作物生長提供適宜的環境和充足的養分，以提高作物的產量和品質[39-49]。地膜覆蓋，能使糧食作物平均增產20%—35%，經濟作物平均增產20%—60%[15]。有研究報道，長期地膜覆蓋可以增加籽實中磷含量，說明對農作物的品質有一定的提升[50]。

然而，不同地區地膜的增產效果存在較大的差異。趙愛琴等[51]基于Meta分析的中國馬鈴薯地膜覆蓋產量效應分析表明，地膜覆蓋馬鈴薯產量在平均溫度小于10℃和降雨量小于500 mm的地區增產效果最為顯著，增產率分別為40.5%和37.6%。地膜覆蓋使北方的旱作區玉米產量最高能增加150%，大范圍玉米平均增產25%—30%，而在西南濕潤區，地膜覆蓋的增產效果最小，增產13%[52]。葛均筑等[53]在武漢通過大田試驗表明，地膜覆蓋可以縮短玉米營養生長期1—3 d，延長玉米灌漿期2—6 d，增加玉米灌漿期占全生育期比重0.50%—9.74%，顯著提高玉米籽粒產量。

2.5 擴展作物的適宜區

地膜覆蓋不僅能夠改善膜下作物生長微環境，為作物生長發育提供適宜的溫度和水分等條件，而且能夠解決積溫不足、無霜期短等問題，擴大了糧食和蔬菜等喜溫作物的種植面積。地膜覆蓋可以使部分喜溫作物栽培適宜區向北推移2—5個緯度，即向北推移200—500 km，也可以使作物種植海拔上升500—1 000 m，擴大了作物種植面積[15]。劉明春等[54]通過甘肅省玉米不同氣候適宜性研究表明，地膜覆蓋使玉米出苗提前5 d左右，抽雄和吐絲期提前10 d，提前成熟18—22 d，增產了25.7%，可以避開陰雨寡照天氣的影響，利于玉米灌漿籽粒增重。

3 殘膜及微塑料對農業生產和環境的負面影響

3.1 殘膜及微塑料對農業生產的負面影響

3.1.1 對土壤水分運移的不利影響 農業生產中地膜的覆蓋可以起到保溫保墑的作用[55]。然而地膜形成的殘膜和微塑料在土壤中積累，會改變土壤物理結構，如改變土壤水穩定性團聚體比例，降低土壤容重和孔隙度[56]。不同類型的殘膜和微塑料在土壤團聚體中的作用效果并不一致。土壤水分的運移與土壤容重、團聚體結構和孔隙分布等特征密切相關，土壤結構的改變，勢必影響到土壤水分運輸。ZHANG等[57]研究表明，聚酯纖維的積累使土壤中大于30 μm的土壤孔隙體積增加，而降低小于30 μm的土壤孔隙體積，然而氣孔體積的改變并未影響土壤飽和導水率。另外，土壤中殘膜的積累，除了通過改變土壤結構對水分滲透發揮作用外，還可以通過其本身的物理隔離作用，影響其在土壤中的分布。LI等[58]研究表明，當含量在0—360 kg?hm-2時，殘膜會阻礙水分的運移；然而當殘膜含量超過360 kg?hm-2時，反而有利于水分的長距離流動。然而據目前調查資料顯示，除了個別區域外，大部分農膜殘留較嚴重的地區，其含量均小于360 kg?hm-2。因此，在實際生產中可能需要增加水分灌溉量或者澆灌密度，以保障作物獲得較充足的水分。

3.1.2 對作物養分利用與產量的負面影響 殘膜和微塑料在農田中積累，改變水分的運移能力的同時，也會影響養分的運輸和分布，進而影響作物根系對養分的吸收[58-59]。HU等[60]發現，當殘膜量小于360 kg?hm-2時，由于水分運移受到阻隔，硝態氮的運輸也受影響；而當殘膜含量超過360 kg?hm-2有利于硝態氮隨著水分運移而長距離運輸。因此，有效養分的運輸和水分的運移通常是協同發生。此外，殘膜可阻礙作物根系的生長和分布，不利于根系對養分的吸收。農田土壤中微塑料主要來源于塑料薄膜殘膜的風化和破碎，雖然作物種植時薄膜的使用可以顯著提高作物產量，然而殘膜和微塑料的積累對土壤理化性質和作物根系的影響，勢必對作物的生長和產量造成影響。GAO等[2]在對1980—2017年間發表的關于殘膜積累下作物產量變化的文獻進行整合分析后發現，覆膜使玉米、棉花和土豆的平均產量增加24.3%，但隨著殘膜積累量增加，平均產量逐漸降低，當殘膜積累量大于240 kg?hm-2時減產率達到16.1%，在殘膜積累量為480 kg?hm-2時減產率可高達24.2%。因此，在農業生產中，如果長期使用地膜而不進行回收，當殘膜積累至一定量時，有可能會消減覆膜優勢，造成減產的潛在風險[61]。

3.2 微塑料造成的環境污染與人體健康效應

3.2.1 對土壤動物、微生物和地上植物的危害 微塑料在土壤中積累，會直接影響土壤動物的行為和生長[62-63]。如通過堵塞生物通道，迫使單尾蟲挖掘新通道以防止被困[64]；通過釋放有害物質，抑制線蟲的生長等[65]。另外，當土壤動物誤食微塑料時，會產生飽腹現象而減少進食，因此會造成能量攝入不足、生長緩慢甚至死亡[66-68]；同時有可能造成食道損傷、腸道阻塞、繁殖率降低以及其他生化反應，如免疫反應降低、代謝失調等。微塑料中含有多種有毒添加劑，如鄰苯二甲酸鹽、雙酚A等，具有雌激素活性，對脊椎動物或部分無脊椎動物的內分泌造成干擾，從而影響它們的繁殖行為[69]。

微塑料對生物的影響可分為直接作用和間接作用。首先，較小粒徑的微塑料（＜1 μm）可能與生物體細胞膜、細胞器或生物分子發生作用，通過其化學毒性引起炎癥反應、膜通透性改變、氧化應激和擾亂膜過程等多種不良反應[70]。這些過程對土壤動物和微生物等均具有不良影響。另外，較小顆粒的微塑料能通過植物根系或葉片氣孔進入植物體內，造成植物生長受到抑制以及氧化應激損傷等現象[23,71]。同時微塑料在植物體內積累，阻礙細胞間的連接，堵塞細胞壁通道，不利于植物對養分的吸收和運輸[72-73]。此外，微塑料可以通過改變土壤物理化學性質和土壤生物區系及其活性，影響植物根系的活性和養分吸收能力，進而影響植物的生長和發育。

3.2.2 通過食物鏈進入人體的風險 目前已經被證實，通過日常熱量食物攝入人體的微塑料平均可高達每年每人39 000—52 000個，包括海產品、糖類、蜂蜜、酒精以及飲用水等。如果考慮呼吸攝入量，該值可高達74 000—121 000個，目前尚缺乏肉類、谷物和蔬菜等微塑料來源的數據[74]。然而微塑料可以通過食物鏈進入人體已是不爭的事實[75]。微塑料可以被土壤動物如蚯蚓和蝸牛等攝入體內，有研究從雞的內臟和糞便中發現微塑料的存在，可能是通過取食蚯蚓等土壤動物，或者直接誤食塑料和微塑料進入體內[76]。哺乳動物中鼠類的肝臟、腎臟和腸道中也被發現微塑料的積累[77]。表明微塑料是可以進入動物組織中，并進行積累和在食物鏈中傳輸。甚至有研究表明農作物如小麥和萵苣能直接吸收微塑料并在體內積累[23,78]，人類通過直接取食這類谷物和蔬菜，進而可能將微塑料攝入體內。這些證據均表明，微塑料可以通過食物鏈向更高營養級的動物體內富集，從而對食物安全和人類健康具有潛在威脅。

3.2.3 與其他污染物（重金屬、有機化合物等）的復合污染 微塑料依靠自身的特性對土壤動物、微生物和人體產生危害，同時還可以作為有機污染物的載體，向環境輸入污染物，從而對生態環境造成影響。研究表明，在設施大棚種植蔬菜的土壤中，發現微塑料和鄰苯二甲酸酯類（phthalic acid esters，PAEs）具有顯著的共污染現象[79]。PAEs是一種內分泌干擾性的半揮發性有機物，對人體的生殖和發育功能產生毒性，并且會產生致癌作用等，因此被稱為“環境激素”。PAEs被廣泛地應用于包裝材料、塑料和農藥生產中。其中地膜中有多種PAEs被美國國家環境保護局列為環境污染物[80]。因此設施農業中大量農膜的使用，不僅使農膜破碎形成的微塑料在土壤中積累，同時也攜帶大量的PAEs進入土壤中，是農田土壤PAEs污染的主要來源之一。

除了自身會釋放有機污染物之外，微塑料還可以通過吸附作用富集有機污染物，從而影響其遷移、轉化和生態毒理效應。如研究表明，聚氯乙烯塑料能吸附疏水性有機污染物（如壬基苯酚、菲等），并通過攝食作用進入海蚯蚓體內，造成海蚯蚓攝食量減少、存活率和免疫力降低等毒害作用[81]。WANG等[82]研究發現，微塑料對多氯聯苯在蚯蚓中的生物富集同時存在“源”和“匯”的功能，主要取決于微塑料和蚯蚓中多氯聯苯的擴散梯度；另外發現，小粒徑的微塑料（50—150 μm）對多氯聯苯具有更高的轉移系數，而小粒徑的微塑料更容易被蚯蚓攝入，從而增加蚯蚓中多氯聯苯生物富集。微塑料在土壤中會不斷地風化和機械破碎，形成更小顆粒。在這種情況下，微塑料與其他污染物的復合污染提高了污染物向食物鏈的轉移風險，增加污染物的生態毒理效應。

殘膜及微塑料還會同農藥及土壤重金屬相互作用。地膜的覆蓋，可使噴灑下來的農藥和土壤中的部分重金屬被吸附，如果對農膜進行回收處理，可以有效降低農田土壤中農藥和重金屬的污染。然而由于現在農業生產中普遍對農膜回收的不足，農膜中吸附和富集的農藥和重金屬隨著薄膜的破碎進入土壤，造成復合污染的風險。另外，微塑料可以降低土壤中鎘的吸附，同時促進其解吸附，從而提高鎘在農田土壤中的移動性，增加農田系統的生態風險[83]。除此之外，土壤中塑料和微塑料可以吸附和攜帶多種重金屬，包括鉻、鉛、銀、銅、銻、汞、鐵、砷和錳等，因此土壤中的微塑料可以作為重金屬轉移的重要載體，增加了重金屬在食物鏈積累或向其他生態系統轉移的風險[84-85]。

3.3 微塑料污染下農田土壤有機質和養分循環

微塑料是分子構成以碳基為主的高聚合物，如聚乙烯或聚苯乙烯塑料中碳含量達90%[86-87]。其中只有0.11%—0.48%塑料中的碳可以通過可溶性有機碳（dissolved organic carbon，DOC）的形式釋放到環境中，而這其中可以被微生物利用的DOC只占22%—46%[87]。因此，微塑料不易被微生物分解和利用，較難參與到生物地球化學循環過程中。然而，微塑料可以通過改變土壤理化性質和微生物群落結構特征，進而影響土壤的元素循環。例如，聚酯纖維微塑料通過增加土壤孔隙度和通氣性，促進好氧微生物的種群數量和活性，提高有機碳分解相關酶的活性，進而促進有機碳的分解和礦化[57,88-89]。

微塑料中幾乎不含氮磷等養分元素，但是微塑料可以通過影響土壤物理化學性質，如增加土壤孔徑和氧氣的擴散能力，調節驅動元素轉化的微生物群落，從而影響養分循環。例如研究表明，微塑料可以提高參與硝化作用過程中的氨單加氧酶（）的基因豐度，但同時也增加了土壤反硝化作用潛勢，因此對土壤氮的礦化損失（主要以N2O釋放的形式）無影響；然而硝化和反硝化作用對不同種類的微塑料的響應并不一致[71,90-91]。此外，微塑料通過改變叢枝菌根真菌與作物根系的共生關系，進而影響作物對氮的獲取[56]。由于微塑料比表面積大和存在帶電荷的基團，可以通過吸附土壤中的養分進而造成土壤養分的脅迫。如聚乙烯醇微塑料表面因帶羰基（=O）和羥基（-OH），可吸附土壤中的NH4+-N，從而降低土壤中氮的可利用性[92]。因此，農田土壤中微塑料的積累，會影響養分在作物-土壤-微生物系統中的吸收與傳輸。

4 農田地膜污染的防治與政策建議

4.1 發達國家地膜處理和管理的模式

通過調查了解發現，中國以外的其他國家和地區地膜應用面積十分有限（約占作物面積10%），重點國家和地區是日本、韓國、美國、歐洲和南美洲等，以高厚度（≥0.02 mm）、高強度的地膜占絕對優勢，應用對象主要是經濟作物和蔬菜等，在大田糧食作物中的應用面積很小[93-95]。在覆膜作物收獲后進行地膜回收是國際上通用的、強制性的做法，但處理方式存在差異。在日本，回收地膜是作為產業垃圾進行處理，對地膜使用者、處理者的權益進行了明確規定，即地膜使用者有使用地膜的權力，但也負有回收、清洗和交給處理企業的義務[96-98]。農民部分付費讓相關公益類企業或公司將使用后的地膜運走處理，政府需要對地膜回收處理給予一定比例的投入。在歐洲，大部分國家采用生產者有限度的責任延伸制，地膜使用者在用后需要對地膜進行回收處理，并堆放在田頭，地膜生產者或者是委托企業，在政府資助下對地膜進行回收處理[95]。

4.2 構建中國地膜回收處理生產者責任延伸機制

相比其他國家，中國的地膜應用具有特殊性，同樣，地膜回收處理也只是近5年來才開始受到社會和政府的高度重視[52,99]。總體而言，中國地膜回收處理還相對粗放，關于地膜回收處理的法律、法規和管理辦法也是近幾年開始著手制定和頒布，但關于具體的實施機制還沒有完全建立，還在摸索之中[5,100]。根據國內外調研，應當首先明確政府部門、地膜生產者、銷售者、使用者的權力、責任和義務，構建由地膜產業鏈相關方共同承擔的地膜生產者有限責任延伸機制[101]。

在政府部門方面，明確回收的地膜是農業的產業垃圾，而不是可以自我循環的資源。政府負有對地膜生產、銷售、回收處理的監管和問責權力，同時還應該為回收地膜處理承擔一定的義務和責任（投入一定比例的資金，或者是通過補貼農民進行耕地地力維持，由農民向相關地膜回收企業進行支付。日本政府投入了地膜處理費用的1/3，中國的投入比例尚需研究確定）。作為地膜使用者，具有使用地膜的權力，但同時必須承擔相應的責任和義務，主要是地膜使用結束后將地膜按照一定要求回收并進行適當處理的責任和義務（這個問題目前并沒有進行明確規定，可借鑒日本和歐洲的經驗，強化使用者權力和責任義務）[102]。作為地膜生產者和銷售者，具有通過生產銷售合格地膜產品賺取利潤的權力，與地方政府、地膜使用者共同完成使用后地膜的回收處理是其有限延伸責任[103]。在這樣一個框架下，在縣域單元（或者鄉鎮）引入地膜回收處理企業（政府通過購買服務將部分資金投入企業，地膜生產銷售者補貼回收企業，回收的地膜處理獲得部分殘值），政府開展管理和投入，生產和銷售者部分補貼回收企業，使用者通過勞動力投入，在不同區域構建適合各自實際情況的、多方投入和參與地膜回收處理體系，形成可以在一定程度上自我維持運行的系統。

同時，必須對回收地膜的處理和再利用進行科學評估，從多維度考慮回收地膜的出路，形成可實施、可落地的處理方法。回收地膜的處理和再利用的途徑應取決于回收地膜本身的特點、所處的環境及所擁有的技術和經濟條件，因此所有的再利用和處理方式應該是開放的，可以選擇的。目前，急需對不同回收地膜處理方式（棄置地頭、填埋、就地焚燒、控制焚燒、回收清洗造粒、回收簡單清理作為木塑原料等）的生態、經濟和環境影響進行綜合評價，形成一套用來選擇回收地膜處理和再利用方式的技術工具，將回收到田頭道邊的地膜科學處理，防止產生二次污染的問題。

5 展望

覆蓋地膜短期內顯著改善了作物的生長環境，促進了農業生產，但長期回收管理不當導致了嚴重的土壤殘膜和微塑料污染，會對土壤生態環境和農業生產造成嚴重破壞。綜合以上地膜和微塑料領域的研究進展及中國農田地膜使用和微塑料污染現狀的分析，筆者認為未來的研究方向應包括：

（1）微塑料分析方法的標準化。包括土壤中微塑料的提取、豐度定量和組分定性鑒別的標準化，以及計量單位的統一化。分析方法是土壤微塑料研究的基礎，方法的標準化是不同研究間相互交流、比較的前提。

（2）微塑料在土壤-作物系統內的豐度分布及遷移規律。在土壤微塑料分析方法成熟的基礎上，定量不同土地利用類型、不同種植模式下土壤微塑料的豐度及分布特征，重點是微塑料的界面交互作用機理，如土壤根際區域和土水界面的微塑料運移特征。

（3）土壤中殘膜和微塑料的生態環境效應。當前研究對象主要集中在植物和土壤無脊椎動物等低營養級生物，無法全面表征殘膜和微塑料對完整食物鏈的風險暴露評價。應加強殘膜和微塑料對高營養級生物生長脅迫的研究，最終對微塑料通過食物鏈進入人體的潛力及健康風險進行定量評估。

（4）加快新型可降解地膜的研制。加強地膜降解性能和殘膜生態風險評價研究及厚地膜和可降解地膜的推廣應用，以期從源頭削減土壤塑料污染。

（5）農田土壤塑料污染的防治策略。應整合政府、企業、農戶等各方力量，制定完善地膜生產、使用、回收等各個環節的政策法規及標準，并嚴格執行。

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2023年全國畜牧獸醫期刊征訂目錄

序號期刊名稱郵發代號刊期年定價/元聯系人電話地址郵編E-mail 30內蒙古畜牧業（蒙古文）16-50雙月刊42.00 春 梅0471-3826106內蒙古呼和浩特市玉泉區昭君路22號內蒙古自治區農牧業科學院010030nmgxmy@sohu.com 31當代畜禽養殖業16-49雙月刊60.00 菅瑞珍0471-3826106內蒙古呼和浩特市玉泉區昭君路22號內蒙古自治區農牧業科學院010031nmgxmy2008@sina.com 32四川畜牧獸醫62-43月刊180.00 胡 麗 028-85571780四川省成都市武侯祠大街4號省農業農村廳內610041scxmsy@sina.com 33中國動物檢疫24-112月刊240.00 倪志娟0532-85622559山東省青島市南京路369號266032zgdwjy2016@cahec.cn 34中國畜禽種業80-222月刊312.00 張躍武010-82106255北京市中關村南大街12號中國農科院中國畜禽種業編輯部100081xqzy@caas.cn 35家禽科學24-146月刊120.00 孫 凱0531-85990243山東省濟南市歷城區工業北路23788號250100jqkxzz@163.com 36青海畜牧獸醫雜志56-10雙月刊30.00 李 威0971-5318387青海省西寧市生物園區緯二路1號青海省牧科院810016qhxmsyzz@163.com 37草業學報54-84月刊300.00 裴世芳0931-8913494甘肅省蘭州市城關區蘭州大學一分部730020cyxb@lzu.edu.cn 38草原與草坪54-13雙月刊60.00 靳奇峰0931-7631885甘肅省蘭州市安寧區迎門村1號甘肅農業大學730070cyycp@gsau.edu.cn 39貴州畜牧獸醫66-58雙月刊72.00 劉 輝0851-85400593貴州省貴陽市南明區小碧鄉老里坡550005gzxmsy@163.com 40浙江畜牧獸醫自辦發行雙月刊42.00 徐寧迎/黃利權0571-86971701杭州市西湖區余杭塘路866號，浙江大學紫金港校區310058zjxmsy@zju.edu.cn 41福建畜牧獸醫34-81雙月刊48.00 謝新東0591-87807454福建省福州市鼓屏路183號350003fjxmsy@163.com 42草業科學54-51月刊240.00 張 瑾0931-8912486甘肅省蘭州市嘉峪關西路768號730020cykx@lzu.edu.cn 43中國預防獸醫學報14-70月刊180.00 彭永剛0451-51051812黑龍江省哈爾濱市香坊區哈平路678號150069zgyfsyxbhvri@vip.163.com

Influence of Plastic Film on Agricultural Production and Its Pollution Control

1Key Laboratory of Plant-Soil Interactions, Ministry of Education, National Academy of Agriculture Green Development, China Agricultural University, Beijing 100193, China;2Beijing Key Laboratory of Farmland Soil Pollution Prevention-Control and Remediation, College of Resources and Environmental Sciences, China Agricultural University, Beijing 100193, China;3School of Natural Sciences, Bangor University, Bangor LL57 2DG, UK;4College of Land and Environment, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110086, China;5State Key Laboratory for Managing Biotic and Chemical Threats to the Quality and Safety of Agro-products, Institute of Plant Virology, Ningbo University, Ningbo 315211, Zhejiang, China;6Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture, Chinese Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Prevention and Control of Residual Pollution in Agricultural Film, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Beijing 100081, China

Plastic film has been widely used in the farmland all over the world especially in arid and semi-arid areas because of its remarkable agricultural benefits, such as increasing soil temperature and moisture, reducing weed and pest damage, extending crop-growing areas, and consequently improving crop yield and quality. However, the degradation rate of plastic film is extremely slow, and the recovery of plastic film is also relatively backward in China, which lead to a large number of plastic debris in the farmland, causing plastic residues and microplastics pollution in the soil environment. Based on literature, investigation and statistical data, this research reviewed and prospects the impact of plastic film on agricultural production and pollution control in China. Plastic residues and microplastics have been reported to change the physical and chemical properties of soil, restrict soil water and nutrient transport, do harm to the growth, development and reproduction of soil animals and plants, change the abundance and community structure of soil microorganisms, and damage the soil health. In the long-term, plastic residues and microplastics pollution will cause a decline in crop yield and quality. Microplastics had the potential to be absorbed by plants, enter the human body through the food chain and pose a threat to human health. In addition, the large specific surface area of microplastics enabled them to become carriers of other pollutants (e.g. heavy metals, pesticides and antibiotics), causing combined pollution to the soil ecological environment. The standard of plastic film production and use in China was gradually being improved, however, there was still a certain gap compared with developed countries and regions. In addition, a sustainable recycling system of plastic film and the policy of preventing plastic residue and microplastics pollution have not been well formed in China, and the study of microplastics pollution in Chinese farmland soil was still very limited. Therefore, it is critical to solve the problem of plastic residues and microplastics pollution in the soil by evaluating the present situation of plastic residues and microplastics pollution in soils, quantifying the effects of microplastics on the soil environment, and evaluating risks of microplastics to the soil ecosystems, as well as exploring the measures of controlling soil plastic residues and microplastics pollution, and formulating relevant policies and regulations of preventing these pollution.

plastic film mulching; agricultural benefit; plastic residues and microplastics pollution; environmental effect; pollution control

10.3864/j.issn.0578-1752.2022.20.010

2021-09-02；

2021-11-10

中英等六國GCRF項目“農業微塑料對糧食安全與可持續發展影響”（NE/V005871/1）

張金瑞，E-mail：13244306496@163.com。通信作者劉學軍，E-mail：liu310@cau.edu.cn

（責任編輯 李云霞）