高強度地膜在農業面源污染防控的減量增效作用探析

曹艷春

(廣東星聯科技農膜有限公司，廣東 佛山 528251)

地膜覆蓋使作物產量提高30%以上，用水效率提高30%左右，在保障我國糧食安全和促進農民收入增長方面發揮著不可替代的作用。同時，由于地膜本身的強度和耐老化性較差，作物收割后的機械強度較差，地膜破損嚴重，可回收性較差，造成嚴重污染[2]。因此，提高地膜的性能并提高其可回收性是預防和控制地膜殘余污染的重要措施。為測試高強度地膜使用的有效性，試圖通過試驗分析解決問題：通過高強度地膜在新疆棉花生產中的應用效果，闡明高強度地膜在防控地膜白色污染方面的可行性；在高強度地膜覆蓋條件下，不同播期對棉花生長發育的影響，以及生產過程中強度的變化，將進一步優化新疆高強度地膜的規模化應用模式；從地膜殘留污染的角度，研究高強度地膜的使用后地膜回收試驗，探索新疆棉花覆膜種植可以機械或人工回收的地膜強度閾值。

1 試驗設計和處理

1.1 試驗地點和棉花品種

1.1.1 試驗地點

選取新疆喀什Y縣5鄉14村和1鄉作為試驗點。Y縣位于新疆西南部，喀什地區東部、塔克拉瑪干沙漠西南邊緣，屬于葉爾羌河和提孜那甫河沖積平原，典型的干旱大陸性氣候，是我國重要的優質棉產區。

1.1.2 試驗用棉花品種

棉花品種“新陸中66”。

1.2 試驗地膜產品

試驗地膜產品為2021年新研制的高強度地膜產品GBT101，以及1種傳統地膜(CK)，具體信息如表1所示。

表1 2021年Y縣高強度地膜產品信息

1.3 設計和田間管理

1.3.1 田間水肥管理

1.3.1.1 基肥

春季棉田整地時，一次性施用二胺35kg·667m-2、尿素9.1kg·667m-2、鉀肥15.3kg·667m-2。

1.3.1.2 追肥和滴灌

整個生長期采用地膜下滴灌提供水分。共進行8次滴水，每次滴水的范圍為30～50m3·667m-2。供水于9月初停止；二胺作為基肥在犁地前一次性施用，遵循輕、中、輕施肥的原則。分別施用尿素和沖洗施肥，用量26.5kg·667m-2和26.7kg·667m-2。

1.3.2 播期及高強度地膜對棉花生產的影響

共設2個播期，分別在3月24日、3月29日。3月24日棉花播期，GBT101覆蓋1.67×104m2，傳統地膜覆蓋6.67×103m2；2021年3月29日棉花播期，GBT101覆蓋1.67×104m2，傳統地膜覆蓋6.67×103m2。考慮到機械作業方便，各處理在田間采取順序排列方式。同時需要說明的是，2個不同播期的田塊不屬于1個田塊，由于存在地力差異，播期對棉花生長發育影響有不確定因素。

2 觀測指標及測定方法

2.1 物理機械性能測試

根據GB 13735-2017標準的要求，對評價的地膜進行物理性能測試，具體指標包括拉伸強度、直角撕裂強度、斷裂標稱應變、抗穿刺強度等。測試周期為60d，共進行4次測試，包括覆蓋前、覆蓋后60d、覆蓋后120d、覆蓋后180d。取樣要求，每次抽取1m長的樣品，貼上清晰的標簽，將其裝袋實驗室進行處理。

2.2 地膜回收率測試

計劃用2款不同地膜回收作業機械進行地膜回收測試。

新疆某科學院研制4JSM-1800A1(2.1A)型棉稈還田及殘膜回收聯合作業機。該機械具有秸稈粉碎后拋送還田、松土、挑膜、脫膜和集膜等功能，同時實現膜稈分離與膜土分離，當年地膜回收率能夠達到85%以上。具體如表2所示。

表2 4JSM-1800A1型棉稈還田及殘膜回收機作業參數

新疆某公司研制的4JMS-2.0殘地膜回收與秸稈粉碎還田聯合作業一體機，主要用于秸稈粉碎與殘膜回收，該機一次完成秸稈的粉碎、輸送、還田和松土、撿膜、輸送、集堆等功能，作業效率高，性能穩定。本機適用于地表相對平整，土壤濕度合適，無雜物的工作環境；適應的地膜厚度為0.008～0.014mm。具體如表3所示。

表3 4JMS-2.0殘地膜回收與秸稈粉碎還田作業參數

在地膜回收后，在所選地膜種類的種植壟，選擇3～5個點，每點1幅膜，長度5m，進行當年殘留地膜樣品的收集，測定其面積，計算地膜殘留率。

殘留率(%)=(1延米種植壟的殘膜面積/5×2.05)×100

本次試驗，收殘膜前滴灌帶已采用卷筒式機械收取；殘膜回收機使用的是新疆某科學院農機所2021款殘膜回收機，回收時間為11月6日，11月10日進行當年的殘留地膜調查。

3 主要研究結果

3.1 高強度地膜的物理機械性能及功能特點[3]

地膜的物理力學性能是影響地膜可回收性的主要因素，在Y測試點每隔30d連續測量1次高強度地膜和常規地膜的物理力學性能。如表4所示，高強度地膜和厚度為10μm的傳統地膜在物理和機械性能方面存在差異。經過180d的田間覆蓋，高強度地膜在縱橫向的最大拉伸負荷分別保持在2.5N和1.0N，斷裂時的標稱應變保持在250%和150%，顯著高于傳統地膜的相關值。

表4 Y縣高強度地膜2021款GBT101物理機械性能

3.2 棉花產量相關分析

3.2.1 不同播期高強度地膜對棉花苗情的影響

棉花的播期對棉花生育進程和產量都有重要的影響和作用，低溫是新疆棉區棉花播種的主要限制因素如表5所示，2個播期均是高強度地膜出苗和保苗好，分別較常規膜高6%和4%。

表5 2021年不同播期高強度地膜覆蓋棉花苗情調查表

3.2.2 不同播期高強度地膜對棉花生育進程的影響

棉花生育期進程受到很多因素的影響，尤其是溫度，有效增加積溫對棉花至關重要，不同播期棉花生育期的監測結果如表6所示，高強度地膜棉花較常規膜棉花生育進程提早2～4d，以開花期最明顯，早播對棉花生育期的影響比晚播要明顯。

表6 2021年不同播期高強度地膜覆蓋下棉花生育期時間點

定期對棉花農藝性狀和生長發育參數的調查結果如表7所示，高強度地膜棉花較常規膜棉花生長發育快，單株葉片數多0.1～0.5個，株高高0.2～9cm，果枝數多0.6～1.1個。

表7 2021年不同播期高強度地膜覆蓋棉花主要生長變化

高強度地膜覆蓋棉花根系調查結果如表8所示，在2個播期中，高強度地膜覆蓋棉花較常規膜棉花的側根數量多，至播后50d達峰值，2個播期分別高出1.8條/株、1.1條/株。

表8 2021年不同播期高強度地膜覆蓋棉花側根數量

3.2.3 高強度地膜對棉田雜草的影響

在棉花的整個生長期，對覆蓋高強度地膜的棉田雜草進行調查。如圖1所示，6次中，在高強度地膜中只發現1次有草，棉田有稗草0.5株·m-2；而常規膜中出現3次雜草，棉田有稗草2.76株·m-2；不考慮人工管理的差異，高強度地膜的除草效果比傳統地膜高81%。

注：雜草主要為稗草，故本表中均指稗草。

3.2.4 不同播期高強度地膜對棉花產量的影響[4]

數據顯示，早播時高強度地膜的效果更明顯，主要是由于早期低溫，高強度地膜相比傳統地膜具有更好的增溫效果。從棉花產量分析，在2個不同的播種期，覆蓋高強度地膜的棉花產量分別比傳統地膜增產10.4%和6.5%。

3.3 高強度地膜回收作業特點及影響因素[5]

3.3.1 高強度地膜回收時主要物理參數

由表4可知，棉花收獲后，高強度地膜的最大拉伸負荷和斷裂標稱應變仍保持較高水平，高于國家標準GB 13735-2017中地膜物理機械性能的初始值，并且縱橫向最大拉伸負荷和斷裂標稱應變在2.5/1.0和250%/150%高于標準。根據國家標準GB 13735-2017中一類耐候地膜的標準，斷裂標稱應變保持率應在50%以上，高強度地膜的數值高于標準的要求，回收殘留率大幅度降低。

3.3.2 高強度地膜回收的基本特點和影響因素

采用卷收式棉稈還田和殘膜回收組合機測定GBT101高強度地膜和傳統地膜的回收率。結果表明，在相同的田間條件下，地膜的回收率存在顯著差異，尤其是邊緣地膜。播種過程中壓實土壤和機械回收，邊緣地膜被撕裂并留在土壤中。邊緣地膜的殘留面積通常是高強度地膜GBT101的3～4倍。在壟面上，傳統地膜的殘留量大于高強度地膜GBT101，導致高強度地膜GBT101與傳統地膜回收率存在顯著差異，分別為92.0%和72.6%。這充分反映棉花收獲后地膜的強度是影響地膜回收率的重要因素，尤其是在地膜回收的壓土部分。

如圖2所示，卷收式和耙式回收機的地膜回收率仍有一定差異。在平坦田地和熟練機器工的條件下，卷收式棉桿還田和殘膜回收組合機的回收率高于耙式回收和秸稈粉碎還田組合機。但如果土地不平，卷收式回收操作比耙式操作更差，反映出耙式作業機械具有更好的適應性。

4 主要結論與建議

4.1 高強度地膜用后仍具較高強度，可回收性高

高強度地膜GBT101覆蓋6個月后，地膜表面保持幾乎完整的狀態，具有良好的韌性強度，提高地膜的可回收性。在當前新疆棉花生產形勢下，無論是人工回收還是機械回收，高強度地膜都有利于提高作業效率。機械回收作業效率達到6.67×103m2·d-1，回收率達到92%。此外，回收的地膜雜質含量低，具有很高再利用價值。如果采用人工回收，高強度地膜回收作業面積可達5.34×103m2/人·d-1，地膜回收率可達95%以上，雜質含量可降至65%左右。與傳統的地膜回收相比，效率可提高約30%，雜質含量可降低約15%。

4.2 高強度地膜有利于棉花生長和產量提高

數據顯示，播種30d后，高強度地膜棉田5cm土壤溫度達到21.0℃，比傳統地膜高0.9℃，比裸地高3.3℃。從播種到6月中旬，高強度地膜的增溫效果始終優于傳統地膜，6月中旬后差異不顯著。同時，對地膜透濕性的測量結果也表明，高強度地膜可以顯著減少水分損失，具有良好的增溫保墑效果。在其他條件一致的情況下，高強度地膜覆蓋棉花的出苗率顯著高于裸地和傳統地膜。高強度地膜覆蓋對棉花產量性狀的主要影響從花和鈴的數量來看，與傳統地膜覆蓋相比，高強度地膜覆蓋棉鈴增加0.2～0.5個/株，產量增加6.5%～10.4%。

4.3 進一步擴大高強度地膜應用范圍

在過去的40多年，盡管中國的地膜應用領域廣泛，但地膜回收問題一直比較棘手。針對高強度地膜的高強度、高耐候性和阻隔性，建議進一步明確我國西北地區和作物對地膜功能性的要求，對經濟效益、回收利用和處理方法進行綜合評價，并進一步明確高強度地膜的應用領域和作物，為解決我國地膜綠色應用和殘留污染防治問題提供新途徑。