徐鈺 江麗華 石璟 譚德水 李振娥 林海濤 宋效宗 劉兆輝 高新昊

摘要：

為闡明山東省地膜污染現(xiàn)狀及地膜殘留系數(shù)，2011—2014 年采用問卷調(diào)查及取樣檢測(cè)方法對(duì)山東省典型覆膜作物（棉花和花生） 的地膜殘留狀況進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)查，分析其影響因素，并通過定點(diǎn)試驗(yàn)監(jiān)測(cè)方法研究地膜殘留系數(shù)，以期為山東省殘膜防治提供參考。結(jié)果表明：10個(gè)調(diào)查地塊的土壤耕層地膜殘留量范圍介于5.33～46.99 kg/hm2，平均23.91 kg/hm2，未超過國家農(nóng)田殘膜限值標(biāo)準(zhǔn)，地膜污染狀況較輕。統(tǒng)計(jì)分析表明，農(nóng)田土壤地膜殘留量與地膜厚度呈反比，與覆膜年限呈正比；與壤土區(qū)相比，砂土區(qū)地膜殘留風(fēng)險(xiǎn)較小。受地膜厚度、覆膜年限、覆膜比例和土壤質(zhì)地的綜合影響，花生和棉花種植區(qū)的地膜殘留量相當(dāng)。3年的定點(diǎn)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)結(jié)果表明，棉花和花生的地膜殘留系數(shù)分別為13.02%和8.56%，維持生產(chǎn)和地膜回收現(xiàn)狀不變的情況下，兩種作物的種植年限分別超過21年和19年，地膜殘留量將超過國家農(nóng)田殘膜限值標(biāo)準(zhǔn)，成為殘膜污染區(qū)域。因此，不能忽視地膜殘留的防治工作，要以預(yù)防為主，注重防治結(jié)合。

關(guān)鍵詞：山東?。坏啬埩?；棉花；花生；地膜殘留系數(shù)

中圖分類號(hào)：S316：X712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A 文章編號(hào)：1001-4942（2018）08-0091-06

Analysis on Film Residual Status of Typical

Mulching Crops in Shandong Province

Xu Yu1， Jiang Lihua1，2， Shi Jing1，2，Tan Deshui1，

Li Zhene3， Lin Haitao1， Song Xiaozong1， Liu Zhaohui4， Gao Xinhao4

（1. Institute of Resources and Environment， Shandong Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of

Agro-Environment of Huang-Huai-Hai Plain， Jinan 250100， China；

2. Scientific Observing and Experimental Station of Arable Land Conservation （Shandong），

Ministry of Agriculture， Jinan 250100， China； 3. Gaotang County Agricultural Bureau， Gaotang 252800， China；

4. Shandong Academy of Agricultural Sciences， Jinan 250100， China）

Abstract In order to expound the status of residual film and the residual coefficient in Shandong Province， the method of field survey with questionnaires and quadrate sampling was used to investigate the residual conditions of film in typical croplands （cotton and peanut） from 2011 to 2014. The influencing factors were analyzed， and the residual coefficient of film was studied by fixed-point test method， so as to provide references for the prevention and control of residual film in Shandong Province. The results showed that the amount of mulching film residue in cotton and peanut fields ranged from 5.33 to 46.99 kg/hm2 with an average value of 23.91 kg/hm2. The amount of residual film in the investigation sites was not exceeding the national standard of film residue， and the pollution status was not serious at present. The statistical analysis showed that the residual amount of film was inversely proportional to the thickness of film， and was directly proportional to the mulching time. The residual risk of film in sandy soil was less than that in the loam soil. Due to the comprehensive influence of film thickness， film mulching years， film mulching ratio and soil texture， the amount of residual film in cotton field was equivalent to that in peanut field. Three years of residual coefficient test showed that the residual coefficient of cotton and peanut was 13.02% and 8.56%， respectively. If the present production and film recycling status carried on and cotton and peanut were planted for more than 21 years and 19 years， the film residual would exceed the national standard and become polluted areas. Therefore， it is in urgent need to focus on the prevention and control of film residual.

Keywords Shandong Province； Residue of mulching plastic film； Cotton； Peanut； Residual coefficient of mulching plastic film

地膜是繼種子、農(nóng)藥、化肥之后的第四大農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料，具有明顯的蓄水保墑、調(diào)節(jié)土溫、保持水土和抑制雜草等功能[1]。地膜覆蓋技術(shù)在我國推廣應(yīng)用已達(dá)30多年，在增加作物產(chǎn)量、提高水分利用效率和擴(kuò)大農(nóng)作物種植區(qū)域等方面具有顯著效果，為我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)[2]。作為全國最先引進(jìn)和試驗(yàn)地膜覆蓋技術(shù)的省份之一，山東省地膜覆蓋面積逐年擴(kuò)大，地膜使用量連年增加。2014年地膜使用量高達(dá)12.6萬噸，農(nóng)作物地膜覆蓋面積達(dá)221.9萬公頃，分別占全國的8.7%和12.2%，僅次于新疆，位居全國第二位[3]。目前農(nóng)用地膜主要成分多為聚乙烯或聚氯乙烯，其分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，被降解速度相當(dāng)緩慢[4]。由于長(zhǎng)期重使用、輕回收，大量殘留地膜造成的“白色污染”給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境帶來巨大威脅[5-8]。

花生和棉花是山東省地膜覆蓋技術(shù)應(yīng)用較早的作物[9，10]，地膜覆蓋種植面積分別達(dá)到70%和80%，有關(guān)研究多集中于地膜覆蓋技術(shù)對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量和土壤溫濕環(huán)境等方面的影響[11-13]，而地膜殘留污染特征和殘膜作物效應(yīng)的研究較少，且多見于新疆等地膜殘留較嚴(yán)重的區(qū)域[14，15]。總體來看，山東省農(nóng)田地膜殘留污染存在現(xiàn)狀不清、影響因素不明、調(diào)控策略缺乏科學(xué)依據(jù)等方面問題。為此，選擇山東省花生和棉花兩種典型覆膜作物主產(chǎn)區(qū)，于2011—2014年通過取樣檢測(cè)、問卷調(diào)查及定位試驗(yàn)方法，研究山東省花生、棉花地膜殘留狀況及其影響因素，以利于摸清地膜污染底數(shù)，并為山東省地膜殘留污染防治提供技術(shù)和理論支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

山東省花生和棉花覆膜種植面積分別占70%和80%。在兩種作物主產(chǎn)區(qū)，選擇種植面積666.7m2以上，且地膜使用普遍、使用歷史較長(zhǎng)、覆膜方式和回收方式等具有代表性的種植區(qū)域作為研究區(qū)。花生覆膜種植區(qū)選擇泰安、煙臺(tái)和日照，其種植面積占全省的27.6%，土壤質(zhì)地以砂質(zhì)土為主；棉花覆膜種植區(qū)選擇菏澤、德州和聊城，種植面積占全省的35.8%，土壤質(zhì)地以壤土為主。該研究區(qū)域?qū)儆谂瘻貛Ъ撅L(fēng)氣候，降水集中，雨熱同季。

1.2 研究方法

1.2.1 取樣檢測(cè) 2011—2014年，在考慮到覆膜作物類型、地膜用量、覆膜比例、覆膜年限、距村莊距離、土壤質(zhì)地等影響因素的基礎(chǔ)上，根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況對(duì)10個(gè)地塊進(jìn)行調(diào)查，其中花生4 個(gè)調(diào)查地塊，棉花6 個(gè)，具體情況見表1。在每個(gè)調(diào)查地塊，隨機(jī)選取5個(gè)樣方，于當(dāng)季調(diào)查作物收獲后進(jìn)行取樣檢測(cè)。樣方規(guī)格為200 cm×100 cm，深度0～20 cm 。人工收集殘膜，將收集到的殘膜帶回實(shí)驗(yàn)室，用超聲清洗儀進(jìn)行洗滌，洗凈后用吸水紙吸干殘膜上水分，小心展開卷曲的殘膜（防止殘膜破裂），放在干燥處自然風(fēng)干后，用萬分之一電子天平稱其質(zhì)量，計(jì)算地膜殘留量。

10花生8煙臺(tái)萊陽山前店1.5<1砂

1.2.2 問卷調(diào)查 取樣檢測(cè)的同時(shí)，對(duì)擁有地塊的農(nóng)戶進(jìn)行問卷調(diào)查。調(diào)查內(nèi)容包括地塊面積、地塊距村莊的距離、土壤質(zhì)地等地塊基本信息，以及種植模式、覆膜比例、覆膜年限、地膜用量、地膜厚度、回收方式、回收量等地膜應(yīng)用狀況。

1.2.3 定點(diǎn)試驗(yàn) 為確定山東省花生和棉花的地膜殘留系數(shù)，在10個(gè)地塊中選擇2個(gè)地塊，其中棉花試驗(yàn)點(diǎn)選在聊城市臨清縣南郊鎮(zhèn)，花生試驗(yàn)點(diǎn)選在日照市莒縣寨里鎮(zhèn)，進(jìn)行連續(xù)3年的定點(diǎn)試驗(yàn)監(jiān)測(cè)。在2011 年開始覆膜時(shí)和2014年作物種植前，測(cè)定地膜殘留量，計(jì)算地膜殘留系數(shù)（F）。

F=（C1-C2）/3A×100%

式中，C1為地膜鋪設(shè)3 年后的殘留量，kg/hm2；C2為初始年份地膜殘留量，kg/hm2；3為試驗(yàn)周期；A 為年均地膜用量，kg/hm2。

1.3 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2007 進(jìn)行處理與作圖，采用SAS軟件進(jìn)行處理間差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 山東省典型覆膜作物地膜殘留狀況

從圖1可以看出，山東省10個(gè)調(diào)查地塊土壤耕層（0～20 cm）的地膜殘留量介于5.33～46.99 kg/hm2，平均為23.91 kg/hm2，變異系數(shù)為59.66%，其中70%的取樣地塊地膜殘留量小于30 kg/hm2。2011年實(shí)施的《農(nóng)田地膜殘留量限值及測(cè)定》標(biāo)準(zhǔn)中，明確規(guī)定待播農(nóng)田耕層內(nèi)（0～25 cm或30 cm）地膜殘留量限值應(yīng)不大于75 kg/hm2。受機(jī)械翻耕深度（15～20 cm）的影響，農(nóng)田殘膜主要分布在0～20 cm表層土壤中， 20～30 cm土層中的殘膜僅占5%左右[16，17]。本研究中測(cè)定的是0～20 cm耕層內(nèi)地膜殘留量，按照0～20 cm土壤層次中地膜殘留量占0～30 cm地膜殘留量的95%進(jìn)行折合計(jì)算，0～20 cm土壤中地膜殘留量限值應(yīng)小于71.25 kg/hm2。根據(jù)這一限制，10個(gè)調(diào)查地塊均無超標(biāo)現(xiàn)象?？梢?，山東省花生、棉花覆膜種植區(qū)殘膜污染狀況較輕。

2.2 山東省典型覆膜作物地膜殘留量的主要影響因素

2.2.1 作物類型 棉花種植地塊地膜殘留量介于4.43～57.49 kg/hm2，平均23.63 kg/hm2，變異系數(shù)高達(dá)73.72%，主要與棉花調(diào)查地塊的覆膜年限差距大有關(guān)，介于1～18年。花生種植地塊的平均地膜殘留量為23.98 kg/hm2，由于調(diào)查地塊覆膜年限集中在5～8年之間，因此變異系數(shù)較小?？梢钥闯?，兩種作物下的地膜殘留量相當(dāng)（表2）。

2.2.2 覆膜年限 殘膜受自身材質(zhì)、自然和人為等因素的共同影響，覆膜年限越長(zhǎng)，殘膜破碎程度越深，地膜殘留量就相對(duì)較高[16]。調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，覆膜年限<5年地塊的平均地膜殘留量為7.95 kg/hm2，隨著覆膜年限的增加，地膜殘留量呈增加趨勢(shì)，覆膜年限5～10年和15～20年地塊的平均地膜殘留量分別為覆膜年限<5年的3.02倍和5.09倍（表3）。相關(guān)分析表明，耕層中地膜殘留量與覆膜年限呈線性正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.92。

2.2.3 地膜厚度 從表4可以看出，棉花和花生調(diào)查區(qū)均以地膜厚度0.004 mm地塊的地膜殘留量最高，平均值分別為25.06 kg/hm2和23.98 kg/hm2。隨著地膜厚度的增加，地膜殘留量呈下降趨勢(shì)，棉花調(diào)查區(qū)，地膜厚度0.005 mm地塊的地膜殘留量較地膜厚度0.004 mm地塊減少4.61 kg/hm2；花生調(diào)查區(qū)，地膜厚度0.008 mm地塊的地膜殘留量較地膜厚度0.004 mm的地塊減少1.85 kg/hm2。根據(jù)中國強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)GB13735—1992的規(guī)定[18]，地膜厚度不應(yīng)低于0.008 mm，而調(diào)查中兩種作物所用地膜均較薄，尤其是棉花地，地膜厚度小于0.006 mm。生產(chǎn)中常用的地膜厚度是0.004 mm，占調(diào)查地塊的60%，0.005 mm和0.008 mm各占20%。地膜越薄，強(qiáng)度越低，經(jīng)過春夏兩季的風(fēng)吹日曬，加上耕作與作物生長(zhǎng)的影響，容易破碎，不易撿拾，將導(dǎo)致土壤中地膜殘留量增加。

2.2.4 覆膜比例 表5為兩種作物不同覆膜比例及其地膜殘留情況。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，棉花調(diào)查區(qū)覆膜比例分為<60%和60%～70%兩個(gè)范圍，生產(chǎn)中多采用<60%的覆膜比例，占調(diào)查總量的67%，其平均地膜殘留量為22.29 kg/hm2；覆膜比例提高到60%～70%，地膜殘留量增加17.36%?；ㄉ{(diào)查區(qū)的覆膜比例較高，分為60%～70%和>70%，且生產(chǎn)中多集中于>70%的覆膜比例，占調(diào)查地塊的75%，兩個(gè)覆膜比例范圍的平均地膜殘留量相當(dāng)，分別為24.31 kg/hm2和23.82 kg/hm2。這可能與所用地膜厚度有關(guān)，花生覆膜比例60%～70%的地塊多用0.004 mm厚度的地膜，>70%覆膜比例的地塊平均地膜厚度為0.007 mm。由于地膜厚度與地膜殘留量呈反比，因此造成花生調(diào)查區(qū)兩種覆膜比例地膜殘留量相差不大。而棉花兩種覆膜比例范圍內(nèi)，所用地膜厚度基本相當(dāng)，因此地膜殘留量與覆膜比例呈正比。

2.2.5 與村莊距離 按距離村莊的遠(yuǎn)近，將調(diào)查地塊分為<1 km、1～2 km和>2 km三個(gè)距離間段進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（表6）。距離村莊1～2 km和>2 km的地塊殘膜量相差不大，平均值分別為26.62 kg/hm2和25.18 kg/hm2；<1 km的地塊殘膜量最少，較其他兩個(gè)距離段分別減少6.33 kg/hm2和4.89 kg/hm2。本研究中，調(diào)查地塊的地膜回收率較低，僅有40%的地塊通過人工撿拾回收地膜，而且實(shí)施地膜回收的地塊集中在 2 km以內(nèi)?？梢姡軇趧?dòng)力短缺的制約，距離村莊越遠(yuǎn)的農(nóng)田，地膜撿拾概率越低，地膜殘留概率增加。因此，要加大對(duì)與村莊距離遠(yuǎn)的殘膜回收力度，以減少農(nóng)田殘膜污染。

2.2.6 土壤質(zhì)地 從表7可以看出，被調(diào)查地塊的土壤質(zhì)地分為壤土和砂土，前者占調(diào)查質(zhì)地頻度的60%，后者占40%。與馬彥等[19]的研究結(jié)果相似，不同質(zhì)地的土壤地膜殘留量不同，壤土區(qū)地膜殘留量最高，平均為26.32 kg/hm2，比砂土區(qū)每公頃殘膜量增加6.66 kg。一方面受土壤質(zhì)地的影響，地膜在壤土中的親和力較強(qiáng)，回收過程中易碎，不利于回收；相反，殘膜較易與砂土分離，便于人工撿拾、耙子摟拾或耕前機(jī)械帶出地塊[20]。另一方面可能與種植作物有關(guān)，調(diào)查中83.3%的壤土地塊種植棉花，75.0%的砂土地塊種植花生，花生地下部體積大于棉花，拔棵時(shí)帶出的地膜面積要高于棉花，因此砂土區(qū)地膜殘留量會(huì)小于壤土區(qū)。

2.3 山東省典型覆膜作物地膜殘留系數(shù)

隨著覆膜年限的增加，棉花和花生兩種覆膜作物的地膜殘留量均呈增加趨勢(shì)（表8）。3年期間，棉花地塊的地膜殘留量從8.15 kg/hm2增加到16.94 kg/hm2，年均地膜殘留量增加2.93 kg/hm2，地膜殘留系數(shù)為13.02%；花生地塊的地膜殘留量從24.31 kg/hm2增加到33.94 kg/hm2，年均地膜殘留量增加3.21 kg/hm2，增加速度較棉花地塊提高9.56%。由于花生地膜用量較高，其地膜殘留系數(shù)要低于棉花地塊，僅8.56%，較棉花地塊地膜殘留系數(shù)降低34.25%。研究表明，普通聚乙烯地膜在自然條件下，降解速度很慢，降解期一般為200～400年。根據(jù)地膜殘留系數(shù)計(jì)算，棉花和花生在沿用當(dāng)前的覆膜生產(chǎn)模式下，此后分別連續(xù)覆膜19年（2033年）和12年（2026年），兩個(gè)地塊的地膜殘留量將會(huì)超過國家制定的殘膜限值標(biāo)準(zhǔn)。

3 討論與結(jié)論

山東省10個(gè)調(diào)查地塊的土壤耕層地膜殘留量范圍介于5.33～46.99 kg/hm2，平均23.91 kg/hm2，未超過國家農(nóng)田殘膜限值標(biāo)準(zhǔn)。統(tǒng)計(jì)分析表明，農(nóng)田土壤地膜殘留量與地膜厚度呈反比，與覆膜年限呈正比；砂土區(qū)殘膜較壤土區(qū)易撿拾，其地膜殘留風(fēng)險(xiǎn)較小。受地膜厚度、覆膜年限、覆膜比例和土壤質(zhì)地的綜合影響，本調(diào)查中花生和棉花種植區(qū)的地膜殘留量相當(dāng)。3年的地膜殘留系數(shù)定點(diǎn)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)結(jié)果表明，棉花和花生的地膜殘留系數(shù)分別為13.02%和8.56%，維持生產(chǎn)和地膜回收現(xiàn)狀不變的情況下，兩種作物的種植年限分別超過21年和19年，地膜殘留量將超過國家農(nóng)田殘膜限值標(biāo)準(zhǔn)，成為殘膜污染區(qū)域。因此，不能忽視地膜殘留的防治，應(yīng)以預(yù)防為主，注重防治結(jié)合，可以通過：①增加地膜厚度，提高殘膜回收率，從而減少地膜殘留量；②研發(fā)和推廣使用可降解地膜，如以生物質(zhì)為主要原料的生物降解地膜替代傳統(tǒng)的聚乙烯地膜；③利用適時(shí)揭膜回收技術(shù)及使用殘膜回收機(jī)械等加強(qiáng)地膜回收；④建立完整的廢舊地膜回收體系，加強(qiáng)農(nóng)膜回收利用資金扶持，遏制“白色污染”。

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