武靈燕 趙淑梅，2* 王平智，2 尹寶全 馬云飛 趙竹青

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利與土木工程學(xué)院，北京 100083； 2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部設(shè)施農(nóng)業(yè)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083； 3.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué) 煙臺(tái)研究院，山東 煙臺(tái) 264670； 4.煙臺(tái)市牟平區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，山東 煙臺(tái) 264100)

地膜覆蓋技術(shù)為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的提質(zhì)增產(chǎn)做出了巨大貢獻(xiàn)，已成為農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、農(nóng)民增收和糧食安全保障等方面不可或缺的重要技術(shù)手段，由此引起地膜使用量和覆蓋面積的大幅增長(zhǎng)。由于我國(guó)傳統(tǒng)使用的地膜相對(duì)較薄、力學(xué)性能較差，揭膜期的地膜破損嚴(yán)重，導(dǎo)致地膜回收難、回收效果不佳，再加上農(nóng)戶回收意識(shí)薄弱，殘膜污染呈不斷加重的趨勢(shì)。大量的地膜殘留在土壤中會(huì)破壞土壤結(jié)構(gòu)，降低作物出苗率和產(chǎn)量，因此殘膜污染治理受到廣泛關(guān)注。從源頭上解決或管控地膜殘留問(wèn)題的根本途徑，一是用后地膜的有效回收，二是使用可降解地膜?？山到獾啬な悄壳皣?guó)內(nèi)外地膜領(lǐng)域關(guān)注的重點(diǎn)，已經(jīng)研發(fā)的有光降解地膜、生物降解地膜、纖維降解地膜等，但可降解地膜降解時(shí)間難以控制，降解過(guò)程受土壤水分條件、氣象因素和地膜厚度等影響較大，以及成本較高、較難推廣，因此用后地膜的回收，仍是當(dāng)前減少殘膜污染最有效的方法。

回收時(shí)地膜力學(xué)性能的好壞直接影響其回收效果。厚度是影響地膜力學(xué)性能的因素之一，地膜厚度越大，其力學(xué)性能越好。張佳喜等分析不同厚度地膜的力學(xué)性能隨時(shí)間變化的規(guī)律，表明地膜厚度增加時(shí)，其拉伸性能有較大的提升，可降低機(jī)械回收難度，有效減少農(nóng)田地膜殘留。陳建林等研究表明，覆蓋的地膜越厚，地膜回收機(jī)回收作業(yè)的收凈率越高，有效回收殘膜的清潔率也呈提高的趨勢(shì)。當(dāng)覆蓋時(shí)間相同時(shí)，地膜力學(xué)性能與厚度呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，即地膜的力學(xué)性能會(huì)隨著厚度的增加而提升。此外，地膜的加工工藝也是影響力學(xué)性能的因素之一。戚瑞敏等選用了4種高強(qiáng)度地膜與普通地膜進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果表明高強(qiáng)度地膜在使用前后的拉伸負(fù)荷和斷裂標(biāo)稱應(yīng)變均高于普通地膜，且覆蓋180 d后仍具有較高的拉伸負(fù)荷，提高了地膜的可回收性。日本、美國(guó)等是殘膜回收要求較高的國(guó)家，為確保地膜的有效回收和再次循環(huán)利用，積極推廣高強(qiáng)度、耐老化的厚型地膜(厚度≥0.015 mm)，保證回收時(shí)仍有較好的力學(xué)性能，這給我國(guó)提供了很好的借鑒。因此，2018年我國(guó)實(shí)施新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，將地膜的最低厚度限值提高到0.010 mm，這是減少殘膜污染的一個(gè)重要舉措；但從回收特性角度，最低厚度是否為適宜厚度，尚缺乏實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，需要做更深入的研究。

殘膜回收主要有機(jī)械回收和人工回收2種方法。機(jī)械回收主要用于大田，近年來(lái)相關(guān)研究也較多；與大田種植相比，溫室單體規(guī)模較小，導(dǎo)致機(jī)械化操作難度較高，因此地膜覆蓋及殘膜回收還多以人工操作為主。我國(guó)設(shè)施園藝面積居世界首位，溫室地膜回收問(wèn)題不容忽視，但當(dāng)前對(duì)提高溫室地膜回收率的相關(guān)研究較少。因此，本研究擬以新型銀黑雙面地膜為例，開(kāi)展溫室條件下的對(duì)比試驗(yàn)，分析不同厚度的新型地膜使用過(guò)程中力學(xué)性能隨時(shí)間變化的規(guī)律，結(jié)合地膜的拾凈率、含雜率、殘膜清洗難易度和破損程度等指標(biāo)，綜合評(píng)價(jià)不同厚度地膜的回收效果，以期從利于回收和循環(huán)再利用的角度探討適宜的地膜厚度，為減少溫室土壤殘膜污染、改善土壤生態(tài)環(huán)境提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)溫室

試驗(yàn)于2019年9月7日—2020年6月20日在山東省煙臺(tái)市益生生態(tài)蔬菜基地的生產(chǎn)溫室中進(jìn)行。溫室長(zhǎng)度100 m，跨度10 m。共種植兩茬，第一茬種植作物為番茄，2019年9月7日定植，9月28日進(jìn)行覆膜；幼苗定植后統(tǒng)一水肥管理，2020年1月9日—2月29日收獲，番茄拉秧后，試驗(yàn)組地膜繼續(xù)使用，對(duì)照組地膜更新。第二茬種植作物為蕓豆，2020年3月7日定植，定植后統(tǒng)一水肥管理，2020年5月7日—6月20日收獲，拉秧后按照當(dāng)?shù)鼗厥辗绞綄⒏髟囼?yàn)組地膜人工回收。

1.2 試驗(yàn)地膜

試驗(yàn)所用地膜均由博祿貿(mào)易(上海)有限公司提供。試驗(yàn)共采用了A和B 2種不同加工工藝的銀黑雙面地膜，其中A膜基于Anteo三元聚合技術(shù)，B膜基于Borstar雙峰三元共聚技術(shù)，兩種技術(shù)均在一定程度上提高了地膜的力學(xué)性能。每種地膜均選取了3個(gè)厚度，分別是0.010、0.015和0.025 mm，同時(shí)采用當(dāng)?shù)仄毡槭褂玫姆蠂?guó)標(biāo)規(guī)定的普通黑色地膜作對(duì)照(記為CK，下同)，因此共設(shè)置了7個(gè)處理，每個(gè)處理設(shè)置了5個(gè)重復(fù)。

1.3 測(cè)試指標(biāo)及方法

地膜覆蓋期間，每隔45 d左右，在南北相同且不影響作物正常生長(zhǎng)的位置上，取一段75 cm×20 cm的樣品，取樣位置用相同大小的同種新地膜修補(bǔ)，樣品帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行相關(guān)力學(xué)性能測(cè)試。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1040.1—2018《塑料拉伸性能的測(cè)定 第1部分：總則》和GB/T 1040.3—2006《塑料拉伸性能的測(cè)定 第3部分：薄膜和薄片的試驗(yàn)條件》的要求，選擇標(biāo)準(zhǔn)中的1B型試樣，電子式拉力試驗(yàn)機(jī)選用二通道0～50 N檔位，鉗口速度100 mm/min，試樣標(biāo)距50 mm，試樣截面積測(cè)量前計(jì)算得出。在不同覆蓋期的地膜樣本中分別取5個(gè)縱向(壟長(zhǎng)方向)和5個(gè)橫向(壟寬方向)試樣，測(cè)試后取平均值進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

斷裂伸長(zhǎng)率

δ

計(jì)算公式如下：

(1)

式中：Δ

L

為夾具間距離的增量，mm；

L

為夾具間初始距離，mm。當(dāng)保留率低于50%時(shí)，認(rèn)為地膜產(chǎn)品已經(jīng)完全老化，斷裂伸長(zhǎng)率的保留率

Q

計(jì)算公式如下：

(2)

式中：

δ

為覆蓋

t

d的斷裂伸長(zhǎng)率，%；

δ

為初始斷裂時(shí)伸長(zhǎng)率，%。參考由佳翰等的試驗(yàn)方法，覆膜前對(duì)各試驗(yàn)組地膜稱重，按照當(dāng)?shù)鼗厥辗绞?，將各組用后地膜回收并稱重，破損嚴(yán)重的地膜盡可能撿拾落入土中的碎片，記錄測(cè)區(qū)內(nèi)廢舊地膜當(dāng)年覆蓋殘留質(zhì)量(

W

)，將樣品封裝帶回實(shí)驗(yàn)室。在實(shí)驗(yàn)室中反復(fù)清洗多次直到水不再混濁為止。將地膜平鋪晾干后稱重，含雜率

M

計(jì)算公式如下：

(3)

式中：

W

為回收后未清洗地膜質(zhì)量，g；

W

為清洗晾干后地膜質(zhì)量，g。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)DG/T 149—2021《殘膜回收機(jī)》中要求，拾凈率

X

計(jì)算公式如下：

(4)

式中：

W

為測(cè)區(qū)內(nèi)實(shí)際覆蓋地膜質(zhì)量，g；

W

為測(cè)區(qū)內(nèi)當(dāng)年覆蓋表層殘地膜質(zhì)量，g。參考《廢舊地膜回收技術(shù)規(guī)范》解讀中拾凈率的考核標(biāo)準(zhǔn)：

X

≥95%時(shí)，地膜回收質(zhì)量為好；85%<

X

<95時(shí)，地膜回收質(zhì)量為合格；

X

≤85%時(shí)，地膜回收質(zhì)量為不合格。將地膜上每個(gè)破損處近似看成圓形(計(jì)算每個(gè)圓形面積時(shí)π取3.14)，回收后地膜破損率

Y

計(jì)算公式如下：

(5)

式中：

S

為單壟地膜覆蓋面積，m；

S

為所有破洞面積，m。

1.4 回收效果評(píng)價(jià)

目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)地膜回收效果評(píng)價(jià)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和方法，為了科學(xué)系統(tǒng)地評(píng)價(jià)地膜回收的效果，本研究擬構(gòu)建一種簡(jiǎn)易可靠的綜合評(píng)價(jià)方法。

首先是評(píng)價(jià)指標(biāo)的確定。通過(guò)走訪農(nóng)戶和殘膜加工企業(yè)，結(jié)合已有的文獻(xiàn)資料，從地膜性能變化、回收的需求、回收企業(yè)關(guān)注點(diǎn)等方面考慮，選取回收時(shí)地膜縱向最大拉伸負(fù)荷、含雜率、拾凈率、清洗難易度和破損程度5個(gè)指標(biāo)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

其次是指標(biāo)賦值與評(píng)價(jià)方法。每項(xiàng)指標(biāo)最優(yōu)情況下均賦予100分作為基礎(chǔ)分值，然后再根據(jù)各自的實(shí)際情況設(shè)定相應(yīng)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行測(cè)評(píng)、打分。在上述5個(gè)指標(biāo)中，最大拉伸負(fù)荷表示地膜力學(xué)性能好壞，回收時(shí)拉伸負(fù)荷越大，越有利于地膜回收；含雜率主要影響回收后再利用環(huán)節(jié)，含雜率越低，回收后利用成本越低；而拾凈率主要用于監(jiān)測(cè)當(dāng)年地膜殘留量，對(duì)評(píng)價(jià)減少環(huán)境污染效果具有重要意義。這3個(gè)指標(biāo)對(duì)回收以及再利用影響較大，因此賦予這3個(gè)指標(biāo)各30%的權(quán)重。清洗難易度與含雜率有一定的關(guān)聯(lián)性，一般情況下含雜率越低越易清洗；但殘膜中雜質(zhì)有容易去除的作物秸稈、葉片等雜質(zhì)，也會(huì)附著不易清洗的泥土，因此清洗難易度也是影響回收和再利用效果。破損程度與最大拉伸負(fù)荷有一定的關(guān)聯(lián)性，地膜力學(xué)性能越好，回收時(shí)的強(qiáng)度越高，越不易破損；但若地膜破損程度較大，即使仍有一定的力學(xué)性能，也會(huì)影響回收效率。鑒于清洗難易度和破損程度與其他指標(biāo)既有關(guān)聯(lián)性，又存在其他方面有一定的影響，因此賦予這2個(gè)指標(biāo)各5%的權(quán)重。最后按照每個(gè)指標(biāo)的權(quán)重匯總，從而獲得一個(gè)試驗(yàn)處理的總回收效果評(píng)價(jià)分值，總分值100分為最優(yōu)。

1)地膜最大拉伸負(fù)荷評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。最大拉伸負(fù)荷是單位截面積薄膜拉斷時(shí)的拉力，可用于計(jì)算拉伸強(qiáng)度。根據(jù)郭輝等對(duì)地膜纏繞式回收的受力分析可知，回收的前提條件是地膜受到的拉力小于地膜最大拉伸負(fù)荷，人工回收方式與纏繞式回收類似，因此選用最大拉伸負(fù)荷代表地膜的力學(xué)性能。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的力學(xué)性能指標(biāo)，若回收后的地膜，仍滿足新膜力學(xué)性能的最低標(biāo)準(zhǔn)，則評(píng)為100分；不滿足新膜最低標(biāo)準(zhǔn)但可達(dá)到最低標(biāo)準(zhǔn)的80%評(píng)為80分；達(dá)到最低標(biāo)準(zhǔn)的50%評(píng)為60分；低于最低標(biāo)準(zhǔn)50%則評(píng)為40分。表中最大拉伸力為地膜的縱向拉伸力，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

2)地膜含雜率評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。地膜人工回收效率以及回收后能否再利用，其回收時(shí)的含雜率是一個(gè)重要指標(biāo)。根據(jù)回收再利用企業(yè)的走訪調(diào)研，當(dāng)回收地膜含雜率在50%以下，回收后地膜清洗難度較低，且再加工后的母粒質(zhì)量較高；含雜率

M

為50%～80%時(shí)，有一定的除雜難度，大型企業(yè)清洗后可與其他塑料回收物混合生產(chǎn)母粒，部分小型企業(yè)考慮成本不愿回收；而當(dāng)含雜率超過(guò)80%時(shí)，除雜難度大，增加企業(yè)清洗成本的同時(shí)，還會(huì)降低再加工產(chǎn)品的質(zhì)量，大部分企業(yè)都不愿意回收。因此這里設(shè)置

M

<50%，50%≤

M

<60%，60%≤

M

<70%，70%≤

M

<80%和

M

>80%這5個(gè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，依次賦予100、80、70、60和50的分值，便于定量分析。

3)地膜拾凈率評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。拾凈率是考核地膜回收效果的重要指標(biāo)。以前地膜的回收效果多使用回收率或殘留量來(lái)表示，實(shí)踐中考核難度大，而拾凈率既可以檢驗(yàn)當(dāng)年地膜回收質(zhì)量，又可以長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)地膜殘留量。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)回收試驗(yàn)，較厚的地膜力學(xué)性能更好，無(wú)需考慮膜上覆土和雜草，回收容易，作業(yè)時(shí)間短、效率高。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)算，人工回收地膜速度約2.8 m/min；而對(duì)于薄型地膜，力學(xué)性能較差，需要邊回收邊清土，且需重復(fù)2～3次方能撿拾干凈，耗時(shí)約為前者的2～3倍；試驗(yàn)觀測(cè)到對(duì)照組地膜較薄，容易撕裂，很多農(nóng)民回收時(shí)往往只撿拾較大塊地膜，如果按照拾凈率達(dá)到85%以上的要求，則需撿拾3次以上，耗時(shí)3倍以上，即速度不到原來(lái)的1/3。因此綜合考慮拾凈率與撿拾次數(shù)，以及不同人員工作能力的差異性，制定出相應(yīng)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，具體如表2所示。

表1 地膜最大拉伸負(fù)荷評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)
Table 1 Scoring standards for maximum tensile load of mulch film

厚度 d0/mmThickness最大拉伸負(fù)荷 F/NMaximum tensile load分?jǐn)?shù)ScoreF≥1.61000.010≤d0<0.0151.12≤F<1.6800.8≤F<1.1260F<0.840F≥2.21000.015≤d0<0.0201.7≤F<2.2801.1≤F<1.760F<1.140F≥3.01000.020≤d0<0.0302.1≤F<3.0801.5≤F<2.160F<1.540

表2 拾凈率評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)
Table 2 Scoring standard for pick-up rate

拾凈率X/%Pick-up rate回收速度v/(m2/min)Recovery speed分?jǐn)?shù)ScoreX≥95v>310085<X<951≤v≤380X≤85v<150

4)清洗難易度評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。清洗難易度會(huì)影響回收地膜循環(huán)再利用的效果和成本。根據(jù)各組地膜實(shí)際清洗情況，在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行了人工清洗測(cè)試。結(jié)果表明，厚度0.025 mm的地膜，膜上雜物可以直接抖落，清洗較快，洗凈1 m地膜耗時(shí)約3.0 min。清洗厚度0.010 mm的地膜，雜質(zhì)不易分離，需要先浸泡，邊洗邊處理，洗凈1 m地膜耗時(shí)約4.5 min。而對(duì)照組地膜，雜質(zhì)與膜粘連在一起，除雜的過(guò)程極易破壞地膜，需多次浸泡之后小心清洗，且多次清洗后也未必能保證完全洗凈，清洗難度大，洗凈1 m地膜耗時(shí)大于4.5 min，考慮到難易度以及不同人員工作能力的差異性，將清洗耗時(shí)(

t

)劃分3個(gè)等級(jí)，

t

<3 min/m，3 min/m≤

t

≤5 min/m，

t

>5 min/m，依次賦予100、80和50的分值，便于定量分析。5)破損程度評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。地膜吹塑過(guò)程中存在厚薄控制不均勻的現(xiàn)象，在覆蓋過(guò)程中，薄的地方在溫差導(dǎo)致的張力作用下，更容易破損，因此地膜的破損程度也是反映地膜回收效果的有效指標(biāo)。經(jīng)測(cè)量，正常種植打孔的直徑為15～18 cm，根據(jù)式(5)計(jì)算出試驗(yàn)地膜原始破損率

Y

為7.45%～9.45%，再結(jié)合地膜回收破損率情況可以認(rèn)為：

Y

<10%時(shí)，地膜無(wú)新增破損，有利于回收；

Y

>50%時(shí)，地膜表現(xiàn)為橫向大部分?jǐn)嗔?，或者縱向打孔處連續(xù)破損，地膜破損嚴(yán)重會(huì)導(dǎo)致回收效率降低。因此設(shè)置

Y

≤10%、10%<

Y

≤15%、15%<

Y

≤25%、25%<

Y

≤35%、25%<

Y

≤35%和

Y

>50%這6個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，依次賦予100、90、80、70、60和50的分值，便于定量分析。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 地膜力學(xué)性能變化

本研究中，對(duì)照組地膜一般覆蓋一季，共覆蓋144 d，試驗(yàn)組地膜連續(xù)使用2個(gè)栽培季，共覆蓋267 d。

2

.

1

.

1

不同厚度地膜初始力學(xué)性能對(duì)比

上述2種地膜初始力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果如表3所示。可見(jiàn)：與對(duì)照組相比，2種加工工藝均降低了地膜的縱向斷裂伸長(zhǎng)率，同時(shí)增加了橫向斷裂伸長(zhǎng)率和最大拉伸負(fù)荷。厚度為0.010 mm地膜，A膜的縱、橫向拉伸負(fù)荷比CK提高了117%和120%，B膜的縱、橫向拉伸載荷比CK提高了116%和132%，表明2種加工工藝均可提高地膜的力學(xué)性能。其余2種厚度的A膜縱向拉伸負(fù)荷比厚度為0.010 mm增加了39%和72%，橫向增加了70%和220%；B膜縱向增加了19%和78%，橫向增加了37%和180%；結(jié)果表明，相同工藝的地膜，隨著厚度的增加，地膜縱、橫向斷裂伸長(zhǎng)率和最大拉伸負(fù)荷均呈明顯增大的趨勢(shì)。綜合來(lái)看，2種試驗(yàn)地膜，厚度達(dá)到0.015 mm以上時(shí)，其斷裂伸長(zhǎng)率和最大拉伸負(fù)荷有明顯提升。

表3 地膜初始性能
Table 3 Initial performance of plastic film

類別Type厚度/mmThickness縱向 Vertical橫向 Horizontal斷裂伸長(zhǎng)率/%Fracture elongation最大拉伸負(fù)荷/NMaximum tensile load斷裂伸長(zhǎng)率/%Fracture elongation最大拉伸負(fù)荷/NMaximum tensile loadCK0.010217.511.03105.380.49A10.010136.802.23221.201.08A20.015153.073.09330.741.84A30.025181.833.84458.203.46B10.010130.942.18140.901.14B20.015190.002.59403.311.56B30.025208.263.88413.943.19

注：CK為對(duì)照組；A1為0.010 mm的A膜；A2為0.015 mm的A膜；A3為0.025 mm的A膜;B1為0.010 mm的B膜;B2為0.015 mm的B膜;B3為0.025 mm的B膜。下同。

Note: CK is control group, A1 is type film with thickness of 0.010 mm, A2 is type A film with thickness of 0.015 mm, A3 is type A film with thickness of 0.025 mm, B1 is type B film with thickness of 0.010 mm, B2 is type B film with thickness of 0.015 mm, B3 is type B film with thickness of 0.025 mm. The same below.

2

.

1

.

2

不同厚度地膜斷裂伸長(zhǎng)率變化

斷裂伸長(zhǎng)率是影響其撿拾難易程度的重要指標(biāo)。對(duì)使用時(shí)間0～267 d地膜樣本(其中CK為114 d)進(jìn)行測(cè)試，可以得到如圖1所示的地膜縱、橫向斷裂伸長(zhǎng)率隨時(shí)間變化的曲線。圖1(a)中可見(jiàn)：對(duì)照地膜縱向斷裂伸長(zhǎng)率一直呈下降趨勢(shì)，特別是45～144 d，呈近似直線下降趨勢(shì)，且下降速度較快；與之相比，試驗(yàn)地膜的幾個(gè)處理，縱向斷裂伸長(zhǎng)率在45～90 d也表現(xiàn)出快速下降的趨勢(shì)，但是在90～144 d，下降趨勢(shì)減緩，表現(xiàn)出了與對(duì)照地膜不同的趨勢(shì)；特別是144 d后，斷裂伸長(zhǎng)率趨于穩(wěn)定。前期試驗(yàn)地膜和對(duì)照地膜的縱向斷裂伸長(zhǎng)率，均表現(xiàn)出快速下降的趨勢(shì)，分析原因，應(yīng)該是這段時(shí)間段內(nèi)天氣晴朗、溫度較高，加速了地膜老化所致，而后期隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)，試驗(yàn)地膜的性能趨于穩(wěn)定，這應(yīng)該是長(zhǎng)期覆蓋膜面淤積大量泥土形成了的保護(hù)層，在一定程度上減少了環(huán)境對(duì)地膜的影響。另外，從圖1(a)中還可以看出，相同厚度的A膜縱向斷裂伸長(zhǎng)率低于B膜，但是同種工藝的地膜，其厚度越大，整個(gè)覆蓋期內(nèi)斷裂伸長(zhǎng)率下降越慢，力學(xué)性能越穩(wěn)定，說(shuō)明厚型地膜的耐候性更好。

由圖1(b)可見(jiàn)：對(duì)照地膜橫向斷裂伸長(zhǎng)率在0～45 d呈快速下降趨勢(shì)，但是45 d后則趨于穩(wěn)定。而試驗(yàn)組的6個(gè)處理，除了B1和A2橫向斷裂伸長(zhǎng)率始終處于緩慢下降的狀態(tài)之外，其他4個(gè)處理前期或長(zhǎng)或短時(shí)間表現(xiàn)出了一段時(shí)間快速下降的趨勢(shì)，之后也趨于穩(wěn)定，變化趨勢(shì)與縱向相似。但厚度與橫向斷裂伸長(zhǎng)率的相關(guān)性表現(xiàn)得更為突出，2種加工工藝之間雖然略有差異，但相同工藝的地膜，均表現(xiàn)為橫向斷裂伸長(zhǎng)率隨厚度的增加而增大，且3種厚度試驗(yàn)地膜的橫向斷裂伸長(zhǎng)率分別平均穩(wěn)定在145%、290%和400%左右。

圖1 不同覆蓋時(shí)間地膜縱向(a)和橫向(b)斷裂伸長(zhǎng)率Fig.1 Vertical (a) and horizontal (b) fracture elongation of mulching film of different sampling times

圖2是不同取樣時(shí)間地膜縱、橫向斷裂伸長(zhǎng)率保留率的變化曲線。圖2(a)可見(jiàn)：覆蓋期內(nèi)對(duì)照組地膜縱向保留率呈下降趨勢(shì)，特別是45 d后下降比較明顯，至144 d回收時(shí)保留率為70%。而試驗(yàn)組地膜，0～144 d保留率下降較快，但在144 d時(shí)保留率明顯高于對(duì)照組；最終使用267 d回收時(shí)，地膜保留率仍高于70%，說(shuō)明2種新型地膜均適合長(zhǎng)季節(jié)覆蓋栽培。其中地膜厚度0.010和0.015 mm的地膜，B膜的保留率略高于A膜，但厚度0.025 mm的地膜，則是A膜高于B膜，且在回收時(shí)保留率略呈回升趨勢(shì)，導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因，還有待于進(jìn)一步探究。相同工藝的地膜，厚度0.010和0.015 mm保留率相差不大，均保持在74%左右。

圖2(b)可見(jiàn)：0～45 d對(duì)照組地膜橫向斷裂伸長(zhǎng)率保留率下降明顯，45 d后下降比較緩慢，但回收時(shí)橫向保留率已經(jīng)顯著低于50%，結(jié)合縱向保留率結(jié)果可以判定回收時(shí)地膜已經(jīng)嚴(yán)重老化，回收難度較大；而試驗(yàn)組地膜雖然前期也呈一定的下降趨勢(shì)，且下降的幅度各有差異，但總體而言，在144 d時(shí)，保留率均遠(yuǎn)高于對(duì)照，且覆蓋267 d后回收時(shí)，除A1略低于70%之外，其余組地膜保留率仍高于70%。相同工藝的地膜，除B2之外，其余均表現(xiàn)出隨著厚度增加，保留率逐漸增加的規(guī)律。綜合縱、橫向保留率來(lái)看，試驗(yàn)組2種地膜力學(xué)性能比較穩(wěn)定，厚度0.015 mm以上的地膜保留率最低可達(dá)到73%以上。

圖2 不同覆蓋時(shí)間地膜縱向(a)和橫向(b)斷裂伸長(zhǎng)率的保留率Fig.2 Retention rate of mulching film vertical (a) and horizontal (b) fracture elongation of different sampling times

2

.

1

.

3

不同厚度地膜最大拉伸負(fù)荷變化

圖3為不同地膜縱、橫向拉伸負(fù)荷隨時(shí)間變化的測(cè)試結(jié)果。圖3(a)可見(jiàn)：對(duì)照地膜初始縱向拉伸負(fù)荷明顯低于所有試驗(yàn)地膜，在整個(gè)覆蓋期內(nèi)呈下降趨勢(shì)，但降幅較小，回收時(shí)下降至0.72 N；而試驗(yàn)地膜雖然也呈一定的下降趨勢(shì)，但是在144 d時(shí)，其縱向最大拉伸負(fù)荷最低的A1為1.78 N，是對(duì)照地膜的2.47倍；且在144 d以后，總體下降趨勢(shì)趨于平緩，至267 d回收時(shí)，厚度0.010 mm的A1地膜最大拉伸負(fù)荷仍有1.75 N左右，且2種工藝地膜相差不大。相同工藝的地膜，隨著厚度增加，拉伸負(fù)荷逐漸增大，規(guī)律性極強(qiáng)。從圖3(b)中可以看出，對(duì)照組地膜橫向拉伸負(fù)荷隨覆蓋時(shí)間的延長(zhǎng)下降趨勢(shì)不明顯；試驗(yàn)地膜在45～90 d有相對(duì)明顯的下降，在90 d后均趨于穩(wěn)定。在144 d時(shí)，對(duì)照地膜的橫向拉伸負(fù)荷為0.37 N，試驗(yàn)地膜A1、B1相差不大，為0.88和0.93 N，是對(duì)照地膜的2倍以上；更厚的A3和B3可達(dá)到2.7 N以上。相同工藝的地膜，厚度越大橫向拉伸負(fù)荷越大，且后期力學(xué)性能仍然穩(wěn)定，也表現(xiàn)出了與厚度的明顯相關(guān)性。與圖3(a)對(duì)比來(lái)看，各組地膜縱向拉伸負(fù)荷略高于橫向，這會(huì)有利于地膜的縱向回收。

圖3 不同覆蓋時(shí)間地膜縱向(a)和橫向(b)拉伸負(fù)荷Fig.3 Vertical (a) and horizontal (b) tensile load of mulching film of different sampling times

圖4為地膜縱、橫向拉伸負(fù)荷保留率的變化曲線。圖4(a)可見(jiàn)：45～144 d內(nèi)對(duì)照組地膜縱向保留率呈快速下降趨勢(shì)，回收時(shí)的保留率為69%；試驗(yàn)組地膜總體也呈下降趨勢(shì)，但是在144 d時(shí)保留率最低也在約近80%左右，明顯高于對(duì)照組；特別是在267 d最終回收時(shí)，除A1保留率低于80%之外，試驗(yàn)組其他地膜保留率均高于80%，說(shuō)明2種新型地膜力學(xué)性能較穩(wěn)定，抗老化能力強(qiáng)；相同工藝的地膜，隨著厚度增加，保留率也增加。

進(jìn)一步分析橫向拉伸強(qiáng)度保留率。圖4(b)可見(jiàn)：45～144 d內(nèi)對(duì)照組地膜橫向保留率也呈快速下降趨勢(shì)，回收時(shí)保留率為75.5%；試驗(yàn)組地膜45～90 d保留率下降較塊，144 d時(shí)保留率大于80%，回收后各組地膜保留率仍高于80%。相同工藝的地膜，隨著厚度增加，保留率逐漸增加。綜合縱、橫向保留率來(lái)看，試驗(yàn)組2種地膜力學(xué)性能比較穩(wěn)定，厚度0.015 mm以上的地膜保留率可達(dá)到85%以上。

圖4 不同覆蓋時(shí)間地膜縱向(a)和橫向(b)拉伸負(fù)荷保留率Fig.4 Retention rate of mulching film vertical (a) and horizontal (b) tensile load of different sampling times

2.2 地膜含雜率與拾凈率

將各試驗(yàn)組地膜覆蓋前及回收清洗前、后的質(zhì)量取平均值，根據(jù)1.3中的方法計(jì)算地膜含雜率(

M

)和拾凈率(

X

)，結(jié)果如表4所示。含雜率是影響地膜人工回收和殘膜循環(huán)再利用的重要指標(biāo)；含雜率越低，越利于殘膜回收和加工再利用。由表4中數(shù)據(jù)可以看出，相同工藝的地膜隨著厚度增加，含雜率越低，越易于回收再利用，可降低企業(yè)再利用的難度。相同厚度的地膜，含雜率為CK>A1>B1，即厚度同為0.010 mm的地膜，B膜更有利于回收再利用。厚度0.015和0.025 mm的地膜，含雜率均低于80%，符合企業(yè)回收再利用的需求，可以降低再利用成本。

而在拾凈率方面，表4中數(shù)據(jù)與1.3中拾凈率的考核標(biāo)準(zhǔn)看出，對(duì)照組僅為77%，低于85%，屬于回收質(zhì)量不合格，而各試驗(yàn)組均在93%以上，表現(xiàn)良好。相同工藝的地膜，隨著厚度增加，拾凈率呈增加的趨勢(shì)，但差異不顯著。

表4 各試驗(yàn)組地膜含雜率與拾凈率
Table 4 Impurity rate and pick-up rate of test mulching film

試驗(yàn)組Testgroup厚度/mmThickness地膜原始質(zhì)量W/(g/m2)Originalqualityof film回收后未清洗地膜質(zhì)量W0/(g/m2)Quality ofunclean filmafter recycling回收清洗后地膜質(zhì)量W2/(g/m2)Recycled filmquality aftercleaning當(dāng)年地膜殘留質(zhì)量W2/(g/m2)Residualquality offilm inthat yearM/%含雜率ImpurityrateX/%拾凈率Pick-uprateCK0.0106.1038.046.421.4383.1177A10.01013.8161.0311.700.9680.8293A20.01517.7571.9418.230.8874.8595A30.02528.3979.7927.100.2866.6199B10.01013.8757.1112.250.5577.4196B20.01515.0170.8515.310.6078.7296B30.02527.6691.2626.770.2770.4299

2.3 地膜回收效果

根據(jù)1.4中的構(gòu)建的評(píng)價(jià)方法對(duì)各試驗(yàn)組地膜回收效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，各相關(guān)指標(biāo)的評(píng)價(jià)分值及各處理的總分值統(tǒng)計(jì)如表5所示。分值越高，表示回收效果越好。

雖然對(duì)照地膜的厚度略低于試驗(yàn)地膜，但也都在國(guó)標(biāo)規(guī)定的最低限制范圍內(nèi)，且試驗(yàn)地膜的使用時(shí)間是對(duì)照地膜的1.85倍。在這樣的前提下，從表6可以看出，試驗(yàn)地膜的綜合評(píng)價(jià)分值仍明顯高于對(duì)照組，厚度0.010 mm的地膜，A1總分值高于CK組60.6%，B1總分值高于CK組80.9%，即所用新型銀黑雙面地膜回收效果均遠(yuǎn)高于普通地膜。試驗(yàn)組內(nèi)部各處理的回收效果評(píng)分為A1

表5 地膜回收效果評(píng)價(jià)分值表
Table 5 Evaluation form of plastic film recycling effect

試驗(yàn)組Testgroup最大拉伸負(fù)荷Maximumtension load含雜率Impurityrate拾凈率Pick-uprate清洗難易度Difficulty ofcleaning破損程度Damagedegree總評(píng)分TotalscoreCK405050505047A11005080805076A210060100808086A31007010010010091B110060100806085B210060100808086B3100601001009088

3 討 論

3.1 力學(xué)性能是地膜有效回收的關(guān)鍵

地膜力學(xué)性能變化會(huì)影響其回收效果。隨著覆蓋時(shí)間的延長(zhǎng)，地膜縱、橫向斷裂伸長(zhǎng)率及其拉伸負(fù)荷均降低，其中90 d以內(nèi)力學(xué)性能下降較快，分析其主要原因，應(yīng)該是覆膜前期，太陽(yáng)輻射較強(qiáng)、溫度較高，且植株較矮，所以地膜受環(huán)境影響較大。但是覆蓋后期，力學(xué)性能下降趨勢(shì)變緩，性能趨于穩(wěn)定，表明地膜老化速度減慢，回收后的地膜斷裂伸長(zhǎng)率保留率為70%以上，最大拉伸負(fù)荷保留率約為80%左右，表明回收時(shí)仍有較好的力學(xué)性能，有利于回收。所采用的試驗(yàn)地膜，因?yàn)檫M(jìn)行過(guò)力學(xué)性能強(qiáng)化處理，所以即使是相近厚度，試驗(yàn)地膜的力學(xué)性能也優(yōu)于對(duì)照地膜，但是大部分力學(xué)性能都表現(xiàn)出了與厚度的相關(guān)性。張佳喜等對(duì)比了0.008和0.010 mm的地膜，研究結(jié)果表明地膜的力學(xué)性能隨厚度的增加而加強(qiáng)，變化速率隨著鋪膜時(shí)間的增長(zhǎng)而減小，這些與本試驗(yàn)的結(jié)果基本一致。相比較而言，本試驗(yàn)中厚度0.015和0.025 mm的地膜覆蓋267 d后仍有較好的力學(xué)性能，在長(zhǎng)季節(jié)栽培中表現(xiàn)出良好的使用特性。

3.2 增加地膜厚度可以有效降低殘留

研究表明，隨著厚度增加，地膜拾凈率逐漸增大，即當(dāng)年覆蓋后地膜殘留量越少。周明冬等對(duì)0.006、0.008、0.010和0.012 mm的地膜進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明隨著地膜厚度增加，地膜的殘留量顯著降低；曹健對(duì)比了厚度為0.010、0.012和0.015 mm 地膜的殘留情況，隨著厚度增加，當(dāng)年殘膜回收率逐漸增加，其中厚度0.015 mm的地膜當(dāng)年殘膜回收率達(dá)到86%。本研究將試驗(yàn)厚度提升到0.015 mm以上，且結(jié)果表明厚度為0.015 mm的新型地膜拾凈率達(dá)到95%以上，有效降低了當(dāng)年覆蓋的殘留，值得進(jìn)行推廣使用。

3.3 降低地膜含雜率可以促進(jìn)再利用

降低回收后地膜的含雜率，有利于殘膜的再利用。梁慶榮等研究結(jié)果表明，由于棉田殘膜雜質(zhì)含量高，殘膜、土和秸稈無(wú)序分布，相互纏繞，導(dǎo)致殘膜初清理難度大，勞動(dòng)強(qiáng)度大，成本高，增加了企業(yè)負(fù)擔(dān)，一定程度上降低了企業(yè)對(duì)殘膜回收再利用的積極性。本研究結(jié)果表明，隨著地膜厚度的增加，含雜率呈降低趨勢(shì)，尤其是厚度0.015 mm以上的地膜，含雜率低于80%，符合企業(yè)回收再利用的需求。此外，試驗(yàn)證明了厚度越大越容易清洗，可以降低企業(yè)成本，有利于推進(jìn)殘膜再利用。

4 結(jié) 論

1)使用267 d后，厚度0.015 mm以上的地膜縱、橫向斷裂伸長(zhǎng)率仍高于73%，縱、橫向拉伸負(fù)荷保留率均高于85%，新型地膜在長(zhǎng)季節(jié)栽培中表現(xiàn)出良好的使用特性。

2)厚度0.015 mm以上的試驗(yàn)地膜，含雜率低于80%，拾凈率高于95%，可有效降低當(dāng)年覆蓋地膜的土壤殘留量，值得推廣使用。

3)構(gòu)建了地膜回收效果綜合評(píng)價(jià)方法，并對(duì)地膜回收效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，在使用時(shí)間超過(guò)對(duì)照地膜123 d的情況下，同樣厚度的2種新型試驗(yàn)地膜總分值分別高于對(duì)照組60.6%和80.9%，表現(xiàn)出良好的回收特性，也說(shuō)明了工藝上的差異性；在2種新型試驗(yàn)地膜組內(nèi)，也均表現(xiàn)出了厚度的影響，即厚度越大，綜合評(píng)價(jià)越高，回收特性越好；尤其是A膜，0.015和0.020 mm的厚度，其綜合分值分別高于0.010 mm厚度13.9%和20.5%，說(shuō)明地膜厚度仍然是一個(gè)重要影響因素，隨著厚度的增加，其回收及用后循環(huán)再利用特性更佳。

致謝

1.感謝博祿貿(mào)易(上海)有限公司對(duì)本研究的資助。

2.感謝山東省煙臺(tái)市益生生態(tài)蔬菜基地對(duì)本研究的支持。