河南省典型覆膜作物地膜残留状况及其影响因素研究

郭战玲,张 薪,寇长林*,杨占平,张香凝,李太魁

(1.河南省农业科学院 植物营养与资源环境研究所,河南 郑州 450002;2.河南省农村能源环境保护总站,河南 郑州 450002)



河南省典型覆膜作物地膜残留状况及其影响因素研究

郭战玲1,张 薪2,寇长林1*,杨占平1,张香凝1,李太魁1

(1.河南省农业科学院 植物营养与资源环境研究所,河南 郑州 450002;2.河南省农村能源环境保护总站,河南 郑州 450002)

2011—2014年采用问卷调查及取样检测方法对河南省典型覆膜作物(花生、棉花)地膜残留状况进行系统调查,分析其影响因素,并通过定点试验监测方法研究地膜残留系数，以期为河南省地膜残留防治提供参考。结果表明,河南省花生、棉花覆膜种植区土壤耕层地膜残留量为6.8～37.3 kg/hm2,平均值为20.4 kg/hm2。花生地块地膜平均残留量为24.9 kg/hm2,棉花地块为13.5 kg/hm2。不同取样点地膜残留量存在明显差异,主要与作物类型、地膜用量、覆膜比例、覆膜年限、土壤质地及回收情况有关,地膜用量越大、覆膜比例越高、覆膜年限越长,地膜回收率越低,地膜残留污染的风险越大；棉花地块的地膜残留量明显低于花生地块。花生和棉花地块的地膜残留系数分别为0.71%和1.11%。目前,河南省花生、棉花覆膜种植区地膜污染状况较轻,但如果不注重地膜回收工作,残留量会逐年增加,成为地膜残留污染区域。

地膜； 花生； 棉花； 残留系数

地膜是现代农业重要的生产资料,地膜技术的应用极大地促进了农业产量和效益的提高,带动了农业生产方式的转变和农业生产力的飞跃发展[1-2]。河南省地膜用量从1990年的2.75万t增加到2014年16.35万t,覆膜技术的广泛应用使经济作物增产20%～60%[3]。地膜覆盖可增加30%贮水量,降低50%蒸散量,减少杂草和病虫的危害[4],对农业抗旱保水防害具有重要意义。由于地膜降解期较长[3],随着地膜用量和使用年限不断增加,大量残留地膜造成的“白色污染”不但严重影响农业生产,而且对农业环境的安全与健康也构成了巨大的威胁,农田残留地膜已经成为影响农业环境、破坏土壤结构、危害作物正常生长发育并造成农作物减产的重要因素之一[5]。花生、棉花是河南省重要的经济作物,从20世纪80年代开始覆膜种植,在其产量和品质提高的同时[6],土壤中残留的地膜会对下茬作物的播种和生长产生很大影响[5]。目前,有关残膜问题的研究主要集中在新疆地膜残留较严重的区域[5],对于河南省地区研究较少[7]。为了解河南省花生、棉花地膜覆盖区地膜残留状况,2011—2014年通过取样检测、问卷调查以及定点试验监测方法研究河南省花生、棉花地膜残留状况及其影响因素,为河南省地膜残留防治工作提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 研究区域概况

在河南省地膜使用普遍,使用历史较长,覆膜方式、揭膜时间、回收方式等具有代表性的花生覆膜种植区选择开封县、尉氏县和新郑市，棉花覆膜种植区选择通许县和尉氏县作为研究区域，进行调查和定点试验。该研究区域属于暖温带大陆性季风气候,四季分明,光照充足,气候温和,雨量适中,花生和棉花是当地的主要覆膜作物,面积较大。

1.2 研究方法

1.2.1 取样检测 2011—2014年,考虑到覆膜作物类型、地膜用量、覆膜比例、覆膜年限、距村庄距离、土壤质地等影响因素,根据当地实际情况设置15个调查地块,其中花生9个调查地块,分布在开封县、尉氏县和新郑市，棉花6个,分布在通许县和尉氏县，每个县(市)3个地块。在每个调查地块,选择5个规格为200 cm×100 cm的样方,0～20 cm深度采集残留地膜。人工收集残膜,将收集到的残膜带回实验室,用超声清洗仪进行洗涤,洗净后用吸水纸吸干残膜上水分,小心展开卷曲的残膜(防止残膜破裂),放在干燥处自然阴干,再用万分之一的电子天平称质量,计算地膜残留量。

1.2.2 问卷调查 2011—2014年,为了解检测地块的信息和地膜应用状况,对拥有地块的农户进行问卷调查。调查内容包括：地块面积、作物类型、地膜用量、覆膜比例、覆膜年限、地块距村庄的距离、土壤质地等。

1.2.3 定点试验 为确定河南省典型覆膜作物(花生、棉花)的地膜残留系数,在棉花种植区选择种植年限>20 a的地块1个，在花生覆膜区选择覆膜5～10 a的地块1个,10～20 a的地块2个,进行连续3 a的定点试验监测。在2011年开始覆膜时和2014年作物收获后,测定地膜残留量,计算地膜残留系数(F)。F=(Q1-Q2)/3A×100%,其中,Q1为地膜铺设3 a后的残留量,Q2为初始年份地膜残留量,3为试验周期,A为年均地膜用量。

1.3 数据分析

试验数据采用Excel 2007进行处理与统计分析。

2 结果与分析

2.1 河南省花生、棉花地膜残留现状及其主要影响因素

2.1.1 地膜残留现状 残留在土壤中的地膜主要分布在耕作层,但由于各地农业耕作措施不同,残膜在各层次中的分布数量也不一致。河南省地膜调查区机械翻耕的深度一般在15～20 cm,20 cm以下几乎没有残留的地膜,所以主要在0～20 cm的耕作层采样。从表1可知,在河南省花生、棉花覆膜种植区共调查取样15个地块,耕作层的地膜残留量介于6.8～37.3 kg/hm2,变异系数为42.5%,平均值为20.4 kg/hm2,低于华北地区农田耕作层地膜残留量平均值26.8 kg/hm2[7]。由图1可知,地膜残留量20 kg/hm2以下的地块有9个,占总取样地块的60.0%；地膜残留量大于20 kg/hm2的地块有6个,占总取样地块的40.0%。2010年制定的标准《农田地膜残留量限值及测定》中明确规定,待播农田耕作层内地膜残留量限值应不大于75.0 kg/hm2[8],根据这一限值,15个调查地块均无超标现象。可见,河南省花生、棉花覆膜种植区残膜污染状况较轻。但仍有40.0%的地块地膜残留量在20 kg/hm2以上,如果不注重残膜回收工作,若干年后将会成为残膜污染区域。

表1 河南省花生、棉花覆膜区地膜残留概况

图1 河南省地膜残留量分布情况

2.1.2 影响地膜残留量的主要因素

2.1.2.1 作物类型 调查中发现,不同作物因地膜用量、覆膜比例、揭膜难易程度等的差异,从而对土壤地膜残留量产生影响。由表2可以看出,棉花种植地块地膜残留量相对较低,在6.8～16.7 kg/hm2,平均值仅为13.5 kg/hm2,变异系数相对较小；花生种植地块地膜残留量较高,在12.7～37.3 kg/hm2,平均值达到了24.9 kg/hm2,是棉花地块的1.84倍,变异系数相对较大。

表2 不同作物类型对地膜残留量的影响

2.1.2.2 地膜用量及覆膜比例 调查区棉花的地膜用量为15.0 kg/hm2,覆膜比例大部分≤35%,地膜残留量平均值仅为12.9 kg/hm2，仅有1个调查地块覆膜比例为63%,地膜残留量为16.7 kg/hm2；花生的地膜用量为37.5 kg/hm2,覆膜比例大部分>70%,地膜残留量平均值为25.3 kg/hm2，仅有1个调查地块覆膜比例为63%,地膜残留量为21.6 kg/hm2(表3)。综合以上结果可知,地膜用量越多,覆膜比例越高,地膜残留污染的风险就越大。

表3 不同覆膜比例对地膜残留量的影响

2.1.2.3 覆膜年限 残膜污染最大的特点是长时间内累积污染,由于缺乏有力的回收措施,导致覆膜年限越长,污染越严重[5,9]。由表4可以看出,花生覆膜区,随着覆膜年限的增加,地膜残留量呈增加趋势。覆膜年限5～10 a、10～20 a、>20 a的地块地膜残留量平均值分别是≤5 a地块的1.65、1.66、1.84倍；棉花种植区覆膜年限都大于20 a,而地膜用量相对较少,地膜残留量比花生覆膜区少。综上,同种作物地膜用量相同的情况下,随覆膜年限的增加,地膜残留量增加。

表4 不同覆膜年限对地膜残留量的影响

2.1.2.4 距村庄距离 由表5可以看出,在花生调查区,距离村庄较远的地块(>2 km)地膜残留量最大,平均为26.7 kg/hm2,距离村庄≤1 km和1～2 km地块的地膜残留量相差较小,平均残留量分别为23.1 kg/hm2和22.3 kg/hm2。在棉花种植区,距离村庄的远近对地膜残留量影响不是太大,距离村庄1～2 km和>2 km地块地膜残留量平均值分别为13.9 kg/hm2和13.1 kg/hm2。调查中发现,地膜的回收主要靠人工捡拾,农田地膜实际残留量与农户本身的管理密切相关。由于农村劳动力短缺,农田离村庄越远,捡拾的概率越低,地膜的残留概率越高。

表5 地块距村庄距离对地膜残留量的影响

2.1.2.5 土壤质地 由表6可以看出,沙土区地膜平均残留量为25.3 kg/hm2,比壤土区地膜残留量(棉花13.5 kg/hm2、花生21.6 kg/hm2)高。调查中发现,沙土区漏水漏肥现象严重,一年只种植一茬春花生,地膜覆盖比例高、用量多,地膜主要靠收获时花生秧带出回收,管理相对粗放,所以地膜残留量高。壤土区麦棉套种地块占取样量的85.7%,棉花地膜覆盖比例低、用量少,小麦播种前整地会回收大部分残留地膜,所以壤土区地膜残留量相对较少。

表6 不同土壤质地对地膜残留量的影响

2.2 河南省花生、棉花的地膜残留系数

由表7可知,2011—2014年,覆膜24 a的棉花地块地膜残留量从13.5 kg/hm2增加到14.0 kg/hm2,平均每年地膜残留量增加0.17 kg/hm2,地膜残留系数为1.11%；花生地块地膜平均残留量从28.3 kg/hm2增加到29.1 kg/hm2,平均每年地膜残留量增加了0.27 kg/hm2,地膜平均残留系数为0.71%,小于棉花地块地膜残留系数,这可能与地膜用量、使用年限及农户的耕作习惯有关。随着覆膜年限的增加,花生地块地膜残留系数不断增加。与河北省相比,棉花、花生地膜残留量、年平均增加残留量、残留系数都较低[10]。土壤中普通聚乙烯残膜降解期一般为200～400 a,在自然条件下,短时间内很难降解[3]。虽然目前河南省花生、棉花覆膜种植区残膜污染较轻,但如果维持残膜回收现状不变的话,若干年后将成为地膜污染区域。

表7 河南省棉花、花生覆膜种植区地膜残留系数

3 结论与讨论

棉花、花生覆地膜种植,主要是为了增温、保湿、防治病虫害,最终达到增产的目的。由于地膜降解期较长,其不合理利用容易造成土壤中残膜积累[11]。随着土壤中地膜残留量的增加,残膜带来的负面效应日益凸显,如土壤水分入渗受阻、土壤质量恶化、作物产量下降、白色污染加剧等[11-13]。

本研究结果表明,河南省花生、棉花地块地膜残留量在6.8～37.3 kg/hm2,平均值达20.4 kg/hm2,其中地膜残留量在20 kg/hm2以下的地块有9个,占总取样量的60.0%；地膜残留量大于20 kg/hm2的地块有6个，占总取样量的40.0%,如果不注重残膜回收工作,若干年后将会成为残膜污染区域。不同地块地膜残留量存在明显差异，地膜残留量受到作物类型、地膜用量、覆膜比例、覆膜年限、土壤质地等因素的影响。花生种植区地膜平均残留量为24.9 kg/hm2,棉花种植区地膜平均残留量仅为13.5 kg/hm2，远低于花生种植区；地膜用量越大，地膜残留量越大；同种作物,在地膜用量及田间管理相同的情况下,随覆膜年限、覆膜比例的增加,地膜残留量增加;沙土区由于覆膜比例高,回收率低,比壤土区地膜残留风险大。花生、棉花的地膜残留系数相对较低,棉花的地膜残留系数为1.11%,花生为0.71%。就目前情况来看,河南花生、棉花残膜污染状况较轻,与湖北省[14]情况相近,没有新疆[15]、广州[16]、河北[17]等地严重,但如果一直沿用目前的地膜使用模式,残留量不断累积,将会成为残膜污染区域。调查中发现,各监测点地膜的回收均为人工清捡,不同的农户回收率差别很大,这直接影响地膜残留量,部分清理出的残膜弃于田边、沟渠、林带中,四处散落,不仅影响生态环境,还造成“白色污染”,此外，残膜还可能造成农机作业率下降。所以,政府应加大宣传,提高农民对地膜残留污染的认识,科学规范地使用农用地膜,加强残留地膜的回收和治理,保障农业可持续发展。

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Status and Influencing Factors of Residual Mulching Film of Typical Crops Mulched with Plastic Film in Henan Province

GUO Zhanling1,ZHANG Xin2,KOU Changlin1*,YANG Zhanping1,ZHANG Xiangning1,LI Taikui1

(1.Institute of Plant Nutrient,Resources and Environment,Henan Academy of Agricultural Sciences,Zhengzhou 450002,China;2.General Station of Henan Rural Energy & Environmental Protection,Zhengzhou 450002,China)

The status of residual mulching film of typical crops mulched with plastic film(peanut and cotton) was studied through the methods of farm survey with questionnaires and quadrate sampling,the influencing factors were analyzed,and the residual coefficients of peanut and cotton were calculated through the methods of field monitoring from 2011 to 2014 in Henan province.The results showed that the mulching film residue amounts were from 6.8 kg/ha to 37.3 kg/ha in the soil of peanut and cotton,with an average value of 20.4 kg/ha.The average mulching film residue amounts were 24.9 kg/ha and 13.5 kg/ha in the soil of peanut and cotton respectively.There were significant differences in the amount of mulch residues among the different sample sites,which mainly depended on crop types,film amount,film coverage ratio,film coverage years,soil texture and recycling situation.With the increase of film amount,coverage ratio,coverage years,and the decrease of recovery rate,pollution risk of residual mulching plastic film in soil increased.The mulching film residue amount in cotton field was obviously lower than that in peanut field.The residual coefficients of peanut and cotton were 0.71% and 1.11% respectively.Although the pollution of residual film was not serious at present,it would become a significant issue if no measure was taken to solve it.

mulching film; peanut; cotton; residual coefficient

2016-06-10

公益性行业(农业)科研专项(20100314)

郭战玲(1980-)，女，河南伊川人，助理研究员，硕士，主要从事农业面源污染方面研究。 E-mail：zlguo_2012@163.com

*通讯作者：寇长林(1965-)，男，河南宝丰人，研究员，博士，主要从事农业生态环境研究。E-mail：koucl@126.com

时间：2016-11-25 14:24:33

X53;X712

A

1004-3268(2016)12-0058-05

网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/41.1092.S.20161125.1424.018.html