新疆阿克苏地区棉田残膜污染现状分析

牛瑞坤，王旭峰，胡 灿，侯书林，鲁 兵，李俊宝

(1.塔里木大学机械电气化工程学院， 新疆阿拉尔　843300；2.新疆维吾尔自治区教育厅普通高等学校重点实验室，

新疆阿拉尔　843300；3.中国农业大学工学院，北京　100083)



新疆阿克苏地区棉田残膜污染现状分析

牛瑞坤1,2，王旭峰1,2，胡 灿1,2，侯书林1,3，鲁 兵1,2，李俊宝1,2

(1.塔里木大学机械电气化工程学院， 新疆阿拉尔843300；2.新疆维吾尔自治区教育厅普通高等学校重点实验室，

新疆阿拉尔843300；3.中国农业大学工学院，北京100083)

摘要：【目的】调查分析新疆阿克苏地区棉田地膜残留量，为阿克苏地区棉田残膜污染防控提供数据参考和理论依据。【方法】新疆阿克苏地区棉田经过多年的覆膜栽培技术，土壤中地膜残留量较大。对该地区棉田地膜残留状况、残膜分布特点、影响因素进行调查，采用梅花采样法采样，按照不同耕层以及不同残膜面积分类统计。【结果】阿克苏地区棉田土壤中地膜平均残留量高达134.09 kg/hm2,污染严重。残膜在土壤0～30 cm耕作层中都有分布，三个层面(地表、0～12 cm、12～30 cm)中的残膜量依次约占总量的5.88%、44.92%和49.20%。残膜主要是以4～25 cm2的大小存在于土壤中，土壤中残膜质量与残膜片数呈正相关关系。阿克苏地区各县与第一师各团场相比棉田地膜残留量较多。【结论】土地管理模式和农作方式是影响地膜残留量的主要因素，通过对阿克苏地区各县和第一师各团场对比表明，土地管理模式较好的地区棉田地膜残留量相对较少。

关键词：棉田；残膜污染；现状调查

0 引 言

【研究意义】地膜覆盖技术从20世纪70年代末引入我国，得到了大面积的推广及应用，新疆作为中国棉花三大棉区之一，其覆膜面积已经超过130×104hm2，棉花覆膜率已经达到100%[1-2]，农用地膜主要成分为聚乙烯形成的高分子聚合物，其稳定性高，难以快速降解，在土壤中可以残留200～400年[3-4]；大量的残膜长期存留在农田中，对土壤耕层造成较大的污染，影响土壤的肥力、农作物的根系生长等，导致农作物减产。新疆每年覆膜量的20%以上残留在土壤中，残留量是全国平均地膜残留量的4～5倍[5-6]。阿克苏地区为新疆重要的优质棉生产基地之一，研究阿克苏地区棉田的残膜污染状况能对新疆棉田的污染现状提供依据。【前人研究进展】目前国内对新疆棉田残膜污染情况的研究主要集中在北疆地区，大多研究内容为地膜残留量、地膜残留密度、残膜分布情况。【本研究切入点】目前对阿克苏地区棉田残膜污染情况研究较少，对新疆生产建设兵团各团场与各县市残膜污染特点对比研究未见报道。【拟解决的关键问题】对阿克苏地区各县以及新疆生产建设兵团第一师各团场棉田进行采样，对其残留数量分布特征及影响因素进行分析研究，为棉田残膜污染防控提供数据参考以及理论依据。

1 材料与方法

1.1　研究区概况

阿克苏地区处于新疆塔里木盆地北缘，天山山脉中段以南。由库车县、新和县、阿克苏市等八县一市以及新疆生产建设兵团第一师及所属团场组成,总面积达1.837×104km2,占新疆地区总面积的8%。全区年平均降水量约在42.4～94.4 mm，全年总日照达2 800～3 831.35 h,平均昼夜温差变化约在12～16°C[7]。该地区土壤性质均为沙土，主要作物为棉花，棉花以机械覆膜以及膜下滴灌技术为主要栽培模式，所用地膜厚度为0.006～0.01 mm。阿克苏地区棉田，一部分为阿克苏地区各县市棉田。残膜回收基本依靠农户自行安排；一部分为兵团第一师各团场棉田。采用大型机械化生产，对残膜回收的综合管理采取统一管理的模式。

1.2　材 料

一是阿克苏地区各县棉田对库车县、新和县和沙雅县等5个县进行采样，二是第一师棉田对7团、8团、12团等5个团场进行采样，选取连续覆膜种植棉花15 a以上的棉田为样点采集点。表1

1.3　方 法

1.3.1以梅花采样法进行采集，每块棉田选取5块样方，每个样方面积的为1 m×1 m的正方形，取样分三个深度层次(地表、0～12 cm、13～30 cm)进行人工采样。

1.3.2将样品带回实验室后，首先人工去除附着在残膜上的杂物，然后用清水进行清洗。

1.3.3用滤纸吸干残膜上的水分并在阴凉干燥处自然晾干至恒重。

1.3.4以不同面积(﹤4 cm2、4～25 cm2、﹥25 cm2)和耕层深度(地表、0～12 cm、13～30 cm)为标准进行分类统计。

1.3.5评价方法

对于残膜污染程度，目前国内还没有规范的评价标准。现根据我国农田地膜平均残留量进行划分，低于60 kg/hm2为轻度污染，在60～90 kg/hm2为中度污染。高于90 kg/hm2为重度污染。

表1 采样地点分布情况
Table 1 The distribution of sampling sites

地点Site地点序号Sitenumber经度(E)Longitude纬度(N)Latitude阿克苏地区各县CountiesinAksuarea库车县新和县沙雅县温宿县阿瓦提县182.84741.682282.69441.558182.24441.174282.25241.283182.32441.116282.39441.102180.23641.288280.26841.237180.39740.662280.38140.603第一师各团场RoundFieldsIntheFirstDivision6团7团8团10团12团180.47240.946280.49340.915180.66840.625280.61540.528180.84740.581280.77940.597181.29940.536281.35840.579181.21340.313281.73640.452

2 结果与分析

2.1　棉田中地膜残留量分布特点

研究表明，不同地区残膜在土壤中分布有明显的不同。阿克苏地区棉田地膜残留量平均值为134.09 kg/hm2，其中，阿克苏地区各县棉田地膜平均残留量为175.93 kg/hm2，地膜最多棉田为179.88 kg/hm2。第一师各团场棉田地膜平均残留量为116.64 kg/hm2，地膜最多棉田为161.45 kg/hm2，长期使用地膜覆盖的农田中地膜残留量一般在60～90 kg/hm2[1]，阿克苏地区棉田平均地膜残留量明显高于国内其它地区农田。同时各县的地膜平均残留量为各团场的1.5倍。图1，图2

图1 各地区不同耕层残膜重量分布
Fig.1Weight distribution of residual plastic film under topsoil in different areas

图2 各地区不同大小残膜数量分布
Fig.2Quantitative distribution of residual plastic film of different sizes in different areas

不同耕层地膜残留分布情况为，阿克苏地区棉田地表所占比例为5.88%，0～12 cm耕层所占比例为44.92%，12～30 cm耕层所占比例为49.20%；从整体上看，不同耕层呈均匀分布的趋势。在对阿克苏地区各县和第一师各团场的比较可得，各县和各团场残留量差别主要集中在地表和0～12 cm耕层，各县的残膜量约为各团场的2倍。而12～30 cm耕层残留量相差不大。该地区地表和0～12 cm耕作层地膜残留量较小。图3

图3 不同耕层残膜重量分布
Fig.3Weight distribution of residual plastic film in different topsoil

2.2　棉田中地膜残留数量

土壤中残膜的数量及分布状况也是影响土壤质量的一个重要因素。不同耕层地膜残留数量显示，在0～30 cm耕层，各县地膜总残留量为400×104片/hm2，各团场的总残留量为264.38×104片/hm2，各县的残膜数量约为各团场的1.5倍。从残膜重量分布特点分析表明，各县的残膜重量同样为各团场的1.5倍，说明两地区残膜大小形态分布相同。各县和各团场最大的差异在0～12 cm耕层，各县残膜量约为各团场的2.5倍，12～30 cm耕层中两地区地膜残留数量几乎相同。图4

图4 不同耕层地膜残留数量分布
Fig.4 Quantitative distribution of residual plastic film in different topsoil

2.3　棉田中残膜的形态特点

不同残膜块面积的大小会对土壤的肥力以及春耕作业机具工作效率有不同程度的影响，根据田间调研测定大小，残膜块按照不同面积分成三类，分别为：0～4 cm2，4～25 cm2，25 cm2以上，样点为1 m2的正方形，深度为30 cm。不同大小残膜分布特点为，各县与各团场不同残膜块面积数量分布规律一致，三个面积范围的残膜数量呈1:7∶2的比例进行分布，可以看出，残膜大都集中在4～25 cm2。图5

图5 不同大小残膜数量分布
Fig.5 Quantitative distribution of residual plastic film of different sizes

结果表明，残膜重量呈递增分布，25 cm2以上的地膜虽然数量上只占20%左右，但在重量上占的比重为最大，均占总量的65%以上。阿克苏地区残膜回收方式以人工捡拾为主，残膜块面积越大，残膜越容易回收。所以对面积较大的残膜应重点治理。表2

在耕层中不同面积的残膜形状分布情况各不相同。小面积残膜块一般为片状分布，大面积残膜块一般为棒状或筒状等不规则形态分布。从整体上来看，残膜的片数与残膜重量为正相关关系。

表2 不同大小残膜重量分布特点
Table 2 Distribution features of the different sizes of residual plastic film in weight

面积Area(cm2)第一师各团场RoundfieldsintheFirstDivision阿克苏地区各县CountiesinAksuarea重量Weight(kg/hm2)比例Ratio(%)重量Weight(kg/hm2)比例Ratio(%)﹤42.612.231.620.924~2540.0634.3556.8832.33﹥2573.9763.42117.4366.75合计Total116.64100175.93100

3讨 论

由于残膜对土壤的负面影响需要其在棉田经过常年的积累才能逐渐凸现出来，从而影响到棉田的产量，残膜回收带来的正面经济效益短期内表现不明显，因此农户对残膜回收表现不是很积极。阿克苏地区残膜回收主要以人工捡拾为主，要耗费大量人力和财力，当地人均种植面积大，劳动力极其缺乏，因此对棉田残膜回收造成了一定的影响。

阿克苏地区土地大多为个人承包，当承包户花费大量精力把棉田地膜回收干净，又面临着被调换到其他地块种植。这也在很大程度上降低了农户回收残膜的积极性。因此，随着覆膜年份的增加，棉田残膜污染问题就变得越来越严重。

4 结 论

4.1通过对阿克苏地区进行采样调查结果显示，其棉田平均地膜残留量达134.09 kg/hm2，属于重度污染区。

4.2对阿克苏地区各县和第一师各团场棉田进行比较发现，由于管理模式和农作方式的不同，导致棉田残膜含量也不同，第一师各团场管理模式先进，残膜回收情况要明显好于地区各县。

4.3阿克苏地区各县和第一师各团场的残膜主要分布差别在0～12 cm的耕层中，总体上各县的残膜质量和数量均约为各团场的1.5倍，呈正相关关系。

4.4残膜块面积大于25 cm2的残膜数量所占总比例为20%，但在残膜总重量上却占主要比重，占到接近70%。

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Fund project:Supported by Special Funds for Science and Technology Research in Agriculture (201503105 ) and NSFC (11162017)

Analysis of the Current Situations of Plastic Films Residue

Pollution of Cotton Field in Xinjiang Aksu Area

NIU Rui-kun1,2，WANG Xu-feng1,2，HU Can1,2，

HOU Shu-lin1,3,LU Bing1,2，LI Jun-bao1,2

(1.CollegeofMechanicalandElectronicEngineering,TarimUniversity,AlarXinjiang843300,China; 2.KeyLaboratoryatUniversitiesofXinjiangUygurAutonomousRegion,AlarXinjiang843300,China; 3.CollegeofEngineering,ChinaAgriculturalUniversity,Beijing100083,China)

Abstract：【Objective】 By the investigation analysis of plastic film residue of cotton fields in Aksu area of Xinjiang, the project aims to provide data reference and theoretical basis for the prevention and control of cotton film pollution.【Method】This study used the plum sampling method to collect samples and classified statistics according to different arable layers and different residual membrane area.【Result】Owing to the cotton fields being cultivated for many years in Aksu area of Xinjiang, a large amount of plastic film residues was found in the soil. By the investigation of residual situations, distribution characteristics, influencing factors of plastic film residue in this area, the result shows that the average residues of plastic film was up to 134.09 kg/hm2in cotton field soil of Aksu area, and the pollution was very serious. The residual plastic films were distributed in the soil of 0-30 cm arable layers, and the ratio of plastic film residue in three soil layers (surface, 0-12 cm, 12-30 cm) respectively accounted for 5.88%, 44.92% and 49.20% of the totals. Plastic film residue was mainly in the size of 4-25 cm2of the soil, and the relationship between of the contents of plastic film residue in soil and the numbers of plastic film residues was a positive correlation. The plastic film residues of cotton fields in each county of Aksu were higher than those in each regiment of the first division. 【Conclusion】The land management mode and farming practices are the main factors that are influencing the residual amount of plastic film and we can find that the plastic film residues of cotton fields in the area of the better land management mode are relatively small by the comparison between each county of Aksu and each regiment of the first agricultural division.

Key words:cotton fields；pollution of residual plastic film；present situation investigation

通讯作者:王旭峰(1974-)，男，甘肃人，教授，研究生导师，研究方向为农业机械设计理论，(E-mail)wxfwyq@126.com

作者简介:牛瑞坤(1987-)，男，河南人，硕士研究生，研究方向为农业机械化，(E-mail)916415641@qq.com

基金项目:公益性行业(农业)科研专项(201503105)；国家自然科学基金项目(11162017)

收稿日期：2015-08-19

中图分类号：S36；S562

文献标识码：A

文章编号：1001-4330(2016)02-0283-06

doi:10.6048/j.issn.1001-4330.2016.02.013