黄河三角洲地区棉田地膜残留特征研究

李丽霞 王智华

摘要：为准确掌握黄河三角洲地区棉田土壤残膜的分布特征，科学制定棉田地膜污染防治对策，在黄河三角洲棉花主产区东营市开展了棉田地膜调查与残留监测研究，选择5个典型棉田进行取样，测定土壤中的残膜数量、分布密度及残膜面积等。结果表明：20年以上棉田的土壤地膜残留量为18.84～53.53 kg/hm2，地块间差异较大。地膜残留密度（22.5～34.0）万块/hm2；残膜大小差异较大，25 cm2以上的残膜占残膜总块数的94.1%，100～500 cm2的残膜占一半以上，500 cm2以上的大片残膜约占21.0%。黄河三角洲棉区，土壤中地膜残留以“残块大、厚度薄、回收难”为主要特征，并具有向深土层迁移的可能，生态风险较高。

关键词：黄河三角洲；棉田；地膜残留；分布特征

中图分类号：S562文献标识号：A文章编号：1001-4942（2016）06-0084-04

20世纪中后期，地膜开始在日本和欧美等发达国家的农业生产中应用，80年代引入我国，极大地推动了我国的农作物增产和作物适作区扩大，并逐渐成为农田增温保墒、农业高产稳产的重要手段，被广泛应用于农业生产之中[1～3]。目前，我国每年地膜使用量约120万吨，高居世界第一；地膜覆盖作物已超过50种；年地膜覆盖面积达2 333万公顷左右，应用区域遍及全国。但是，近年来由于超薄地膜的大量使用以及残膜回收再利用技术、机制欠缺，使曾经的“白色革命”逐步演变为“白色污染”，残膜在土壤中残留并不断累积，破坏土壤结构、降低耕地质量，并对作物生长、农机操作、农业环境等产生负面影响[4～6]。农田地膜残留污染问题日益突出，并成为地膜应用推广的瓶颈之一，是制约我国农业可持续发展的重要因素之一。

作为全国农业大省的山东，地膜覆盖规模大、涉及作物种类多。农村经济统计数据显示，山东省从1991年开始使用地膜，当年地膜使用量为3.56万吨。2001年，全省地膜使用量超过10万吨，10年增长近两倍。2007年，全省地膜使用量超过15万吨，增长迅猛。2012年，全省地膜覆盖面积达240万公顷，占全省农作物播种总面积的22%。山东是全国重要的棉花传统产区，是仅次于新疆的第二大产棉省份；其中，黄河三角洲地区是山东省的棉花主产区，其种植面积超出全省的1/3。2003～2012年，棉花种植面积累计达846万公顷以上，10年内棉田累计投入地膜25万吨以上。山东省已成为我国最大的地膜污染地区之一。

有研究表明，棉田土壤中地膜残留量可达200～400 kg/hm2，且主要集中在0～30 cm耕层中[7]；还有研究表明，土壤中的残膜每年正在以11.2 kg/hm2的速率增加[8]。研究黄河三角洲地区棉田地膜残留特征，客观、全面地掌握区域棉田的残膜污染状况，探寻残膜污染的特点、变化趋势，对提高区域内棉田土壤质量、保障棉田生态环境的可持续发展、棉田生态系统安全和人类健康具有重要的理论和现实意义，也可为同类区域棉花生产与棉田科学管理提供参考。

1材料与方法

1.1试验区概况

试验区位于山东省东营市，属暖温带大陆性季风气候，多年平均气温12.8℃，无霜期206天，≥10℃积温约4 300℃，可满足农作物的两年三熟。多年平均降水量555.9 mm，全年降水量的65%集中在夏季，降水量年际变化大，易形成旱、涝灾害。试验区土壤为盐化潮土，同属滨海盐碱土，适宜种植棉花，为鲁北滨海棉区。棉花种植以覆膜栽培为主，地膜用量在25～30 kg/hm2之间，地膜厚度一般在0.003～0.006 mm之间。

1.2残膜收集与处理

2015年春季棉田整地以前，选择5个典型地块，面积约0.33 hm2，覆膜历史20年以上。每个监测地块选择7 个规格为100 cm×200 cm样方，土壤深度20 cm。划定采样样方后，边挖土边清捡残留地膜，遇大土块需砸碎，过筛采集残膜。将采集的残膜带回实验室，去除附着在残膜上的杂物并清洗，洗净后用吸水纸吸干残膜上的水分，小心展开卷曲的残膜，防止残膜破裂，放在干燥处自然阴干，根据残膜面积大小（0～25、25～100 cm2和大于100 cm2）分类统计残膜的片数、重量，利用万分之一电子天平进行称重。

1.3分析方法

用Microsoft Excel进行数据处理、统计分析以及图表绘制等。

2结果与分析

2.1棉田地膜残留数量的变化

土壤中地膜残留是残膜长期在土体累积的结果，土壤中的残留量与地膜特性、农艺措施、耕作精细化程度、覆膜年限等密切相关。河北邯郸棉田土壤的地膜残留量为59.1～103.4 kg/hm2；新疆棉区土壤的地膜残留量为218.8～381.1 kg/hm2[3，7]；2007年第一次全国污染源普查结果表明，全国覆膜农田地膜残留总量达12.10万吨（中华人民共和国环境保护部、中华人民共和国国家统计局、中华人民共和国农业部，2010）；与此同时，土壤地膜残留量的区域性差异很大，不同棉花产区土壤的地膜残留量各不相同。对黄河三角洲棉区土壤地膜残留调查与监测的结果（表1）表明：棉田覆膜种植20年以上时，土壤地膜残留量为18.84～53.53 kg/hm2，仅从残留量看，远低于新疆、河北等地，但地块间差异较大。调查还发现，20世纪80年代初使用的地膜厚度一般为0.05～0.10 mm，近几年超薄地膜大范围推广，地膜厚度多低于0.008 mm，甚至只有0.004 mm，地膜超薄，抗拉力差、易碎，加大了地膜回收的难度，导致土壤中地膜残留量骤增。

2.2棉田地膜残留特征的变化

土壤残膜的形态特征、数量等是影响农田土壤质量的重要因素，土壤中的残膜受自然条件和人为活动的影响，在土壤中呈现出形状不同、大小不一的碎片。本研究调查结果表明：覆膜植棉20年以上时，土壤中地膜残留密度为（22.5～34.0）万块/hm2。残膜大小从几平方厘米到上千平方厘米不等，残膜面积变化较大，多数残膜大于25 cm2。其中，25 cm2以上残膜块数占94.1%，100～500 cm2残膜占52.9%，500 cm2以上大残膜约占21.0%（图1）。在新疆地区，覆膜10年的棉田土壤残膜密度达500万块/hm2[9]。程桂荪等[10]认为，当残膜面积大于25 cm2 时会对土壤水分和作物产量发生影响，随着残膜面积的增大，其危害性越强，大于100 cm2残膜会对土壤水分和作物产量产生更加显著影响。与新疆、河北等棉区相比，本地区棉田的地膜残留数量较少，但90%以上残膜超过25 cm2，更易造成土壤污染，甚至作物减产。调查结果表明，土壤中残留地膜形态具有多样性，与残膜大小具有一定相关性，面积较小的残膜多呈现片状，大块残膜多以棒状、球状等不规则形态存在；残膜在土体中呈水平、垂直和倾斜状分布，受农事耕作、农艺措施和农膜使用情况的影响较大。

在目前的耕作和种植模式下，人们多采用播前人工捡拾、耙地清理等方式应对土壤地膜污染，存在着明显的弊端，可能会造成残膜向深层土壤迁移并不断累积，由于残膜在土壤中极难降解，一旦造成深层土壤污染，恢复治理难度加剧，或将严重危害种植业的可持续发展和土地资源的可持续利用。

3结论

黄河三角洲属于鲁北老棉区，也是棉花优势产区，土壤中残留的膜片面积较大，90%以上的残膜超过25 cm2，70%以上的残膜面积超过100 cm2，甚至有21%的残膜面积超过500 cm2。因此，该地区棉田土壤的地膜残留更易造成土壤污染、导致作物减产，治理难度更大。当前，黄河三角洲地区棉花生产集约化程度低、以粗放式生产为主，棉田地膜残留处置仅限于播前采用人工捡拾、耙地清理等，土壤的地膜残留量为18.84～52.53 kg/hm2，残留密度为（22.5～34.0）万块/hm2。与新疆、河北等地相比，该地区棉田土壤地膜残留量和残留密度都偏小，但地膜残留的环境风险仍较大。

4建议与对策

从区域农业发展实际看，土壤残膜污染的危害已经显现，残膜污染将导致农业生态环境恶化，破坏土壤结构，加速土壤次生盐渍化，阻碍土壤养分的释放、降低土壤肥力，或通过降低土壤微生物的活性、阻碍土壤养分的矿化释放和肥力提高，或因阻碍出苗和作物根系生长来影响农业生产力的提高。当前的生产方式、农艺与管理措施、机械化水平等，已远不能适应棉花产业发展和农田生态环境健康的需求，改变传统的种植与耕作模式、科学优化棉田覆膜方式、升级完善机械化作业设备、提高棉田地膜回收利用率等，是未来棉花生产革新的重要方向。

4.1应完善农用地膜标准、建立生态补偿长效机制，促进地膜的回收和再利用

我国的地膜标准制定于20世纪90年代，相关指标要求相对宽松，目前广泛应用于农业生产的地膜多为超薄地膜，厚度约0.003～0.006 mm，易老化、易破碎、难回收，厚度远低于美国和欧洲国家0.020 mm的标准，已无法适应当前农业生产和环境发展的需求。应在综合考虑资源成本和农业生产实际的基础上，完善相关标准，提高地膜厚度，提高拉伸负荷、耐老化性能，使其在满足农业生产需要的同时，为地膜回收和再利用创造条件。同时，在未来的地膜推广应用过程中，引入生态补偿长效机制，促进实用新型地膜、降解膜的生产、推广以及应用等，有利于打破当前地膜推广的瓶颈，进一步促进高效农业发展。

4.2建立持续的残膜污染调查机制，加强农艺与机械研发，促进地膜回收和资源化利用

持续开展地膜污染调查，摸清地膜残留底数，有利于科学划定污染区域，因地制宜地确定发展规划和治理措施。定位监测残膜对耕地质量和产量的影响，获取地膜残留污染的系统数据，为地膜残留污染治理提供技术和理论支撑，确保地膜覆盖技术应用的合理性。从当前看，人工清理回收残膜仍是最普遍、最直接的办法。但是，随着地膜应用范围的扩大、人工劳务费用的提高，人工捡拾“速度慢、效率低、费用高”等缺点越发呈现。因此，要积极探索“科学的覆膜方式”和“适时揭膜技术”等，通过农艺措施改进与创新，使地膜在促进作物生长的前提下，具备高的回收再利用效率。同时，研发配套的农机具，通过机械化操作进一步降低生产成本、提高地膜回收效率，促进农业生产和环境健康协调发展。

参考文献：

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[11]常瑞甫，严昌荣. 中国农用地膜残留污染现状及防治对策[M]. 北京：中国农业科学技术出版社，2012：13-15，41.