河南省花生田地膜使用及残膜污染现状分析

， ，，， ，，新友，

(河南省农业科学院 经济作物研究所/农业部黄淮海油料作物重点实验室/河南省油料作物遗传改良重点实验室，河南 郑州 450002)

0 引 言

地膜覆盖技术是我国1978年从日本引进，至今已在国内应用接近40年，是农业增产增收的一项重要技术[1]。地膜覆盖技术具有增温保墒、防病抗虫和抑制杂草等功能，一般可实现作物增产20%以上，在我国农业生产中发挥了重大作用。随着地膜覆盖技术应用范围不断扩大，覆膜作物已从最初的蔬菜扩展到大田作物、果树等50多种。据中国农村统计年鉴资料，2015年国内地膜使用量达到72.3万t[2]，农作物地膜覆盖面积累计1 062.5万hm2，均居世界第一。

由于我国地膜覆盖面积逐年增加，并且超薄地膜(0.003～0.008 mm)的使用比例大，残膜破碎率高不易回收，同时由于人们的环保意识不强，多数农户仅采用人工捡拾的回收方式或者完全不回收，导致我国农田残膜量不断增加。农用地膜主要原料为聚乙烯类物质，自然条件下难以降解，在土壤中可以残留200～400 a[3]。地膜的广泛应用虽有力地推动了我国农业生产的发展，但残留地膜导致的“白色污染”问题也愈发突出，已对我国农业生产和农业环境安全构成了巨大威胁。残留地膜破坏土壤结构，影响农机作业质量、作物出苗与养分水分吸收，阻碍根系生长，导致农作物减产[4]。

河南省是我国第一农业大省，也是地膜使用大省。据中国农村统计年鉴资料，2015年河南省地膜使用量、地膜覆盖面积分别达到3.91万t、65.1万hm2，均居全国第5位[2]。河南省是我国花生生产第一大省，2016年种植面积达到112.8万hm2[5]，其中春播花生种植面积约占四分之一，普遍采用地膜覆盖技术。针对地膜花生的生长发育规律、高产栽培技术等已有30多年的研究[6-9]，但有关河南省花生地膜使用、回收及残膜污染现状等方面还未见报道。本文对河南省春播花生的地膜使用及残膜污染现状进行了问卷与实地调查，分析了花生田残膜污染的基本情况，旨在为该省花生田地膜的科学使用及残膜回收提供相应的数据支持。

1 材料与方法

1.1 地膜使用问卷调查

2017年4月份，选择河南省春播覆膜花生的典型地区安阳内黄县城关镇和驻马店确山县双河镇，通过座谈和走访农户，了解河南省春播花生所用地膜的厚度、宽度、颜色、价格、用量、残膜回收方式及再利用情况等；同时在南阳市、开封市、濮阳市、驻马店和安阳市共计发放问卷30份，调研河南省花生田地膜使用及回收利用情况。

1.2 残留地膜样品采集

在安阳市内黄县城关镇选择典型春播覆膜花生田块取样，包含连续覆膜5年(2012-2016)、10年(2007-2016)和15年(2002-2016)的3类田块。采样在花生整地播种前进行，每个采集点选取3个样方。采用人工方法收集残膜，采样点面积为2 m2(100 cm×200 cm)。首先将表层地膜捡拾干净，以10 cm为一层次下挖深度为30 cm，分别按照0～10 cm、10～20 cm和20～30 cm 3个土层收集残膜，残膜(含杂质地膜)收集以肉眼可见为标准；捡拾残膜后，将挖出的土壤按相应土层填回，尽量恢复土壤原貌。

1.3 残膜样品处理

将采集到的残膜带回实验室，按土壤深度( 0～10 cm、10～20 cm和20～30 cm)对收集的残膜样品分别进行清洗、晾干、称重；并参照马辉等[10]的方法，分别以残膜面积<4 cm2、4～25 cm2和>25 cm2为标准，分类统计所收集残膜的数量和重量。

1.4 主要参数统计方法

调查指标包括地膜残留量(kg·hm-2)、残膜数量(万片·hm-2)、年均残留率、地膜残留系数和残膜破碎度(F)。

年均残留率(%)=地膜残留量/(覆膜年限×年均覆膜量)×100%

地膜残留系数=总地膜残留量/覆膜年限

残膜破碎度用来评价残膜破碎程度的大小，能够客观反映某一地区的覆膜时间与对残膜物理化学影响大小的指标。F=M/N，F为破碎度(mg·块-1)；M为样方内残膜总质量(mg)；N为样方内残膜总块数。

2 结果与分析

2.1 河南省花生田地膜使用情况

调查结果显示(表1)，河南省花生普遍选用无色透明的聚乙烯地膜，多采用起垄覆膜栽培种植模式，基本使用机械覆膜手段；地膜宽度一般为70～80 cm，地膜使用量一般为45 kg·hm-2，地膜使用成本一般为540元·hm-2；地膜厚度多选用0.006 mm以下的超薄膜，其中72%为0.004 mm，13%为0.005 mm，15%为0.006 mm，均不符合现行国家标准GB13735-2017规定的0.010 mm[11]。73%的被调查农户认为“非常有必要回收利用残膜”，27%的被调查农户认为“没有必要回收利用残膜”或“无所谓”，因此，需要进一步加强农田残膜污染防控的宣传。目前花生田残膜多采用人工捡拾的回收方式，没有机械化回收方式，回收率一般60%～70%；回收后的残膜中地膜占50%～60%，其他土壤、秸秆及根茬等杂质占40%～50%。农户回收后的残膜多采用堆置田间地头或焚烧或填埋，其中54%农户“收集后堆置路边地头”，7%农户选择“收集后焚烧”，14%农户“收集后填埋”，11%农户“不收集残膜直接翻入农田”，14%农户“收集后堆置路边地头或收集后填埋”，均未进行残膜回收后的循环利用。

2.2 花生田残膜重量分布特点

河南省花生田0～30 cm耕层残膜量与覆膜年限有关，覆膜年限越长残膜量越高(图1)。覆膜5年、10年和15年的残留量分别达到15.0 kg·hm-2、26.9 kg·hm-2和40.0 kg·hm-2，按年均覆膜量45 kg·hm-2计算，年均残留率分别为6.65%、5.97%和5.92%，地膜残留系数分别为2.99 kg·hm-2·a-1、2.69 kg·hm-2·a-1和2.67 kg·hm-2·a-1；覆膜5年、10年和15年的残留量均未超过GB/T 25413-2010《农田地膜残留量限值及测定》中地膜污染的一级标准75 kg·hm-2[12]；按残膜污染一级标准折算，河南省花生田的安全覆膜年限为25～29年，以内黄县城关镇已经覆膜15年的花生田为例，如果地膜年均使用量及残留系数基本不变，2026～2030年将达到或超过75 kg·hm-2的残膜污染标准。

图1 不同覆膜年限花生田残膜量比较Fig.1 The residual film amount of peanut field in different mulching years

由图2可知，对于不同覆膜年限的花生田，残膜在不同土层中的分布具有相似的规律，即残膜主要分布在0～10 cm的表层土壤中，随土层深度增加残膜量逐渐递减。调查结果表明，0～10、10～20、20～30 cm土层中残膜量占0～30 cm土层残膜总量的比例分别为89.6%、8.90%和1.50%，这主要是由于多年来残膜回收率较低以及旋翻耕等机耕作业的深度普遍不超过15 cm造成的。随着覆膜年限的增加，不同土层中的残膜量均增加；但0～10 cm土层残膜量所占比例随覆膜年限增加逐渐减少，而10～20 cm、20～30 cm土层残膜量所占比例均随覆膜年限增加而增加。

表1 河南省花生地膜使用及回收现状调查Table 1 Mulching film utilization and its residue recycling in peanut fields of Henan Province

2.3 花生田残膜数量分布特点

残膜数量是影响农田土壤质量高低的重要因素之一。结果表明，河南省花生田残膜数量与覆膜年限以及农田耕层深度有关(表2)。随着覆膜年限的增加，不同土层中的残膜片数均增加，0～10 cm残膜片数所占比例减少，而10～20 cm、20～30 cm土层残膜片数所占比例均显著增加。残膜数量主要分布在浅层土壤，0～10、10～20和20～30 cm土层中残膜片数占总数量的比例分别为64.7%～91.8%、5.61%～25.7%和2.55%～9.57%。

图2 覆膜年限对花生田残膜空间分布的影响Fig.2 The residual film distribution of peanut field in different mulching years

表2 覆膜年限对花生田残膜数量空间分布的影响Table 2 The effect of mulching years on residual film distribution in peanut fields

注: 数据为平均值±标准差，重复数为n=3。下同。

Note: The data means average value ± standard deviation with 3 replications.The same is as below.

2.4 花生田中残膜的形态特点

依据残膜面积大小，将农田残膜分为大块膜(>25 cm2)、中块膜(4～25 cm2)和小块膜(<4 cm2)。覆膜年限越长，河南省花生田大块膜所占比例增加，中块膜和小块膜所占比例减小；大部分残膜为中大块膜，明显多于小块膜，3种大小的残膜(<4 cm2、4～25 cm2和>25 cm2)数量分别占总数的21.8%～24.9%、31.8%～49.8%和26.7%～46.4%(表3)。

残膜破碎度越小，表明单块残膜的平均质量越小，因此残膜的破碎程度越大。0～30 cm土层的残膜破碎度随覆膜年限增加而增大，表明随覆膜时间增加，残膜的破碎裂解程度逐渐降低，小块膜所占比例越来越少(表4)。

表3 覆膜年限对花生田残膜形态的影响Table 3 The effect of mulching years on residual film configuration in peanut fields

表4 不同覆膜年限花生田残膜破碎度比较Table 4 The residual film fragmentation of peanut fields in different years

3 讨论与结论

调查结果显示，河南省覆膜花生普遍选用无色透明的聚乙烯地膜，种植模式多采用机械化起垄覆膜；地膜厚度多为0.004～0.005 mm，均不符合现行的农用地膜国家标准规定的0.010 mm[11]；地膜宽度一般为70～80 cm，地膜使用量一般为45 kg·hm-2；对于花生田残膜目前均采用人工捡拾的回收方式，但由于费时费力，且地膜过薄，延展性差，易碎裂，因此回收效果差；对于回收后的残膜，由于缺少专门的回收地膜再利用企业，85%以上农户采用堆置田间地头或焚烧或填埋的处理方式，造成了严重的“白色污染”。

本次调查结果表明，河南省花生田土壤中地膜平均残留量为15.0～40.0 kg·hm-2，并且覆膜年限越长，残膜量越大，覆膜5年、10年和15年的残留量分别达到15.0 kg·hm-2、26.9 kg·hm-2和40.0 kg·hm-2，但均低于国家推荐标准规定的75 kg·hm-2[12]。本研究结果表明，河南省花生田残膜量低于20世纪90年代农业部在全国17个省(市)调查的平均残留60 kg·hm-2的水平[13]，可能是由于花生收获时根系和荚果从农田带出了部分残膜。

调查数据显示，河南省花生田残膜主要分布在0～10 cm土层，平均占89.6%以上；10～20 cm土层次之，平均占8.90%；20～30 cm土层中的残膜最少，平均占1.50%。这主要是由于近年来黄淮海平原连续多年旋耕造成土壤耕层普遍较浅，生产中旋耕作业深度一般仅为10～15 cm[14-15]。残膜数量(片数)分布也呈现出显著的时空特点。覆膜年限越长，花生田大块膜所占比例增加，中块膜和小块膜所占比例减小，且浅层土壤中残膜显著多于深层土壤中的残膜。整体来看，河南省不同覆膜年限花生田耕层内以大块膜和中块膜为主，小块膜较少。

本研究通过问卷调查与实地取样，详细收集了河南省春播花生田地膜使用及残膜污染的基础数据，并分析了花生田残膜的分布规律，为当地农田残膜污染的防控提供了参考。建议从禁止超薄地膜的生产与使用，大力推广节约型地膜使用技术，加强农田残膜污染的监测与回收再利用等方面着手，有效防治河南省花生田残膜造成的污染。