不同厚度地膜对废旧地膜残留、回收影响及其使用选择概述

于显枫 赵记军 马明生

摘要：以已有研究文献为基础，概述了不同厚度地膜残留与回收的研究，并对地膜选择使用进行了探讨，以期为农业生产和环境保护协调发展提供参考。结果表明：不同厚度地膜覆盖后地膜残留情况因作物不同而异，地膜越厚，残留量越低，达到一定厚度后，残留量差异并不显著，超过一定厚度后，由于单位面积残片质量增加，反而出现残留量增加现象。使用厚地膜可有效提高地膜可回收性，但当地膜达到一定厚度后，其回收率差异并不显著；机械化回收是趋势所向，除注重地膜强度外，也要考虑地膜厚度影响。在农业生产中，选择使用的地膜偏薄或偏厚均不适宜，大多学者建议的厚度介于0.008～0.012 mm，具体应统筹考虑地膜覆盖效益与生态效益最优效应选择使用。

关键词：地膜；厚度；残留；回收性；覆盖效益；生态效益；使用选择

中图分类号：X-53文献标志码：A论文编号：cjas20190800157

基金项目：国家重点研发计划项目“西北灌溉玉米化肥农药减施增效技术集成与示范”（2017YFD0201808）；国家重点研发计划项目“半干旱区马铃薯化学肥料减施技术研究与示范”（2018YFD020080105）。

Film of Different Thickness： Effect on Residual and Recovery of Waste Film and Selection

Yu Xianfeng1， Zhao Jijun2， Ma Mingsheng1

（1Institute of Dryland Farming， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou 730070， Gansu， China；

2Gansu Agro-ecology and Resources Protection Technology Station， Lanzhou 730000， Gansu， China）

Abstract： The research on the residual and recovery of mulch film with different thickness was summarized based on the existing research literatures， and the selection of mulch film was discussed to provide references for the coordinated development of agricultural production and environmental protection. The results showed that residual of different thickness films varied from crop to crop， the thicker the mulch film， the lower the residual amount. After reaching a certain thickness， the difference of residual amount was not significant， but after a certain thickness， the residual amount increased due to the increase residual quality per unit area. The use of thick mulch film could effectively improve the film recyclability， but the difference of recovery rate was not significant after the film reached a certain thickness. Mechanized recycling was the trend in the future， in addition to film strength， the influence of film thickness should draw more attention. In agricultural production， the selection of thin or thick film was both inappropriate， the thickness recommended by most scholars was between 0.008and0.012mm，thespecificeffectbetweenthefilmcoverandtheecologicalbenefitshouldbeconsidered.

Keywords： Plastic Film； Thickness； Residual； Recyclability； Coverage Benefit； Ecological Benefit； Selection

0引言

覆膜种植可以改善土壤水热效应、抑盐控草和增加经济效益[1]。地膜覆盖技术可在大范围内提高粮食作物产量20%～35%、经济作物产量20%～60%，极大地促进了农业生产力和效益的提高，对保障粮食安全作出了重大贡献[2]。传统地膜是一种人工合成的高分子化合物，其成分通常为聚乙烯（polyethylene， PE），在自然条件下很难降解，使用后造成了极大的处理困难[3]。随着地膜使用年限的逐年增加，土壤中地膜残留量逐渐增加。调查显示，覆膜10年的农田土壤中地膜残留量为71.9kg/hm2，覆膜15年的高达259.1kg/hm2[4]。田间残膜给作物根系水肥吸收、土壤结构改变和农田景观等都带来负面影响[5]，已成为农业面源污染的主要来源之一。地膜厚度是衡量地膜质量好坏的一个重要指标，既与农业生产覆盖效益密切相关，又与地膜残留量和可回收性紧密联系。有文献指出，中国地膜残留总量近2×106t，农田平均残留量达60 kg/hm2[6]，地膜厚度低是造成残膜严重的重要原因[7]。刘祥雷等[8]对山东营南县1991—1999年9年间使用地膜的厚度与农田残留量关系调查后发现，由于使用的地膜从较厚（0.006～0.007 mm）到超薄（0.003～0.004 mm）變化，地膜残留量呈现前3年微增长、中间3年缩减、后3年相对稳定的阶段性特征，表明地膜厚度与地膜残留密切相关。绿色循环可持续是农业发展中的首要前提，地膜残留若得不到有效地控制，将会给耕地的生态圈埋下巨大的隐患[9]。目前，在尚未找到其他良好替代产品的前提下，在农业生产中使用厚地膜以减轻地膜残留，对于防控传统地膜对农业环境的污染风险具有重要意义[10]，许多学者在这方面已经开展了大量研究，但尚缺乏系统的概述和探讨。为此，本研究以已有文献为基础，梳理不同厚度标准下地膜残留状况与可回收性，并对生产应用中的地膜厚度选择进行分析，旨在为农业生产和环境保护协调发展提供参考。

1不同厚度地膜对残留的影响

地膜厚度不仅直接关系到土壤保温、保湿等性能，还与土壤残留有密切的关系。厚地膜抗拉伸能力较强、完整性较好，对于发挥地膜增温保墒作用至关重要[11]，其覆盖效应优于薄地膜。特别是厚地膜韧性大，不易破损，有利于捡拾离田[12]；而薄地膜强度低，破损后小膜数量及比例高[7]。同等条件下，地膜越薄，越易老化，残留量越大[13]。张丹等[14]调查发现，花生地80.6%的地膜厚度集中在≤0.005 mm范围内，这些薄地膜的使用导致地膜残留强度较高。边淑贞等[15]对7个典型蔬菜种植区22个蔬菜基地调查显示，农户使用最多的是厚度為0.004 mm的地膜，76%的农户所使用的地膜厚度均达不到0.008 mm，约有50%的设施菜地存在地膜残留现象，其中10%的设施菜地残留严重。徐钰等[16]对山东省典型覆膜作物上的调查表明，地膜残留量随着地膜厚度的增加呈下降趋势。在棉花调查区，地膜厚度0.005 mm地块的地膜残留量较地膜厚度0.004 mm地块减少4.61 kg/hm2；在花生调查区，地膜厚度0.008 mm地块的地膜残留量较地膜厚度0.004 mm的地块减少1.85 kg/hm2。周明冬等[17]试验研究表明，随着地膜厚度的增加，棉田地膜残留量显著降低。4种厚度地膜（0.006、0.008、0.010、0.012 mm）残留量分别为（30.82±1.17）、（19.58±3.38）、（12.20±1.83）、（13.99±2.54） kg/hm2，0.008 mm厚度地膜残留量显著低于0.006 mm厚度，0.010 mm和0.012 mm厚度地膜相比0.006 mm厚度地膜残膜含量分别降低60.4%、54.6%，且两者之间差异不显著。高宇等[18]研究结果表明，马铃薯田4种厚度地膜（0.006、0.008、0.010、0.012 mm）土壤残膜量随地膜厚度增加而增大，地膜残留比例分别为67.3%、83.0%、81.0%和80.1%，土壤残膜多数在0～ 20 cm土层集中。未进行机械收获时，地膜越厚残留系数越大；利用马铃薯收获机机械化收获时，由于地膜越厚越容易被机械收获输送到地表，厚地膜残留系数大幅度下降。唐文雪等[19]连续4年定位试验表明，玉米田4种厚度地膜（0.006、0.008、0.010、0.012 mm）处理累计残膜量分别为79.03、57.68、50.32、53.58 kg/hm2，0.006 mm处理地膜残留量显著高于0.008 mm处理。但是，厚度0.010 mm与0.012 mm地膜相比较，后者残留量反而更高，呈现随地膜厚度增加地膜残留量先减少后增加的趋势，其原因是更厚的地膜残留块数虽减少，但单块地膜质量大。

从上述研究结论看，不同厚度地膜覆盖后地膜残留情况因作物不同而异，总的趋势是，地膜越厚，残留量越低，达到一定厚度后，残留量差异并不显著，但也出现超过一定厚度后，由于单位面积残片质量增加，反而会出现残留量增加的现象。

2不同厚度地膜对回收的影响

地膜厚度与残膜可回收性也密切相关，不同厚度地膜的回收性有所不同。长期以来，在农业生产中由于大多使用薄地膜，加之受日照等自然因素的影响，这些地膜极易风化破碎成小片，且通常与作物根茎、杂草等混杂在一起，其回收性变差。周明冬等[17]研究表明，随着地膜厚度的增加，地膜回收率显著增加。4种厚度地膜（0.006、0.008、0.010、0.012 mm）回收率分别为0.40±0.02、0.72±0.05、0.86±0.02、0.86±0.02，呈逐渐递高趋势。厚度0.008 mm地膜回收率显著高于0.006 mm，0.010 mm和0.012 mm厚度地膜回收率又显著高于其他厚度，但两者之间差异并不显著。曹健[20]研究表明，地膜厚度为0.006、0.007 mm时，残膜当年回收率为53.02%、68.12%，而当地膜厚度为0.008 mm以上时，残膜当年回收率可达85%以上。试验证实[21]，随着地膜厚度增加，地膜拉力增强，因而残膜回收率提高。与0.008 mm地膜相比，0.015 mm地膜拉力提高了35.4%，人工和机械回收残膜效率分别提高了18%、27.25%。另有研究表明[22]，地膜厚度越大，捡拾效率越高，捡拾回收率越高。随地膜厚度的增加（0.010、0.012、0.014 mm），人工一次性捡拾地膜回收率和机械一次性捡拾地膜回收率均呈增加趋势，分别为81.4%、84.6%、91.0%和83.3%、83.7%、89.9%。目前，残膜回收还主要采用人工捡拾方式，即在收获后或种植前用手或耙子勾取捡拾，比例高达74%[23]。有试验示范表明[24]，人工回收农田残膜表层拾净率达98%以上，但耗时约需要16 h/hm2，人工约为80～100元/天，费时费力。而机械化回收与分拣作业支出费用约600元/hm2，农田残膜表层拾净率介于65%～86%，劳动强度有效减轻。

随着农业生产日益规模化、集约化，人工捡拾地膜已经与现实不相适应。从长远发展来看，须尽快研发推广适宜的残膜回收机具[25]。受覆膜时间、自然天气等因素影响，在研发回收机具时必须要考虑到以厚度为评价指标之一的地膜质量。研究发现，地膜厚度若从0.008 mm增加到0.010 mm，其抗拉伸强度将增加25%，从而为机械化回收创造基本条件[26]。因地膜的厚度和强度的不同，国内外残膜回收机具研究方向有所不同，国外使用地膜厚度大于0.20 mm，具有更高的拉伸强度，因而研发的回收机具多为缠绕式，其原理主要是利用地膜自身的拉伸力实现地膜与土壤的分离，其研究主要部件是卷收机构和清理机构[27]，重点研究的是地膜表面清杂和卷膜速度相匹配的问题[28]；而国内以往采用0.008 mm厚度地膜，种植者大多使用0.006 mm地膜[29]，仅为国外地膜厚度的25%，其抗拉伸强度较低，膜面易破碎，缠绕式回收机具并不适合。有试验表明[30]，地膜铺放后30～60天期间，膜面已破损严重，由于受到风和紫外线照射等因素影响，回收时地膜拉伸强度更低，与0.008 mm地膜相比，尽管0.01 mm地膜最大拉伸力在近株端和远株端分别提高了1.4倍和1.22倍，但其拉伸性能仍不足以采用缠绕方式回收。因此，国内围绕起膜、收膜、脱膜、集膜等关键部件，重点对膜土分离部件和膜杂分离机构开展研究[31]，并按搂集型、捡拾型和筛土型3种回收原理研发了滚筒式、弹齿式、齿链式和气力式等残膜回收机具，但在应用中大多还存在可靠性低、适用性单一等共性缺陷，作业效率尚有待提高[26-29，31]。有学者指出，为有利于机械化回收，地膜厚度应增至0.01 mm以上，以提高地膜机械回收的效率，有效减少地膜残留[28]。但也有学者提出，研究提升机械性能固然重要，但更应该考虑地膜厚度这个关键基础性指标，并提出地膜的厚度应从0.008 mm加大到0.015 mm以上[12]。显然，由于厚地膜使用后具有较好的回收性，因而与残膜机械收净率密切相关[32]。还有学者认为[33]，影响残膜收净率的最主要因素不是地膜厚度，而是经过一个覆盖周期后地膜的强度保持能力，虽然回收机具结构和参数也是主要的影响因素，地膜厚度可以小于0.01 mm，但只要强度够，特别是耐侯期之后的强度保持在新膜的强度75%以上，即能够实现机械回收。

上述研究结果揭示，使用厚地膜可有效提高地膜可回收性，但当地膜达到一定厚度后，其回收率差异并不显著，特别是机械化回收趋势下，除注重地膜强度外，更要考虑地膜厚度的影响。要解决农田残留地膜的回收问题，其根本在于提高膜的厚度，实质在于在增加强度，关键在于研发回收机具。

3不同厚度地膜的使用选择

覆膜效应一直是农业科研学者的研究热点[1-2，5]，地膜残留是当下环保方面优先考量的重大问题[34]。理论研究与生产实践证实了地膜覆盖具有提升农业系统生产力的作用，且不同厚度地膜覆盖效益不尽相同，地膜残留状况也有所不同，厚地膜由于韧性较好，可产生较好的覆盖效益[15，17-18]，而在复杂的气候环境下，薄地膜更易破损，进而减弱覆盖功能，最终影响作物的生长发育[35]，并有可能面临农业环境恶化与未来减产的双风险[36]。与其他减少残膜污染措施例如应用可降解地膜相比，传统聚乙烯地膜更适合大面积推广应用[37]，前提是解决好回收少残留问题。因此，在农业生产中选择使用适宜厚度的地膜具有现实需要性。但对于大多数作物而言，增加地膜厚度也会面临作物增产和生产成本增加的矛盾，最终出现增产不增效的现象[34]。例如，唐文雪等[38]研究表明，厚度为0.010、0.012 mm地膜覆盖的玉米产量与0.008 mm差异不显著，增产幅度尚不足5%。周明冬等[39]研究指出，使用厚度较大的地膜会增加棉花种植成本，与0.006 mm地膜相比，使用0.008 mm地膜多铺地膜近15 kg/hm2，成本增加200元左右。

许多学者对农业生产中如何选择使用不同厚度地膜开展了大量研究。唐文雪等[19]研究表明，西北绿洲灌溉区玉米田0～100 cm土层内不同层次土壤的水分含量随地膜厚度的增加而增加，且在玉米生长发育前期具有较好的增温效应，并提出该区玉米种植应推广使用厚度0.008 mm以上的地膜。但周乐[40]又指出，与0.008 mm厚度地膜相比，在内蒙古赤峰地区使用0.010 mm厚度地膜更有利于增加玉米产量及残膜治理。张和琴等[41]在西北旱作区玉米田开展的不同厚度地膜回收利用技术试验则发现，4种厚度地膜（0.008、0.01、0.012、0.014 mm）100%回收用时量分别为2.8、2、1.5、0.8 h，地膜越厚，揭膜时省时省力，越有利于回收，但0.01 mm地膜揭膜仍费时费力，而0.012 mm地膜和0.014 mm地膜对作物的产量影响等相差不大，并从回收角度建议在该区推广0.012 mm厚度地膜。周明冬等[17]通过研究不同厚度地膜覆盖对新疆棉田经济效益和地膜残留的影响后显示，相比0.006 mm厚度地膜，0.010 mm和0.012 mm厚度地膜可使棉花经济效益分别增加11.7%、15.1%，而棉田地膜残留量则分别降低60.4%、54.6%，从可持續发展角度考虑，建议新疆棉田选择使用0.010 mm厚度地膜最优；高宇等[18]在内蒙古阴山北麓农牧交错带开展的地膜厚度对马铃薯生长及农田水热条件和残膜污染的影响研究显示，增加地膜厚度对马铃薯株高有促进作用，出苗率以0.008 mm处理最高，而且该厚度处理下的产量、商品薯率和经济效益均最高，提出该区马铃薯种植适宜采用厚度0.008 mm以上地膜。张丹等[34]在新疆、甘肃、内蒙古、山东4省分别针对棉花、玉米、马铃薯、花生等4种主要覆膜作物，系统分析了地膜厚度对土壤水温、作物产量以及地膜残留强度的影响，提出地膜厚度标准应提高至0.010～0.012 mm较为适宜。而也有研究表明[42]，在华北地区，当地膜厚度为0.008～0.014 mm时，南瓜产量差别并不大，但明显高于0.005 mm和0.016 mm厚度地膜覆盖处理，认为地膜过薄或者过厚均不利于南瓜产量的形成。还有研究证实[16]，增加地膜厚度将影响花生果针下扎，造成花生减产。

综合以上研究结果，在农业生产中，选择使用的地膜偏薄或偏厚均不适宜，学者建议的地膜厚度大多介于0.008～0.012 mm，具体应视覆盖作物、使用区域不同，综合考虑地膜覆盖效益与生态效益最优效应而定，而非选择以某一厚度为统一标准普遍使用。

4结语

地膜覆盖栽培是中国生产粮食、蔬菜等食物的关键措施之一[2]，在新疆、山东、内蒙古、甘肃等高寒冷凉、干旱及半干旱地区，地膜覆盖技术已推广应用到大部分农作物种植上，成为农业生产中应用最广泛、增收最明显的农艺措施[4]，在现阶段和今后一个时期内仍不可替代[43]。因此，必须对地膜残留这一当前农业资源环境领域关注的热点问题给予重视，保障农业绿色高质量发展。由于原地膜生产国家标准《聚乙烯吹塑农用地面覆盖薄膜》（GB 13735—1992）宽松且执行力缺失，加之地膜生产企业准入门槛低，长期以来，农资市场上的地膜种类杂、标准低，薄地膜市场占有率高[44]。在实际生产中，种植者选择地膜的随意性较大，因地膜按照质量进行销售，同样质量下，薄地膜覆盖面积更大，利益驱动下大多数种植户往往选择使用的是厚度≤0.008 mm的薄地膜，短期看虽能发挥覆盖效益，但长远来看不利于残留地膜回收，严重影响到农业生产过程和农业环境安全[10]。为从源头上解决地膜残留问题，甘肃、新疆等地先后制定地膜生产地方标准，将地膜最低厚度提高到0.010 mm[45-46]，从源头有效保障了地膜可回收性。目前，新修订的地膜生产国家标准（GB 13735—2017）也已正式实施，不仅提高了地膜厚度，还对地膜拉伸强度、耐候期等重要性能指标进行了修订，这必将有利于减轻地膜残留，同时也将为推动地膜机械化回收进程提供基础。

值得关注的是，近年来，为降低地膜覆盖强度，提高地膜重复利用率，部分地区在生产中推广应用旧膜多年用技术[47-48]，虽能实现节本增效，延长了地膜使用周期，但也有可能因地膜过度使用而对地膜回收带来更大挑战。因此，要特别注重农用薄膜行业管理，使地膜产品达到国家厚度标准及其他性能指标，推动新地膜生产标准的全面普及应用。在推广应用旧膜多年用技术时，可参照有关地膜覆盖安全期的估算方法[49]，指导种植者选择使用适宜厚度的高标准地膜，保证前后两茬或多茬种植作物全生育期介于地膜耐候期之内，防止因地膜超期使用而导致地膜覆盖功能消失以及破损严重带来的回收难问题，以有效实现地膜覆盖与残膜回收的双重目标。

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