江西省农田地膜残留状况研究——基于典型地块样方调查数据

董爱琴，刘 晖，俞 莹，杨 涛，陈院华，吴火亮，徐昌旭，谢 杰*

（1.江西省农业科学院 土壤肥料与资源环境研究所/农业农村部 长江中下游作物生理生态与耕作重点实验室/国家红壤改良工程技术研究中心，江西 南昌 330200；2.井冈山红壤研究所，江西 吉安 343016；3.江西省红壤研究所，江西 进贤 331717；4.江西省农业生态与资源保护站，江西 南昌 330046）

农用地膜已成为继化肥、农药之后的第三大农业生产资料。农用地膜的应用对提高地温、保持土壤水分、调节土壤养分的转化、促进土壤微生物活动、提高光热的利用率起着显著的作用［1-3］。从20世纪70年代末—80年代初开始，我国逐渐将地膜应用于粮、棉、油、菜、瓜果等多种农作物的栽培过程中［4-5］。2020年，我国农膜使用量达135.7万t，覆膜面积为1738.68万hm2［6］。中国现已成为地膜使用量最大的国家［7］。

长期覆盖使用地膜尤其是非标准地膜，造成农田残膜污染问题日益突出，已成为影响我国农业可持续发展的重要因素之一。丁凡等［8-9］的研究结果表明，大量的残膜给土壤环境和农业生产产生了严重的影响，尤其对土壤结构、农事操作、作物生长、人居环境等影响严重。在北方一些农村，随风飘舞的地膜残片成为“灾难性景观”。严昌荣等［10］的调查结果显示，在我国长期覆膜的农田土壤中，塑料残留量为71.9～259.1 kg/hm2。

根据江西省统计年鉴数据，2020年江西全省农用塑料薄膜使用量为52296 t，是1990年的3.18倍［11］。江西省在2021年启动了全省农田地膜残留量定位监测工作，在全省22个县（市、区）共设置了66个监测点，以了解不同种植制度、不同覆膜年限、不同用膜量情况下全省农田土壤地膜的残留情况，为全省农田地膜回收政策的制定提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 监测点布局

综合考虑江西省的地形地貌特征、种植制度、覆膜作物、覆膜年限等情况，以主要覆膜区域、主要覆膜作物、典型覆膜地块（地膜覆盖集中连片区）作为监测地块，在全省范围内选取22个重点县（市、区），布设了66个地膜残留定点监测点位，定位监测点的作物类型包括江西省广泛种植的玉米、花生、蔬菜、草莓、瓜果、烟草、葡萄等作物。

1.2 采样方法

采用梅花点法或角线法在每个监测点布设5个样方，每个样方长、宽各为100 cm，面积为1 m2，相邻样方间隔15 m左右；在江西省66个调查监测点共设330个样方。在2021年9—11月作物收获后进行土壤残膜的采集工作，采样时确保农田未翻耕或旋耕，同时揭除当季地表仍覆盖的地膜。

挖出每个样方内深度为0～30 cm的土壤，通过孔径为2 cm的筛子，仔细捡拾筛出土壤中残留的地膜，将其装入样品采集袋，并张贴标签。待土层的残留地膜全部收集完后，将土壤回填，恢复农田原貌并做好样方标记。

1.3 样品处理

将地膜样品放入水中浸泡1 h左右后，初步清除地膜上的泥土和其他杂质，然后使用微波清洗机进一步清洗残膜样品，必要时使用软毛刷加以辅助清洗，全程不使用化学清洗剂。再用滤纸吸干残留地膜样品上的水分，在阴凉干燥处自然晾干直至恒重后，利用1/10000天平分别称量各土层样品残留地膜的总重量。

1.4 数据调查及分析

在采集残膜样品的同时对监测点田块进行调查，调查内容涵盖种植制度、覆膜厚度、地膜用量、初始覆膜时间等，并填写监测点的基本情况信息表。

统计各个样方残留地膜的总量，分析各监测点的地膜总残留量。使用Excel 2019、SPSS 24.0软件对调查数据进行处理和统计，使用Origin 8.5软件绘制相关图表。将县（市、区）及种植制度作为独立因子进行单因素方差分析（One-way ANOVA），使用最小显著差异法（LSD0.05）进行多重比较检验。

2 结果与分析

2.1 监测点分布及其农膜残留量

表1为2021年江西省农膜残留监测点的农膜残留量监测结果。在所有监测样方中，共有17个样方没有采集到残膜样品，其中乐平市第3号监测点和新建区第3号监测点的所有样方均未收集到残膜样品，主要是因为这2个监测点种植的作物均为葡萄，覆盖的材料均为防草布，其寿命较长且不容易损坏。

由表1可以看出，不同样方中农膜残留量有非常大的差异。在所有330个样方中，残膜重量最低的为0.012 g/m2（乐安县第3号监测点第1样方），最大的为15.627 g/m2（永丰县第1号监测点第2样方）。在同一监测点中，残膜重量相差最大的是上高县第3号监测点，其最大残膜重量为0.661 g/m2，最小残膜重量仅为0.018 g/m2。种植制度不同以及残膜在土壤中分布的不均匀性是不同样方中残膜重量出现较大差异的主要原因。

表1 2021年江西省66个监测点的农膜残留量监测结果

续表1：

对各监测点5个样方残膜重量的相对平均偏差进行统计分析，结果见图1。从图1可以看出，66个监测点残膜重量的相对平均偏差符合正态分布规律，各监测点5个样方残膜重量的相对标准偏差平均值为57.5%，绝大部分监测点位的数据都比较集中，因此可认为所有监测县（市、区）的残膜样品在统计学上具有意义。

图1 各监测点不同样方残膜重量的相对标准偏差分布

2.2 江西省农田地膜残留量

对各监测点农田地膜残留的平均重量进行分析，在所有监测样方中，乐平市第3号监测点和新建区第3号监测点的平均残膜量均为全省最低，为0.000 g/m2；而分宜县第1号监测点的平均值为全省最高，达8.386 g/m2。根据样方面积和残膜重量，折算出全省所有监测点每公顷农田土壤中的农膜残留量，结果见图2。由图2可见：农田地膜残留量大于15.00 kg/hm2的共有15个监测点，其中以分宜县第1号监测点的农田残膜量最高，达到85.83 kg/hm2；其次是玉山县第1号监测点和永丰县第1号监测点，其农田残膜留量分别为70.95和54.75 kg/hm2；上述3个监测点种植的作物类型分别为大棚西瓜、辣椒和蔬菜，覆膜年限分别为9、6和5 a。

图2 江西省各监测点的农田地膜平均残留量

对监测点所在地区进行了农田地膜残留量的空间差异分析（图3），发现22个县（市、区）的农膜残留量空间差异较大，其中玉山（37.20 kg/hm2）和分宜县（36.60 kg/hm2）是仅有的2个地膜残留量高于30 kg/hm2的监测县；永丰（24.75 kg/hm2）和信丰县（22.50 kg/hm2）的农田残膜留量远大于15 kg/hm2，其农膜污染程度较重。在所有监测县（市、区）中，乐安市的地膜残留量最低，仅为1.20 kg/hm2。绝大部分监测县的农田残膜量小于15.00 kg/hm2，说明江西全省地膜残留量总体较低，农膜污染程度基本可控。

图3 江西省各监测县（市、区）的农田地膜平均残留量

2.3 不同覆膜年限农田的地膜残留量

根据覆膜年限(用变量X表示)对66个监测点进行了分类统计，其中覆膜年限X≤5 a的监测点有30个（上高县第3号监测点的覆膜年限为0 a）；5 a＜X≤10 a的监测点有18个；10 a＜X≤15 a的监测点有11个；X＞20 a的监测点有7个；没有发现15 a＜X≤20 a的监测点。

从图4可以看出，覆膜年限X≤5 a、5 a＜X≤ 10 a、10 a＜X≤15 a和X＞20 a的监测点的平均残膜留量分别为9.64、15.37、12.28和15.39 kg/hm2，说明随着覆膜年限的增加，土壤中农膜残留量呈现逐渐增长的趋势。

图4 不同覆膜年限监测点农膜残留量

在覆膜年限小于5 a的监测点中，永丰县第1监测点的残膜量明显偏离（54.75 kg/hm2），该监测点种植的作物为蔬菜，主要种植模式为辣椒和豇豆轮作；在覆膜年限为5～10 a的监测点中，分宜县第1号监测点和玉山县第1号监测点的地膜残留量显著高于其他监测点的，分别达到了83.85和71.25 kg/hm2，这2个监测点分别种植了大棚西瓜和辣椒。上述个别监测点的残膜留量较高可能与蔬菜种植区复种指数较高、农事间隔时间短而导致残膜回收不彻底有关。

2.4 不同覆膜作物类型田间的地膜残留量

依据覆膜作物的差异，对66个监测点的作物类型进行分类，共分为蔬菜、瓜果、水果、烟叶、油料和菇类六大类，分别计算不同作物类型田间的地膜残留量，结果如图5所示。针对不同的轮作制度，若轮作模式中只有1季覆膜，则以覆膜季作物作为分类依据；若多季覆膜，则以覆膜量较多的作物类型作为分类依据。例如：西瓜种植过程中用膜量较大，因此对于西瓜—蔬菜轮作的耕地，归并到瓜果类种植地进行农膜残留量分析；对于蔬菜—水稻轮作耕地，由于水稻季用膜量较少，因此将其归类到蔬菜种植地进行农膜残留量分析。

图5 不同作物类型田间的平均地膜残留量

在所有监测点中，蔬菜、瓜果、水果、烟叶、油料以及菇类的种植点分别有23、19、15、4、4和1个，其平均地膜残留量分别为15.46、10.47、11.70、13.02、10.35和5.58 kg/hm2。对不同种植作物类型监测点的农膜残留量进行分析，发现在蔬菜、瓜果、水果、烟叶和油料田间残膜留量并不具有显著差异。因为菇类监测点仅有1个，所以该种植模式的农田地膜残留量暂不具有参考价值。

2.5 不同种植作物类型农田地膜的年均残留率

依据监测点信息表，统计了不同种植作物类型下农膜的年平均用量和平均覆膜年限，并对66个监测点的年均地膜残留量和残留率进行了计算，结果见表2。

表2 不同种植作物类型下农膜的年均残留量和年残留率

从表2可以看出：在不同种植作物类型中，以蔬菜种植模式下的农膜年残留量最大，达3.12 kg/(hm2·a)，这与蔬菜种植地复种指数较高、用膜量较大有一定关系；而油料作物田间的年残膜量最低，说明种植作物类型对年残膜量有明显的影响。在涉及的23个蔬菜类作物监测点中，多为露地种植蔬菜，由于受紫外线等因素的影响，地膜破损率高［12］，捡拾难度大，导致年均地膜残留量最高；由于蔬菜类作物田间的农膜使用量较大，所以其年均残留率也较高，达3.37%。监测的4个烟叶种植点均实行烟—稻轮作，所产生的地膜残留均为烟叶种植残留的，虽然在烟叶种植过程中，年均用膜量较低［58.50 kg/(hm2·a)］，但由于在烟叶种植后，农户往往不会仔细地揭除地膜，甚至为了抢抓水稻种植农事，直接将地膜进行翻耕破碎，导致在所有种植制度中，烟叶监测点的农田地膜的残留率最高，达到了3.57%。在其他种植制度中，除菇类种植监测点外，农膜的年均残留率为1.19%～2.02%，这与农户管理较为精细有一定关系。菇类（竹荪）监测点的残膜揭除比较彻底，年残留率最低，仅为0.83%。

3 讨论

3.1 农膜残留量的影响因素

农田土壤残膜量与农户对农膜的回收积极性直接相关。赵连杰等［13］认为，人际公平感知度与农民科学回收处理废旧农膜的积极性直接相关。李波等［14］的研究结果表明，文化程度、互联网普及率对农户回收处理农膜的意愿有正向影响。夏更寿等［15］对江西省596户农户的农膜回收意愿进行了调查，认为人均播种面积对农户的废旧农膜回收意愿有显著的负向影响。农膜残留量同样受到农膜质量的影响，非标准农膜（厚度＜0.01 mm）由于其易风化、捡拾难度大，其回收率明显低于国家标准［16］（厚度≥0.01 mm）的农膜产品的回收率。

对22个监测点的农膜残留量按县（市、区）进行统计和相关分析，结果显示各县（市、区）的农膜残留量与单一农业人口的粮食产量［11］呈正相关（R2=0.3169），这是因为单一农业人口的粮食产量越高，代表着农业生产水平越高，农膜作为一种主要的农业生产资料的使用量越高，农膜残留的风险就越大。调查发现，与棚膜有健全的回收渠道不同，地膜往往掺杂有土粒、秸秆等杂质，导致江西省内的地膜经由人工捡拾后往往通过生活垃圾渠道处置，大大影响了农户的捡拾积极性，直接增加了农膜残留的风险。随着农业生产水平的提高，农膜残留量呈现增加的趋势。

3.2 江西省农膜残留现状分析

普通聚乙烯(PE)地膜由于化学性质稳定，在土壤中很难分解，因此长时间使用必然会造成土壤中的残膜累积，从而对土壤结构、肥水运输、作物生长等产生极为不利的影响［17-19］。为了减轻地膜残留对土壤和农作物的危害，国家和地区出台了大量的政策和措施，包括制定《国家地膜强制标准》（GB 13735—2017）、制定农用薄膜管理办法［20］等，要求各地“要采取措施，鼓励、支持单位和个人回收农用薄膜”。

根据对我国不同地域农膜残留量的调查结果，新疆棉田的农膜残留量在42～540 kg/hm2，平均残留量在200 kg/hm2以上［21-22］；西北黄土旱塬区的农膜残留量约为100 kg/hm2；华北棉花、蔬菜种植区的农膜残留量多在50 kg/hm2以下［23］；张掖绿洲区的农膜残留量约为25 kg/hm2［24］。很显然，农田地膜的残留量同时受到农膜使用量和覆膜年限的影响。马彦等［25］对甘肃省农膜残留状况的调查结果显示，甘肃省田间农膜的年残留量为4.64 kg/(hm2·a)，且覆膜年限在1～10、10～20、20～30 a的田间农膜残留量分别为27.62、30.78、42.26 kg/hm2，表明残留农膜的逐年累加效应十分明显。本研究发现，江西省66个监测点农膜的平均年残留量为1.82 kg/(hm2·a)，平均残留率为2.13%，处于相对较低的水平。

4 小结

覆膜年限对农田地膜残留量的影响要大于种植制度的影响。覆膜年限X≤5 a、5 a＜X≤10 a、10 a＜X≤15 a和X＞20 a的监测点的农膜平均残留量分别为9.64、15.37、12.28和15.39 kg/hm2，说明随着覆膜年限的增加，土壤中农膜残留量呈现逐渐增长的趋势。在不同种植制度下，蔬菜、瓜果、水果、烟叶、油料以及菇类监测点的农田残膜量为10.35～15.47 kg/hm2，不同作物农田的残膜量并没有表现出显著差异。

在所有种植制度中，蔬菜监测点的农膜年残留量最高；烟叶（3.57%）和蔬菜（3.37%）田间农膜的年残留率均大于3.0%。

在66个监测点中，43个监测点（占所有监测点的65.2%）的年地膜残留量在1.50 kg/（hm2·a）以下，33个监测点（占比50.00%）的年地膜残留率低于1.0%，显示江西省耕地农膜污染总体水平较低，污染程度总体可控。但在部分蔬菜种植区，由于人工揭膜不够彻底，年残留率高达26.1%，仍然存在较高的残膜污染隐患。