内蒙古农田地膜残留污染成因分析及对策建议

王永宁 张雷 傅建伟 刘宏金 郭晓宇 王跃飞

摘    要：通過调查监测内蒙古不同区域地膜的使用情况及残留现状，为不同区域地膜合理使用和残膜有效回收提供参考。2021年春季对内蒙古10个旗县的30个监测点开展典型地块采样调查，同时在每个监测点周围随机选取10个农户或合作社，开展农田地膜应用问卷调查，收集调查问卷300份。监测点中翁牛特旗、喀喇沁旗、开鲁县地膜残留量分别达到311.9，288.6，245.3 kg·hm-2，残留量较高。监测的残膜碎片中，≤4 cm2的占68.9%，4～25 cm2的占26.26%，≥25 cm2的占4.84%。残膜监测地块与住处间距离关系为，当距离≤1 km平均残留量为103.2 kg·hm-2，距离为1～2 km平均残留量为120.8 kg·hm-2，距离≥2 km平均残留量为153.9 kg·hm-2。用0.008 mm厚度的地膜，平均残留量为163.7 kg·hm-2，用0.01 mm厚度的地膜，平均残留量达到117.9 kg·hm-2。地膜使用量大、覆膜年限长、地块与住处间距离远、使用薄地膜是残留量高的主要原因。三分之二以上的残膜以≤4 cm2面积存在。随残膜量增加土壤微团聚体增多，稳定性降低，0～10 cm土层土壤容重增加、孔隙度减小、含水率减小，10～30 cm土层土壤容重增加、土壤孔隙度减小、土壤含水率增加。

关键词：农田地膜;地膜残留;对策建议

中图分类号：X53          文献标识码：A         DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2022.03.015

Cause Analysis and Countermeasure Suggestion of Farmland Mulch Film Residual Pollution in Inner Mongolia

WANG Yongning， ZHANG Lei， FU Jianwei， LIU Hongjin， GUO Xiaoyu，WANG Yuefei

（Inner Mongolia Center of Agricultural and Animal Husbandry Ecology and Resource Protection，Hohhot， Inner Mongolia 010021，China）

Abstract： By investigating and monitoring the use and residual status of mulching film in different regions of Inner Mongolia， the paper provides reference for rational use of mulching film and effective recovery of residual film in different regions.In the spring of 2021， 30 monitoring sites in 10 banner counties will be sampled for typical plots. Meanwhile， 10 farmers or cooperatives will be randomly selected around each monitoring site to conduct a questionnaire survey on the application of farmland mulching film， and 300 questionnaires will be collected.Among the monitoring sites， the mulching film residues in Wengniute Banner， Karqin Banner and Kailu County were 311.9， 288.6 and 245.3 kg·hm-2， respectively. Among the monitored residual film fragments， 68.9% were ≤4 cm2， 26.26% were 4～25 cm2， and 4.84% were ≥25 cm2. The distance relationship between the residue film monitoring plot and residence is： when the distance is less than 1 km， the average residual amount is 103.2 kg·hm-2， 120.8 kg·hm-2 and 153.9 kg·hm-2. The average residue was 163.7 kg·hm-2 with the thickness of 0.008 mm， and 117.9 kg·hm-2 with the thickness of 0.01 mm.The main reasons for the high residual amount are the large amount of mulching film， the long time of mulching film， the distance between land and residence， and the use of thin mulching film. More than two thirds of residual films exist in an area ≤4 cm2. With the increase of residual film amount， soil microaggregates increased and soil stability decreased. Soil bulk density increased， porosity decreased and water content decreased in 0～10 cm soil layer， while soil bulk density increased， soil porosity decreased and soil water content increased in 10～30 cm soil layer.

Key words： farmland mulch; membrane residues; countermeasures and suggestions

地膜作为四大农资产品之一，深刻改变了我区农业生产方式和扩大了作物种植区域[1-2]。地膜覆盖技术可以增温保墒、抑制杂草，使蔬菜、玉米、水稻、小麦等农作物大幅度增产增收[3]。普通地膜是以聚乙烯為原料的化工产品，在自然条件下很难降解[4-6]。随着地膜投入量的不断增加、地膜覆盖面积的增大以及大量不符合国家标准的超薄地膜的使用（回收困难）和覆膜年限的增加，我区农田土壤中地膜残留量越来越多。尤其在我区巴彦淖尔、乌兰察布、赤峰等覆膜量较大的地区，大量农田残膜对当地土壤环境及农业生产带来了较为严重的影响，导致土壤结构变差、农事操作受阻、作物发芽率低、农村景观变差、河流污染等一系列农艺和环境问题[7-11]。本文通过对2021年全区布设的地膜残留监测点数据进行统计，从监测点基本情况、地膜残留量、影响残膜的主要因素、对策建议等几个方面进行分析。旨在为地膜覆盖技术合理应用和残膜污染防控提供科学依据[12]，持续推动农牧业绿色发展。

1 材料和方法

1.1 地膜残留监测点位

2021年内蒙古自治区共布设30个地膜残留监测点，共涉及10个旗县，每旗县3个监测点。分别是：呼伦贝尔市扎兰屯市，兴安盟扎赉特旗，通辽市开鲁县，赤峰市喀喇沁旗、翁牛特旗，乌兰察布市化德县、凉城县，鄂尔多斯市达拉特旗，巴彦淖尔市临河区、杭锦后旗。覆盖东北半湿润平原区、北方高原山地区、西北干旱半干旱平原区三大区域。

1.2 地膜残留调查方法

1.2.1 点位布设    选择主要覆膜区域、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。采样点符合土壤残膜污染背景值研究的要求。在覆膜作物、地膜投入量、地膜覆盖方式等基本一致的条件下，均匀布点。综合考虑覆膜年限（分为≤5年，5～10年，10～20年，20年以上）、回收方式（人工捡拾、机械回收、人工-机械回收）等因素。选择玉米、马铃薯、花生、小麦、向日葵、青椒、大白菜、高粱、谷子等作物。每个采样点每次取5个样方，每个样方距离为15 m左右。根据地块面积大小和形状，选用“对角线”、“梅花点”和“蛇形线”采样法。2021年4月～5月进行采样。

1.2.2 室外样品采集 确定的采样点，用GPS定位并作记录。用铁签作为四角支撑点，用粗线连接成一个1 m×1 m的正方形。向外扩展约10 cm，沿着四边挖沟，深度约40 cm，初步形成一个1.1 m×1.1 m大小的采样样方，里外间隔10 cm，深度40 cm。削去样方外多余的土壤，使之形成大小为1 m×1 m的正方形样方。用直尺从地表测量标记，0～30 cm取样。将土层样品放在帆布上，用10目筛子筛去土壤，捡出残留地膜，放入塑料自封袋，在自封袋内外放置样品标签。

1.2.3 室内样品处理 展开每个卷曲的地膜，去除附着在地膜样品上的泥土;将样品放入水中浸泡1 h左右，清除地膜上的泥土和其它杂质;使用不具有腐蚀性的洗涤剂清洗2次，使用微波清洗器进行进一步的清洗;用滤纸吸干残留地膜样品水分，阴凉干燥处自然晾干，期间定期称重，直至恒重，用万分之一天平称量总重量。

1.3 地膜应用调查方法

针对每一个监测点，在其周围随机选取10个农户或合作社，开展农田地膜应用问卷调查，掌握2021年该农户或合作社的基本信息、地膜使用与残膜回收情况、残膜回收成本、回收处理等方面的数据资料，共收集调查问卷300份。

1.4 数据处理

数据采用Excel2010进行计算分析及图表制作。

2 结果与分析

2.1 地膜残留情况

由图1可以看出，扎兰屯市、达拉特旗、化德县不同监测点间数据区分不大，一致性较高，残留量分别在83.8～102.3 kg·hm-2，91.8～102.3 kg·hm-2，34.9～42.7 kg·hm-2之间，属较低水平，以上三旗县数据误差较小，比较稳定，同时地膜残留量较小，说明以上地区农膜使用量较小或农膜回收模式较为成熟，对农业生产和生态环境影响较小，应在以后农业生产中继续保持。残留量排名前3位的监测点分别为：翁牛特旗2、喀喇沁旗1、开鲁县3，残留量分别为311.9，288.6，245.3 kg·hm-2，平均残留量排名前3位的旗县分别为翁牛特旗、喀喇沁旗、开鲁县，说明不论最值还是平均值，上述3旗县地膜残留量整体水平均较高，且多集中在东部地区，这与地膜使用量是相吻合的。说明以上地区农膜使用量较大或农膜回收模式欠成熟，可能对农业生产和生态环境产生影响，应在以后农业生产中加强治理，减少用膜。

内蒙古自治区监测点2020年、2021年的残膜情况如图2，可以看出两年间残膜量呈显著正相关，即2020年残膜量高的地区2021年残膜量也高，77.8%的监测点2021年残留量高于2020年，22.2%的监测点2021年残留量持平或略低于2020年。说明持续覆膜种植或回收不及时将继续增加残膜量，最终影响作物产量和环境质量。对比图1和图2，开鲁县2020年未进行残膜监测，2020年残留量排名前3位的为：翁牛特旗、喀喇沁旗、凉城县，残留量分别为294.5，277.8，239.6 kg·hm-2与2021年农膜残留量情况基本一致，说明两年间残留量监测数据一致性较高，误差较小。

由图3可知，将残膜面积分为≤4 cm2、4～25 cm2、≥25 cm2三类，可以发现≤4 cm2的残膜占比最多，约占68.9%，其次为4～25 cm2，约占26.26%，≥25 cm2的残膜在农田中残留最少，约占4.84%。地膜主要是以聚乙烯为原料的化学产品，主要原因可能为长时间暴晒、风化情况下加速地膜老化，农作物播种、收获、田间管理期间机械或人为因素加快地膜破碎。地膜多以较小片状存在于土壤中，将会改变土壤团粒结构，影响作物产量，增加回收的成本和难度。

2.2 影响残膜量成因分析

2.2.1 监测地块与住处间距离对残膜量影响 将残膜监测地块与住处间距离分为≤1 km，1～2 km，≥2 km三类。数据表明，当距离≤1 km平均残留量为103.2 kg·hm-2，距离为1～2 km平均残留量为120.8 kg·hm-2，距离≥2 km平均残留量为153.9 kg·hm-2。其中喀喇沁旗平均距离为2.7 km、翁牛特旗平均距離为2.27 km、凉城县平均距离为2 km，较平均距离分别多1.04，0.61，0.34 km，分别增长61.7%，35.9%，19.8%。总体来看残膜量和地块与住处间的距离成正相关关系，说明地块与住处间距离越远，残膜量越大。可能由于距离增加，加大了运输成本和时间，影响农民回收的积极性。

2.2.2 覆膜年限与残膜量的关系 由图4可以看出，随着覆膜年限的增加，残膜量也随之增加，覆膜年限≤10年时，平均残膜量为83.2 kg·hm-2;覆膜年限10～20年时，平均残膜量为104.5 kg·hm-2;覆膜年限20～30年时，平均残膜量为170.1 kg·hm-2，达到最高;覆膜年限≥30年时，平均残膜量为147.9 kg·hm-2，略有回落。总体来看，残膜量与覆膜年限呈正相关关系。说明地膜的累积量逐年还在增加，覆膜年限≥30年略有降低，可能原因为地膜长期受到土壤影响，破碎为更加细小为微塑料，通过过筛的方法不能将这部分残膜收集。

2.2.3地膜厚度与残膜量的关系 调查发现，覆盖地膜越厚，当年残留的地膜越少。由图5可知，根据30个农田残膜监测点，用0.008 mm厚度的地膜，平均残留量达到163.7 kg·hm-2，用0.01 mm厚度的地膜，平均残留量达到117.9 kg·hm-2，0.008 mm厚度地膜较0.01 mm厚度地膜每公顷增加了45.8 kg。地膜厚度与残膜量存在负相关关系，即地膜越厚农田残膜量越少。整体来看，虽然用0.01 mm厚地膜单位面积使用的地膜量加大了，但由于0.01 mm地膜更加便于回收，反而有效降低了农田残膜量。根据监测，80%的监测点使用了0.01 mm厚的地膜，也说明更多地区意识到厚地膜残留量更小、对农田污染更小。

2.3 农田残膜对土壤物理性状探究

为深入探究残膜对土壤的影响，在全区布设的30个监测点中选取了9个具有典型代表性的地区进行了土壤分析，具体见表2。

2.3.1 残膜与土壤容重、孔隙度、含水率关系 分别对0～10 cm，10～20 cm，20～30 cm深度土层的土壤容重、土壤孔隙度、土壤含水率进行测定，分析残膜对土壤性状的影响。如表3、表4、表5所示，随着残膜量的增加，0～10 cm土层土壤容重增加、孔隙度减小、含水率减小;10～20 cm土层土壤容重增加、土壤孔隙度减小、土壤含水率增加;20～30 cm土层土壤容重增加、土壤孔隙度减小、土壤含水率增加，结果与10～20 cm土层相同。由表3可以看出，0～10 cm土层土壤，容重与孔隙度存在极显著相关性，容重与含水率、孔隙度与含水率存在显著相关性，由表4、5可以看出，10～20 cm，20～30 cm土层土壤，容重与孔隙度存在显著相关性。

2.3.2 残膜与土壤微团聚体关系 微团聚体（<0.25 mm）是土壤结构的颗粒单位，能够有效反映出土壤的团聚性，<0.25 mm团聚体越少，说明土壤结构稳定性越大。分析9个地区0～30 cm土层土壤团聚体粒径，发现0～10 cm，10～20 cm，20～30 cm三土层土壤均存在残膜量与土壤微团聚体间存在一定关系。由图6可以看出，翁牛特旗3个监测点微团聚体占比分别为41.8%，42.6%，49.3%，平均占比为44.6%，在9个旗县中占比仅次于达拉特旗，同时喀喇沁旗残膜量也较高，两者相一致。扎赉特旗3个监测点微团聚体占比分别为7.3%，10.7%，14.6%，平均占比为10.9%，在9个旗县中占比最低，同时扎赉特旗残膜量也较低，两者相一致。总体分析9个地区发现，残膜量与土壤团聚体呈正相关系，即残膜量多的农田，其土壤微团聚体也较多，土壤结构稳定性较小。主要原因可能为残膜碎片隔断了土壤内部结构，影响了微生物群落间或微生物与植物根系间相互作用，导致如细菌产生的多聚物不能吸附土壤颗粒;吸附在土壤颗粒表面的真菌丝不能胶结土壤颗粒，最终导致使土壤团聚体变得不稳定。

3 结论与讨论

3.1 影响残膜量因素分析

就监测结果看，内蒙古自治区2021年地膜残留量较高的地区主要为翁牛特旗、喀喇沁旗、开鲁县，这些地区大多常年覆膜且覆膜量较大，与2020年数据进行对比发现残膜量趋势基本一致，且≤4 cm2不易回收的残膜碎片占比超过三分之二。说明覆膜量大、覆膜年限长、地膜厚度不达标是影响农田地膜难回收，最终导致残膜量大的主要原因。

3.2 残膜对土壤性质影响分析

笔者发现0～10 cm土层土壤容重增加、孔隙度减小、含水率减小的研究结果，与赵素荣等[13]探究发现的当地膜残留量达到225 kg·hm-2，土壤容重增加18.2%，土壤孔隙度降低13.8%，土壤含水量降低11.7%是相一致的。残膜量多的农田，将增加土壤微团聚体，从而降低土壤结构稳定性。同时残膜长期在农田中将会改变土壤的物理结构，降低土壤耕作层的渗水性，影响水分运移，降低土壤含水量和透气性，进而导致土壤肥力下降、土壤次生盐碱化等问题，最终造成土壤耕地质量下降。

4 对策与建议

加强地膜使用控制，开展地膜适宜性覆盖评价，以地区和作物划分出地膜覆盖技术应用区域，鼓励地膜覆盖替代技术和产品的研发与示范推广，引导适宜地区不覆膜或少覆膜。改进农艺措施，适宜地区推广无膜浅埋滴灌、地膜二次利用、一膜两年使用技术等地膜减量技术。加大符合国家标准的全生物降解地膜示范推广力度，对全生物降解地膜的使用者给予一定补贴。加大对地膜回收捡拾机具的研发投资力度，研制适合不同地域特点、土质特点和作物特点的废旧地膜回收机械，实现高效率专业化回收拾捡。加强横向交流，在借鉴国外先进回收技术成果、引进先进回收机具的基础上，通过逐步改造和创新，制造出适合我国国情的实用机具[14-15]。

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