高强度地膜在农业面源污染防控的减量增效作用探析

曹艳春

(广东星联科技农膜有限公司，广东 佛山 528251)

地膜覆盖使作物产量提高30%以上，用水效率提高30%左右，在保障我国粮食安全和促进农民收入增长方面发挥着不可替代的作用。同时，由于地膜本身的强度和耐老化性较差，作物收割后的机械强度较差，地膜破损严重，可回收性较差，造成严重污染[2]。因此，提高地膜的性能并提高其可回收性是预防和控制地膜残余污染的重要措施。为测试高强度地膜使用的有效性，试图通过试验分析解决问题：通过高强度地膜在新疆棉花生产中的应用效果，阐明高强度地膜在防控地膜白色污染方面的可行性；在高强度地膜覆盖条件下，不同播期对棉花生长发育的影响，以及生产过程中强度的变化，将进一步优化新疆高强度地膜的规模化应用模式；从地膜残留污染的角度，研究高强度地膜的使用后地膜回收试验，探索新疆棉花覆膜种植可以机械或人工回收的地膜强度阈值。

1 试验设计和处理

1.1 试验地点和棉花品种

1.1.1 试验地点

选取新疆喀什Y县5乡14村和1乡作为试验点。Y县位于新疆西南部，喀什地区东部、塔克拉玛干沙漠西南边缘，属于叶尔羌河和提孜那甫河冲积平原，典型的干旱大陆性气候，是我国重要的优质棉产区。

1.1.2 试验用棉花品种

棉花品种“新陆中66”。

1.2 试验地膜产品

试验地膜产品为2021年新研制的高强度地膜产品GBT101，以及1种传统地膜(CK)，具体信息如表1所示。

表1 2021年Y县高强度地膜产品信息

1.3 设计和田间管理

1.3.1 田间水肥管理

1.3.1.1 基肥

春季棉田整地时，一次性施用二胺35kg·667m-2、尿素9.1kg·667m-2、钾肥15.3kg·667m-2。

1.3.1.2 追肥和滴灌

整个生长期采用地膜下滴灌提供水分。共进行8次滴水，每次滴水的范围为30～50m3·667m-2。供水于9月初停止；二胺作为基肥在犁地前一次性施用，遵循轻、中、轻施肥的原则。分别施用尿素和冲洗施肥，用量26.5kg·667m-2和26.7kg·667m-2。

1.3.2 播期及高强度地膜对棉花生产的影响

共设2个播期，分别在3月24日、3月29日。3月24日棉花播期，GBT101覆盖1.67×104m2，传统地膜覆盖6.67×103m2；2021年3月29日棉花播期，GBT101覆盖1.67×104m2，传统地膜覆盖6.67×103m2。考虑到机械作业方便，各处理在田间采取顺序排列方式。同时需要说明的是，2个不同播期的田块不属于1个田块，由于存在地力差异，播期对棉花生长发育影响有不确定因素。

2 观测指标及测定方法

2.1 物理机械性能测试

根据GB 13735-2017标准的要求，对评价的地膜进行物理性能测试，具体指标包括拉伸强度、直角撕裂强度、断裂标称应变、抗穿刺强度等。测试周期为60d，共进行4次测试，包括覆盖前、覆盖后60d、覆盖后120d、覆盖后180d。取样要求，每次抽取1m长的样品，贴上清晰的标签，将其装袋实验室进行处理。

2.2 地膜回收率测试

计划用2款不同地膜回收作业机械进行地膜回收测试。

新疆某科学院研制4JSM-1800A1(2.1A)型棉秆还田及残膜回收联合作业机。该机械具有秸秆粉碎后抛送还田、松土、挑膜、脱膜和集膜等功能，同时实现膜秆分离与膜土分离，当年地膜回收率能够达到85%以上。具体如表2所示。

表2 4JSM-1800A1型棉秆还田及残膜回收机作业参数

新疆某公司研制的4JMS-2.0残地膜回收与秸秆粉碎还田联合作业一体机，主要用于秸秆粉碎与残膜回收，该机一次完成秸秆的粉碎、输送、还田和松土、捡膜、输送、集堆等功能，作业效率高，性能稳定。本机适用于地表相对平整，土壤湿度合适，无杂物的工作环境；适应的地膜厚度为0.008～0.014mm。具体如表3所示。

表3 4JMS-2.0残地膜回收与秸秆粉碎还田作业参数

在地膜回收后，在所选地膜种类的种植垄，选择3～5个点，每点1幅膜，长度5m，进行当年残留地膜样品的收集，测定其面积，计算地膜残留率。

残留率(%)=(1延米种植垄的残膜面积/5×2.05)×100

本次试验，收残膜前滴灌带已采用卷筒式机械收取；残膜回收机使用的是新疆某科学院农机所2021款残膜回收机，回收时间为11月6日，11月10日进行当年的残留地膜调查。

3 主要研究结果

3.1 高强度地膜的物理机械性能及功能特点[3]

地膜的物理力学性能是影响地膜可回收性的主要因素，在Y测试点每隔30d连续测量1次高强度地膜和常规地膜的物理力学性能。如表4所示，高强度地膜和厚度为10μm的传统地膜在物理和机械性能方面存在差异。经过180d的田间覆盖，高强度地膜在纵横向的最大拉伸负荷分别保持在2.5N和1.0N，断裂时的标称应变保持在250%和150%，显著高于传统地膜的相关值。

表4 Y县高强度地膜2021款GBT101物理机械性能

3.2 棉花产量相关分析

3.2.1 不同播期高强度地膜对棉花苗情的影响

棉花的播期对棉花生育进程和产量都有重要的影响和作用，低温是新疆棉区棉花播种的主要限制因素如表5所示，2个播期均是高强度地膜出苗和保苗好，分别较常规膜高6%和4%。

表5 2021年不同播期高强度地膜覆盖棉花苗情调查表

3.2.2 不同播期高强度地膜对棉花生育进程的影响

棉花生育期进程受到很多因素的影响，尤其是温度，有效增加积温对棉花至关重要，不同播期棉花生育期的监测结果如表6所示，高强度地膜棉花较常规膜棉花生育进程提早2～4d，以开花期最明显，早播对棉花生育期的影响比晚播要明显。

表6 2021年不同播期高强度地膜覆盖下棉花生育期时间点

定期对棉花农艺性状和生长发育参数的调查结果如表7所示，高强度地膜棉花较常规膜棉花生长发育快，单株叶片数多0.1～0.5个，株高高0.2～9cm，果枝数多0.6～1.1个。

表7 2021年不同播期高强度地膜覆盖棉花主要生长变化

高强度地膜覆盖棉花根系调查结果如表8所示，在2个播期中，高强度地膜覆盖棉花较常规膜棉花的侧根数量多，至播后50d达峰值，2个播期分别高出1.8条/株、1.1条/株。

表8 2021年不同播期高强度地膜覆盖棉花侧根数量

3.2.3 高强度地膜对棉田杂草的影响

在棉花的整个生长期，对覆盖高强度地膜的棉田杂草进行调查。如图1所示，6次中，在高强度地膜中只发现1次有草，棉田有稗草0.5株·m-2；而常规膜中出现3次杂草，棉田有稗草2.76株·m-2；不考虑人工管理的差异，高强度地膜的除草效果比传统地膜高81%。

注：杂草主要为稗草，故本表中均指稗草。

3.2.4 不同播期高强度地膜对棉花产量的影响[4]

数据显示，早播时高强度地膜的效果更明显，主要是由于早期低温，高强度地膜相比传统地膜具有更好的增温效果。从棉花产量分析，在2个不同的播种期，覆盖高强度地膜的棉花产量分别比传统地膜增产10.4%和6.5%。

3.3 高强度地膜回收作业特点及影响因素[5]

3.3.1 高强度地膜回收时主要物理参数

由表4可知，棉花收获后，高强度地膜的最大拉伸负荷和断裂标称应变仍保持较高水平，高于国家标准GB 13735-2017中地膜物理机械性能的初始值，并且纵横向最大拉伸负荷和断裂标称应变在2.5/1.0和250%/150%高于标准。根据国家标准GB 13735-2017中一类耐候地膜的标准，断裂标称应变保持率应在50%以上，高强度地膜的数值高于标准的要求，回收残留率大幅度降低。

3.3.2 高强度地膜回收的基本特点和影响因素

采用卷收式棉秆还田和残膜回收组合机测定GBT101高强度地膜和传统地膜的回收率。结果表明，在相同的田间条件下，地膜的回收率存在显著差异，尤其是边缘地膜。播种过程中压实土壤和机械回收，边缘地膜被撕裂并留在土壤中。边缘地膜的残留面积通常是高强度地膜GBT101的3～4倍。在垄面上，传统地膜的残留量大于高强度地膜GBT101，导致高强度地膜GBT101与传统地膜回收率存在显著差异，分别为92.0%和72.6%。这充分反映棉花收获后地膜的强度是影响地膜回收率的重要因素，尤其是在地膜回收的压土部分。

如图2所示，卷收式和耙式回收机的地膜回收率仍有一定差异。在平坦田地和熟练机器工的条件下，卷收式棉杆还田和残膜回收组合机的回收率高于耙式回收和秸秆粉碎还田组合机。但如果土地不平，卷收式回收操作比耙式操作更差，反映出耙式作业机械具有更好的适应性。

4 主要结论与建议

4.1 高强度地膜用后仍具较高强度，可回收性高

高强度地膜GBT101覆盖6个月后，地膜表面保持几乎完整的状态，具有良好的韧性强度，提高地膜的可回收性。在当前新疆棉花生产形势下，无论是人工回收还是机械回收，高强度地膜都有利于提高作业效率。机械回收作业效率达到6.67×103m2·d-1，回收率达到92%。此外，回收的地膜杂质含量低，具有很高再利用价值。如果采用人工回收，高强度地膜回收作业面积可达5.34×103m2/人·d-1，地膜回收率可达95%以上，杂质含量可降至65%左右。与传统的地膜回收相比，效率可提高约30%，杂质含量可降低约15%。

4.2 高强度地膜有利于棉花生长和产量提高

数据显示，播种30d后，高强度地膜棉田5cm土壤温度达到21.0℃，比传统地膜高0.9℃，比裸地高3.3℃。从播种到6月中旬，高强度地膜的增温效果始终优于传统地膜，6月中旬后差异不显著。同时，对地膜透湿性的测量结果也表明，高强度地膜可以显著减少水分损失，具有良好的增温保墒效果。在其他条件一致的情况下，高强度地膜覆盖棉花的出苗率显著高于裸地和传统地膜。高强度地膜覆盖对棉花产量性状的主要影响从花和铃的数量来看，与传统地膜覆盖相比，高强度地膜覆盖棉铃增加0.2～0.5个/株，产量增加6.5%～10.4%。

4.3 进一步扩大高强度地膜应用范围

在过去的40多年，尽管中国的地膜应用领域广泛，但地膜回收问题一直比较棘手。针对高强度地膜的高强度、高耐候性和阻隔性，建议进一步明确我国西北地区和作物对地膜功能性的要求，对经济效益、回收利用和处理方法进行综合评价，并进一步明确高强度地膜的应用领域和作物，为解决我国地膜绿色应用和残留污染防治问题提供新途径。