蔬菜地农用地膜残留及影响因素分析

徐秋月，董林林，周天美，陆静，周新伟，施林林，郁耀闯，陆长婴

（1苏州市农业科学院，江苏苏州 215000；2宝鸡文理学院，陕西宝鸡 721013；3太仓市农业技术推广中心，江苏太仓 215400；4太仓市农业农村局，江苏太仓 215400）

0 引言

农用地膜被广泛用于农业生产，对播种期增温保墒和农作物增产增收效果良好[1-3]。自20世纪70年代引入地膜覆盖技术后，农用地膜覆盖栽培技术使作物的产量与效益得到了大幅提升[4-5]。因此，农膜覆盖栽培技术在农业丰产增效与高质量发展中发挥着重要作用。随着农用地膜使用范围不断扩大，农田地膜使用及残留量持续增加[6]。虽然，农膜的种类不断更新、生产技术不断成熟，但其低回收利用率和不易降解性导致大量农膜废弃塑料进入到农田土壤中并长期残留，对土壤和环境产生不可忽视的危害。农膜残留造成的“白色污染”，不仅会影响农业环境，妨碍耕作，破坏土壤结构、降低农田土壤质量，更会影响作物生长发育并进入到作物中形成残留，最终导致农业减产并对食品安全构成威胁，严重影响了绿色农业发展[7-11]。为全面把握新发展阶段的新任务、新要求，坚持贯彻绿色新发展理念，构建绿色新发展格局，减轻“白色污染”危害，农膜的回收利用引起各级政府和广大群众的广泛关注。因此，必须明确当前农膜使用及残留状况，摸清农膜残留影响因素，刻不容缓地治理废旧农膜造成的“白色污染”[12]，保障现代农业的绿色可持续发展。鉴于此，本研究通过实地调研与采样、问卷调查、关键信息人访谈等手段进行数据收集，计算主要蔬菜作物农膜的残留量，并分析其影响因素，揭示太仓市农膜残留及回收问题，综合分析造成当前农膜残留问题的成因并提出相应对策，研究结果对提高农膜回收率、促进农业高效生产、保障粮食安全、促进绿色可持续农业的健康发展具有重要的现实意义，可为减轻地膜残留污染和建立残膜回收再利用机制提供科学依据。

1 研究区域与研究方法

1.1 试验区域

太仓市(31°20′—31°45′N，120°58′—121°20′E)位于江苏省最南部，为江苏省苏州市下辖的县级市。总面积809.93 km2，属于亚热带季风区，春秋冷暖混杂交替，冬冷夏热，四季分明。该市年平均气温15.3℃，年平均降水量1017 mm。其农业地膜覆盖技术主要用在蔬菜作物上，集中分布在全市的6个乡镇，分别为城厢镇、双凤镇、沙溪镇、浮桥镇、浏河镇和璜泾镇。在前期调查的基础上，综合考虑土壤属性、耕作方式、作物品种与布局、农艺技术、种植制度等各种因素，选定了15个蔬菜地农用地膜残留调查点作为研究的对象（表1）。

表1 地膜残留调查点

1.2 研究方法与样品处理

各调研点在蔬菜作物生长期间均为全程覆膜，在作物收获后对地膜实施回收，农膜回收的方法基本一致，均采用耙子搂和人工捡拾。各调研点分别在当季蔬菜作物种植铺设地膜前和作物收获回收地膜后采用随机取样的方法对样品进行采集，前后2 次农膜的采样点均在同一地块。每个调研点以对角线法或梅花点法选取5 个样方采样点，之后在确定的样方点上，以100 cm×100 cm、深度为30 cm作为样方的大小，人工翻挖土壤，仔细清捡土壤中残存的地膜，捡拾残存地膜的标准为肉眼可见即可。将每次采集完的残膜样品带回实验室后进行初步清洗后，将残留样品放微波清洗器中利用超声波清洗10 min，再进行反复洗涤，去除粘附在残膜上的杂物，干净后展开卷曲的残膜放在吸水纸上进行自然晾干，用万分之一天平称量每个样方的残膜样品重量并记录[5,13-14]。

1.3 数据计算与处理

调研点地膜残留量按公式(1)计算[15-16]。

式中：M为监测点地膜残留量，单位：kg/hm2；Xi为采样样方残留地膜，单位：g。

数据的处理与分析采用Microsoft Excel 2003软件以及Origin 2018软件进行数据统计分析和绘图。

2 结果与讨论

2.1 地膜残留量限值标准

按GB/T 25413 标准中农田地膜残留量限值为阈值，确定地膜残留污染程度，划分为5 个级别，具体如表2所示。

2.2 不同区域的地膜污染状况

太仓市2021 年各调研点地膜残留量统计结果见图1，经对全市不同区域地膜污染状况的调查统计，地膜残留处于0～25 kg/hm2的调查点有12 个，占80%，属于低污染区域，25～50 kg/hm2的调查点有3个，占20%，属于中污染区域。2021 年作物种植前地膜在土壤中的残留总量平均值为9.81 kg/hm2，种植后为9.55 kg/hm2，总体上属于低污染区，且农膜残留呈减少趋势。在检测的15个样点中，有9个样点的农膜残留量降低了，占总调查样点数的60%，但降幅并不大，其中有1个样点的农膜残留减少量超过了10 kg/hm2，减少了10.49 kg/hm2；有3个样点的农膜残留增加量在0～5 kg/hm2，占总调查样点数的20%，有3个样点的农膜残留量在5～10 kg/hm2，占总调查样点数的20%。

图1 2021年蔬菜种植前后农膜残留量

2.3 地膜残留量影响因素分析

2.3.1 覆膜年限对农膜残留的影响太仓市各调查点大多为多年覆盖地膜的蔬菜地块，通过对不同调研点覆膜年限的调查，太仓市蔬菜地不同调研点覆盖年限分别为2、3、4、5、6、8、12、15。从表3可以看出，与各调研点种植后地膜残留量与年均地膜残留量相比，除8、11、14 调查点农膜残留量高于年均地膜残留量外，其他调查点均低于年均地膜残留量，其中农膜残留量最高的是种植年限为12年的露地菠菜-地膜花菜轮作调研点11，达到46.19 kg/hm2，而8、14调研点的农膜覆盖时间年限分别为8、5，其农膜残留量分别为34.94、29.55 kg/hm2，但是，本次监测发现，沙溪镇半径村监测点由于本季没有种植作物，所以没有农膜残留。说明地膜覆盖年限越长，地膜残留总量越多，农膜的残留量与覆膜种植年限成正比，这也体现了农膜难降解、易累积的特点，这与其他相关研究结果一致[13,17-19]。因此地膜在土壤中残留的累积效应不容忽视。另外，现行农业地膜主要依据2017年10月实施的新修订的国标《聚乙烯吹塑农用地面覆盖薄膜》(GB13735—2017)进行生产，但是在实际生产和应用的过程中，大部分企业为了追求经济利益、降低成本，农膜生产的厚度普遍要低于国家标准化管理委员会和国家质量监督检验检疫总局规定的农用地膜的最低厚度0.01 mm，从而造成地膜老化程度加快，易破碎、难捡拾，回收越来越难，这也是种植年限5、8年的地膜年均残留量比15年高的原因之一。

2.3.2 蔬菜品种对农膜残留的影响综合分析前茬作物地膜在土壤中累积残留量以及当季作物地膜在土壤中残留量，从表4中可以看出，在太仓市的几种主要蔬菜品种中，沙溪镇半径村由于本季没有种植作物，所以没有农膜残留，大棚地膜辣椒、地膜西葫芦、大棚地膜番茄、地膜花菜、地膜萝卜等蔬菜品种因其生育期较长，体型较大，地膜用量大、覆盖率高，而且地膜覆盖是全程覆盖，直到作物收获后才回收地膜，地膜覆盖时间越长，致使其在土壤中大量残留，另外这些蔬菜品种根系发达，作物根系和分支在生长过程中对地膜的附着力和夹力较大，在揭膜捡拾的过程中拉扯程度较强，造成地膜破损的程度越大，碎化量较多，加大了回收难度，因此遗留在土壤中的残膜量也越多[20]。其他蔬菜的地膜残留量相对较少，差别不大，如金花菜、鸡毛菜、大蒜等这类蔬菜品种根系越浅，生长周期较短，且有的不用膜，地膜在土壤中残留量也相对越少。

表4 蔬菜品种与农膜残留量

2.3.3 农膜回收方式对其残留量的影响从表5 中看出，农膜残留量随农膜回收方式的不同表现出较大的差异。其中，不用膜的处理下，农膜残留量占1.89%，全部回收的情况下，农膜残留量占7.97%，部分回收的处理下，农膜残留量占37.28%，而在不回收的情况下，农膜残留量占52.87%，总体看出，农膜残留量为不回收＞部分回收＞全部回收＞不用膜。因此，在使用农膜提高作物产量的同时，应尽可能全部回收，从而降低农膜的残留量。

表5 农膜回收方式与农膜残留量

2.4 影响农膜残留量的其他因素

2.4.1 农膜质量与可降解属性的差异农膜质量是影响地膜残留量的一个重要因素，农膜使用的厚度越厚，当年农膜的残留量就越少。其主要的原因为农膜厚度越高，伸拉能力较大，在进行揭膜时农膜不易破碎，残膜完整度提高，提高了残膜的回收率。传统农膜和可降解地膜的使用对农田中残留塑料的数量和降解性质的影响程度不同，传统地膜不易降解，在农田中停留的时间更长，主要通过人工捡拾来移除农田，因此，往往收集的是较大块的农膜残留物，对于小块的残膜甚至是微型塑料是无法准确收集的。而可降解地膜在进行土壤耕翻时，可以直接进入到土壤中，或堆在田间地头不用回收，经微生物分解、利用后，最终转化为二氧化碳和水，可明显降低农膜残留量。因此，可降解地膜的使用能够减少清理或回收地膜的成本，是替代传统地膜的必然选择。

2.4.2 种植户回收农膜的积极性不高习惯于传统粗放的经营观念，再加上农业劳动力短缺的影响，种植户对农膜残留回收的积极性不高，因此，大量的农膜不被回收，而是在犁地过程中被翻耕回到农田中，导致大量农膜残留，如太仓市璜泾镇孙桥村调研点，属露地种植，农膜只用不回收，作物收获后，将农膜与作物残茬一起旋入田里，农膜残留量大；另一方面，农户对农膜残留产生的危害认识和重视程度不够，不愿去回收农膜，再加上农膜残留捡拾难度大、回收价格偏低，大大降低了群众捡拾、售卖回收农膜的积极性。另有一些农户在耕种过程中虽能将废旧农膜收集起来，但因回收价格过低，没有兴趣拿去售卖，而是随意的堆积在田间地头，没有达到回收的标准，而且，当遇到大风天气时，随意堆放的农膜将肆意飘散，严重影响环境。

2.4.3 回收机械化程度低经调研发现，太仓市蔬菜地农用地膜残留的回收方式仍以人工捡拾为主。但太仓市地膜机械回收技术还不成熟，应用范围有限，回收作业成本高、效率低。现有残膜回收机械对超薄农膜、破碎化农膜回收难度大，在耕作的过程中，还会出现土壤压实、作物还田等耕种现象，从而使农用地膜与泥土和作物根茎混杂在一起，而残膜回收机械又不能很好地解决地膜与作物残渣和土壤分离难等问题，因此，机械回收效率低。当前，废旧农膜捡拾机器研发制造还缺乏相关的技术标准，并且存在地方特色严重、价格偏高等问题，机械化捡拾废旧农膜的工作难度依然很大。

2.4.4 种植方式的不同经调查发现，不同的种植方式能够明显影响农膜的残留量。本研究中各调查点的种植方式分为不使用农膜、大棚种植以及露天种植3 种方式。不使用农膜的残留量最小，如太仓市沙溪镇半径村本季休耕，没有使用农膜，种植后的农膜残留量为0.00 kg/hm2，大棚农膜蔬菜残留量明显小于露天种植蔬菜，如横泾镇雅鹿村和孙桥村为露天种植，其农膜残留量远远高于大棚种植方式的点位。由于大棚蔬菜属于保护地精细栽培，经济效益明显高于露地覆膜的蔬菜，农户对于大棚蔬菜残留地膜回收相对细致，且大棚种植区多为一季作物使用农膜，大部分能够回收，而且农膜破损较少，更利于回收，因此，农膜残留相对较少，而对于露天蔬菜地膜种植，由于地膜回收难度大，费工费时费力，加之地膜回收企业缺乏、残膜再利用价值低，造成生产中农户只是简单捡拾后堆放于田间地头，甚至不捡拾就耕翻，残膜大部分就遗留在土壤中和田间地头，因此农膜残留量相对较大，可见，相对精细的种植方式有助于降低农膜残留。

2.4.5 疫情影响受新冠肺炎疫情影响，种植蔬菜不能及时出售，农户无法下地收获，农业减产减收，疫情结束后，已错过蔬菜最佳收获期，出现开花，腐烂等现象，由于长时间暴露于环境中，农膜破碎化程度高，导致农膜捡拾回收困难，农膜残留物进入到田地，导致土壤中农膜残留量增加。如太仓市璜泾镇雅鹿村调查点，种植的花菜，由于疫情防控需要，种植户不能及时收获，也无法出售，出现开花、腐烂等现象，农民只能将蔬菜与地膜一起翻耕入田，碎片化农膜无法捡拾干净，使得进入到农田中的农膜残留物增加，农膜残留量高达46.19 kg/hm2，达到中污染程度。

2.5 对策建议

2.5.1 扩大宣传，提高农户捡拾积极性经实际调查发现，长期以来农民一直都采用粗放式的经营，经营观念比较传统，没有认识到废旧农膜带来的长期的、潜在的危害，加上捡拾废旧农膜工作量大、利润较低，因此，当前农户并没有捡拾废旧农膜的意识和主动性，还有农户将废旧农膜捡拾后随意堆放在田间地头，遇到大风天气，农膜肆意飘散，不仅扩大了农膜残留污染区域，也影响正常的农耕生产活动。基于此，需要通过政府的支持与宣传，让广大农民群体充分的认识和意识到废旧残膜的严重性和危害性，从而提高农户自觉捡拾废旧残膜的积极性；借助电视广播、新闻媒体等平台以及通过召开宣讲会、制作横幅和印发宣传资料等多种措施和方式，积极宣传“白色污染”危害的严重性，全面、深入的提高农户对残膜的回收意识；充分肯定农户在废膜回收中的重要性，提升农户捡拾回收废弃农膜的积极性。

2.5.2 加快机器研发，提高农膜捡拾机械化水平农膜残留回收问题已引起了人们的广泛关注，并在某些地方取得了较好的成果，因此，也可向其他县区取经学习，积极开展废旧农膜回收工作。如辽宁省阜蒙县通过购置农膜回收机具，扶持农膜回收加工企业发展，推进农膜捡拾机械化。农膜回收机械价格较高且使用时间短，购置此类机械将增加生产成本，降低农户生产积极性，因此，需要政府加大补贴力度。

2.5.3 大力推广使用可降解农膜作为一种可持续使用农膜的替代品，可生物降解地膜具有广泛的应用前景。但是，由于可降解地膜制作的原材料不同，其对环境的影响尚未完全揭晓。目前，可降解地膜的原材料主要包括天然生物质和石油基两大类，天然生物质主要有淀粉、纤维素等，以石油基类为原料生产的地膜主要成分是二玩酸二元醇共聚酯，聚己内酯等，可在自然环境中快速降解，并以二氧化碳和水的形式回到环境中，减少了农膜回收成本，并减轻其对环境的危害。而开发具有更高抗水性能的可再生生物降解材料，明确其对土壤环境的潜在生态毒性，有助于促进生物降解地膜的大规模推广应用，并从根本上解决废旧农膜回收难、降解难的问题。

2.5.4 完善废旧薄膜回收扶持政策，完善回收网点建设影响农户参与实施农田废膜回收积极性的主要原因是其回收价格低，回收成本高，导致其利润极低。因此，政府相关部门应适当制定相关政策支持，比如减免或优惠税收、用地、水电等方面费用，加大扶持和资金支持力度，以确保回收工作的顺利进行。通过扶持废膜回收企业发展，可推动废膜回收行业的发展，推动废膜再加工行业的发展。同时，完善政策管理制度，借助财政、信贷、税收等手段，逐步建立并完善政府支持、农民主体、社会参与的废旧农膜回收利用机制。另外，在相关监督部门工作考核中，增加农膜回收评价考核，督促各乡镇政府干实事，完善激励奖励机制，充分调动种植户和监督人员的积极性。

2.5.5 加强废旧农膜研究力度农膜残留能够影响植物物种的优势度，因此，与此相关的农膜残留物、包括微塑料对生态系统功能级联效应的研究应受到关注。在干旱环境下，覆盖农膜有助于降低土壤容重，改善通气性，提升根系在土壤中的渗透能力，从而提高群落水平上植物茎和根的质量。但是，农业生产中施用氮肥能够减少农膜残留物的迁移，使其长时间残留在土壤中。今后的研究中，应关注农膜残留对农田生态系统功能的影响，特别是在农产品供给、食物链延伸、碳循环、氮沉降和水土保持方面的影响。农膜残留将长期影响农田生态系统，带来生态风险，而对农膜用地适宜性评价和生物降解地膜覆盖农田土壤安全性评价等方面的研究还不够深入，还需依靠科技创新，以更丰富的视角开展内容多样、系统综合的研究。

3 结论

通过对太仓市典型蔬菜种植类型下农田地膜残留量的监测，全市当季地膜量在0.00～46.19 kg/hm2之间，地膜残留量平均值为9.55 kg/hm2，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/hm2的水平，总体上属于低污染区。大棚农膜蔬菜残留量明显小于露天种植蔬菜，大棚地膜种植区多为一季作物使用农膜，大部分能够进行回收，而且农膜破损较少，更利于回收，因此，农膜残留相对较少，可见，相对精细的种植方式有助于降低农膜残留。中度污染区种植方式相对粗放，农膜使用强度大，但农膜回收率低，甚至不回收，导致其残留量相对更多。种植方式和回收方式对农膜残留量的影响大于种植作物类型，是影响农膜残留量最为主要的因素。