地膜覆盖应用及残留污染防控概述

汤秋香，何文清，王 亮，林 涛,3，刘恩科，刘 勤，杨再磊，严昌荣※

（1.新疆农业大学农学院，新疆 乌鲁木齐830052；2.中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所；3.新疆农科院经济作物研究所）

地膜覆盖应用及残留污染防控概述

汤秋香1，何文清2，王 亮1，林 涛2,3，刘恩科2，刘 勤2，杨再磊1，严昌荣2※

（1.新疆农业大学农学院，新疆 乌鲁木齐830052；2.中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所；3.新疆农科院经济作物研究所）

2016年10月8日～10日，在新疆石河子召开“2016年农田残膜污染治理现场演示会暨学术交流研讨会”，来自全国各地的专家、学者近百人参会，会议期间十余位专家做了残膜污染治理主题相关报告，本刊择选出以下几篇，并开辟了“残膜回收技术与装备”专栏，以飨读者。

地膜覆盖技术已成为我国农业生产上不可或缺的农艺措施，对保障我国农产品安全做出了巨大贡献，同时地膜覆盖技术应用带来的残留污染已成为困扰农业可持续发展的一个重大问题。据调查结果显示，西北地区、华北丘陵区及东北风沙区是地膜残留污染较为严重的区域，在局部地区残留地膜已经严重影响到农业生态环境和生产活动。影响农田地膜残留污染因素很多，主要包括覆膜年限及投入量、作物种植模式、人均耕地面积、地膜质量和是否采取回收措施等。为了有效解决农田地膜残留污染问题，亟须从政策法规、新型生物降解地膜、回收处理技术等多方面着手，采取综合措施进行针对性的防治，促进地膜覆盖技术合理利用和农田地膜残留污染的有效治理。

地膜覆盖；残膜分布；污染；防控技术

0 引言

地膜覆盖栽培技术因其良好的增温保墒，抑草抑盐等作用，有效提高了作物生育期土壤地积温，水分保蓄能力，极大满足了作物对水分、温度和杂草防除的需求，大幅度提高了农作物产量，而且使某些农作物种植区域得到大幅度扩大。研究显示覆膜栽培扩大了玉米种植区域，是其北界北移2～5个纬度；地膜覆盖是大多数应用作物大面积单产稳定提高30%左右。地膜覆盖技术贡献了全国30%棉花和8%的玉米产量[1]。随着该技术的广泛应用，地膜用量和覆盖面积大幅增加，2014年全国地膜使用量高达144.1万t，覆膜面积达1 800万hm2[2]。然而，随覆膜种植面积的不断增大和地膜使用年限的延长，大量地膜存留于农田土壤中，农田地膜残留已经对农田生态环境造成很大威胁。现有研究结果显示农田残膜污染导致土壤水分运移受阻，渗透力降低，土壤保水能力下降[3～4]、作物减产[5～6]。基于此，本文概括性分析了我国地膜覆盖技术的应用情况、地膜残留污染状况，并提出农田残留地膜污染综合防控对策。

1 地膜覆盖技术的应用特点

30多年来，我国地膜使用量和覆膜种植面积持续上升。统计数据显示[7～10]，我国地膜使用量由1991年的31.9万t，到2014年使用量高达144.1万t，23年增加了近50倍。覆膜种植面积也是持续飙升，由1981年的1.5万hm2，增加到2014年的1 800万hm2，为1981年覆盖面积的1 200倍，增长速度速猛。在全球范围，我国对地膜覆盖技术应用是及其特殊的，如日本和欧洲也应用地膜覆盖技术，但地膜覆盖面积要远远低于中国，只有中国覆膜面积的3%（表1）。

地膜覆盖技术应用的区域和作物也在不断扩大，西北玉米和棉花产区、东北花生产区、华北花生和棉花产区、西南烟草产区及所有蔬菜集中产区该技术应用的重点区域，尤其是在新疆、山东、山西、内蒙古、黑龙江、陕西、甘肃等高寒地区、干旱及半干旱地区等。覆膜种植的农作物也从早期蔬菜、花卉逐渐扩大到花生、西瓜、甘蔗、烟草、棉花等经济作物，现在在在大宗农作物，如玉米、小麦，水稻、水果等也得到广泛应用。

表1 欧洲各国和日本与中国地膜覆盖面积对照表

通过对历史数据的分析整理，地膜覆盖作用的关键是能增加土壤温度和减少地表无效蒸发，增加土壤蓄水，进而成为提高产量和水分利用效率的有效措施之一[11～13]。相比于露地处理全生育期平均增加了5%，尤其是在4～7月之间增温幅度较大，达到7%～8%[15～17]。覆膜使作物生育期的农田蒸散量降低[14]，如地膜覆盖能大幅度提高玉米、棉花、花生等10多种主要农作物的水分利用效率（20%～35%）和单产（20%～80%）。

图1 不同覆盖方式对土壤温度的影响（严昌荣,2015）

2 地膜残留区域分布和污染等级

通过对全国主要覆膜农区的大规模调查发现，不同地区地膜投入使用量、覆膜年限存在较大差异，农田地膜残留也存在显著差异。西北地区（新疆、甘肃、宁夏）因干旱和寒冷的自然条件使得地膜覆盖应用面积大，覆盖比率高，农田地膜覆盖比例达80.0%以上，地膜投入量也大，如西北旱源区地膜投入量达70.0～90.0 kg·hm-2，而华北平原只有33.0～45.0 kg·hm-2，从宏观看，农田地膜残留水平与地膜投入量有很大关系，投入量越大的地区地膜残留水平就越高。目前，西北内陆区是地膜残留污染最为严重的区域之一，长期覆膜农田的地膜残留量达到了259.1 kg·hm-2；西北黄土旱塬区也较为严重，地膜残留量为117.4 kg·hm-2[18]。东北风沙旱作区虽然大规模使用地膜的时间不长，但农田残膜污染已比较严重，最高可达129.7 kg·hm-2。华北棉花、蔬菜种植区和西南烟草种植区虽然也有地膜残留的问题，但总体上污染程度较轻，平均地膜残留量在80.0 kg·hm-2以下。

表2 不同区域农田地膜投入量与残留量情况（严昌荣，何文清2014）

各区域地膜在土层中的分布也存在很大差异，主要受地膜投入量、种植模式、农田机械作业方式的影响，华北和新疆棉田残留地膜土壤中分布调查结果显示，华北棉田残留地膜主要分布在0～10 cm土层，占残留量的73.6%，在20～30 cm土层仅有4.7%，而在新疆棉田残膜均匀分布在0～30 cm土层，在各土层残膜比例相差不大。

图2 不同地区地膜残留比例随覆膜年限的变化

根据农田地膜残留量可将污染程度划分为3个等级，残膜量＞200 kg·hm-2的为重度污染区（包括新疆、内蒙古西部），主要覆膜作物为棉花、玉米、瓜果类等经济作物，残膜含量在100.0 kg·hm-2以上的区域为中度污染区（甘肃、东北风沙区、山西北部及河北北部），覆膜作物种类也较多，轻度污染区地膜残留量一般小于80.0 kg·hm-2，主要集中在山东、河北中南部和西南山区等地区，种植的作物主要以烟草、马铃薯为主。

表3 地膜残留污染情况调查表（严昌荣，何文清，2014）

3 地膜残留污染防控措施及技术

鉴于地膜覆盖技术和残留污染特点，我国的地膜残留污染防控的总体思路应该采用：基础研究先行，源头控制（新型降解地膜取代PE地膜）和高效回收（回收机械）并举。具体包括：

（1）加强法规和和标准制定，促进地膜产量质量提高，使其有利于回收。已有研究结果表明,如果将目前广泛使用的0.006～0.008 mm厚的地膜增加到0.012mm,并添加一些抗老化物质,不仅可以延长地膜的使用寿命,提高其增温、保墒效果,而且有利于干净回收[1]。因此，应尽快出台有关规定和标准，促进高质量地膜产品应用，扩大地膜回收机械化作业范围和提高地膜回收率。

（2）加强地膜适应性技术研究，促进地膜覆盖技术的合理利用，研发不同区域减膜（控膜）增效的新技术，减少地膜投入量，如甘肃、内蒙的节约型地膜使用技术，通过改善地膜质量，实现一膜多用，减少了第二年地膜的投入，实现减膜增效。

（3）突破地膜回收机具的关键环节，提高残膜的回收和利用。虽然地膜回收具的研发应用取得了很大进步，但实际应用中尚存在一些问题，需进一步加强研究，完善残膜机械回收技术模式，实现大规模应用。

（4）生物降解地膜替代普通PE地膜是解决地膜残留污染的出路。随着生物降解材料和加工工艺技术进步，生物降解地膜应用越来越广泛，但生物降解地膜与区域、作物的匹配性存在很大的问题，应该进一步加强这方面的研究，突破实现生物降解地膜替代普通PE地膜的关键环节，形成适应不同区域、不同作物的专用生物降解地膜，从根本上解决地膜残留污染问题。

[1]严昌荣，刘恩科，舒帆，等.我国地膜覆盖和残留污染特点与防控技术[J].农业资源与环境学报，2014（02）:95～102.

[2]严昌荣，何文清，薛颖昊，等.生物降解地膜应用与地膜残留污染防控[J].生物工程学报，2016（06）:748～760.

[3]王志超，李仙岳，史海滨，等.含残膜土壤水分特征曲线模型构建[J].农业工程学报，2016（14）:103～109.

[4]李仙岳，史海滨，吕烨，等.土壤中不同残膜量对滴灌入渗的影响及不确定性分析[J].农业工程学报,2013（08）:84～90.

[5]解红娥，李永山，杨淑巧，等.农田残膜对土壤环境及作物生长发育的影响研究[J].农业环境科学学报,2007,26（增刊）：153～156.

[6]董合干，刘彤，李勇冠.新疆棉田地膜残留对棉花产量及土壤理化性质的影响[J].农业工程学报，2013，29（8）:91～99.

[7]白云龙，李晓龙，张胜，等.内蒙古地膜残留污染现状及残膜回收利用对策研究[J].中国土壤与肥料，2015，（06）:139～145.

[8]巩明明，师立伟，戴红平，等.定西市农用地膜残留特点及防控对策[J].甘肃农业，2015,06:139～145.

[9]程卫东.北疆棉田地膜残留现状与回收治理方案浅析[J].新疆农垦科技，2015（12）:64～65.

[10]中华人民共和国农业部.1972-2013中国农业年鉴.北京:中国农业出版社，1972～2013.

[11]李仙岳，彭遵原，史海滨，等.不同类型地膜覆盖对土壤水热与葵花生长的影响[J].农业机械学报，2015，46（2）:97～103.

[12]LIU Q,CHEN Y,LIU Y,et al.Coupling effects of plastic film mulching and urea types on water use efficiency and grain yield ofmaize in the Loess Plateau,China[J].Soil and Tillage Research，2016,157:1～10.

[13]谷晓博，李援农，银敏华,等.降解膜覆盖对油菜根系、产量和水分利用效率的影响[J].农业机械学报，2015，46（12）: 184～193.

[14]任新茂，孙东宝，王庆锁.覆膜和密度对旱作春玉米产量和农田蒸散的影响[J].农业机械学报，2016（05）:1～11.

[15]李荣，王敏，贾志宽，等.渭北旱塬区不同沟垄覆盖模式对春玉米土壤温度、水分及产量的影响[J].农业工程学报，2012，28(2)：106～113.

[16]Zhou LM,Li FM,Jin SL,et al.How two ridges and the furrow mulched with plastic film affect soil water,soil temperature and yield of maize on the semiarid Loess Plateau of China[J].Field Crops Research，2009，113(1): 41～47.

[17]王罕博，龚道枝，梅旭荣，郝卫平.覆膜和露地旱作春玉米生长与蒸散动态比较[J].农业工程学报，2012（22）:88～94.

[18]何文清，严昌荣，赵彩霞，等.我国地膜应用污染现状及其防治途径研究[J].农业环境科学学报，2009，28（3）：533～538.

An Overview About Application of Plastic Film Mulching and Anti-pollution

Tang Qiu-Xiang1,HEW en-qin2,W ang Liang1,Lin tao2,3,Liu En-ke2,Liu Qin2,Yan Chang-rong2※
(1.University of Xinjiang agricultural agronomy,Urumqi830052，Xinjiang China;2.Institute of Agricultural Environmentand Sustainable Development of Chinese Academy of Agricultural Sciences;3.Institute of Economic Crops of Xinjiang Academy of Agricultural Sciences)

Plasticmulching technology hasbecome an indispensable agronom icmeasuresofagriculturalproduction in China, it did great contribution to the security of agricultural production of our country,butmeanwhile,the pollution which is caused by residual film hasalso become an big problem which hinders the sustainable developmentofagriculture.According to the investigation,residual film pollution ismuchmore seriousin the northwest,the north and the northeastsandstorm areas in China,which has already seriously affected the ecological enviroment and agricultural production activities.There are many factorswhich cause residual film pollution,mainly include the age lim it and input of film,plantingmode,per capita arable land area,film quality and recyclingmeasures.To recovery residual film pollution effectively,we need to establish a seriesof countermeasuressuch aspoliciesand laws,biodegradablemulch film and recycling technologies to push the rational useofmulch film covering technology and residual film pollution recovery forward.

Plastic film mulching,Residualmulch film distribution;Pollution;Anti-pollution technology

10.13620/j.cnki.issn1007-7782.2016.05.001

X712

A

1007-7782（2016）05-0005-04

2016-10-28

新疆维吾尔自治区自然基金(2014211A026)

汤秋香，女，副教授，博士，研究方向农田生态环境

严昌荣，男，研究员，博士，研究方向为节水灌溉施肥与环境