覆膜年限及灌水方法对河套灌区农膜残留的影响

2017-11-24 06:08王志超李仙岳史海滨丁宗江张景俊王美荣
农业工程学报 2017年14期
关键词:破碎率河套农膜

王志超,李仙岳,史海滨,丁宗江,张景俊,郭 宇,王美荣

(内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院,呼和浩特 010018)

覆膜年限及灌水方法对河套灌区农膜残留的影响

王志超,李仙岳※,史海滨,丁宗江,张景俊,郭 宇,王美荣

(内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院,呼和浩特 010018)

为阐明内蒙古河套灌区农膜残留现状及覆膜年限、灌水方法对农膜残留的影响,该文采用查阅资料、问卷调研及田间取样等相结合的方法,分析了内蒙古河套灌区及典型研究区地膜覆盖现状,并在典型研究区考虑了覆膜年限(覆膜2、5、10、20 a)、灌水方法(膜下滴灌和地面灌溉覆膜)和作物种类(玉米和葵花)3个因子,探索其对农膜残留强度、破碎率、残膜分布及残膜碎片大小的影响。结果表明:内蒙古河套灌区2005—2014年地膜使用量和覆膜面积均呈跨越式增长,分别增长了125.81%和147.62%;而典型研究区更是增长了240%和265.81%,然而单位面积覆膜量却下降了8.82%和7.08%。不同覆膜年限和灌水方法显著影响农膜残留强度和破碎率(P<0.05),其中覆膜5、10、20 a后的残留强度平均比覆膜2 a分别增长了80.14%、163.70%、273.64%,破碎率平均比覆膜2 a分别增长了20.97%、38.14%、60.20%;膜下滴灌与地面灌溉覆膜相比残留强度平均提高了42.92%,破碎率平均提高了20.01%。农膜残留主要集中在土壤0~10 cm土层内,占64.89%;典型研究区面积为0~4和>4~20 cm2的残膜分别占残膜总片数的31.06%和27.81%,且随着覆膜年限增加,下层残膜片数占总残膜片数的比例逐渐增加,其中覆膜20 a农田与覆膜2 a农田相比0~10 cm土层残膜占总残膜片数由71.47%降低为54.61%,>10~20 cm土层由23.37%升高为32.24%,而不同灌水方式对残膜在土壤中的分布影响不大。随着覆膜年限的增加土壤中不同面积残膜比例差异越显著且小面积残膜比例增加,覆膜2~20 a后,面积为20 cm2以下的残膜数量分别是面积为20 cm2以上的1.43~1.59倍(P<0.05)。研究结果可为农膜残留防治提供参考。

灌溉;膜;作物;农膜残留;河套灌区;覆膜年限

0 引 言

因地膜覆盖技术具有明显的增温、保墒、控盐作用[1-4],自1978年引入中国以来已得到大规模应用,特别是在北方干旱寒冷地区,地膜覆盖耕作技术的优势更为明显[5-7]。然而农用塑料地膜由于自身的难以降解性以及回收机制不健全等原因造成了日趋严重的农膜残留问题,使得农田“白色污染”问题已成为困扰农业可持续发展的重要因素[8-11]。近年来,相关学者从机理上对农膜残留问题的严重性进行了大量研究,比如农膜残留导致水分入渗速率减慢[12]、水分入渗的不确定性[2,13]、甚至对农膜残留后土壤水分特征曲线[14]、饱和导水率[15]等相关水力参数都进行了深入的研究。另外对于农膜残留后作物根系生长发育以及产量等的影响也做了多方面研究[16-18],结果显示农膜残留不仅会严重影响土壤中水和溶质运移,破坏土壤的物理性质,更会造成作物减产[19-20]。目前农膜残留的严重危害不仅引起众多学者的关注,也引起了政府相关部门的高度重视,2015年农业部等8部委印发了《全国农业可持续发展规划(2015—2030年)》将农膜残留和农药化肥等列为今后重点治理的农业面源污染[21]。

学者已对农膜残留特性做了大量研究,研究显示华北地区土壤耕层的地膜残留强度平均为26.8 kg/hm2,且如果按照现在的地膜使用方式,到2021年花生和棉田的地膜残留量将超过国家的相关限值标准,成为残膜污染区[22];新疆棉田连续覆膜25 a后,残膜片数和残膜量分别达 1 376万片/hm2和 405 kg/hm2,并以每年40.02万片/hm2和13.66 kg/hm2的速度递增[23];南方平原区0~30 cm土层地膜残留量为1.79~72.15 kg/hm2,且面积为25~30 cm2的残膜会降低小白菜干物质积累量,可降低 14.3%~35.7%[24]。已有研究大都集中在农膜残留分布特性调查和分析,对于形成现有残膜分布的影响因素研究不够深入,研究表明覆膜年限、灌溉类型、种植作物、覆膜厚度、地膜使用量、回收情况等[25-26]都会影响农膜残留特性和分布。然而不同灌溉、耕作模式下农膜残留量变化规律的定量化研究鲜有报道。另外从华北[22]、新疆[23]、南方平原[24]以及内蒙古[27]等地区的农膜残留分布来看,农膜残留已经成为农业面源污染不可避免的因素,而河套灌区由于干旱、少雨以及盐渍化等因素导致覆膜比例远大于其他地区,特别是近年来膜下滴灌技术在河套灌区的大规模发展[28-29],也带来了更加严峻的农膜残留问题。

综上,本文在分析内蒙古河套灌区及典型研究区地膜使用现状的基础上,研究了河套典型研究区域不同覆膜年限及灌水方法对不同作物残留特性的影响,以期为河套灌区及相似区域农膜残留特性,特别是不同灌溉、耕作模式下的农膜残留规律提供理论支撑,并为农膜残留防治提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于河套灌区上游巴彦淖尔市磴口县,将温都尔毛道嘎查、巴音温都尔嘎查耀升农庄、坝愣村和三海子村 4个村作为典型研究区。该区域属于典型的温带大陆性季风气候,年均降水量139~222 mm,年均蒸发量1999~2 346 mm,年均气温5.6~7.8 ℃,地膜覆盖是该区域的重要农业耕作措施,土壤质地以砂壤土和砂土为主。尽管河套灌区主要以地面灌溉(畦灌)为主,但随着水权转让、规模化节水改造的实施,膜下滴灌技术得到大面积推广,研究区域最早膜下滴灌已超过20 a。

1.2 研究方法

1.2.1 查阅资料与问卷调研

1)参考统计和调查年鉴[30-31],对内蒙古河套灌区及典型研究区域2005—2014年地膜使用量及覆盖面积进行整理分析,掌握其地膜覆盖现状。

2)在选定的4个研究区中选取典型农户进行问卷调研,通过发放调研问卷、现场交流等方式,了解农户耕作及覆膜情况,具体包括:覆膜年限、灌水方法、种植作物、覆膜方式、覆膜厚度、地膜使用量、地膜回收情况等,共发放调研问卷 100份,收回有效问卷(回答问题完整、答案与要求相符的问卷)92份。根据调查,研究区覆膜耕作方式达到 90%以上,主要作物为玉米(约50%)、葵花(约40%)及瓜果蔬菜(约10%)等,平均地膜使用量为45 kg/hm2,调查显示目前农民普遍意识到农膜残留对作物及土壤产生的巨大危害,其中93.45%(86份)的农民在秋季收获后或春季播种前对地膜进行回收,回收方式基本为耕土时利用犁、耙等耕作机械回收,较少利用残膜回收机械,也有少部分农民进行人工捡拾,考虑到时间、成本等问题,面积为20 cm2以下的残膜回收率很低,总回收率约为70%~80%(表1)。经调研,目前在内蒙古河套灌区,无论是膜下滴灌还是地面灌溉(畦灌),均采用行上覆膜的方式,其中地面灌溉膜宽70 cm,行间裸地,滴灌通常采用“一管一膜两行”的模式,膜宽70 cm,行间裸地,常用地膜为聚乙烯地膜。

表1 内蒙古河套灌区覆膜情况Table 1 Mulching application in Hetao Irrigation District of Inner Mongolia

1.2.2 定点试验

1)试验处理和取样区。为了研究不同覆膜年限和灌水方法对农膜残留的影响,于2016年作物收获后,在温都尔毛道嘎查、巴音温都尔嘎查耀升农庄、坝愣村和三海子村 4个典型区确定不同覆膜年限及不同灌水方法取样区。选择正常农耕田块,在经过农民、农场主及当地技术人员等确认且无争议的田块设置取样点;设置2、5、10、20 a,共4种覆膜年限,地面灌溉覆膜和膜下滴灌2种灌水方法,玉米、葵花2种作物种类,共16个处理,每个处理按照5点取样法取样,共80个取样点。

2)取样方法。每个取样点样方大小为100 cm×100 cm,在0~10、>10~20、>20~30 cm土层分层取土,相互不混合,分离出塑料农膜样本并装袋带回实验室备用。采用超声波清洗仪(JP-010T,洁盟清洗设备有限公司生产)洗涤30 min后自然风干,对每个样本中的塑料农膜按面积 0~4、>4~20、>20~50及>50 cm2进行分组,每组用万分之一天平(CP224C,奥豪斯仪器有限公司生产)称量,并人工计片数。

1.3 农膜残留指标计算

1)残留强度:表示农膜残留程度的大小,即单位面积上农膜的残留量

式中R表示残留强度,kg/hm2;S表示农膜残留量,kg;A表示覆膜面积,hm2。

2)破碎率:表示农膜破碎程度的大小,即单位质量残膜所含有的片数

式中D表示破碎率,片/g;N表示残膜总片数,片。

1.4 数据处理与分析

采用Excel 2007进行数据处理和制图,SPSS 17.0进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 内蒙古河套灌区及典型研究区地膜覆盖现状分析

内蒙古河套灌区属于典型干旱内陆区,年蒸发量是降水量的10倍以上,盐渍化严重[32]。地膜覆盖技术能明显减少蒸发,增加作物产量,从而导致了河套灌区地膜使用量和覆膜面积几乎呈直线上升趋势(图 1),而包含典型研究区的磴口县是河套灌区重要的粮油作物产区,也是地膜使用最早的区域之一。2005年内蒙古河套灌区和磴口县地膜使用量分别为0.93万t和0.05万t,地膜覆盖面积分别为21万hm2和1.17万hm2,经过10 a发展,到2014年内蒙古河套灌区和磴口县地膜使用量分别达到了2.1万t和0.17万t,分别增长了125.81%和240%,覆膜面积达到了 52万 hm2和 4.28万 hm2,分别增长了147.62%和265.81%。可见,近年来覆膜耕作在内蒙古河套灌区得到了跨越式发展,而磴口县地处河套灌区的西部,与整个河套灌区相比,干旱少雨更为严重,从而该地区地膜覆盖发展速度更快,另外该区域作为河套灌区水权转让工程的样板,膜下滴灌技术发展迅速。但从这2个数据可以看出,覆膜面积增长速度明显要快于使用量的速度,内蒙古河套灌区和磴口县的单位面积覆膜量分别降低了8.82%和7.08%,这表明单位面积的地膜使用量(质量)在减少,而通常质量与厚度成正比例关系,可见单位面积的地膜平均厚度在减少,这也是导致近几年农膜残留日益严重的重要原因。

图1 2005—2014年内蒙古河套灌区及磴口县地膜使用量及覆盖面积Fig.1 Amount and mulching area of plastic film in Hetao Irrigation District of Inner Mongolia and Dengkou County from 2005 to 2014

2.2 典型研究区覆膜年限及灌水方法对农膜残留强度和破碎率的影响

玉米、葵花是河套灌区的主要粮油作物,基本全为覆膜耕作,通过对玉米和葵花 2种作物在不同覆膜年限下农膜残留强度R和破碎率D进行比较(图2),结果显示 2种作物在相同覆膜年限及相同灌水方法下残留强度R和破碎率D差异都非常小,玉米和葵花最大残留强度R相差3.72 kg/hm2,最大破碎率D相差4.31 片/g,均无显著差异(P>0.05)。然而不同覆膜年限以及灌水方法对残留强度R和破碎率D的影响很大,从图2中可以看出随着覆膜年限的增加,残留强度R和破碎率D均呈增长态势,覆膜5、10、20 a后,2种作物残膜平均残留强度R比覆膜2 a后(24.29 kg/hm2)分别增长了80.14%、163.70%、273.64%(P<0.05),2种作物残膜平均破碎率D比覆膜2 a后(36.76片/g)分别增长了20.97%、38.14%、60.20%(P<0.05)。由此可见,不同作物农膜的残留特性相近,但是随着覆膜年限增加,残留强度R将会显著增加,同时由于耕作、风化等作用,破碎率D也会呈显著加大,从而不仅仅在单位面积农田中残膜量增加,同时微小尺寸残膜比例也会显著增加,这将导致长期覆膜农田的残膜回收难度加大。

图2 不同作物及灌水方法对农膜残留特性的影响Fig.2 Effects of different crops and irrigation methods on properties of residual plastic film

对地面灌溉覆膜耕作和膜下滴灌耕作的农膜残留强度R及破碎率D进行分析(图2),结果显示相同覆膜年限不同的灌水方法下残留强度R和破碎率D都呈显著差异(P<0.05),膜下滴灌与地面灌溉覆膜相比,4种覆膜年限内,2种作物残留强度R平均高 19.82 kg/hm2(42.92%)(P=0.028),破碎率D平均高8.68片/g(20.01%)(P=0.034),其中覆膜2、5、10、20 a后膜下滴灌2种作物残留强度R分别比地面灌溉覆膜高72.75%、68.78%、51.25%、20.70%(P<0.05),破碎率D分别高26.93%、12.74%、18.61%、22.76%(P<0.05)。造成这种现象的主要原因是膜下滴灌下地表铺设滴灌带,滴灌带凸起导致两侧地膜易于断裂,以及滴灌带回收时拉扯地膜等导致破碎率D显著高于地面灌溉覆膜耕作(图2b),且造成大块完整地膜减少,回收率降低,从而间接致使单位面积的残留量增加。

2.3 覆膜年限及灌水方法对残膜在土壤中分布的影响

2种灌水方法和4种覆膜年限均显示农膜残留在0~10、>10~20、>20~30 cm土层呈现显著差异(图3),且所有处理中不同土层的残膜片数为 0~10 cm土层>10~20 cm土层>20~30 cm土层,其中0~10 cm土层内残膜片数均显著高于其他土层(P<0.05),该层2种作物平均残膜片数占总残膜量的64.89%,最大百分数达到74.22%(2 a连续玉米膜下滴灌),最小百分数为53.09%(20 a连续葵花膜下滴灌),可见农膜残留主要集中在土壤0~10 cm土层内,这也与严昌荣等的研究结果一致[11,16],且覆膜年限越长残膜在土壤中的累积量越多,覆膜5、10、20 a后分别比覆膜2 a后2种作物农膜残留片数平均增加了 115.22%、259.78%、486.68%。随着覆膜年限的增加残膜逐渐向深层移动,尽管土壤上层的残膜量高于土壤下层,但是其比例在下降,不同处理覆膜2 a后0~10 cm土层2种作物残膜片数占总残膜片数的71.47%,而覆膜5、10和20 a后,该比例分别变为63.64%、59.52%、54.61%;>10~20 cm土层该值由23.37%变为25.92%、26.06%、32.24%。膜下滴灌耕作与地面灌溉覆膜耕作对残膜在土壤中的分布的影响不大,其中膜下滴灌耕作条件下0~10 cm土层2种作物残膜片数平均占总残膜片数的58.64%,>10~20 cm土层残膜片数占总残膜片数的28.42%,地面灌溉覆膜耕作条件下这2个数值分别为59.30%,31.02%,差异并不显著(P>0.05)。相同土层不同年限间各处理残膜片数均随覆膜年限增加而显著增长,0~10 cm土层覆膜5、10、20 a后分别比覆膜2 a后2种作物农膜残留片数平均增长0.91、1.99、3.48倍(P<0.05),>10~20 cm土层分别平均增长1.76、3.01、7.09倍(P<0.05),>20~30 cm土层分别平均增长0.34、4.03、6.47倍(P<0.05)。

图3 典型研究区覆膜年限及灌水方法对残膜分布的影响Fig.3 Effects of film mulching years and irrigation methods on residual film distribution in typical study area

2.4 覆膜年限及灌水方法对残膜碎片面积的影响

未回收的残膜通常都属于小碎块,面积较小,随着覆膜年限的增加、农业耕作以及老化等现象均会导致残膜的进一步碎片化(图4),不同处理在2种作物上覆膜2 a后残膜碎片面积为0~50 cm2的平均数量为92片,覆膜5、10、20 a后,其平均数量却分别增长到198片、331片、540片,而葵花和玉米在相同覆膜年限及灌水方法下残膜的形态变化无显著差异(P>0.05)。由图4可进一步看出总体上农田中残膜以0~4和>4~20 cm2的残膜为主,分别占残膜总片数的 31.06%和 27.81%(2种作物的平均值),其中面积为0~4 cm2残膜所占比例最多,明显多于其他面积残膜,并且随着覆膜年限的增加土壤中不同面积残膜比例差异越显著,覆膜20 a后面积为20 cm2以下的残膜的数量是面积为20 cm2以上残膜数量的1.43倍(2种作物的平均值),而覆膜10、5和2 a后这个数分别为1.44、1.51、1.59(P<0.05)。导致这种现象主要是因为市场上大量的农膜厚度不达标,机收残膜率低以及该地区残膜回收机制不健全,且农民没有足够的残膜污染意识以及时间、成本等问题,致使大量小面积残膜存留于土壤中,再加上耕作和风化等物理过程,随着耕作年限的增加,小面积残膜数量不断增高。而覆膜2、5 a后面积在0~50 cm2范围的残膜间均不存在显著性差异(P>0.05),说明低覆膜年限对残膜面积大小影响不大,随着覆膜年限增加,小面积残膜数量逐渐增多。另外滴灌农田中滴灌带导致农膜更易于破碎,从而出现不同覆膜年限后膜下滴灌耕作面积为 0~50 cm2的残膜占总残膜的百分数明显要高于地面灌溉覆膜耕作,覆膜2、5、10和20 a后分别比地面灌溉覆膜耕作高1.82%、4.15%、8.08%、9.14%(2种作物的平均值),呈显著差异(P<0.05)。

图4 典型研究区覆膜年限及灌水方法对残膜面积的影响Fig.4 Effects of film mulching years and irrigation methods on residual film area in typical study area

3 结 论

本文研究了内蒙古河套灌区及研究区域 2005—2014年地膜覆盖情况,并分析了典型研究区不同覆膜年限和不同灌水方法对当地主要作物的农膜残留的影响,主要结论如下:

1)内蒙古河套灌区及研究区(磴口县)覆膜耕作呈跨越式发展,但单位面积覆膜质量呈下降趋势。2005—2014年内蒙古河套灌区地膜使用量和覆膜面积分别增长了 125.81%和 147.62%,而磴口县更是增长了 240%和265.81%;然而内蒙古河套灌区和磴口县的单位面积覆膜量分别降低了8.82%、7.08%,这可能导致农膜残留量进一步加剧。

2)随着覆膜年限的增加土壤中农膜残留强度和破碎率显著增加(P<0.05),膜下滴灌耕作下残留强度和破碎率显著高于地面灌溉覆膜(P<0.05)。覆膜5、10、20 a后,2种作物农膜平均残留强度比覆膜2 a后分别增长了 80.14%、163.70%、273.64%,农膜平均破碎率比覆膜2 a后分别增长了20.97%、38.14%、60.20%;2种作物膜下滴灌残留强度比地面灌溉覆膜平均增长42.92%,破碎率平均增长20.01%;相同覆膜年限及灌水方法下玉米与葵花的残留强度和破碎率无显著差异。

3)覆膜年限影响残膜在土壤中的分布,而灌水方法对残膜在土壤中的分布影响较小。覆膜年限越长土壤中残膜量越多,覆膜20 a比覆膜2 a土壤残膜片数增加了486.68%(2种作物的平均值),且0~10 cm土层残膜由占残膜总片数的71.47%降低为54.61%,>10~20 cm土层残膜片数由 23.37%升高为 32.24%;膜下滴灌耕作下0~10、>10~20 cm土层残膜片数占58.64%、28.42%(2种作物的平均值),而地面灌溉覆膜下分别是 59.30%、31.02%(2种作物的平均值),无显著差异。

4)随着覆膜年限增长农田中残膜碎片化现象越严重,且滴灌条件下比地面灌溉条件下碎片化严重。农田中残膜以0~4和>4~20 cm2的残膜为主,分别占残膜总片数的31.06%和 27.81%(2种作物的平均值);覆膜 20、10、5和2 a后面积为20 cm2以下的残膜分别是面积为20 cm2以上残膜的1.43、1.44、1.51、1.59倍(P<0.05);滴灌条件下面积为0~50 cm2的残膜比例显著高于地面灌溉,覆膜2、5、10和20 a后面积为0~50 cm2残膜所占百分数比地面灌溉时分别高1.82%、4.15%、8.08%、9.14%,呈显著差异(P<0.05)。

本文主要研究了不同覆膜年限及灌水方法对农膜残留强度、破碎率、残膜碎片面积以及残膜在土壤中分布的影响,缺少农膜残留对土壤物理性质及作物产量的影响等方面的相关研究。建议下一步增加不同水肥盐条件下农膜残留对土壤和作物影响的田间试验和理论分析。

[1] 王婧,逄焕成,任天志,等.地膜覆盖与秸秆深埋对河套灌区盐渍土水盐运动的影响[J].农业工程学报,2012,28(15):52-59.Wang Jing, Pang Huancheng, Ren Tianzhi, et al. Effect of plastic film mulching and straw buried on soil water-salt dynamic in Hetao plain[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2012, 28(15): 52-59. (in Chinese with English abstract)

[2] 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,2013,29(8):84-90.Li Xianyue, Shi Haibin, Lü Ye, et al. Effects of different residual plastic film quantities in soil on drip infiltration and its uncertainty analysis[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2013, 29(8): 84-90. (in Chinese with English abstract)

[3] Wang Zaimin, Jin Menggui, Šimůnek J, et al. Evaluation of mulched drip irrigation for cotton in arid Northwest China[J].Irrigation Science, 2014, 32(1): 15-27.

[4] Mahajan G, Sharda R, Kumar A, et al. Effect of plastic mulch on economizing irrigation water and weed control in baby corn sown by different methods[J]. African Journal of Agricultural Research, 2007(2): 19-26.

[5] 刘建国,李彦斌,张伟,等.绿洲棉田长期连作下残膜分布及对棉花生长的影响[J].农业环境科学学报,2010,29(2):246-250.Liu Jianguo, Li Yanbin, Zhang Wei, et al. The distributing of the residue film and influence on cotton growth under continuous cropping in oasis of Xinjiang[J]. Journal of Agro-Environment Science, 2010, 29(2): 246-250. (in Chinese with English abstract)

[6] 毕继业,王秀芬,朱道林.地膜覆盖对农作物产量的影响[J].农业工程学报,2008,24(11):172-175.Bi Jiye, Wang Xiufen, Zhu Daolin. Effect of plastic-film mulch on crop yield[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE),2008, 24(11): 172—175. (in Chinese with English abstract)

[7] Yan Changrong, He Wenqing, Neil C. et al. Plastic-film mulch in Chinese agriculture: Importance and problems [J].World Agriculture, 2014, 4(2): 32-36.

[8] 董合干,刘彤,李勇冠,等.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.Dong Hegan, Liu Tong, Li Yongguan, et al. Effects of plastic film residue on cotton yield and soil physical and chemical properties in Xinjiang[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE),2013, 29(8): 91-99. (in Chinese with English abstract)

[9] 张建军,郭天文,樊延录,等.农用地膜残留对玉米生长发育及土壤水分运移的影响[J].灌溉排水学报,2014,33(1):100-102.Zhang Jianjun, Guo Tianwen, Fan Tinglu, et al. The effect of the agricultural residual plastic film on maize growth and development and soil moisture movement[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2014, 33(1): 100-102. (in Chinese with English abstract)

[10] Anikwe M, Mbah C N, Ezeaku P I, et al. Tillage and plastic mulch effects on soil properties and growth and yield of cocoyam (Colossian esculent) on an ultisol in south eastern Nigeria[J]. Soil Till, 2007(93): 264-272.

[11] 严昌荣,梅旭荣,何文清,等.农用地膜残留污染的现状与防治[J].农业工程学报,2006,22(11):269-272.Yan Changrong, Mei Xurong, He Wenqing, et al. Present situation of residue pollution of mulching plastic film and controlling measures[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE),2006, 22(11): 269-272. (in Chinese with English abstract)

[12] 王志超,李仙岳,史海滨,等.残膜埋深对滴灌条件下粉砂壤土水分入渗影响的试验研究[J].土壤,2014,46(4):710-715.Wang Zhichao, Li Xianyue, Shi Haibin, et al. Study on effect of plastic film residue at different buried depths on silt loam drip irrigation[J]. Soils, 2014, 46(4): 710-715. (in Chinese with English abstract)

[13] 牛文全,邹小阳,刘晶晶,等.残膜对土壤水分入渗和蒸发的影响及不确定性分析[J]. 农业工程学报,2016,32(14):110-119.Niu Wenquan, Zou Xiaoyang, Liu Jingjing, et al. Effects of residual plastic film mixed in soil on water infiltration,evaporation and its uncertainty analysis[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2016, 32(14): 110-119. (in Chinese with English abstract)

[14] 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,2016,32(14):103-109.Wang Zhichao, Li Xianyue, Shi Haibin, et al. Water characteristic curve model for soil with residual plastic film[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2016, 32(14): 103-109. (in Chinese with English abstract)

[15] 王志超,李仙岳,史海滨,等.农膜残留对土壤水动力参数及土壤结构的影响[J].农业机械学报,2015,46(5):101-106.Wang Zhichao, Li Xianyue, Shi Haibin, et al. Effects of residual plastic film on soil hydrodynamic parameters and soil structure[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2015, 46(5): 101-106. (in Chinese with English abstract)

[16] 马辉,梅旭荣,严昌荣,等.华北典型农区棉田土壤中地膜残留特点研究[J].农业环境科学学报,2008,27(2):570-573.Ma Hui, Mei Xurong, Yan Changrong, et al. The residue of mulching film of cotton field in north China[J]. Journal of Agro-Environment Science, 2008, 27(2): 570-573. (in Chinese with English abstract)

[17] 李元桥,何文清,严昌荣,等.点源供水条件下残膜对土壤水分运移的影响[J].农业工程学报,2015,31(6):145-149.Li Yuanqiao, He Wenqing, Yan Changrong, et al. Effect of residual film on soil infiltration under drip irrigation[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2015, 31(6): 145-149. (in Chinese with English abstract)

[18] Liu Enke, He Wenqing, Yan Changrong. White revolution to white pollution-agricultural plastic film mulch in China [J].Environmental Research Letters, 2014, 9(9): 091001.

[19] 王海江,王开勇,刘玉国. 膜下滴灌棉田不同土层盐分变化及其对棉花生长的影响[J]. 生态环境学报,2010,19(10):2381-2385.Wang Haijiang, Wang Kaiyong, Liu Yuguo, et al. Effects on cotton growth and salinity changes in different soil depth of drip irrigation in cotton field[J]. Ecology and Environmental Sciences, 2010, 19(10): 2381-2385. (in Chinese with English abstract)

[20] 杨彦明,傅建伟,庞彰,等.内蒙古农田地膜残留现状分析[J].内蒙古农业科技,2010(1):10-12.Yang Yanmimg, Fu Jianwei, Pang Zhang, et al. Analysis on the current situation of farmland film residue in Inner Mongolia[J]. Inner Mongolia Agricultural Science and Technology, 2010(1): 10-12. (in Chinese with English abstract)

[21] 云南省农业厅法规处.《全国农业可持续发展规划(2015-2030年)》解读[J].农村实用技术,2016(1):7-10.

[22] 张丹,胡万里,刘宏斌,等.华北地区地膜残留及典型覆膜作物残膜系数[J].农业工程学报,2016,32(3):1-5.Zhang Dan, Hu Wanli, Liu Hongbin, et al. Characteristics of residual mulching film and residual coefficient of typical crops in North China[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE),2016, 32(3): 1-5. (in Chinese with English abstract)

[23] 董合干,王栋,王迎涛,等.新疆石河子地区棉田地膜残留的时空分布特征[J].干旱区资源与环境,2013,27(9):182-186.Dong Hegan, Wang Dong, Wang Yingtao, et al. Spatial and temporal distribution characteristics of mulch residues in cotton field in Shihezi, Xinjiang[J]. Journal of Arid Land Resources and Environment, 2013, 27(9): 182-186. (in Chinese with English abstract)

[24] 蔡金洲.南方平原区地膜残留特点及其对土--植物系统的影响[D].武汉:武汉理工大学,2013.Cai Jinzhou. The Characteristics of Film Residue in the Southern Plains of China and Its Effect on Soil-Plant System[D]. Wuhan: Wuhan University of Technology, 2013.(in Chinese with English abstract)

[25] 马辉. 典型农区地膜残留特点及对玉米生长发育影响研究[D]. 北京:中国农业科学院,2008.Ma Hui. Study on the Characteristic of Plastic Film Residue and Its Effect on Maize Growth in Typical Regions[D].Beijing: Chinese Academy of Agricultural Sciences, 2008.(in Chinese with English abstract)

[26] 王频. 残膜污染治理的对策和措施[J]. 农业工程学报,1998,14(3):185-188.Wang Pin. Measures to reduce the pollution of residual of mulching plastic film in farmland[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 1998,14(3): 185-188. (in Chinese with English abstract)

[27] 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(6):139-145.Bai Yunlong, Li Xiaolong, Zhang Sheng, et al. Study on the current situation of plastic film residue pollution and the countermeasures for the recovery and utilization of residual film in Inner Mongolia[J]. Soil and Fertilizer Sciences in China, 2015(6): 139-145. (in Chinese with English abstract)

[28] 王海江,王开勇,刘玉国. 膜下滴灌棉田不同土层盐分变化及其对棉花生长的影响[J]. 生态环境学报,2010,19(10):2381-2385.Wang Haijiang, Wang Kaiyong, Liu Yuguo, et al. Effects on cotton growth and salinity changes in different soil depth of drip irrigation in cotton field[J]. Ecology and Environmental Sciences, 2010, 19(10): 2381-2385. (in Chinese with English abstract)

[29] 王振华,杨培岭,郑旭荣,等.膜下滴灌系统不同应用年限棉田根区盐分变化及适耕性[J]. 农业工程学报,2014,30(4):90-99.Wang Zhenhua, Yang Peiling, Zheng Xurong, et al. Soil salinity changes of root zone and arable in cotton field with drip irrigation under mulch for different years [J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering(Transactions of the CSAE), 2014, 30(4): 90-99.(in Chinese with English abstract)

[30] 国家统计局农村社会经济调查司.中国农村统计年鉴:2006-2015 [M]. 北京:中国统计出版社,2015.

[31] 国家统计局内蒙古调查总队.内蒙古经济社会调查年鉴:2006-2015 [M]. 北京:中国统计出版社,2015.

[32] 童文杰,陈中督,陈阜,等.河套灌区玉米耐盐性分析及生态适宜区划分[J].农业工程学报,2012,28(10):131-137.Tong Wenjie, Chen Zhongdu, Chen Fu, et al. Analysis of maize salt tolerance in Hetao irrigation district and its ecological adaptable region[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2012, 28(10): 131-137. (in Chinese with English abstract)

Effects of mulching years and irrigation methods on residual plastic film in Hetao Irrigation District

Wang Zhichao, Li Xianyue※, Shi Haibin, Ding Zongjiang, Zhang Jingjun, Guo Yu, Wang Meirong
(College of Water Conservancy and Civil Engineering, Inner Mongolia Agricultural University , Hohhot010018,China)

In order to study the influence of mulching years and irrigation methods on residual plastic film in Hetao Irrigation District of Inner Mongolia, consultation, questionnaire investigation and field sampling were used in combination for in-depth study. This paper mainly analyzed the present situation of plastic film mulching in Hetao Irrigation District and the typical research area (Dengkou County), and studied the effects of 3 factors including mulching years (2 years, 5 years, 10 years and 20 years), irrigation methods (drip irrigation and surface irrigation under film mulching) and crops (maize and sunflower). And the effect on the film residual rate, film damage rate, distribution of residual film in soil and residual film area in the typical research area were mainly discussed. The results showed that as the drip irrigation technology had made great development in Hetao Irrigation District of Inner Mongolia, the amount and mulching area of plastic film in Hetao Irrigation District increased by 125.81% and 147.62% respectively in recent 10 years. The typical research area even increased by 240% and 265.81%,however, the mulching area per unit area decreased by 8.82% and 7.08%. And this may lead to a further increase in the amount of agricultural film residue. Different mulching years and irrigation methods affected the film residual rate and film damage rate significantly (P<0.05), and the film residual rate and film damage rate under the drip irrigation were significantly higher than those of surface irrigation. The film residual rate of mulching 5 years, 10 years and 20 years increased by 80.14%,163.70%, 273.64% than mulching 2 years respectively on average, and for film damage rate it increased by 20.97%, 38.14%,60.20% than mulching 2 years on average. Moreover, the film residual rate and film damage rate under drip irrigation increased by 42.92% and 20.01% on average compared with surface irrigation. There was no significant difference in film residual rate and film damage rate between maize and sunflower under the same film mulching years and irrigation method.The film mulching years greatly affected the distribution of the residual film in soil, and the different irrigation methods had few effects on the distribution of residual plastic film in soil. The residual plastic film mainly concentrated in the soil depth of 0-10 cm, which accounting for 64.89%; and the residual film area between 0-4 cm2and 4-20 cm2was 31.06% and 27.81% of the total slices in the farmland. With the increase of mulching years, the total slices of residual film residues in the deeper soil depth gradually increased. For example, the residual film slice in soil depth of 0-10 cm was reduced from 71.47% to 54.61%for the mulching years from 20 to 2, but the residual film in soil depth of 10-20 cm was increased from 23.37% to 32.24%.With the increase of mulching years, the proportion of residual film for different area was more significant, especially for the increase of small area of residual film. The amount of residual film for area below 20 cm2was 1.43, 1.44, 1.51, 1.59 times than the residual film area more than 20 cm2(P<0.05) for the mulching years of 20 years, 10 years, 5 years and 2 years, respectively.The percentage of residual film in the residual film area of 0-50 cm2under drip irrigation was significantly higher by 1.82%4.15%, 8.08% and 9.14% than under surface irrigation (P<0.05) for the mulching years of 2 years, 5 years, 10 years and 20 years, respectively. The results can provide valuable information for the prevention and control of agricultural plastic film residues.

irrigation; films; crops; residual plastic film; Hetao Irrigation District; mulching years

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.14.022

S275.6;X53

A

1002-6819(2017)-14-0159-07

王志超,李仙岳,史海滨,丁宗江,张景俊,郭 宇,王美荣.覆膜年限及灌水方法对河套灌区农膜残留的影响[J]. 农业工程学报,2017,33(14):159-165.

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.14.022 http://www.tcsae.org

Wang Zhichao, Li Xianyue, Shi Haibin, Ding Zongjiang, Zhang Jingjun, Guo Yu, Wang Meirong. Effects of mulching years and irrigation methods on residual plastic film in Hetao Irrigation District[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(14): 159-165. (in Chinese with English abstract)

doi:10.11975/j.issn.1002-6819.2017.14.022 http://www.tcsae.org

2016-12-23

2017-05-10

国家自然科学基金(51669020、51469022、51539005);内蒙古自然科学基金(2016JQ06);“十三五”重点研发计划(2016YFC0400205)

王志超,男,山东德州人,博士生,主要从事土壤物理及节水灌溉研究。呼和浩特 内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院,010018。Email:wzc5658@126.com

※通信作者:李仙岳,男,浙江温州人,教授,主要从事节水灌溉原理及应用研究。呼和浩特 内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院,010018。

Email:lixianyue80@126.com

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