我国农用地膜应用趋势及残留特点分析

张俊丽索龙梁建宏景鹏娟刘华栋支进锋

(1.渭南市农业技术推广中心，陕西 渭南 714000；2.渭南市种子工作站，陕西 渭南 714000；3.陕西省现代农业科学研究院，陕西 西安 710000)

覆盖农用地膜(以下简称“地膜”)有显著的提升低温，保水抗旱，抑草灭草等作用[1-3]，对农业增产增效作用明显，在生产中应用广泛[4，5]。随着地膜的大量使用以及长期以来的重使用轻回收，导致残留于农田的地膜逐年增多[6-8]，降低耕作层土壤的透气性，阻碍作物对养分和水分的吸收，影响机械作业质量，造成“白色污染”[4，5，9]。为推动农业绿色可持续发展，各地结合区域农业生产实际，对地膜使用情况进行分析，并在防治对策等方面进行了大量思考和实践[3，6，9，10]。为科学发挥地膜在保障农产品安全供给、推动农业可持续发展等方面的作用，本研究对我国地膜使用现状及残留特点进行详细分析，针对使用、回收等方面存在的突出问题提出了建议，以期为地膜科学使用提供一定的理论依据。

1 地膜应用趋势分析

1.1 地膜使用量与覆盖面积

1993—2020年我国地膜的覆盖面积和使用量整体上呈持续增长态势。统计数据显示，见图1，地膜覆盖面积由1993年的572.19万hm2增加至2020年的1738.68万hm2，增加了1166.49万hm2，增加3.04倍；地膜使用量由1993年的37.46万t增加到2016年的147.01万t，随后持续略降，至2020年达到135.70万t。

1.2 地膜应用分布

农用地膜在我国大部分地区均有应用，以1993—2020年28年地膜使用总量的统计数据来看，新疆、山东、甘肃、四川居全国前列，其次为云南、河南、河北、内蒙古、湖南，西藏和青海的使用量相对较小。以2020年地膜使用量为例，见图2，新疆、甘肃、山东居全国前列，分别为23.85×104t、11.30×104t、9.9×104t；其次为云南、内蒙古、四川等，宁夏、青海、上海、天津、北京和西藏使用量相对较小，均低于0.6×104t；以2020年地膜覆盖面积为例，见图3，新疆、山东、内蒙古、甘肃、云南覆膜面积较大，覆膜面积占全国覆膜面积的52%以上。

图2 2020年全国地膜使用量分布

图3 2020年全国地膜覆盖面积分布

1.3 地膜使用强度

以1993年、2006年和2018年3个年份为例，分析膜使用强度发现，见图4，20多年来，全国各地农用地膜使用强度均有提高，全国农膜使用强度均值由1993年的3.93kg·hm-2提高至10.41kg·hm-2，总体上西北地区的使用强度大，如2018年新疆和甘肃的地膜使用强度分别达45.46kg·hm-2和21.10kg·hm-2；不同省份地膜使用强度的提高幅度不同，如青海由1993年的0.19kg·hm-2提高至2018年的9.49kg·hm-2，提高50倍；西藏则由1993年的0.10kg·hm-2提高至2018年的3.59kg·hm-2，提高约36倍；内蒙古、河北、新疆、甘肃也由1993年的1.17、1.91、12.42、6.70kg·hm-2提高至2018年的8.17kg·hm-2、8.12kg·hm-2、45.67kg·hm-2、21.10kg·hm-2，均提高3倍以上。

图4 1993年、2006年和2018年我国各地农用地膜使用强度对比

2 农田土壤中地膜残留特点分析

地膜可以长期在土壤中留存[3，10，11]，自然条件下很难分解或降解。据第二次全国污染源普查公报显示，2017年农田土壤地膜累积残留量达118.48万t。地膜在土壤中的残留特点与应用区域、土层分布、覆膜年限等有明显差异[3，12-14]。

2.1 残留地膜与区域分布

综合分析各地残膜量发现，我国农田残膜的区域分布规律表现为西南地区<华南地区<华东地区<华中地区<东北地区<华北地区<西北地区[4，5，13]，其中，西南地区土壤的残膜量整体较低，残膜量由高到低依次为云南、四川和重庆，云南省因旱地农业面积大，覆膜种植技术应用广泛；华南地区残膜量最高为广西，达30.96kg·hm-2；在华东地区，山东、江苏、安徽、浙江和上海的残膜量依次递减，与地膜使用量的变化规律一致；在华中地区，河南的残膜量最高，达53.54kg·hm-2，明显高于湖北和江西，这与河南省覆膜种植面积大且覆膜宽度均较高有关；在华北地区，残膜量最高为河北，达81.25kg·hm-2，这与河北省的花生和棉花多采用覆膜种植有关；西北地区残膜量最高的是新疆，达128.12kg·hm-2，其次是甘肃、陕西、青海和宁夏。

2.2 残留地膜与土层分布

多数研究显示[4，10]，残膜主要集中在0～30cm耕作层，残膜量随土层深度增加而减小，0～10cm、10～20cm和20～30cm土层残膜分配比例分别为>50%、10%～40%和<10%；部分地区(如新疆)因农业机械化水平较高、土壤耕翻深度较大，在30～40cm土层会残留部分地膜[8]，残留量约占总量的4%。另外，不同土层中残膜的片数和大小也存在差异，一般情况下，浅层土壤中的残膜片数多于深层土壤，大膜(>25cm2)、中膜(4～25cm2)和小膜(<4cm2)的数量比约为7∶2∶1[10]，且随覆膜年限增加，残膜片数和小膜数量逐渐增多[9]。

2.3 残留地膜与覆膜年限

全国各省(区)的地膜使用强度在过去20年均呈增加趋势，增幅为3～10倍[2-4]。随覆膜年限增加，农田的地膜残留量呈增多趋势[5，12]，有研究显示，连续覆膜2年、5年和10年的棉田，残膜量分别为59.1kg·hm-2、75.3kg·hm-2和103.4kg·hm-2[15]；覆膜5～10年的农田耕层中残膜量达173.6kg·hm-2，覆膜10～15年和15年以上分别较5～10年提高135.9kg·hm-2和236.0kg·hm-2[3]；当地膜用量为45kg·hm-2时，连续覆膜8年后农田残膜量(81.6kg·hm-2)约是覆膜1年地膜残留量(26.55kg·hm-2)的3倍，每年地膜残留量约为地膜使用量的1/4[11]。另外，土壤中地膜残留强度和破碎率随覆膜年限增加而增加，有研究显示，与覆膜2年相比，覆膜5年、10年、20年后，农膜平均残留强度分别增长了80.14%、163.70%、273.64%，农膜平均破碎率分别增长20.97%、38.14%、60.20%；覆膜2年、5年、10年的旱作玉米田耕层残膜量分别为29.70kg·hm-2、35.49kg·hm-2、53.13kg·hm-2，残膜数量分别为198片、273片、483片。

2.4 残留地膜与覆膜方式

半膜覆盖下农田地膜残留量明显低于全膜覆盖，有研究显示，全膜覆盖下0～20cm土壤地膜残留量均值为14.71kg·hm-2，约是半膜覆盖的1.7倍[11]；刘含饴[13]分析12个全覆膜样本、18个半覆膜样本发现，全膜覆盖下地膜残留量为47.24kg·hm-2，半膜覆盖地膜残留量37.46kg·hm-2。半膜覆盖下农田地膜残留量明显低于全膜覆盖的原因与半膜覆盖使用的地膜数量少、覆盖面积小以及半膜覆盖周期短地膜回收时破碎率相对较低等有关。

2.5 残留地膜与覆膜作物和种植方式

种植作物类型显著影响地膜残留量，有研究显示，连续覆膜10年瓜菜轮作农田地膜残留量为30kg·hm-2，明显高于玉米连作(28kg·hm-2)和花生连作(16kg·hm-2)[14]。农业农村部农膜污染防治重点实验室在东北地区设置45个采样点，调查残膜面积>55mm的地膜残留量，发现该地区玉米田的地膜残留量高于种植其他作物农田[5]，这可能是因为玉米根系粗壮，并且有气生根，根系缠绕导致地膜难回收。

3 展望与建议

3.1 源头减量：研发应用地膜替代技术

加强地膜替代技术的研发应用是从源头上减少地膜残留的重要措施。常见的地膜替代技术有生物降解膜替代技术、秸秆覆盖替代技术、施用保水剂替代技术、农艺减控技术(如减少地膜田间覆盖度，一膜两用或多用，适期掲膜，优化耕作制度)等，其中生物降解膜替代技术备受关注，但其因成本高等原因，目前应用面积不大，后期应该加强生物降解地膜的生产工艺和原料配方等的研究，进一改善产品性能，降低生产成本，政府部门也可通过一些补助措施，鼓励引导农民使用生物降解地膜。

3.2 过程控制：强化残膜与杂质分离技术

从作物收获后机械起膜、清杂、卷捆、卸膜等全流程着手，加强残膜分离技术研发，如起膜压茬碎土技术、膜面杂质清洁技术、旋转辊集膜卷捆技术等，提升残膜机械化回收利用率，是减少残留地膜污染的重要环节；加强残膜再生利用技术研发应用，如通过改性再生技术生产品质更高，原料适应性更强的再生制品，是实现废旧农膜资源化再利用的重要方向。值得注意的是，实现农田残膜与杂质分离是目前提升残膜回收率和利用率的关键环节，研发残膜分离技术和装备，对从源头上解决环境污染、土壤污染和实现残膜再利用具有重要意义。

3.3 末端消减：无害化处理废弃地膜

对于不能通过再生利用技术进行再利用的残膜，采用能量回收、热解和溶解等特定方式进行无害化处理，是消减残膜污染的关键措施。利用农膜热值较高(约10278～10833kcal·kg-1)的特点，通过焚烧炉焚烧回收热能发电，是目前常用的一种利用方式，但废旧农膜还含有少量卤素元素，燃烧时会产生有害物质，容易造成二次污染，减少污染物的排放是该技术突破的重点方向。另外，热解技术是当前实现废旧塑料循环利用的关键技术措施，但存在设备运行不稳定、管道易结焦堵塞等问题，解决热解问题中的这些“卡脖子”问题是推动地膜无害化处理效能提升的关键。