農田地膜污染與防治對策

李治國，周靜博，張 叢，姜建玲

（石家莊市環境監測中心，河北石家莊 050022）

中國于20世紀70年代引進農田地膜覆蓋栽培技術，現在農田地膜覆蓋已成為一項成熟的農業栽培技術。地膜覆蓋能保水、保肥、保持濕度，有效延長作物生長期，提高農作物產量。石家莊市作為河北省農業大市，隨著近年來糧、棉、油料等作物產量的增加，地膜用量也在年年攀升。目前農業生產中使用的多為以聚乙烯或聚氯乙烯為原料的塑料薄膜，其屬于高分子化合物，分子結構非常穩定，很難被自然的光和熱降解，也不容易被細菌等微生物降解，降解周期一般為200～300年，降解過程中還會溶出有毒物質。而且，現在使用的地膜越來越薄，回收工作難度也越來越大，隨著地膜使用年限的延長，殘留地膜若得不到及時回收，逐年積累，土壤中的殘膜量不斷增加，將破壞農田土壤結構，使土壤肥力下降，影響農作物根系生長發育，甚至引起地下水下滲困難、土壤次生鹽堿化，最終導致土壤質量和作物產量下降。長此以往，必然給農田生態環境帶來難以解決的污染危害，對農業可持續發展構成嚴重威脅。因此，研究區域農田土壤中地膜污染及防治對策，對防治農田土壤污染，促進農業可持續發展具有十分重要的意義。

1 地膜的使用現狀

1.1 中國地膜使用現狀

中國從20世紀70年代從日本引進覆膜種植技術，現已成為世界上最大的覆膜種植國。據調查，中國農田地地膜覆蓋栽培適宜推廣面積大于5×1011m2，已推廣面積為1.8×1011m2，推廣普及率達36%，預計到2015年農田地膜使用面積將超過3.3×1011m2［1］。

根據農業部調查結果，目前農膜殘留量一般為60～90kg／hm2，最高可達到165kg／hm2，地膜殘留量隨著使用年限而增加［2］。據對黑龍江、遼寧、北京、天津等省市的10多個地縣的調查，1hm2農田使用的農膜量約為150kg，殘膜量1年為64.5～105.6kg／hm2，2年 為26.8kg／hm2，3年 為44.1 kg／hm2，3年平均殘留率為46.2%。此外，國產農膜的熔融指數（MI）偏高。熔融指數越高的農膜，越容易破碎，不利于農膜的揭膜處理。一些不宜用作農膜的樹脂（如耐老化性差的高密度聚乙烯）也被用作農膜原料，其用量占農膜用量的1／5。這些劣質農膜易破碎，更是造成殘膜污染的重要原因。

1.2 石家莊市地膜使用現狀

石家莊為農業大市，糧、棉及油料作物的產量均居河北省前列，同時石家莊也是地膜用量大市，2011年，石家莊市地膜覆蓋面積達51 767hm2，使用量達3 145t；2012年，石 家 莊 市 地 膜 覆 蓋 面 積 已 達52 887hm2，使用量達3 195t［3］。

從以上數據不難看出，近幾年，石家莊市農田地膜的用量持續增長，到2012年達到河北省總農田地膜用量的1／15左右。隨著農田地膜的大量使用，以及石家莊市地膜耕作使用年限的增加，小于5cm 的地膜殘片顯著增多。例如，在連作6年棉花的土壤中，小于5cm 的殘片占廢膜總量的34%，而同樣年限棉、菜輪作的土壤中，小于5cm 的殘片只占廢膜總量的11%［4］。當前石家莊農田殘膜污染現象越來越明顯，正確認識農田殘膜污染的影響，進而應用到石家莊農田殘膜治理中，對石家莊糧食產量的增長及農業發展具有巨大的促進作用。

2 地膜污染的危害

2.1 殘留地膜對土壤環境的危害

有研究表明，土壤滲透是一種自由重力水向土壤深層移動的現象［5］。土壤中殘膜碎片可以改變或切斷土壤孔隙之間的連續性，導致重力水移動時產生比普通土壤孔隙大的阻力，這也就使得水分滲透量隨著地膜殘留量的增加而減少，致使土壤含水量下降，削弱了耕地的抗旱能力，甚至導致地下水難下滲，引起土壤次生鹽堿化。再者，農田殘膜可能會造成農田灌水不均勻和養分分配不均，通氣性能降低，影響土壤微生物活動和正常土壤結構的形成，最終降低土壤肥力水平。

此外，農用殘膜對土壤物理性狀也有諸多方面的影響。土壤物理性狀主要是指土壤含水量、容重、密度、孔隙度等［6］。據研究［1］，與沒有農膜殘留的土壤相比，隨著農膜殘留量的增加，土壤中的含水量和孔隙度將逐漸減少，土壤的容重和密度將逐漸增加。當農膜殘留量為150kg／hm2時，土壤的含水量和孔隙度將分別下降1.5%和4.4%，其容重將上升0.15，密度將上升0.7g／cm3；當農膜的殘留量為400kg／hm2時，土壤的含水量和孔隙度將分別下降2%和17.3%，其容重將上升0.63，密度將上升0.12g／cm3。隨著農用殘膜量的增加，土壤的質量將不斷下降，這必然會影響農作物的生長。

2.2 農田殘膜對農作物的危害

農田殘膜對土壤造成了上述危害，必然對農作物產生相應的影響。具有殘膜的土壤，作物根系的生長空間不暢通，大大減少了作物根系與土壤空間的接觸面積，以致于影響到作物根系對水分和營養的吸收；再者，對作物株間施肥時，殘膜會使肥料分布不均，影響肥效，導致農作物產量下降。

據研究，地膜覆蓋種植3年以上的耕地中，1m2耕層（25cm 深）內殘留78g地膜的情況已相當普遍［7］。在一些地膜污染嚴重的地方，l m2耕層內的地膜含量已高達20g［7］。土壤中的地膜不僅影響耕作，還可能在土壤中形成阻隔層，影響作物對水、肥的吸收及根系發育，最終導致減產。

研究顯示，當棉花種子播在殘膜上時，棉花種子的爛種率達6.92%，爛芽率為5.17%，棉苗側根比正常減少4.8～7.6條，2～3片真葉期棉苗死亡率為1.19%，子葉期棉苗死亡率為3.08%，現蕾期推遲3～5天，株高降低6.7～12.9cm［8］。

據河北省農業環境監測站調查的結果顯示：玉米地每年地膜使用量約為45kg／hm2；使用1年殘留量約為26.55kg／hm2；連續使用3年，殘留量為32.85kg／hm2；連續使用5年，殘留量為42.45kg／hm2；連續使用8年，殘留量為86.10kg／hm2，平均殘留量為10.76kg／hm2，殘留率為23.90%［9］。有關調查資料表明，殘膜對玉米產量影響的差異達到顯著水平。1hm2有187.5kg殘膜的土地，玉米產量約為9 420kg／hm2，比無殘膜的對照田減產玉米909kg，減產率8.8%［9］。

據調查，殘膜對小麥產量有也有直接的影響［9］，見表1。

表1 殘膜對小麥產量的影響Tab.1 Effects of plastic film residue on the yield of wheat

此外，農田殘膜對蔬菜生長也有很大危害。有調查顯示，農膜殘留對茄子、白菜的地上鮮重、根鮮重、主根長度、株高等都產生相當大的影響［10］。見表2。

表2 殘膜對茄子、白菜生育性狀的影響Tab.2 Effects of residual coating on eggplant，cabbage growth traits

2.3 殘膜的化學污染

農用塑料膜是聚乙烯化合物，在生產過程中需加40%～60%的增塑劑，即鄰苯二甲酸二異丁酯，其化學性能對植物的生長發育毒性很大，特別是對蔬菜的毒性更大。鄰苯二甲酸酯類是強烈的“三致”物質，因其具有較強的脂溶性，流動性大，廣泛存在于自然界中。中國環境監測總站和美國EPA 均將該化合物列為優先控制污染物［9］。

研究表明，大多數烯烴類高聚物易被微生物分解，且耐酸堿腐蝕，在環境中殘留性極強［11］。但是聚烯烴（如聚乙烯PE）類農膜經紫外線輻射或熱解氧化后，可有利于中間產物的生成及發生生化降解變化。光解或熱解后的產物相對分子質量可降至10 000以下，其抗張強度明顯降低，變脆、易碎，因而表面積增大。

有些地方將殘膜焚燒，會產生有害氣體污染大氣環境，造成二次污染，如焚燒聚氯乙烯等含氯的塑料農膜時會產會氯化氫和二惡英等劇毒氣體。

2.4 殘膜對環境景觀的影響

由于回收殘膜的局限性，加上處理回收殘膜不徹底，方法欠妥，部分清理出的殘膜被棄于田邊、地頭、水渠、林帶中，大風刮過后，殘膜被吹至田間、樹梢，影響農村環境景觀，造成“視覺污染”。石家莊是河北省的省會，國家歷史文化名城，著名的旅游城市，更應該注意治理城市及周邊環境景觀。

2.5 其他方面的危害

殘留地膜碎片會隨農作物的秸桿和飼料進入農家，牛羊等家畜誤食殘膜碎片后，可導致腸胃功能失調，膘情下跌，嚴重時會引起厭食和進食困難，甚至導致死亡。近年來，各地牛、馬、羊由于誤食塑料殘膜導致死亡的現象時有發生。

總之，由于農田地膜殘膜對環境和作物產量能產生相當大的危害，而且隨著使用年限的積累，地膜污染會越來越嚴重。因此，防治地膜污染是一項十分緊迫、又有重要意義的工作。

3 殘膜回收存在的問題

石家莊市地膜覆蓋栽培技術在農業生產中的效益是顯著的，所以發展快速，但殘膜回收由于經濟效益差，又耗時費力，所以推廣困難。就目前情況而言，尚存在農民自身問題和環境管理等方面的問題。

3.1 農民方面

1）目前石家莊當地農民對地膜污染的危害有了一定的認識，但注重當年效益、忽視長遠效益的現象也普遍存在，所以推廣人工揭膜比較困難。

2）近年來石家莊市棉花播種面積擴大，覆膜面積也跟著擴大。由于棉田地膜用量在所有農用地膜中占有相當大的比例，故提高棉田殘膜回收率對減少地膜污染顯得尤為重要。棉花頭水前揭膜勞力、時間特別緊張。石家莊地區當地農民，在揭膜期多在外地打工，沒有足夠的時間、精力去做揭膜這項費時的農活。因此，沒有把人工揭膜列為必不可少的一道生產工序，這是生產管理、勞動安排和宣傳認識上存在的問題。

3）石家莊市棉花種植多為夏初種植，棉花收獲完畢時間已經很晚，緊跟著就要秋翻、秋耕為來年生產打好基礎，秋末的忙碌使人無暇顧及殘膜的撿拾，殘膜來不及人工撿拾就被翻入耕層。

3.2 環境管理方面

環境管理薄弱也是殘膜污染的一個重要原因，薄弱環節主要是法規體系不健全。

1）目前，石家莊市還沒有專門的法規來約束和防止地膜污染的產生，因而在開展回收殘膜的工作中，不能采取有效措施開展清理回收工作。

2）中國目前尚未建立農膜環境方面的法規及農膜土壤殘留標準，土壤殘膜污染實際上處于放任自流狀態。而日本法律明確規定，不論使用何種農膜，農作物收割后都不允許有農膜存在，否則將被罰款；同時，日本也積極開展回收業務，使殘膜得以再生和再利用。中國應加強在地膜回收方面的管理。

殘膜清除率低的原因，除農膜質量、農民自身和環境管理的因素外，還有一些其他原因。例如：由于殘膜回收價格太低，調動不起農民的積極性，人們只注意清理大張的殘膜，而忽視了小塊的殘膜，只撿地表的，而不翻挖土里的；另外，清膜方式主要采用清除率低的人工方法，而未應用先進的機械設備。

4 地膜污染防治對策

為了防治殘留農膜污染，應從政策和技術2 個方面做出努力。國家應加強立法，保護農田不受污染，同時對于回收殘膜在政策上給予鼓勵和獎勵；在技術方面，開發研究優質農膜，推廣易降解農膜；通過加強環保宣傳教育和開發推廣合理的農藝措施，相對減少農膜使用量，注重殘膜的回收利用等。石家莊市政府應加大執法力度，做到有法必依，違法必究，執法必嚴，同時配合國家政策，做好地方宣傳工作。防治地膜污染應遵循“以宣傳教育為先導，以強化管理為核心，以回收利用為主要手段，以替代產品為補充措施”的原則，積極防治殘膜污染，主要通過清理和回收利用來減少污染，同時依靠有利于回收利用的經濟政策提高回收利用率。

4.1 加強環保宣傳教育

防治地膜污染可以說是一個系統工程，需要各部門、各行業和廣大農民群眾的共同努力、支持和參與。要大力開展宣傳教育，提高各級領導和農民群眾對地膜污染危害的長遠性、嚴重性、恢復困難性的認識，提高回收地膜的自覺性。

4.2 建立、健全有關法律、法規，把治理殘膜污染納入法制軌道

建議制定地膜殘留量標準，結合石家莊當地農業發展情況，制定必要的農田地膜殘留量標準和地膜殘留量超標收費標準，使農田地膜污染早日納入法制管理軌道。

4.3 加快制定有關回收殘膜的經濟政策

結合石家莊經濟狀況，制定一些優惠政策，鼓勵回收、加工、利用廢舊地膜企業的發展，調動他們的積極性。為了既不增加政府負擔，又能體現“誰污染、誰治理”的原則，可要求石家莊各地膜銷售部門和地膜消費者自行回收利用，不能自行回收利用的企業或個人要交納回收處理費，用于對回收利用企業或個人的補償。

4.4 大力推廣適期揭膜技術

所謂適期揭膜技術是指把作物收獲后揭膜改變為收獲前揭膜，篩選作物的最佳揭膜期［5］。具體的揭膜時間最好選定為雨后初晴或早晨土壤濕潤時揭膜。根據石家莊市人力現狀和天氣情況，選擇適宜的時機揭膜。適期揭膜技術不但能提高地膜回收率，節省回收地膜用工，而且還能使作物增產。因此，在石家莊市要大力推廣適期揭膜技術，以促進農業生產的發展。

4.5 采取人工和機械回收相結合的措施，加大殘留地膜回收力度

中國用機械回收殘膜有3種方法：一是在作物苗期、灌頭水前揭膜；二是在作物收獲后、耕地前回收地表殘膜；三是在播種前回收地表殘膜［12］。

在石家莊大力推廣冬灌春播前清理殘膜，確定“凈土日”或“凈土周”，動員廣大農民、城鎮機關，做到要開犁的地塊如沒有進行揭膜不準開犁，開犁整好的地塊沒有進行農戶撿拾殘膜的就不允許開播。同時，將農業環境保護工作列入石家莊鄉村領導責任制。根據有關經驗，鄉村做到農田、林帶、渠道路、房前屋后廢舊地膜回收率達到90%，地膜殘留保持在7.5kg／hm2以下，是比較理想的［13］。在石家莊市施行農田揭膜，除頭水前揭膜措施外，還可組織人力和勞力采用手工或耙子回收殘留地膜，在翻地、平整土地、播種前及收獲后可采用地膜回收機回收也能收到較好的效果。遼寧省農機化研究所研制的ISQ－20型地膜消除機及新疆麥蓋提縣研制的環形滾動釘齒式殘膜清除機，推廣使用效果很好。

4.6 選用耐老化、耐破裂、高強度的地膜以便于回收

目前，石家莊市使用的農用地膜都為超薄膜，厚度多為0.007cm，易破碎，難回收。而國外及內地一些省市使用的地膜都較厚，有些省市使用的地膜厚度為0.015cm，不易破碎，因而易回收。建議適當增加地膜厚度，以增強地膜韌性，利于殘膜的回收。

4.7 研究開發新材料，尋找農膜替代品

實踐證明，研制出易降解、無污染的新材料地膜才能根除地膜污染。目前使用的地膜多為聚乙烯農膜，化學性質穩定，不易分解和降解，因而造成土壤環境的污染。應鼓勵開發無污染、可降解的生物地膜，替代聚乙烯農膜，如光解膜、生物降解膜和雙解膜等［14－17］。光解膜是指在太陽紫外線的作用下，經過一段時間后裂解成碎片，從而消除污染。生物降解膜是利用土壤微生物在新陳代謝過程中產生的生物物理和化學作用來降解的一類薄膜。雙解膜是指先經過光降解過程裂解成碎片，然后再由微生物進一步降解。新材料包括中國科學院長春應用化學研究所研制的可光解地膜、蘭州化學研究所研制的可溶解地膜，以及北京塑料研究所研制的非淀粉可控光－生物降解塑料薄膜［18］。目前，生物農膜因強度不夠或成本較高而難以推廣，應進一步改進和優化生物農膜的性能，逐步降低成本，便于推廣和應用［19－20］。

由安徽大學高分子材料研究所等研發的高新技術產品——可降解、可除草地膜的問世能很好地解決這一問題，這種新型地膜具有雙降解特性及藥效緩釋功能，在整個降解過程中不會破壞土壤的質量，且能避免使用普通地膜帶來的“白色污染”［21］。

4.8 優化耕作制度

在石家莊市進一步加強倒茬輪作制度，通過糧棉、菜棉輪作倒茬，減少地膜單位面積平均覆蓋率，進而減輕殘膜污染危害［22］。

5 結 語

近年來石家莊市的農業產值，特別是各種蔬菜、油料作物產量的增加說明采用地膜覆蓋栽培技術可以達到增溫保墑而增產豐收的目的。但與此同時，部分地膜殘留在土壤中，對農田造成污染。長此下去，土壤物理性質改變，肥力水平下降，作物根系生長困難，苗禾發育遲緩，最終將造成農作物減產。更為嚴重的是由于殘膜長期堆積，有可能完全破壞土地資源的生產潛力，使大片良田變為寸草不生的荒漠土地。所以，預防和治理地膜污染，保護農田生態環境是地膜種植技術持續應用和發展的關鍵。當前，在可降解、無污染的地膜還沒有得到大面積推廣應用的情況下，采取適期揭膜技術是防治殘膜污染的有效措施。此技術可提高回收率，減少地膜污染，保護耕地能力。因此，要加強宣傳教育，提高各級領導和農民群眾的環保意識，大力推廣適期揭膜技術，減少殘膜留量，確保農業生產持續豐收。

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