農田地膜殘留量檢測方法研究

摘 要：地膜在農業生產中應用廣泛，但其殘留污染問題也不容忽視。國家高度重視地膜污染防治工作，出臺了一系列法規和政策，要求各地定期開展地膜殘留監測工作。國家及多省份均發布了相關規范和規程，然而現有規范和規程仍需要進一步細化。基于此，通過系統、科學的試驗設計，研究確定樣品前處理、樣品檢測的最優試驗條件，使檢測過程更加規范，檢測結果更加科學、準確；并運用統計方式（F檢驗、T檢驗）對檢測數據進行精密度和正確度分析，驗證了該方法具有適用性。

關鍵詞：農田地膜；殘留量；精密度；正確度；F檢驗；T檢驗

中圖分類號：X71 文獻標志碼：B 文章編號：1674-7909（2024）9-114-4

DOI：10.19345/j.cnki.1674-7909.2024.09.027

0 引言

20世紀80年代初，我國開始將地膜應用于農業生產。地膜覆蓋栽培技術是農業生產的重大技術創新。地膜是繼種子、化肥、農藥之后的第四大農業生產資料，被譽為“白色革命”。全國每年地膜使用量近140萬t，占全球總量的75%，覆蓋面積約2 000萬hm2，地膜為保障我國農產品安全供給做出了巨大貢獻。地膜在保溫、保墑、保肥、除草防蟲及調整生產節令等方面都發揮了重要作用，但由于地膜不易分解，若回收不及時，殘留在農田中的地膜會影響土壤的理化性質，從而影響土壤水分和養分的運移，并進一步影響作物的出苗和生長，甚至會導致作物生長發育受阻、產量降低，同時也會造成白色污染［1-2］。

國家高度重視地膜污染防治工作。農業農村部生態總站印發了《全國農田地膜殘留監測方案》，要求在全國各省份多個地區布設監測點位，全面掌握各省份主要覆膜區域、主要覆膜作物地膜殘留動態變化趨勢，為地膜殘留污染治理提供底數基礎和技術支撐。2020年，農業農村部、工業和信息化部、生態環境部、市場監管總局公布了《農用薄膜管理辦法》，提出要建立農用薄膜殘留監測制度，規定縣級以上地方人民政府農業農村主管部門應當定期開展本行政區域的農用薄膜殘留監測工作。2021年，農業農村部等六部門印發了《“十四五”全國農業綠色發展規劃》，明確提出加強白色污染治理，2025年全國農膜回收率在85%以上，并將農田地膜殘留監測工作列入規劃，要求各地長期開展。

科學、準確、規范地進行農田土壤地膜殘留量檢測，摸清地膜殘留量情況，可為地膜殘留污染治理決策提供重要數據支撐。而準確、規范、統一的農田土壤地膜殘留量檢測方法是獲得準確監測結果的必備和決定性條件，是進行農田地膜污染治理和地膜相關應用研究的必要前提。

《農田地膜殘留量限值及測定》（GB/T 25413—2010）標準未明確規定如何撿拾殘留地膜、如何清洗地膜及如何準確稱重等［3］。《全國農田地膜殘留監測方案》雖然對殘留地膜撿拾、清洗、晾干及稱重有所提及，但不夠詳細具體。

2020年以來，內蒙古、遼寧、山東、河北等省份結合當地實際情況，從地膜監測技術、調查與評價等方面制定了地方標準，并對地膜監測進行了細化和規范，有力地指導了當地農田土壤地膜殘留量監測工作。但這些規范和規程在樣品采集、樣品前處理、檢測分析等方面仍不夠具體，還需要對檢測過程進一步細化、規范，以使檢測結果更加科學、準確及具有可比性。因此，開展農田土壤地膜殘留量檢測技術研究，通過系統、科學的試驗設計，探索、研究并確定最優試驗條件，可為農田土壤地膜殘留檢測標準制（修）訂及污染治理項目實施提供技術支撐。

在農田土壤地膜殘留量檢測方法的研究過程中，利用統計學方法評價檢測結果的精密度、正確度是驗證方法適用性的關鍵。F檢驗，又叫方差齊性檢驗，是英國統計學家Fisher提出的精密度檢驗方法。F檢驗主要通過比較兩組數據的方差（S2），以確定兩組數據精密度之間有無顯著性差異，即隨機誤差是否在可控范圍內，是檢驗兩組數據均值間是否存在系統誤差的前提條件。T檢驗通過比較兩個平均值的差異是否顯著，來確定其正確度是否有顯著性差異，即系統誤差是否在可控范圍內。精密度高，正確度不一定高；同樣，正確度高，精密度不一定高。只有當精密度和正確度都高時，隨機誤差和系統誤差均在可控范圍內，才能保證檢驗檢測數據準確可靠。

利用最優試驗條件，采用同批次的潔凈地膜和經過老化的潔凈地膜（即老化地膜），在實驗室內驗證該方法的精密度和正確度；在實驗室間驗證，運用統計方式（F檢驗、T檢驗）對檢測數據進行精密度和正確度分析，以證明該方法的適用性。該方法可彌補相關標準制（修）訂過程中對部分物理類項目精密度、正確度驗證方法的缺失，也可在實際應用中提高農田地膜回收率，降低環境風險。

1 試驗部分

1.1 儀器設備

試驗用儀器設備包括水冷式日曬氣候老化儀、紙袋、玻璃干燥器、尼龍篩或電動篩分裝置（10 mm、6 mm、2 mm）、鑷子、鋼刷、水盆、超聲波清洗儀、萬分之一電子天平等。

1.2 樣品制備

該試驗采用的潔凈地膜為市售普通農田地膜，老化地膜為經過老化后的潔凈地膜。

稱取一定質量的潔凈地膜和老化地膜，剪成若干份，分別與不少于50 g的土壤充分混合，然后進行樣品測試。

1.3 樣品測試

1.3.1 清洗

一般地膜以聚乙烯為主要原料，性質穩定，不溶于水和一般洗滌劑。在選擇洗滌劑時，要注意選擇不與地膜產生化學反應的洗滌劑，浸泡時間視地膜樣品玷污情況而定，一般當撈起的浸泡地膜上無明顯污痕時，可進入下一步清洗環節。選擇用超聲清洗的方式對黏附于地膜上的頑固污漬進一步清洗，以達到徹底清洗的效果。該研究對超聲清洗時間進行了試驗探索，分別選擇10、20、30、40 min進行清洗試驗，發現隨著清洗時間的延長，清洗后的地膜回收率隨之變大，但清洗30 min后的回收率與清洗40 min后的回收率無顯著差異，因此清洗時長確定為30 min。

該研究還采用了自動清洗裝置，清洗效果良好且清洗效率高。因此，在條件允許的情況下，可以配套使用自動清洗裝置完成殘留地膜樣品的清洗。

清洗步驟為：先浸泡已展開的殘留地膜樣品，除去易溶于水和洗滌劑的污物，然后在0.15 mm尼龍篩中用清水洗凈，防止地膜損失；再次將尼龍篩中的殘膜全部轉移到1 L燒杯中，加清水沒過殘膜，用超聲清洗30 min，保證殘留地膜樣品清洗干凈。

1.3.2 晾干及稱重

《全國農田地膜殘留監測方案》和《農田地膜殘留監測技術規程》（DB 13/T 5810—2023）中均規定清洗地膜后用濾紙吸干水分，在陰涼干燥處自然晾干，再用萬分之一天平稱至恒重來計算地膜殘留量。《農田地膜殘留監測技術規程》（DB 13/T 5810—2023）中還對晾干過程應注意防風防塵進行了說明。有些殘留地膜樣品體積小且質量輕，容易丟失，并且在樣品晾干過程中容易受環境條件（如溫濕度）的影響，樣品不易恒重。因此，研究采取晾干后在干燥器中放置的方式對樣品進行恒重。在對地膜稱重時，因地膜薄而輕，易出現靜電現象，直接稱重非常困難。項目組采取將樣品裝于紙袋恒重并壓實稱重的方式進行恒重稱量，解決了上述問題，并保證了恒重和稱重過程的規范性。

晾干及稱重步驟為：將清洗后的殘膜平鋪在濾紙上，在陰涼干燥處自然晾干（在晾干過程中，應注意防風防塵）；將晾干后的殘膜裝于干燥潔凈的紙袋中，在干燥器內放置24 h以上；殘膜壓實后用電子天平稱重，間隔1 h后再次稱重，直至恒重（相鄰兩次稱量結果之差≤0.000 5 g），恒重后取最后兩次稱量值的均值。

1.4 精密度、正確度的計算

將潔凈地膜和老化地膜分別剪成若干份，裝于紙袋中，在干燥器內放置24 h以上。稱取以上地膜0.500 0、1.000 0、3.000 0 g各6份，與不少于50 g的土壤充分混合，按照1.3樣品測試步驟進行檢測，通過計算相對標準偏差（RSD值）來驗證該方法的精密度，計算地膜回收率來驗證該方法的正確度。

1.5 統計方法

將所得試驗數據進行正態性分析，確認符合正態分布后，運用F檢驗驗證2組數據的精密度是否有顯著性差異；當精密度沒有顯著性差異時，再運用T檢驗驗證2組數據的正確度是否有顯著性差異。通過F檢驗、T檢驗驗證精密度和正確度均沒有顯著性差異，即系統誤差和隨機誤差均在可控范圍內，說明檢測數據準確可靠。

1.5.1 F檢驗

對老化地膜殘留量的檢測結果進行F檢驗分析，利用式（1）計算F值。

""""""""""""""""""""""""[F=S21S22]"""""""""""""""""""""""""""""""" （1）

式中：S1、S2分別為2家實驗室檢測結果的標準偏差，且S1gt;S2。

1.5.2 T檢驗

由于此次試驗的地膜殘留量的2組檢測數據屬于獨立樣本的雙總體T檢驗，根據式（2）計算。

[t=X1-X2（n1-1）S21+（n2-1）S22n1+n2-2（1n1+1n2）] （2）

式中：S1、S2分別為2家實驗室檢測結果的標準偏差，X1、X2分別為2家實驗室檢測結果的平均值，n1、n2分別為2家實驗室測量數據的次數。

2 結果與討論

2.1 實驗室內驗證

對潔凈地膜和老化地膜分別進行6次平行測定，實驗室內試驗結果見表1、表2。由表1可以看出，當潔凈地膜質量為0.500 0、1.000 0、3.000 0 g時，其相對標準偏差（RSD值）分別為3.3%、2.8%、2.5%，回收率分別為91.4%～101.0%、95.2%～102.0%、96.3%～103.0%。由表2可以看出，當老化地膜質量為0.500 0、1.000 0、3.000 0 g時，其相對標準偏差（RSD值）分別為3.3%、2.5%、2.6%，回收率分別為92.6%～101.0%、95.4%～102.0%、95.8%～104.0%。

經過對比發現，采用老化地膜和潔凈地膜的驗證結果無顯著性差異。

2.2 實驗室間驗證

2家實驗室采用統一老化的地膜樣品，經過平行測試后，利用統計方式（F檢驗、T檢驗）對試驗數據進行精密度和正確度分析，結果見表3。

2.2.1 F檢驗

當老化地膜質量為0.500 0 g時，實驗室A、B測得結果的標準偏差分別為0.021 2、0.014 8 g。根據式（1）可計算出F0.500 0 g=2.05；當顯著性水平為0.05，置信度為95%，2個實驗室間對比的自由度均為5，查閱F分布表（見表4），得到F表=F0.05（5，5）=5.050。由于F0.500 0 glt;F表，所以當地膜質量為0.500 0 g時，殘留量測定結果無顯著性差異。

注：f大為標準偏差大的自由度，f小為標準偏差小的自由度。

同理，當地膜質量為1.000 0、3.000 0 g時，可計算得到F1.000 0 g=1.24，F3.000 0 g=1.39，且均小于F表，故地膜殘留量檢測結果也無顯著性差異。

由于地膜殘留量檢測數據都沒有顯著性差異，說明檢測數據的精密度能夠滿足要求，可以繼續用T檢驗來驗證地膜數據的正確度。

2.2.2 T檢驗

根據T檢驗法，取置信度為95%，顯著性水平a=0.05，查T臨界值表（見表5），得t表值；當自由度V=n-1=5時，雙側檢驗通過T臨界值表得出t表=t0.05（5）=2.571。

當老化地膜質量為0.500 0 g時，實驗室A、B檢測結果的標準偏差分別為0.021 2、0.014 8 g，地膜質量平均值分別為0.487 8、0.485 9 g。

根據式（2）計算得到t0.500 0 g=0.18，小于t表，因此老化地膜殘留量檢測結果無顯著性差異。同理，當地膜質量為1.000 0、3.000 0 g時，可計算得到t1.000 0 g=0.65，t3.000 0 g=0.33，且均小于t表。由此可得出，地膜數據的正確度能夠滿足要求。

通過F檢驗和T檢驗驗證，老化地膜經過2家實驗室檢測，得到結果的精密度和正確度都能滿足使用要求，從而說明數據準確可靠，證明該檢測方法具有適用性。

3 結束語

筆者對農田地膜殘留量的測定方法進行了系統優化，并運用實驗室內外對比分析，對這一方法的準確性和可靠性進行驗證。對潔凈地膜和老化地膜的多次平行測定結果顯示，該方法具有良好的精密度和正確度，能夠滿足實際應用需求，適用于農田地膜殘留量的檢測。

參考文獻：

［1］李元橋，何文清，嚴昌榮，等.殘留地膜對棉花和玉米苗期根系形態和生理特性的影響［J］.農業資源與環境學報，2017，34（2）：108-114.

［2］嚴昌榮，劉恩科，舒帆，等.我國地膜覆蓋和殘留污染特點與防控技術［J］.農業資源與環境學報，2014，31（2）：95-102.

［3］全國農業機械標準化技術委員會.農田地膜殘留量限值及測定：GB/T 25413—2010［S］.北京：中國標準出版社，2010.

作者簡介：尚圓圓（1989—），女，碩士，工程師，研究方向：環境監測和產品質量。

通信作者：雷婧（1985—），女，本科，高級工程師，研究方向：產品質量方向。