陜西甘薯地膜應用現(xiàn)狀及污染防控技術(shù)

摘要：由寶雞市農(nóng)業(yè)科學研究院研發(fā)的“甘薯輕簡化高產(chǎn)栽培技術(shù)”作為陜西省農(nóng)業(yè)主推技術(shù)在全省大面積推廣應用，地膜覆蓋是該項技術(shù)中主要栽培措施之一，在全省甘薯產(chǎn)區(qū)得到普及，但隨著技術(shù)更大范圍的應用，面臨地膜殘留污染問題的嚴峻挑戰(zhàn)，成為影響甘薯綠色可持續(xù)發(fā)展的一項重大課題，亟需解決。基于陜西省甘薯產(chǎn)業(yè)地膜應用現(xiàn)狀及殘留地膜污染情況的調(diào)研，闡述了地膜覆蓋在陜西甘薯生產(chǎn)中對提升產(chǎn)量的重要性和不可替代性，并針對這一關(guān)鍵問題，提出了相應的解決策略與防控技術(shù)措施。

關(guān)鍵詞：甘薯；地膜覆蓋；防控技術(shù)；污染；陜西

Status of Mulching Film Application and Pollution Prevention

Techniques in Sweet Potato Production in Shaanxi Province

地膜覆蓋技術(shù)很早就在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中使用推廣，近年來更是在甘薯生產(chǎn)中大面積應用，目前已經(jīng)成為我國提高甘薯產(chǎn)量的重要手段之一。西北地區(qū)氣候冷涼，為提高產(chǎn)量、提早上市、增加收益，薯農(nóng)在4月上旬就開始栽植薯苗，覆蓋地膜栽培能有效提高甘薯發(fā)根緩苗期地溫，保持土壤水分，防治雜草，增加緩苗成活率，在西北春栽甘薯生產(chǎn)中發(fā)揮著不可替代的作用。

自2000年以來，陜西省地膜使用量快速增長，地膜覆蓋作物類型由蔬菜等經(jīng)濟作物擴展到了玉米、甘薯等糧食作物，地膜用量在2016年達到峰值，截至2021年，陜西省地膜使用量穩(wěn)步下降，但仍有21493t，平均每667m2消耗地膜13.72kg，而地膜回收量卻不足5000t。

同時，隨著地膜覆蓋面積的逐年增大，大部分地區(qū)出現(xiàn)不同程度的地膜污染，西北地區(qū)的地膜平均殘留量最多[1]，大部分地區(qū)的平均殘留量在100kg/hm2以上[2]。也因為廢舊地膜材料薄、回收成本高、回收利用率低的特點，使得廢舊地膜難以被回收利用，且農(nóng)戶對殘膜污染的認識不足，大量廢棄地膜被隨意丟棄或進行填埋處理，造成農(nóng)田污染日益嚴重。因此，地膜應用技術(shù)的科學創(chuàng)新，解決地膜污染的技術(shù)策略，是發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的迫切需要，對于甘薯綠色發(fā)展至關(guān)重要。

1 地膜覆蓋的現(xiàn)狀

甘薯起源于熱帶美洲，為適應陜西地區(qū)干旱和寒冷的自然條件，甘薯地膜覆蓋應用面積增大，覆蓋率提高。數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示[3-4]，陜西地膜使用量由2000年的11367t增加到2021年的21493t，翻了近一番，其中甘薯地膜的使用量約占12%；地膜覆蓋面積也在不斷增加，1995年地膜覆蓋面積僅156887hm2，2000年上升到256721hm2，2021年地膜覆蓋面積達到417254hm2。而且陜西省對于地膜使用還沒有明確統(tǒng)一的標準，缺少可以在不同生產(chǎn)條件下提供參考的標準，對地膜覆蓋栽培技術(shù)的適宜性也缺乏證實，在生產(chǎn)過程中往往出現(xiàn)地膜濫用現(xiàn)象，不利于增加產(chǎn)量、提高收入，也給環(huán)境造成極大污染，導致了資源浪費。

20世紀90年代制定的GB 13735—1992《聚乙烯吹塑農(nóng)用地面覆蓋薄膜》中規(guī)定，地膜標準厚度為（0.080±0.003）mm。但在實際生產(chǎn)過程中，農(nóng)戶為了降低生產(chǎn)投入，使用的大部分地膜都不符合標準相關(guān)規(guī)定，0.005mm以下的超薄地膜隨處可見。為規(guī)范生產(chǎn)、引導使用和促進回收，參考國際相關(guān)標準，國家2017年出臺發(fā)布的GB 13735—2017《聚乙烯吹塑農(nóng)用地膜覆蓋薄膜》強制性將地膜最低厚度提高到0.010mm（±0.002mm）[5]。但經(jīng)相關(guān)調(diào)查檢測發(fā)現(xiàn)，通過線上線下不同渠道購買的104個地膜樣品，其中符合GB 13735—2017強制性指標要求的只有2個，不合格率達98.1%，其中低于0.010mm的樣品占95.2%，低于0.008mm的樣品占85.6%[6]。

這些超薄地膜韌性差、強度低，使用過程中非常容易破碎，易與土壤、甘薯蔓混雜在一起，因此給殘膜回收工作帶來了極大挑戰(zhàn)。據(jù)抽樣調(diào)查，2021年有80%左右的回收地膜被丟棄、焚燒或填埋，只有20%左右的廢舊地膜被回收[4]。

2 甘薯覆蓋地膜的重要性

地膜覆蓋對甘薯栽培具有良好的增溫保墑效果，可以抑制雜草生長，提高產(chǎn)量和農(nóng)民收入，助力鄉(xiāng)村振興，因而在甘薯生產(chǎn)實踐中被廣泛利用。Sun等[7]通過整合分析1979年以來我國田間試驗數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，覆膜栽培技術(shù)可使51種作物產(chǎn)量平均提高45.5%，水分利用效率平均提高58.0%。甘薯的整個生育期內(nèi)，發(fā)根緩苗期和分枝結(jié)薯期覆蓋地膜對地溫和土壤貯水量影響更顯著，這一階段甘薯葉面積指數(shù)小，降水量少，覆蓋地膜可顯著減少土壤耗水48.4%，0～25cm土層平均地溫較裸地高1.64～3.33℃[8]。張俊麗等[9]研究結(jié)果表明，在分枝結(jié)薯期，覆蓋0.010mm全生物降解地膜和0.010mm聚乙烯地膜的0～20cm土壤含水量分別較不覆膜高12.97%和13.12%；產(chǎn)量相比分別增加了34.5%和30.8%。

地膜覆蓋技術(shù)極大地改善了甘薯種植條件的限制，擴大其種植區(qū)域，對于甘薯在西北冷涼地區(qū)的發(fā)展極具優(yōu)勢，能有效解決無霜期短、有效積溫不足的問題，改善甘薯生長小環(huán)境。馬忠明等[10]認為，西北地區(qū)起壟覆膜15cm和20cm能有效提高土壤溫度1.6～1.7℃，使0～20cm耕層水分含量提高2.2%，產(chǎn)量增加99.32%。江燕等[11]研究表明，種植甘薯覆蓋地膜可提高栽后前20d耕層的土壤溫度1.0～6.5℃。在甘薯不同生長時期0～10cm土層不覆膜和覆普通PE透明膜相比，不覆膜的溫度均低1～2℃[12]。覆蓋地膜可以有效達到保溫，種植緯度不斷北移的目的，并且還能有效防治雜草。范建芝等[13]研究表明，甘薯苗栽插45d后，覆蓋黑色地膜對雜草鮮質(zhì)量防效達92.43%，覆蓋透明地膜+96%精異丙甲草胺乳液2250mL/hm2對雜草鮮質(zhì)量防效達到了98.48%。張艷等[14]研究發(fā)現(xiàn)，覆膜加除草劑處理的株防效顯著高于不覆膜對照，而同時使用33%二甲戊樂靈乳油，覆透明膜的株防效比黑膜高8.74%。

3 地膜的危害

從20世紀50年代起，我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)就開始使用塑料地膜，使用量也在不斷增加，有很多學者對農(nóng)用塑料地膜開展研究。研究表明覆膜可顯著提高甘薯地上部和地下部生物量，較對照增產(chǎn)185%和50%[15]；但傳統(tǒng)農(nóng)用地膜的主要成分是聚乙烯，不能科學使用和有效回收利用導致地膜殘留問題日益嚴重。含有微塑料的土壤層會對相鄰土壤層產(chǎn)生人為屏障，中斷垂直水流，改變相鄰土層含水量，引起土壤團聚體比例大小的變化，增加土壤水分蒸發(fā)速率，造成土壤表面干燥[16]。試驗表明[17]隨著土壤殘膜量的累計，2014年土壤中硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量分別增加了31.6%和40.1%，降低了植株吸收利用的氮素含量，降低了棉花的產(chǎn)量。研究還發(fā)現(xiàn)，地膜殘留易誘發(fā)病蟲害，降低土壤的滲透性，影響到土壤微生物活動和土壤肥力水平[18]。宋世杰等[19]的研究顯示，隨著地膜殘留累積水平的增加，對真菌和放線菌的影響較大，兩者的數(shù)量最大可下降89.73%和62.78%。

農(nóng)戶目前對廢舊地膜的主要處理方式為填埋和焚燒，而聚乙烯材料理化性能穩(wěn)定，自然條件下深埋在土壤中極難完全降解，甚至會影響下茬農(nóng)作物的生長發(fā)育及產(chǎn)量。Kim等[20]研究認為焚燒農(nóng)業(yè)廢舊地膜釋放的重金屬、有害氣體和微塑料對環(huán)境會造成巨大污染，并證實了由于垃圾覆蓋物的特性和變質(zhì)，在環(huán)境中無法自然降解，會不斷富集，吸附源自土壤的金屬化學物質(zhì)，導致過量污染。據(jù)研究[21]，在現(xiàn)有回收技術(shù)情況下，0.010mm、0.020mm和0.025mm地膜在土壤中殘留率分別為68%、25%和10%。同時，還發(fā)現(xiàn)在地膜離田率為75%情況下，連續(xù)覆膜11年時將導致作物減產(chǎn)11%；而在地膜離田率為90%、95%和97.5%時，會使作物減產(chǎn)達到該臨界值年限延長一倍。

4 地膜污染防控技術(shù)進展

4.1 政策引導 執(zhí)行國家GB 13735—2017《聚乙烯吹塑農(nóng)用地面覆蓋薄膜》標準，推廣應用0.010mm以上的標準地膜，出臺殘膜回收利用優(yōu)惠政策，給予企業(yè)、生產(chǎn)應用大戶一定的資金補助，探索以舊換新、誰生產(chǎn)誰回收、政府引導等各類機制落實新國標地膜的推廣。

4.2 回收機械 我國對于殘膜回收機具的研究始于20世紀80年代，目前殘膜回收機具的研發(fā)應用有了較大進展，市場上出售的地膜回收機按回收時期，主要分為以下3類：播前、苗期和秋后地膜回收機[2]。甘薯殘膜回收在收獲前、收獲后進行較為理想，苗期回收機械不適用甘薯生產(chǎn)，摟耙式和鏟篩式機械可用于甘薯生產(chǎn)，但受地膜質(zhì)量、栽培習慣等影響，揀拾效果不理想，性能仍需進一步改進。試驗結(jié)果顯示，當增加地膜厚度時，揀拾效果會明顯提高，使用厚度為0.012mm的地膜比厚度為0.006mm的地膜能使地膜處理后的殘膜量減少約32.2%[22]。甘薯栽培中推廣使用風化速度更低的0.010～0.015mm地膜，更利于機械回收，提高回收率，也可減少水肥的投入，降低相應成本。

4.3 覆膜方式對殘膜回收的響應研究 研究發(fā)現(xiàn)，平地覆蓋種植地膜破損速率要比壟溝種植覆膜慢10d左右[22]。蒙永軍等[23]研究表明，微壟平鋪法地膜剩余量達到（372.21±20.56）kg/hm2，而全膜覆蓋雙壟溝播種法地膜剩余量僅為（86.59±7.75）kg/hm2，微壟平鋪法地膜累計剩余量是全膜覆蓋雙壟溝播種法的4倍多，更加利于地膜回收，減少面源污染。推廣高壟壟面覆膜甘薯覆膜方式可有效降低地膜破損速率，減少地膜污染，提高地膜剩余量，有效增加地膜回收率。

4.4 薯瓜套種一膜兩用栽培技術(shù)研究 針對陜西氣候特性，系統(tǒng)深入地了解覆膜對土壤環(huán)境和甘薯生長的影響，發(fā)現(xiàn)甘薯和甜瓜或西瓜，無論從光照、積溫、降雨量、土壤墑情、栽培模式等方面條件均適宜套種，甜瓜或西瓜選用早熟、抗病抗逆性強的品種，4月上中旬前定植，4月中下旬栽插甘薯苗，苗期統(tǒng)一管理，就可實現(xiàn)一膜兩用，提高地膜利用率，避免地膜的不科學使用[24]。

4.5 可替代膜應用的研究 我國現(xiàn)階段研發(fā)的地膜替代產(chǎn)品有紙地膜、液態(tài)地膜、保水劑、生物降解地膜等[25-26]。全生物可降解地膜與普通地膜相比，兩者在提溫、保墑、防草、增產(chǎn)等功能上具有一致性，能夠滿足甘薯生長基本需求[27]，而可自然降解地膜的獨特屬性，徹底解決了聚乙烯地膜殘留污染問題，可替代聚乙烯地膜在生產(chǎn)中應用，但全生物可降解地膜的高價位讓生產(chǎn)者望而卻步，現(xiàn)階段應用前景并不樂觀。

5 甘薯地膜污染防控技術(shù)推廣應用

“甘薯輕簡化高產(chǎn)栽培技術(shù)”作為陜西省農(nóng)業(yè)主推技術(shù)在全省大面積推廣應用，地膜覆蓋是該項技術(shù)中主要栽培措施之一，技術(shù)普及范圍廣。為推動陜西甘薯產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展，在本省區(qū)域內(nèi)對地膜污染和甘薯產(chǎn)量長期定點試驗，建立了完整的技術(shù)體系，獲取了多點的地膜污染防治數(shù)據(jù)，因地制宜地制定了陜西鮮食甘薯的地膜污染防控技術(shù)在產(chǎn)區(qū)應用，主要技術(shù)措施如下。

（1）選擇適宜品種：在陜西關(guān)中、陜南地區(qū)設施栽培甘薯或沙地春栽早上市甘薯，選擇早熟膨大型的短蔓甘薯新品種，配合水肥一體化技術(shù)適當后移薯苗栽植期裸地生產(chǎn)甘薯。（2）應用達標地膜：在陜西關(guān)中、陜北地區(qū)春栽甘薯田推廣應用0.010～0.015mm達標地膜和生物降解地膜。（3）栽培模式創(chuàng)新：在全省推廣高壟雙行栽植新模式，即一壟栽插兩行薯苗，加寬壟距、高壟栽培，減少地膜破損速率；推廣甘薯與瓜類作物套種栽培模式，一膜兩用減少地膜使用量。（4）地膜機械回收：引進并改進現(xiàn)有地膜回收機械，在薯塊收獲前、收獲后機械回收地膜。（5）循環(huán)增值利用：配合當?shù)厮芰掀髽I(yè)，采用清洗再造粒工藝重塑為生產(chǎn)垃圾袋、建筑用膜、青貯膜、管道等再生顆粒原料，循環(huán)再利用。

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