內(nèi)蒙古農(nóng)田耕層土壤地膜殘留現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

尹少媛，趙寶平*，米俊珍，劉宏金，郭曉宇，武巖，包菡，楊帆，武俊英，劉景輝

（1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，呼和浩特 010019；2.內(nèi)蒙古農(nóng)牧業(yè)生態(tài)與資源保護中心，呼和浩特 010010）

地膜覆蓋栽培可有效減少農(nóng)田土壤水分的蒸發(fā)，提高土壤水分的利用效率，使土壤保持適宜的溫度、濕度，是一項既能防止水土流失，又能提高作物產(chǎn)量的常用措施，已經(jīng)成為當(dāng)前國內(nèi)外廣泛使用的農(nóng)業(yè)技術(shù)，在我國提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力中發(fā)揮著重要作用。隨著地膜投入量不斷增加、地膜覆蓋面積不斷加大以及覆膜年限的增加，我國農(nóng)田土壤中地膜殘留量越來越大，導(dǎo)致我國農(nóng)田生態(tài)環(huán)境出現(xiàn)嚴重的“白色污染”問題。WANG等在我國西北地區(qū)進行了一次大規(guī)模殘膜調(diào)查，發(fā)現(xiàn)小尺寸殘膜的微塑料含量高于中大型尺寸，在施肥地塊中，地膜微塑料顆粒數(shù)量約為未施肥地塊的2倍。殘膜微塑料累積會破壞土壤結(jié)構(gòu)，研究發(fā)現(xiàn)土壤微生物生物量碳、微生物生物量氮、土壤酶活性和土壤微生物群落多樣性與地膜在土壤中的殘留水平明顯相關(guān)，累積的殘膜會影響土壤中水分和養(yǎng)分的運移，降低土壤肥力，阻礙作物根系生長，最終導(dǎo)致作物減產(chǎn)。我國新疆、內(nèi)蒙古、甘肅等地區(qū)氣候干旱、水資源緊缺，地膜用量較大且覆蓋面積很廣，導(dǎo)致這些地區(qū)殘膜污染較嚴重，這嚴重影響了我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

當(dāng)前關(guān)于內(nèi)蒙古農(nóng)田地膜污染治理現(xiàn)狀研究大多集中在農(nóng)膜殘留分布特性調(diào)查及影響因素分析方面，然而對內(nèi)蒙古不同種植區(qū)域、不同覆膜年限及不同土層殘膜分布狀況及發(fā)展趨勢等方面的了解還不足。因此，本次研究采用實地調(diào)查與問卷相結(jié)合的方法，根據(jù)內(nèi)蒙古氣候特點，選擇內(nèi)蒙古自治區(qū)東北濕潤平原區(qū)、北方高原山地區(qū)和西北干旱半干旱平原區(qū)3大典型區(qū)域的30個監(jiān)測點，對監(jiān)測點地膜使用、回收與殘膜污染現(xiàn)狀進行了調(diào)研，并對相關(guān)樣地土壤取樣，分析地膜殘留量、殘片數(shù)目及殘膜在土壤中的空間分布情況，旨在為內(nèi)蒙古農(nóng)田地膜的科學(xué)使用及殘膜回收提供數(shù)據(jù)支持，同時為全國耕地土壤殘膜污染評價提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗樣地

選擇內(nèi)蒙古自治區(qū)東北濕潤平原區(qū)（呼倫貝爾市扎蘭屯市、通遼市開魯縣、興安盟扎賚特旗）、北方高原山地區(qū)（赤峰市喀喇沁旗、赤峰市翁牛特旗、烏蘭察布市化德縣、烏蘭察布市涼城縣）和西北干旱半干旱平原區(qū)（鄂爾多斯市達拉特旗、巴彥淖爾市臨河區(qū)、巴彥淖爾市杭錦后旗）3大區(qū)域作為殘膜調(diào)查的代表性區(qū)域。樣地選擇首要標(biāo)準(zhǔn)是連續(xù)覆膜種植作物的農(nóng)田，此外，考慮到覆膜年限、地膜使用量、土壤質(zhì)地等影響因素，每個典型區(qū)域選擇3～4個樣地作為調(diào)查對象，共計30個樣地（表1）。

表1 內(nèi)蒙古殘膜監(jiān)測點地膜使用及回收情況（2021年）Table 1 Input and recovery of plastic film at monitoring points in Inner Mongolia（2021）

根據(jù)調(diào)查情況選擇以下3個代表性區(qū)域進行描述：一是喀喇沁旗王爺府鎮(zhèn)團結(jié)地村（118.61°E，41.83°N），農(nóng)田殘膜量屬于較高水平且遠超國家農(nóng)田殘膜量限值，土壤類型主要為砂土，覆膜作物主要為玉米，是一年一熟的單作制，早在1986年就開始使用覆膜栽培，到2021年覆膜35 a，目前采用機械覆膜。喀喇沁旗無回收殘膜的網(wǎng)點，離田的殘膜有20%就近焚燒處理，80%堆置田頭。二是化德縣朝陽鎮(zhèn)補龍灣村（114.16°E，41.84°N），農(nóng)田殘膜量最少的地區(qū)，主要覆膜作物為甜菜和露地蔬菜，一年兩熟制，從1995年開始使用覆膜栽培，到2021年覆膜26 a，目前采用機械覆膜、機械回收，且設(shè)有殘膜回收網(wǎng)點。三是巴彥淖爾市臨河區(qū)干召廟鎮(zhèn)民主村（107.29°E，40.76°N），農(nóng)田殘膜量屬于較低水平且未超過國家農(nóng)田殘膜量限值，該地早在1982年就開始使用覆膜種植技術(shù)，到2021年覆膜39 a，是調(diào)查地區(qū)中覆膜年限最長的地區(qū)，土壤類型主要為壤土，覆膜作物主要為露地蔬菜，是一年一熟的單作制，目前采用機械覆膜、復(fù)合（機械-人工）回收，且設(shè)有殘膜回收網(wǎng)點。

1.2 殘膜樣品采集

2021年4 月，為不影響各地區(qū)作物按時種植，在整地播種前進行殘膜樣品采集，每個樣地隨機選取5個樣方，采樣面積為1 m（1 m×1 m）。先剝離表層地膜，每10 cm為一層，分別在0～10、10～20 cm和20～30 cm 3個土層中取土，再分別過10目篩，仔細揀出肉眼可見的殘膜，并注意在收集完成后盡可能恢復(fù)土壤原貌。

1.3 殘膜樣品處理

先將收集的殘膜帶到實驗室用自來水清洗，再用超聲波清洗儀（BRANSON 5800）進一步清洗30 min，取出后放置于陰涼干燥處晾干，展開卷曲的殘膜（切勿將殘膜撕碎），用萬分之一天平稱量，記錄地膜殘留量；再將展開的殘膜置于帶網(wǎng)格（1 cm×1 cm）的A4紙張上，分別以殘膜面積＜4、4～25 cm和＞25 cm為標(biāo)準(zhǔn)，分類統(tǒng)計收集到的殘膜的數(shù)量。

1.4 問卷調(diào)查

取殘膜樣品的同時，對監(jiān)測地塊的農(nóng)戶進行問卷調(diào)查。調(diào)查內(nèi)容包括覆膜年限、覆膜量、地膜厚度、回收量、回收方式、土壤類型和種植作物等。由表1可知，調(diào)查樣地作物種植覆膜年限在8～39 a，地膜每年使 用 量為49.48～89.96 kg·hm，地膜厚度0.008～0.012 mm，其中≥0.010 mm的地膜占80%以上，每年地膜回收率大約為81%，北方高原山地區(qū)的回收率達到84.03%。

1.5 數(shù)據(jù)分析

基于SPSS 25.0，運用單因素方差分析（One-way ANOVA）進行各項指標(biāo)之間的差異性分析。文中數(shù)據(jù)均為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤，用Origin 2021b制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同作物種植區(qū)殘膜分布特征

2021年內(nèi)蒙古自治區(qū)30個地膜監(jiān)測點0～30 cm土層的殘膜量如圖1所示。3個區(qū)域殘膜分布情況如圖2所示。作物耕層土壤中殘膜平均含量在127.09 kg·hm，3個區(qū)域差異顯著，東北濕潤平原的農(nóng)田土壤殘膜量為59.21～188.93 kg·hm，北方高原山地區(qū)殘膜量為30.09～352.81 kg·hm，西北干旱半干旱平原區(qū)殘膜量為39.66～158.26 kg·hm。對比《農(nóng)田地膜殘留量限值及測定》（GB/T 25413—2010）中的農(nóng)田地膜殘留量限值（75 kg·hm），內(nèi)蒙古殘膜監(jiān)測點只有28%的作物種植區(qū)土壤殘膜量低于殘留量限值。

圖1 30個樣地0～30 cm土層中的地膜殘留量Figure 1 Residual amount of plastic film in 0～30 cm soil layer of 30 sample sites

圖2 不同區(qū)域0～30 cm土層中殘膜量比較Figure 2 Comparison of residual film amount in 0～30 cm soil layer in different regions

不同覆膜年限土壤殘膜質(zhì)量和片數(shù)如圖3所示。隨著覆膜年限增加，土壤殘膜質(zhì)量和殘膜片數(shù)有先減小后增加的趨勢。與＜14 a相比，14～28 a和＞28 a樣地殘膜質(zhì)量顯著減少了5.45%和0.61%（＜0.05），見圖3A。殘膜數(shù)量顯著減少了4.88%和1.94%（＜0.05），見圖3B。此外，處于較大四分位數(shù)的殘膜質(zhì)量和殘膜片數(shù)都有隨覆膜年限增加而增加的趨勢，即整體來看，土壤殘膜質(zhì)量和殘膜片數(shù)的最大值會隨著覆膜年限增加而增大。

圖3 不同覆膜年限土壤殘膜質(zhì)量和片數(shù)Figure 3 Residual film weight and film number of soil with different film covering years

2.2 不同覆膜年限耕層土壤殘膜分布特征

土壤中的殘膜主要分布在淺層土壤（0～10 cm），其含量總體隨土層深度增加而逐漸降低，且隨著覆膜年限增加，殘膜表現(xiàn)出向深層下移的趨向（圖4A）。0～10 cm殘膜含量所占比例為47.8%～64.2%，整體表現(xiàn)為＞28 a最少，14～28 a次之，＜14 a最多。與＜14 a相比，14～28 a和＞28 a含量所占比例顯著降低（＜0.05）。10～20 cm所占比例為30.3%～36.4%，表現(xiàn)為＜14 a最少，14～28 a次之，＞28 a最多。與＜14 a相比，14～28 a和＞28 a所占比例顯著增加（＜0.05）。20～30 cm所占比例為5.4%～15.8%，表現(xiàn)為＜14 a最少，14～28 a次之，＞28 a最多。與＜14 a相比，14～28 a和＞28 a所占比例顯著增加（＜0.05）。

土壤中的地膜殘片也主要分布在0～10 cm土層中，且殘片數(shù)隨土壤深度增加而逐漸降低，隨種植年限增加，殘片表現(xiàn)出向深層土壤下移的趨向（圖4B）。0～10 cm殘片數(shù)所占比例為46.5%～59.6%，表現(xiàn)為＞28 a最少，14～28 a次之，＜14 a最多。與＜14 a相比，14～28 a和＞28 a殘片數(shù)所占比例顯著降低（＜0.05）。10～20 cm所占比例為24.3%～29.2%，表現(xiàn)為14～28 a最少，＞28 a次之，14 a最多。與＜14 a相比，14～28 a和＞28 a殘片數(shù)所占比例顯著降低（＜0.05）。20～30 cm所占比例為11.2%～27.0%，表現(xiàn)為＜14 a最少，14～28 a次之，＞28 a最多。與＜14 a相比，14～28 a和＞28 a殘片數(shù)所占比例顯著增加（＜0.05）。

圖4 不同覆膜年限土壤殘膜空間分布特征Figure 4 Spatial distribution characteristics of soil residual film in different mulching years

2.3 不同面積殘膜分布特征

2.3.1 不同覆膜年限不同面積殘膜分布特征

調(diào)查發(fā)現(xiàn)小面積殘膜（＜4 cm）比例會隨覆膜年限增加而增加，達到一定的數(shù)值后略有降低（表2）。不同覆膜年限樣地＞25 cm和4～25 cm殘片數(shù)量和比例均顯著低于＜4 cm（＜0.05）。＞25 cm殘片數(shù)隨覆膜年限增加而減少，＜4 cm殘片數(shù)隨覆膜年限增加而增加，＞25 cm和4～25 cm所占比例總體表現(xiàn)為隨覆膜年限增加而降低的趨勢，＜4 cm所占比例表現(xiàn)為隨覆膜年限增加而增加的趨勢。

表2 不同覆膜年限下不同殘膜面積的分布數(shù)量和比例Table 2 Distribution quantity and proportion of different residual film sizes under different film covering years

2.3.2 不同土層不同面積殘膜分布特征

調(diào)查發(fā)現(xiàn)隨土壤深度增加小面積殘片（＜4 cm）比例有增加的趨勢（表3），且殘片主要集中在土壤淺層（0～10 cm）。3個土層均表現(xiàn)為＞25 cm殘片數(shù)顯著低于4～25 cm和＜4 cm殘片數(shù)（＜0.05），各土層＞25 cm殘片比例顯著低于4～25 cm和＜4 cm殘片比例（＜0.05）。

表3 不同土層中不同殘膜面積的分布數(shù)量和比例Table 3 Distribution quantity and proportion of different residual film sizes in different soil layers

3 討論

3.1 監(jiān)測點作物種植區(qū)殘膜分布特征及發(fā)展趨勢

本研究對內(nèi)蒙古作物種植地區(qū)30個樣地土壤耕層（0～30 cm）的殘膜調(diào)查發(fā)現(xiàn)，內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)田地膜殘留量介于36.03～294.48 kg·hm之間，平均值為127.09 kg·hm，遠高于黃淮海、河西走廊張掖綠洲和山東的覆膜農(nóng)田殘膜含量，低于新疆的農(nóng)田土壤耕層平均地膜殘留量（206.46～405.00 kg·hm）。這可能主要是由于農(nóng)田地膜使用量和種植模式有區(qū)域特征，造成殘膜量出現(xiàn)區(qū)域分布差異大的現(xiàn)象，新疆、內(nèi)蒙古等地區(qū)氣候干旱、水資源緊缺，因此地膜使用量較大、地膜覆蓋面積較廣，殘膜污染也較嚴重。農(nóng)田地膜殘留量是農(nóng)田殘膜污染的最主要衡量指標(biāo)，反映了該地區(qū)長期覆膜種植下土壤中的殘膜量化值。對比《農(nóng)田地膜殘留量限值及測定》（GB/T 25413—2010）中的農(nóng)田地膜殘留量限值（75 kg·hm），內(nèi)蒙古作物種植區(qū)有7個調(diào)查樣地的土壤殘膜量未超過國家農(nóng)田殘膜限值標(biāo)準(zhǔn)，6個調(diào)查樣地土壤殘膜量與國家農(nóng)田殘膜限值標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)，17個調(diào)查樣地土壤殘膜量超過國家農(nóng)田殘膜限值標(biāo)準(zhǔn)，說明內(nèi)蒙古作物種植區(qū)殘膜污染狀況較嚴重。

調(diào)查發(fā)現(xiàn)覆膜作物為玉米的農(nóng)田殘膜量最多，其次為向日葵和蔬菜（表1），主要原因可能是種植玉米的地塊覆膜量較多，其平均覆膜量比菜地多12.7%，此外，雖然菜地的平均覆膜年限比玉米地的平均覆膜年限多7～8 a，且菜地的壤土比例更高，但是由于農(nóng)戶更注意保護菜地的土壤環(huán)境，因此對菜地的殘留地膜回收力度更大，這與馬彥等在甘肅省的調(diào)查類似，但與張丹等在華北地區(qū)的調(diào)查不同，我國華北地區(qū)土壤耕層地膜殘留總量居前3位的作物是蔬菜、棉花和花生，這主要與該地區(qū)這3種作物地膜殘留強度高、覆膜面積大有關(guān)。此外，地膜殘留量與地膜厚度也有關(guān)，地膜越厚越不易破碎，可以降低撿拾殘膜的難度，但本次調(diào)查發(fā)現(xiàn)仍有20%的地區(qū)使用微膜（0.008 mm），因此還要加強宣傳使用厚地膜的好處。

內(nèi)蒙古的地膜殘留污染防控還需因地制宜地采取多種措施，使用可降解地膜和機械化回收地膜是地膜殘留污染防控的關(guān)鍵措施。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，有70%的地區(qū)使用機械回收地膜、10%的地區(qū)不回收地膜，而離田的地膜80%堆置田頭、20%就近焚燒，長此以往，會使農(nóng)田殘膜污染日趨嚴重。此外，還應(yīng)研發(fā)適合不同作物、不同區(qū)域的低成本可降解地膜，本次調(diào)查發(fā)現(xiàn)由于玉米秸稈殘渣容易與地膜纏繞，很難將二者分離，導(dǎo)致玉米田里殘膜量較多且地膜破碎度較高。此外，要增加殘膜回收機械的種類和功能，盡可能滿足種植模式的多樣性，降低回收成本、提高回收效率。

3.2 耕層土壤殘膜分布規(guī)律及影響因素

本次調(diào)查發(fā)現(xiàn)，殘膜量表現(xiàn)為10～30 cm的土層殘膜含量比例隨覆膜年限增加而增加，而0～10 cm的土層中殘膜含量比例隨覆膜年限增加而減少，這一現(xiàn)象與前人的研究結(jié)果有所不同，主要原因可能是農(nóng)戶回收地膜時更注重覆膜年限較長的淺層土壤的殘膜回收，因此要加強對農(nóng)民的深入宣傳和教育，調(diào)動農(nóng)民的積極性，增強農(nóng)民回收殘留地膜的意識。

殘膜主要集中在0～10 cm土層中，表現(xiàn)出典型的層狀空間分布特點，且殘膜含量和殘膜片數(shù)都有隨著土壤深度的增加而減小的趨勢，后者表現(xiàn)為在0～10、10～20 cm土層中隨覆膜年限增加而降低，而在20～30 cm土層中隨覆膜年限增加而增加，主要原因是0～20cm的土層中面積較大的殘片（＞25 cm）占比較大，但在耕種和風(fēng)化等作用下，20～30 cm的土層中小面積的殘膜（＜4 cm）占比較大，即土壤淺層的殘膜量高于深層，但隨著覆膜年限的增加，殘膜有向深層移動的趨勢，且小面積殘片比例隨土壤深度增加而增加，這與馬彥等、王學(xué)霞等和VINOTH等的研究結(jié)果一致。

3.3 地膜殘留防治方案

由于內(nèi)蒙古作物種植區(qū)耕層土壤地膜殘留量已超過國家標(biāo)準(zhǔn)，因此要加強防治該地區(qū)農(nóng)田地膜殘留污染。可從以下三方面探索該地區(qū)的地膜污染防治措施：一是加強農(nóng)用地膜使用回收管理，檢查殘膜回收網(wǎng)點和回收再利用情況；二是開發(fā)推廣性價比更高的可降解地膜，取代傳統(tǒng)的聚乙烯地膜；三是結(jié)合區(qū)域特點和作物種類制定殘膜回收方案，組織農(nóng)戶、回收企業(yè)等多方共同完成好殘膜回收工作。

4 結(jié)論

（1）本次內(nèi)蒙古作物種植區(qū)耕層（0～30 cm）土壤地膜殘留調(diào)查發(fā)現(xiàn)，平均地膜殘留量為127.09 kg·hm，高于我國農(nóng)田殘留量限值，且3個區(qū)域殘留量差異明顯，表現(xiàn)為北方高原山地區(qū)＞東北濕潤平原地區(qū)＞西北干旱半干旱平原區(qū)。內(nèi)蒙古的地膜殘留污染日趨嚴重，并且農(nóng)戶的回收意識更加影響農(nóng)田殘膜量，因此要研發(fā)適合不同作物、不同區(qū)域的低成本可降解地膜，并增加殘膜回收機械的種類和功能。

（2）土壤殘膜主要集中在0～10 cm土層中，表現(xiàn)為0～10 cm的土層中殘膜含量比例隨覆膜年限增加而減少，而10～30 cm的土層殘膜含量比例隨覆膜年限增加而增加，且隨著種植年限的增加，小面積殘膜（＜4 cm）呈現(xiàn)向深層土壤下移的趨勢。

（3）內(nèi)蒙古農(nóng)田是我國典型的覆膜種植區(qū)域，也是殘膜污染的重災(zāi)區(qū)，現(xiàn)階段仍存在進一步擴大污染的可能，建議采取適當(dāng)措施加強農(nóng)用地膜回收力度，推廣應(yīng)用可降解地膜，加大宣傳回收地膜的益處，提高農(nóng)戶回收地膜的意識，降低該地區(qū)作物種植區(qū)出現(xiàn)的地膜污染。