蔬菜地農(nóng)用地膜殘留及影響因素分析

徐秋月，董林林，周天美，陸靜，周新偉，施林林，郁耀闖，陸長嬰

（1蘇州市農(nóng)業(yè)科學院，江蘇蘇州 215000；2寶雞文理學院，陜西寶雞 721013；3太倉市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，江蘇太倉 215400；4太倉市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，江蘇太倉 215400）

0 引言

農(nóng)用地膜被廣泛用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，對播種期增溫保墑和農(nóng)作物增產(chǎn)增收效果良好[1-3]。自20世紀70年代引入地膜覆蓋技術(shù)后，農(nóng)用地膜覆蓋栽培技術(shù)使作物的產(chǎn)量與效益得到了大幅提升[4-5]。因此，農(nóng)膜覆蓋栽培技術(shù)在農(nóng)業(yè)豐產(chǎn)增效與高質(zhì)量發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。隨著農(nóng)用地膜使用范圍不斷擴大，農(nóng)田地膜使用及殘留量持續(xù)增加[6]。雖然，農(nóng)膜的種類不斷更新、生產(chǎn)技術(shù)不斷成熟，但其低回收利用率和不易降解性導(dǎo)致大量農(nóng)膜廢棄塑料進入到農(nóng)田土壤中并長期殘留，對土壤和環(huán)境產(chǎn)生不可忽視的危害。農(nóng)膜殘留造成的“白色污染”，不僅會影響農(nóng)業(yè)環(huán)境，妨礙耕作，破壞土壤結(jié)構(gòu)、降低農(nóng)田土壤質(zhì)量，更會影響作物生長發(fā)育并進入到作物中形成殘留，最終導(dǎo)致農(nóng)業(yè)減產(chǎn)并對食品安全構(gòu)成威脅，嚴重影響了綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展[7-11]。為全面把握新發(fā)展階段的新任務(wù)、新要求，堅持貫徹綠色新發(fā)展理念，構(gòu)建綠色新發(fā)展格局，減輕“白色污染”危害，農(nóng)膜的回收利用引起各級政府和廣大群眾的廣泛關(guān)注。因此，必須明確當前農(nóng)膜使用及殘留狀況，摸清農(nóng)膜殘留影響因素，刻不容緩地治理廢舊農(nóng)膜造成的“白色污染”[12]，保障現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展。鑒于此，本研究通過實地調(diào)研與采樣、問卷調(diào)查、關(guān)鍵信息人訪談等手段進行數(shù)據(jù)收集，計算主要蔬菜作物農(nóng)膜的殘留量，并分析其影響因素，揭示太倉市農(nóng)膜殘留及回收問題，綜合分析造成當前農(nóng)膜殘留問題的成因并提出相應(yīng)對策，研究結(jié)果對提高農(nóng)膜回收率、促進農(nóng)業(yè)高效生產(chǎn)、保障糧食安全、促進綠色可持續(xù)農(nóng)業(yè)的健康發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義，可為減輕地膜殘留污染和建立殘膜回收再利用機制提供科學依據(jù)。

1 研究區(qū)域與研究方法

1.1 試驗區(qū)域

太倉市(31°20′—31°45′N，120°58′—121°20′E)位于江蘇省最南部，為江蘇省蘇州市下轄的縣級市?？偯娣e809.93 km2，屬于亞熱帶季風區(qū)，春秋冷暖混雜交替，冬冷夏熱，四季分明。該市年平均氣溫15.3℃，年平均降水量1017 mm。其農(nóng)業(yè)地膜覆蓋技術(shù)主要用在蔬菜作物上，集中分布在全市的6個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，分別為城廂鎮(zhèn)、雙鳳鎮(zhèn)、沙溪鎮(zhèn)、浮橋鎮(zhèn)、瀏河鎮(zhèn)和璜涇鎮(zhèn)。在前期調(diào)查的基礎(chǔ)上，綜合考慮土壤屬性、耕作方式、作物品種與布局、農(nóng)藝技術(shù)、種植制度等各種因素，選定了15個蔬菜地農(nóng)用地膜殘留調(diào)查點作為研究的對象（表1）。

表1 地膜殘留調(diào)查點

1.2 研究方法與樣品處理

各調(diào)研點在蔬菜作物生長期間均為全程覆膜，在作物收獲后對地膜實施回收，農(nóng)膜回收的方法基本一致，均采用耙子摟和人工撿拾。各調(diào)研點分別在當季蔬菜作物種植鋪設(shè)地膜前和作物收獲回收地膜后采用隨機取樣的方法對樣品進行采集，前后2 次農(nóng)膜的采樣點均在同一地塊。每個調(diào)研點以對角線法或梅花點法選取5 個樣方采樣點，之后在確定的樣方點上，以100 cm×100 cm、深度為30 cm作為樣方的大小，人工翻挖土壤，仔細清撿土壤中殘存的地膜，撿拾殘存地膜的標準為肉眼可見即可。將每次采集完的殘膜樣品帶回實驗室后進行初步清洗后，將殘留樣品放微波清洗器中利用超聲波清洗10 min，再進行反復(fù)洗滌，去除粘附在殘膜上的雜物，干凈后展開卷曲的殘膜放在吸水紙上進行自然晾干，用萬分之一天平稱量每個樣方的殘膜樣品重量并記錄[5,13-14]。

1.3 數(shù)據(jù)計算與處理

調(diào)研點地膜殘留量按公式(1)計算[15-16]。

式中：M為監(jiān)測點地膜殘留量，單位：kg/hm2；Xi為采樣樣方殘留地膜，單位：g。

數(shù)據(jù)的處理與分析采用Microsoft Excel 2003軟件以及Origin 2018軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和繪圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 地膜殘留量限值標準

按GB/T 25413 標準中農(nóng)田地膜殘留量限值為閾值，確定地膜殘留污染程度，劃分為5 個級別，具體如表2所示。

2.2 不同區(qū)域的地膜污染狀況

太倉市2021 年各調(diào)研點地膜殘留量統(tǒng)計結(jié)果見圖1，經(jīng)對全市不同區(qū)域地膜污染狀況的調(diào)查統(tǒng)計，地膜殘留處于0～25 kg/hm2的調(diào)查點有12 個，占80%，屬于低污染區(qū)域，25～50 kg/hm2的調(diào)查點有3個，占20%，屬于中污染區(qū)域。2021 年作物種植前地膜在土壤中的殘留總量平均值為9.81 kg/hm2，種植后為9.55 kg/hm2，總體上屬于低污染區(qū)，且農(nóng)膜殘留呈減少趨勢。在檢測的15個樣點中，有9個樣點的農(nóng)膜殘留量降低了，占總調(diào)查樣點數(shù)的60%，但降幅并不大，其中有1個樣點的農(nóng)膜殘留減少量超過了10 kg/hm2，減少了10.49 kg/hm2；有3個樣點的農(nóng)膜殘留增加量在0～5 kg/hm2，占總調(diào)查樣點數(shù)的20%，有3個樣點的農(nóng)膜殘留量在5～10 kg/hm2，占總調(diào)查樣點數(shù)的20%。

圖1 2021年蔬菜種植前后農(nóng)膜殘留量

2.3 地膜殘留量影響因素分析

2.3.1 覆膜年限對農(nóng)膜殘留的影響太倉市各調(diào)查點大多為多年覆蓋地膜的蔬菜地塊，通過對不同調(diào)研點覆膜年限的調(diào)查，太倉市蔬菜地不同調(diào)研點覆蓋年限分別為2、3、4、5、6、8、12、15。從表3可以看出，與各調(diào)研點種植后地膜殘留量與年均地膜殘留量相比，除8、11、14 調(diào)查點農(nóng)膜殘留量高于年均地膜殘留量外，其他調(diào)查點均低于年均地膜殘留量，其中農(nóng)膜殘留量最高的是種植年限為12年的露地菠菜-地膜花菜輪作調(diào)研點11，達到46.19 kg/hm2，而8、14調(diào)研點的農(nóng)膜覆蓋時間年限分別為8、5，其農(nóng)膜殘留量分別為34.94、29.55 kg/hm2，但是，本次監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，沙溪鎮(zhèn)半徑村監(jiān)測點由于本季沒有種植作物，所以沒有農(nóng)膜殘留。說明地膜覆蓋年限越長，地膜殘留總量越多，農(nóng)膜的殘留量與覆膜種植年限成正比，這也體現(xiàn)了農(nóng)膜難降解、易累積的特點，這與其他相關(guān)研究結(jié)果一致[13,17-19]。因此地膜在土壤中殘留的累積效應(yīng)不容忽視。另外，現(xiàn)行農(nóng)業(yè)地膜主要依據(jù)2017年10月實施的新修訂的國標《聚乙烯吹塑農(nóng)用地面覆蓋薄膜》(GB13735—2017)進行生產(chǎn)，但是在實際生產(chǎn)和應(yīng)用的過程中，大部分企業(yè)為了追求經(jīng)濟利益、降低成本，農(nóng)膜生產(chǎn)的厚度普遍要低于國家標準化管理委員會和國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局規(guī)定的農(nóng)用地膜的最低厚度0.01 mm，從而造成地膜老化程度加快，易破碎、難撿拾，回收越來越難，這也是種植年限5、8年的地膜年均殘留量比15年高的原因之一。

2.3.2 蔬菜品種對農(nóng)膜殘留的影響綜合分析前茬作物地膜在土壤中累積殘留量以及當季作物地膜在土壤中殘留量，從表4中可以看出，在太倉市的幾種主要蔬菜品種中，沙溪鎮(zhèn)半徑村由于本季沒有種植作物，所以沒有農(nóng)膜殘留，大棚地膜辣椒、地膜西葫蘆、大棚地膜番茄、地膜花菜、地膜蘿卜等蔬菜品種因其生育期較長，體型較大，地膜用量大、覆蓋率高，而且地膜覆蓋是全程覆蓋，直到作物收獲后才回收地膜，地膜覆蓋時間越長，致使其在土壤中大量殘留，另外這些蔬菜品種根系發(fā)達，作物根系和分支在生長過程中對地膜的附著力和夾力較大，在揭膜撿拾的過程中拉扯程度較強，造成地膜破損的程度越大，碎化量較多，加大了回收難度，因此遺留在土壤中的殘膜量也越多[20]。其他蔬菜的地膜殘留量相對較少，差別不大，如金花菜、雞毛菜、大蒜等這類蔬菜品種根系越淺，生長周期較短，且有的不用膜，地膜在土壤中殘留量也相對越少。

表4 蔬菜品種與農(nóng)膜殘留量

2.3.3 農(nóng)膜回收方式對其殘留量的影響從表5 中看出，農(nóng)膜殘留量隨農(nóng)膜回收方式的不同表現(xiàn)出較大的差異。其中，不用膜的處理下，農(nóng)膜殘留量占1.89%，全部回收的情況下，農(nóng)膜殘留量占7.97%，部分回收的處理下，農(nóng)膜殘留量占37.28%，而在不回收的情況下，農(nóng)膜殘留量占52.87%，總體看出，農(nóng)膜殘留量為不回收＞部分回收＞全部回收＞不用膜。因此，在使用農(nóng)膜提高作物產(chǎn)量的同時，應(yīng)盡可能全部回收，從而降低農(nóng)膜的殘留量。

表5 農(nóng)膜回收方式與農(nóng)膜殘留量

2.4 影響農(nóng)膜殘留量的其他因素

2.4.1 農(nóng)膜質(zhì)量與可降解屬性的差異農(nóng)膜質(zhì)量是影響地膜殘留量的一個重要因素，農(nóng)膜使用的厚度越厚，當年農(nóng)膜的殘留量就越少。其主要的原因為農(nóng)膜厚度越高，伸拉能力較大，在進行揭膜時農(nóng)膜不易破碎，殘膜完整度提高，提高了殘膜的回收率。傳統(tǒng)農(nóng)膜和可降解地膜的使用對農(nóng)田中殘留塑料的數(shù)量和降解性質(zhì)的影響程度不同，傳統(tǒng)地膜不易降解，在農(nóng)田中停留的時間更長，主要通過人工撿拾來移除農(nóng)田，因此，往往收集的是較大塊的農(nóng)膜殘留物，對于小塊的殘膜甚至是微型塑料是無法準確收集的。而可降解地膜在進行土壤耕翻時，可以直接進入到土壤中，或堆在田間地頭不用回收，經(jīng)微生物分解、利用后，最終轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水，可明顯降低農(nóng)膜殘留量。因此，可降解地膜的使用能夠減少清理或回收地膜的成本，是替代傳統(tǒng)地膜的必然選擇。

2.4.2 種植戶回收農(nóng)膜的積極性不高習慣于傳統(tǒng)粗放的經(jīng)營觀念，再加上農(nóng)業(yè)勞動力短缺的影響，種植戶對農(nóng)膜殘留回收的積極性不高，因此，大量的農(nóng)膜不被回收，而是在犁地過程中被翻耕回到農(nóng)田中，導(dǎo)致大量農(nóng)膜殘留，如太倉市璜涇鎮(zhèn)孫橋村調(diào)研點，屬露地種植，農(nóng)膜只用不回收，作物收獲后，將農(nóng)膜與作物殘茬一起旋入田里，農(nóng)膜殘留量大；另一方面，農(nóng)戶對農(nóng)膜殘留產(chǎn)生的危害認識和重視程度不夠，不愿去回收農(nóng)膜，再加上農(nóng)膜殘留撿拾難度大、回收價格偏低，大大降低了群眾撿拾、售賣回收農(nóng)膜的積極性。另有一些農(nóng)戶在耕種過程中雖能將廢舊農(nóng)膜收集起來，但因回收價格過低，沒有興趣拿去售賣，而是隨意的堆積在田間地頭，沒有達到回收的標準，而且，當遇到大風天氣時，隨意堆放的農(nóng)膜將肆意飄散，嚴重影響環(huán)境。

2.4.3 回收機械化程度低經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，太倉市蔬菜地農(nóng)用地膜殘留的回收方式仍以人工撿拾為主。但太倉市地膜機械回收技術(shù)還不成熟，應(yīng)用范圍有限，回收作業(yè)成本高、效率低?，F(xiàn)有殘膜回收機械對超薄農(nóng)膜、破碎化農(nóng)膜回收難度大，在耕作的過程中，還會出現(xiàn)土壤壓實、作物還田等耕種現(xiàn)象，從而使農(nóng)用地膜與泥土和作物根莖混雜在一起，而殘膜回收機械又不能很好地解決地膜與作物殘渣和土壤分離難等問題，因此，機械回收效率低。當前，廢舊農(nóng)膜撿拾機器研發(fā)制造還缺乏相關(guān)的技術(shù)標準，并且存在地方特色嚴重、價格偏高等問題，機械化撿拾廢舊農(nóng)膜的工作難度依然很大。

2.4.4 種植方式的不同經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，不同的種植方式能夠明顯影響農(nóng)膜的殘留量。本研究中各調(diào)查點的種植方式分為不使用農(nóng)膜、大棚種植以及露天種植3 種方式。不使用農(nóng)膜的殘留量最小，如太倉市沙溪鎮(zhèn)半徑村本季休耕，沒有使用農(nóng)膜，種植后的農(nóng)膜殘留量為0.00 kg/hm2，大棚農(nóng)膜蔬菜殘留量明顯小于露天種植蔬菜，如橫涇鎮(zhèn)雅鹿村和孫橋村為露天種植，其農(nóng)膜殘留量遠遠高于大棚種植方式的點位。由于大棚蔬菜屬于保護地精細栽培，經(jīng)濟效益明顯高于露地覆膜的蔬菜，農(nóng)戶對于大棚蔬菜殘留地膜回收相對細致，且大棚種植區(qū)多為一季作物使用農(nóng)膜，大部分能夠回收，而且農(nóng)膜破損較少，更利于回收，因此，農(nóng)膜殘留相對較少，而對于露天蔬菜地膜種植，由于地膜回收難度大，費工費時費力，加之地膜回收企業(yè)缺乏、殘膜再利用價值低，造成生產(chǎn)中農(nóng)戶只是簡單撿拾后堆放于田間地頭，甚至不撿拾就耕翻，殘膜大部分就遺留在土壤中和田間地頭，因此農(nóng)膜殘留量相對較大，可見，相對精細的種植方式有助于降低農(nóng)膜殘留。

2.4.5 疫情影響受新冠肺炎疫情影響，種植蔬菜不能及時出售，農(nóng)戶無法下地收獲，農(nóng)業(yè)減產(chǎn)減收，疫情結(jié)束后，已錯過蔬菜最佳收獲期，出現(xiàn)開花，腐爛等現(xiàn)象，由于長時間暴露于環(huán)境中，農(nóng)膜破碎化程度高，導(dǎo)致農(nóng)膜撿拾回收困難，農(nóng)膜殘留物進入到田地，導(dǎo)致土壤中農(nóng)膜殘留量增加。如太倉市璜涇鎮(zhèn)雅鹿村調(diào)查點，種植的花菜，由于疫情防控需要，種植戶不能及時收獲，也無法出售，出現(xiàn)開花、腐爛等現(xiàn)象，農(nóng)民只能將蔬菜與地膜一起翻耕入田，碎片化農(nóng)膜無法撿拾干凈，使得進入到農(nóng)田中的農(nóng)膜殘留物增加，農(nóng)膜殘留量高達46.19 kg/hm2，達到中污染程度。

2.5 對策建議

2.5.1 擴大宣傳，提高農(nóng)戶撿拾積極性經(jīng)實際調(diào)查發(fā)現(xiàn)，長期以來農(nóng)民一直都采用粗放式的經(jīng)營，經(jīng)營觀念比較傳統(tǒng)，沒有認識到廢舊農(nóng)膜帶來的長期的、潛在的危害，加上撿拾廢舊農(nóng)膜工作量大、利潤較低，因此，當前農(nóng)戶并沒有撿拾廢舊農(nóng)膜的意識和主動性，還有農(nóng)戶將廢舊農(nóng)膜撿拾后隨意堆放在田間地頭，遇到大風天氣，農(nóng)膜肆意飄散，不僅擴大了農(nóng)膜殘留污染區(qū)域，也影響正常的農(nóng)耕生產(chǎn)活動?；诖耍枰ㄟ^政府的支持與宣傳，讓廣大農(nóng)民群體充分的認識和意識到廢舊殘膜的嚴重性和危害性，從而提高農(nóng)戶自覺撿拾廢舊殘膜的積極性；借助電視廣播、新聞媒體等平臺以及通過召開宣講會、制作橫幅和印發(fā)宣傳資料等多種措施和方式，積極宣傳“白色污染”危害的嚴重性，全面、深入的提高農(nóng)戶對殘膜的回收意識；充分肯定農(nóng)戶在廢膜回收中的重要性，提升農(nóng)戶撿拾回收廢棄農(nóng)膜的積極性。

2.5.2 加快機器研發(fā)，提高農(nóng)膜撿拾機械化水平農(nóng)膜殘留回收問題已引起了人們的廣泛關(guān)注，并在某些地方取得了較好的成果，因此，也可向其他縣區(qū)取經(jīng)學習，積極開展廢舊農(nóng)膜回收工作。如遼寧省阜蒙縣通過購置農(nóng)膜回收機具，扶持農(nóng)膜回收加工企業(yè)發(fā)展，推進農(nóng)膜撿拾機械化。農(nóng)膜回收機械價格較高且使用時間短，購置此類機械將增加生產(chǎn)成本，降低農(nóng)戶生產(chǎn)積極性，因此，需要政府加大補貼力度。

2.5.3 大力推廣使用可降解農(nóng)膜作為一種可持續(xù)使用農(nóng)膜的替代品，可生物降解地膜具有廣泛的應(yīng)用前景。但是，由于可降解地膜制作的原材料不同，其對環(huán)境的影響尚未完全揭曉。目前，可降解地膜的原材料主要包括天然生物質(zhì)和石油基兩大類，天然生物質(zhì)主要有淀粉、纖維素等，以石油基類為原料生產(chǎn)的地膜主要成分是二玩酸二元醇共聚酯，聚己內(nèi)酯等，可在自然環(huán)境中快速降解，并以二氧化碳和水的形式回到環(huán)境中，減少了農(nóng)膜回收成本，并減輕其對環(huán)境的危害。而開發(fā)具有更高抗水性能的可再生生物降解材料，明確其對土壤環(huán)境的潛在生態(tài)毒性，有助于促進生物降解地膜的大規(guī)模推廣應(yīng)用，并從根本上解決廢舊農(nóng)膜回收難、降解難的問題。

2.5.4 完善廢舊薄膜回收扶持政策，完善回收網(wǎng)點建設(shè)影響農(nóng)戶參與實施農(nóng)田廢膜回收積極性的主要原因是其回收價格低，回收成本高，導(dǎo)致其利潤極低。因此，政府相關(guān)部門應(yīng)適當制定相關(guān)政策支持，比如減免或優(yōu)惠稅收、用地、水電等方面費用，加大扶持和資金支持力度，以確?；厥展ぷ鞯捻樌M行。通過扶持廢膜回收企業(yè)發(fā)展，可推動廢膜回收行業(yè)的發(fā)展，推動廢膜再加工行業(yè)的發(fā)展。同時，完善政策管理制度，借助財政、信貸、稅收等手段，逐步建立并完善政府支持、農(nóng)民主體、社會參與的廢舊農(nóng)膜回收利用機制。另外，在相關(guān)監(jiān)督部門工作考核中，增加農(nóng)膜回收評價考核，督促各鄉(xiāng)鎮(zhèn)政府干實事，完善激勵獎勵機制，充分調(diào)動種植戶和監(jiān)督人員的積極性。

2.5.5 加強廢舊農(nóng)膜研究力度農(nóng)膜殘留能夠影響植物物種的優(yōu)勢度，因此，與此相關(guān)的農(nóng)膜殘留物、包括微塑料對生態(tài)系統(tǒng)功能級聯(lián)效應(yīng)的研究應(yīng)受到關(guān)注。在干旱環(huán)境下，覆蓋農(nóng)膜有助于降低土壤容重，改善通氣性，提升根系在土壤中的滲透能力，從而提高群落水平上植物莖和根的質(zhì)量。但是，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中施用氮肥能夠減少農(nóng)膜殘留物的遷移，使其長時間殘留在土壤中。今后的研究中，應(yīng)關(guān)注農(nóng)膜殘留對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)功能的影響，特別是在農(nóng)產(chǎn)品供給、食物鏈延伸、碳循環(huán)、氮沉降和水土保持方面的影響。農(nóng)膜殘留將長期影響農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，帶來生態(tài)風險，而對農(nóng)膜用地適宜性評價和生物降解地膜覆蓋農(nóng)田土壤安全性評價等方面的研究還不夠深入，還需依靠科技創(chuàng)新，以更豐富的視角開展內(nèi)容多樣、系統(tǒng)綜合的研究。

3 結(jié)論

通過對太倉市典型蔬菜種植類型下農(nóng)田地膜殘留量的監(jiān)測，全市當季地膜量在0.00～46.19 kg/hm2之間，地膜殘留量平均值為9.55 kg/hm2，低于20世紀90年代農(nóng)業(yè)部在全國17 個?。ㄊ校┱{(diào)查的平均殘留60 kg/hm2的水平，總體上屬于低污染區(qū)。大棚農(nóng)膜蔬菜殘留量明顯小于露天種植蔬菜，大棚地膜種植區(qū)多為一季作物使用農(nóng)膜，大部分能夠進行回收，而且農(nóng)膜破損較少，更利于回收，因此，農(nóng)膜殘留相對較少，可見，相對精細的種植方式有助于降低農(nóng)膜殘留。中度污染區(qū)種植方式相對粗放，農(nóng)膜使用強度大，但農(nóng)膜回收率低，甚至不回收，導(dǎo)致其殘留量相對更多。種植方式和回收方式對農(nóng)膜殘留量的影響大于種植作物類型，是影響農(nóng)膜殘留量最為主要的因素。