长期使用地膜对土壤环境质量影响的研究进展
作者:谭娅 指导老师:徐文修
摘要：地膜技术的应用极大地促进了我国农业的发展，随着地膜应用面积和使用年限的不断增加，负面报导不断增加。本文通过收集不同使用年限、不同地膜残留量对土壤环境质量的影响，以及对作物生长发育的影响等方面的研究资料，进行了综合分析：大量残留地膜造成的“白色污染”不但影响农业环境、破坏土壤结构、危害作物正常生长发育，并造成农作物减产。应合理使用地膜，增加地膜厚度，及时揭膜和加大地膜回收管理力度，有效保护土壤永续利用。 关键词：地膜；土壤环境；防治途径
Abstract: The technical application of plastic film that has promoted the development of the agriculture of our country maximumly ,But along with the plastic film applications and tenure use of the increased, negative reports increase.This article by collecting different tenure use of plastic film and different quantities residual plastic film of influence agricultural environment and damage soil structural,and for crop development impact of information and research conducted comprehensive analysis：large quantities residual plastic film which causes “white pollution” Not only affect agriculture, soil, the destruction of crops normal growth and caused crop yield reduction.We should be rationally using plastic film thickne, and increase the membrane in time to get the recovery management and plastic film and effective protection of soil lasting use.
Key words: Plastic film; Soil environmental; Prevention means 地膜是农业生产的重要物质资料之一，我国每年地膜应用量近百万吨，地膜覆盖作物达40多种。地膜覆盖技术已成为确保农业生产高产稳产的重要手段，它以增温、抗旱、保墒、抑制杂草生长、促苗早发、增加作物产量等显著特点为优势，在农业生产中的效益显著，所以发展快速.但由于长期使用地膜，农膜在土壤中年残留量不断增加，重污染区已达近130 kg·hm-2—270 kg·hm-2.多数农膜是由一种由高分子碳氢化合物(聚氯乙烯)组成,性能稳定,在自然环境中光解性较差, 也不易通过细菌和酶等生物方式降解，即使降解也将产生有害物质。因而在土壤中长期积累,造成“白色污染”,如此下去就会对土壤环境及作物的生长产生较大影响，譬如土壤透气性变差,水分、养分的流动受阻,土壤板结, 根系得不到正常发育,导致农作物减产等。本文阐述了地膜残留量对于土壤环境质量和作物生长的之间关系以及相应的防治技术途径等方面的近期研究进展。 1 我国地膜的应用现状
何文清研究表明，地膜在我国应用已将近30年。地膜技术极大地促进了我国农作物产量和经济效益的提高，成为农业生产中不可或缺的生产资料之一。目前我国地膜覆盖面积已经达到0.13亿hm2，每年用量近百万吨。棉区是我国地膜应用的主要区域，我国长江流域和黄河流域棉田每年地膜用量为37.5～45 kg·hm-2，西北内陆棉区每年地膜用量为79～90 kg·hm-2。随着地膜应用量和应用面积的不断增加，越来越多的残膜留在了土壤中。
据农业部20世纪90年代初对全国17个省市调查结果表明，所有地膜覆盖过的农田土壤均有不同程度的残留，残留量平均为60 kg·hm-2，最高达135 kg·hm-2。近些年来，国内一些研究人员以及农业环境监测部门也对地膜的残留情况进行了初步的调查，在地膜广泛应用的区域，都有不同程度的残留污染，如河南省中牟、郑州、开封等地花生地耕层土壤地膜残留量年均为66 kg·hm-2，最高可达135kg·hm-2。河北省邯郸地区棉田土壤地膜残留量达59.1～103.4 kg·hm-2。在这些地区中，尤以新疆地区棉田土壤污染最严重，根据最新调研结果，新疆石河子地区棉田耕层中平均残膜量为300.7 kg·hm-2，最高达381.1 kg·hm-2，而且随着覆膜年限越长，污染越严重。
严昌荣根据过去十几年农用地膜覆盖面积及使用量统计数据显示，我国农作物地膜覆盖面积一直保持持续的增长态势。1981年农作物覆盖面积仅为1.5万hm2，1991年达到490.9万hm2，2001年上升到1 096万hm2，2005年更进一步达到1 350万hm2，是1981年覆盖面积的797.8倍。农膜使用量也大幅度上升，统计表明，使用量从1991年31.9万t增加到2005年的95.9万t，增加了近3倍，增长速度非常快。 2 残膜造成污染因素 2．1残膜的难降解性
据刘金军、李团结、曾祥斌等等的研究报告知道:目前使用的地膜多为聚乙烯农膜,它是由聚乙烯加抗氧化剂、紫外线吸收剂而制成的有机化合材料,具有分子量大、性能稳定、耐化学侵蚀,能缓冲冷热等特性。在自然环境中,它的光分解性和生物分解性均较差,难以使其降解,即使长达上百年的时间,残膜仍多以独立的形式存留在土壤中。 2．2 土壤中地膜残留量大
刘志锋表明，据技术人员调查测算, 由于长期使用地膜,地膜在土壤中年残留量高达35万t，污染严重的地方多达90～135 kg·hm-2,甚至高达270 kg·hm-2 据专家测定,种植棉花3～5年的土地，平均废膜残留量13.5g/m2, 每667m2平均残膜残留量8.99kg，8～10 年的土地，亩平均存废膜量12.5kg，土地减产7%，种植13年以上的土地，平均每22.87kg/667m2，相当于一年的覆膜全部留在地里，减产达17%。如果这样继续下去,若干年后土质严重恶化,农产品质量、产量下降,土地将无法耕种。 2．3 回收难度大
郭希敏调查发现，大部分地区残膜回收基本上以人工捡拾的方式进行，新疆地区多年来残膜回收也一直以人工捡拾为主，但由于人均耕地面积多，劳动力少，人工捡拾的残膜回收率非常低。再加上农民普遍选用超薄膜,以降低生产成本,而超薄膜老化速度快、易破碎、更不易捡拾,不利于机械回收。因此使得残膜回收十分困难。李燕红还认为农民对残膜的危害认识普遍不够,对于残膜的清理回收不重视。只注重当年土地上的产出,不注重残膜的回收。又由于新疆等地春季风多风大、雨少、表土易干,压膜土较多,加上灌水泥砂大,秋后膜面便被泥砂覆盖,加之秋季忙于秋收,无人顾忌捡拾残膜,因此人工清理回收十分困难。孙孝贵认为除上述原因外还有宣传力度不够。农民没有认识到不揭膜对产量的影响。因此,没有把人工揭膜列为必不可少的一道生产工序,这是生产管理、劳动安排和宣传提高认识上存在的问题。 3 残膜对土壤物理性状的影响
土壤的物理性状包括土壤容重、比重、孔隙度以及土壤水分的含量，土壤的保水保肥特性等。大量研究表明，残留地膜会影响土壤正常结构的形成。 3．1残膜在土壤中分布的层次性
残留在土壤中地膜主要分布在耕作层，但由于各地农作措施的不同，残膜在各层次中分布的数量也不一致。齐小娟等研究表明，土壤中残膜集中分布在0～10 cm，一般要占残留地膜的2/3左右，其余则分布在20～30 cm，再往下基本没有分布。马辉等研究结果为，0～10 cm土层中残膜的片数约占总量的58.5%～76.4％，10～20 cm土层中约占总数的22.3%～35.1％，20～30 cm土层中占总数的1.3%～6.4％左右，大部分残膜集中在0～20 cm层土壤中。而新疆地区由于机械化程度高，土壤耕翻尺度深，所以在30 cm以下的土壤仍有分布。何文清等的研究显示无论在哪个地区，0～20 cm内的土壤耕层是残膜污染的主要区域，占土壤中残膜总量的90％以上。 3．2 残膜破坏土壤结构，降低耕地质量
由于土壤中大量残膜的存在，导致了土壤物理结构层次的改变，使得土壤水分、养分向下运移受到阻碍，土壤空隙度、通透性降低，不利于土壤空气的循环和交换，影响土壤正常结构的形成,最终造成耕地质量下降。又由于残膜阻碍土壤毛管水和自然水的渗透而使水分渗透量因地膜残留量增加而减少,致使土壤含水量下降。
赵素荣研究发现,当农膜残留量由0提高到225 kg·hm-2时，土壤容重增加18.2%，土壤孔隙度降低13.8%、土壤含水量降低11.7%，而且这些土壤参数随残留农膜碎片增大而劣变。南殿杰的试验结果，水分下渗速度与土壤中地膜残留量呈对数相关关系，当残留量达到360 kg·hm-2时，水分下渗速度明显减慢，只相当于对照的2/3。李青军的研究发现，残留量为0 kg·hm-2时的含水量分别比处理为2
25、450和900 kg/hm2减少1.29%、4.39%和11.22%。还有研究表明，在新疆等干旱地区由于残膜的存在导致地下水难以下渗，造成土壤次生盐碱化等。 4 残留地膜对作物造成的影响
刘志锋根据近年国内的许多报道。普遍认为:土壤内非降解膜残留膜数量如超过土壤允许容量时，会影响农田机械耕作，破坏土壤结构，影响下茬作物根系的伸展和微生物的活力，阻碍作物根系的深扎和对土壤水分、养分的吸收，造成弱苗、死苗、倒伏。据农业部门测定种子播在残膜上,烂种率达6.92%,烂芽率达5.17%。棉苗侧根比正常减少4.8～7.6条,2～3片真叶期死亡率1.19%,子叶期棉苗死亡率3.08%,现蕾期推迟3～5天,株高降低6.7～12.9cm。如果不采用高密度种植技术,减产量达12%左右。每667m2有12.5kg残膜量的地块与无残膜的地块对照田相比减产达8.8%。
解红娥试验结果表明,棉花的株高、根数、主根长度、茎粗、果枝及皮棉产量随着残留地膜量的增加呈降低趋势,其中残留地膜量为720和1 440 kg·hm-2的棉花生长发育受到严重影响,导致皮棉产量显著降低。还认为残膜对玉米和小麦的产量影响较大,这是因为玉米和小麦的根系为须根系型,而且根系主要集中在0～20 cm的耕作层,受残膜的影响较突出。还有研究表明在土壤中地膜残留量达到37.5 kg·hm-2时，小麦基本苗较对照降低了25%，冬前分蘖数较对照降低了17%，表现出苗慢，出苗率低，根系扎得浅，有些根系由于无法穿透残膜碎片而呈现弯曲横向发展，残留地膜对玉米、茄子、白菜和花生根系的生长具有明显的抑制作用。
李青军试验结果表明，残膜对作物生长发育的危害主要表现在两个方面，一是由于残膜改变了土壤正常的结构层次，造成水分、养分的运移被阻断，从而导致作物营养不良，大幅度减产。第二就是由于土壤中残膜存在，导致作物在生长的时候经常会使幼小的根系被残膜缠绕，从而导致水分、养分的吸收被阻断，造成作物死苗。 5 结论
针对以上的问题，对残膜回收工作的有以下几点建议(l)要防治地膜污染 “以宣传教育为先导，以强化管理为核心，以回收利用为主要手段，以替代产品为补充措施”的原则，积极防治残膜污染，主要通过清理和回收利用来减少污染，依靠有利于回收利用的经济政策提高回收利用率。(2)研究开发新材料，寻找农膜替代品。实践证明，研制出易降解，无污染的新材料才能根除地膜污染。故应鼓励开发无污地膜，加大对可降解膜的研究与开发，努力降低农膜成本，积极寻找功效相同、成本相对低廉的替代品。(3)加大残膜回收机械的研制。如果在残膜回收机械上取得突破性的进展，能进一步地提高其回收率，可大大减少残膜污染。(4)利用各种媒体进行广泛宣传，使大家认识”白色污染”的危害性。不可降解的塑料制品进人土壤里，会影响土壤内的物、热的传递和微生物生长，改变土壤的物质结构。(5)优化耕作制度，进一步加强倒茬轮作制度，通过粮棉、菜棉轮作倒茬减少地膜单位面积平均覆盖率，进而减轻残膜的污染。
根据已报道的结果分析, 农田残留地膜对土壤的理化性状以及对作物的生长发育和产量有一定的影响。常年地膜覆盖的地块,若土壤中的残膜得不到及时拣拾,就会使土壤的容重增加,残膜使土壤水分的上下移动速度减慢。并且地膜残留刺激根系生长,消耗了大量的养分,使棉花地上、地下部生长不平衡，作物的产量降低。若残膜长期存留于土壤中,影响土壤的通气性、透水性和导热性,将进一步影响土壤微生物的数量、种类及分布以及土壤养分有效性,进而降低作物的抗逆性等,这有待于进一步的研究。
清理回收农用残膜是保护有限耕地资源、促进农业与生态和谐发展的一件大事，利在当代，功在千秋。这项工作需要全社会的参与，因此，有必要加强相关部门的沟通协调，加大宣传力度和检查力度，尤其是让广大农民认识到农用残膜对自身和社会的危害，推动农用残膜污染治理工作有效开展。
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长期使用地膜对土壤环境质量
影响的研究进展
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徐文修
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教授
2010 年 12 月 23 日
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