郭戰(zhàn)玲,張 薪,寇長林*,楊占平,張香凝,李太魁

(1.河南省農(nóng)業(yè)科學院 植物營養(yǎng)與資源環(huán)境研究所,河南 鄭州 450002;2.河南省農(nóng)村能源環(huán)境保護總站,河南 鄭州 450002)

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河南省典型覆膜作物地膜殘留狀況及其影響因素研究

郭戰(zhàn)玲1,張 薪2,寇長林1*,楊占平1,張香凝1,李太魁1

(1.河南省農(nóng)業(yè)科學院 植物營養(yǎng)與資源環(huán)境研究所,河南 鄭州 450002;2.河南省農(nóng)村能源環(huán)境保護總站,河南 鄭州 450002)

2011—2014年采用問卷調(diào)查及取樣檢測方法對河南省典型覆膜作物(花生、棉花)地膜殘留狀況進行系統(tǒng)調(diào)查,分析其影響因素,并通過定點試驗監(jiān)測方法研究地膜殘留系數(shù)，以期為河南省地膜殘留防治提供參考。結(jié)果表明,河南省花生、棉花覆膜種植區(qū)土壤耕層地膜殘留量為6.8～37.3 kg/hm2,平均值為20.4 kg/hm2?；ㄉ貕K地膜平均殘留量為24.9 kg/hm2,棉花地塊為13.5 kg/hm2。不同取樣點地膜殘留量存在明顯差異,主要與作物類型、地膜用量、覆膜比例、覆膜年限、土壤質(zhì)地及回收情況有關(guān),地膜用量越大、覆膜比例越高、覆膜年限越長,地膜回收率越低,地膜殘留污染的風險越大；棉花地塊的地膜殘留量明顯低于花生地塊。花生和棉花地塊的地膜殘留系數(shù)分別為0.71%和1.11%。目前,河南省花生、棉花覆膜種植區(qū)地膜污染狀況較輕,但如果不注重地膜回收工作,殘留量會逐年增加,成為地膜殘留污染區(qū)域。

地膜； 花生； 棉花； 殘留系數(shù)

地膜是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)重要的生產(chǎn)資料,地膜技術(shù)的應(yīng)用極大地促進了農(nóng)業(yè)產(chǎn)量和效益的提高,帶動了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的飛躍發(fā)展[1-2]。河南省地膜用量從1990年的2.75萬t增加到2014年16.35萬t,覆膜技術(shù)的廣泛應(yīng)用使經(jīng)濟作物增產(chǎn)20%～60%[3]。地膜覆蓋可增加30%貯水量,降低50%蒸散量,減少雜草和病蟲的危害[4],對農(nóng)業(yè)抗旱保水防害具有重要意義。由于地膜降解期較長[3],隨著地膜用量和使用年限不斷增加,大量殘留地膜造成的“白色污染”不但嚴重影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn),而且對農(nóng)業(yè)環(huán)境的安全與健康也構(gòu)成了巨大的威脅,農(nóng)田殘留地膜已經(jīng)成為影響農(nóng)業(yè)環(huán)境、破壞土壤結(jié)構(gòu)、危害作物正常生長發(fā)育并造成農(nóng)作物減產(chǎn)的重要因素之一[5]?；ㄉ⒚藁ㄊ呛幽鲜≈匾慕?jīng)濟作物,從20世紀80年代開始覆膜種植,在其產(chǎn)量和品質(zhì)提高的同時[6],土壤中殘留的地膜會對下茬作物的播種和生長產(chǎn)生很大影響[5]。目前,有關(guān)殘膜問題的研究主要集中在新疆地膜殘留較嚴重的區(qū)域[5],對于河南省地區(qū)研究較少[7]。為了解河南省花生、棉花地膜覆蓋區(qū)地膜殘留狀況,2011—2014年通過取樣檢測、問卷調(diào)查以及定點試驗監(jiān)測方法研究河南省花生、棉花地膜殘留狀況及其影響因素,為河南省地膜殘留防治工作提供科學依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)域概況

在河南省地膜使用普遍,使用歷史較長,覆膜方式、揭膜時間、回收方式等具有代表性的花生覆膜種植區(qū)選擇開封縣、尉氏縣和新鄭市，棉花覆膜種植區(qū)選擇通許縣和尉氏縣作為研究區(qū)域，進行調(diào)查和定點試驗。該研究區(qū)域?qū)儆谂瘻貛Т箨懶约撅L氣候,四季分明,光照充足,氣候溫和,雨量適中,花生和棉花是當?shù)氐闹饕材ぷ魑?面積較大。

1.2 研究方法

1.2.1 取樣檢測 2011—2014年,考慮到覆膜作物類型、地膜用量、覆膜比例、覆膜年限、距村莊距離、土壤質(zhì)地等影響因素,根據(jù)當?shù)貙嶋H情況設(shè)置15個調(diào)查地塊,其中花生9個調(diào)查地塊,分布在開封縣、尉氏縣和新鄭市，棉花6個,分布在通許縣和尉氏縣，每個縣(市)3個地塊。在每個調(diào)查地塊,選擇5個規(guī)格為200 cm×100 cm的樣方,0～20 cm深度采集殘留地膜。人工收集殘膜,將收集到的殘膜帶回實驗室,用超聲清洗儀進行洗滌,洗凈后用吸水紙吸干殘膜上水分,小心展開卷曲的殘膜(防止殘膜破裂),放在干燥處自然陰干,再用萬分之一的電子天平稱質(zhì)量,計算地膜殘留量。

1.2.2 問卷調(diào)查 2011—2014年,為了解檢測地塊的信息和地膜應(yīng)用狀況,對擁有地塊的農(nóng)戶進行問卷調(diào)查。調(diào)查內(nèi)容包括：地塊面積、作物類型、地膜用量、覆膜比例、覆膜年限、地塊距村莊的距離、土壤質(zhì)地等。

1.2.3 定點試驗 為確定河南省典型覆膜作物(花生、棉花)的地膜殘留系數(shù),在棉花種植區(qū)選擇種植年限>20 a的地塊1個，在花生覆膜區(qū)選擇覆膜5～10 a的地塊1個,10～20 a的地塊2個,進行連續(xù)3 a的定點試驗監(jiān)測。在2011年開始覆膜時和2014年作物收獲后,測定地膜殘留量,計算地膜殘留系數(shù)(F)。F=(Q1-Q2)/3A×100%,其中,Q1為地膜鋪設(shè)3 a后的殘留量,Q2為初始年份地膜殘留量,3為試驗周期,A為年均地膜用量。

1.3 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2007進行處理與統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 河南省花生、棉花地膜殘留現(xiàn)狀及其主要影響因素

2.1.1 地膜殘留現(xiàn)狀 殘留在土壤中的地膜主要分布在耕作層,但由于各地農(nóng)業(yè)耕作措施不同,殘膜在各層次中的分布數(shù)量也不一致。河南省地膜調(diào)查區(qū)機械翻耕的深度一般在15～20 cm,20 cm以下幾乎沒有殘留的地膜,所以主要在0～20 cm的耕作層采樣。從表1可知,在河南省花生、棉花覆膜種植區(qū)共調(diào)查取樣15個地塊,耕作層的地膜殘留量介于6.8～37.3 kg/hm2,變異系數(shù)為42.5%,平均值為20.4 kg/hm2,低于華北地區(qū)農(nóng)田耕作層地膜殘留量平均值26.8 kg/hm2[7]。由圖1可知,地膜殘留量20 kg/hm2以下的地塊有9個,占總?cè)拥貕K的60.0%；地膜殘留量大于20 kg/hm2的地塊有6個,占總?cè)拥貕K的40.0%。2010年制定的標準《農(nóng)田地膜殘留量限值及測定》中明確規(guī)定,待播農(nóng)田耕作層內(nèi)地膜殘留量限值應(yīng)不大于75.0 kg/hm2[8],根據(jù)這一限值,15個調(diào)查地塊均無超標現(xiàn)象?？梢?河南省花生、棉花覆膜種植區(qū)殘膜污染狀況較輕。但仍有40.0%的地塊地膜殘留量在20 kg/hm2以上,如果不注重殘膜回收工作,若干年后將會成為殘膜污染區(qū)域。

表1 河南省花生、棉花覆膜區(qū)地膜殘留概況

圖1 河南省地膜殘留量分布情況

2.1.2 影響地膜殘留量的主要因素

2.1.2.1 作物類型 調(diào)查中發(fā)現(xiàn),不同作物因地膜用量、覆膜比例、揭膜難易程度等的差異,從而對土壤地膜殘留量產(chǎn)生影響。由表2可以看出,棉花種植地塊地膜殘留量相對較低,在6.8～16.7 kg/hm2,平均值僅為13.5 kg/hm2,變異系數(shù)相對較?。换ㄉN植地塊地膜殘留量較高,在12.7～37.3 kg/hm2,平均值達到了24.9 kg/hm2,是棉花地塊的1.84倍,變異系數(shù)相對較大。

表2 不同作物類型對地膜殘留量的影響

2.1.2.2 地膜用量及覆膜比例 調(diào)查區(qū)棉花的地膜用量為15.0 kg/hm2,覆膜比例大部分≤35%,地膜殘留量平均值僅為12.9 kg/hm2，僅有1個調(diào)查地塊覆膜比例為63%,地膜殘留量為16.7 kg/hm2；花生的地膜用量為37.5 kg/hm2,覆膜比例大部分>70%,地膜殘留量平均值為25.3 kg/hm2，僅有1個調(diào)查地塊覆膜比例為63%,地膜殘留量為21.6 kg/hm2(表3)。綜合以上結(jié)果可知,地膜用量越多,覆膜比例越高,地膜殘留污染的風險就越大。

表3 不同覆膜比例對地膜殘留量的影響

2.1.2.3 覆膜年限 殘膜污染最大的特點是長時間內(nèi)累積污染,由于缺乏有力的回收措施,導(dǎo)致覆膜年限越長,污染越嚴重[5,9]。由表4可以看出,花生覆膜區(qū),隨著覆膜年限的增加,地膜殘留量呈增加趨勢。覆膜年限5～10 a、10～20 a、>20 a的地塊地膜殘留量平均值分別是≤5 a地塊的1.65、1.66、1.84倍；棉花種植區(qū)覆膜年限都大于20 a,而地膜用量相對較少,地膜殘留量比花生覆膜區(qū)少。綜上,同種作物地膜用量相同的情況下,隨覆膜年限的增加,地膜殘留量增加。

表4 不同覆膜年限對地膜殘留量的影響

2.1.2.4 距村莊距離 由表5可以看出,在花生調(diào)查區(qū),距離村莊較遠的地塊(>2 km)地膜殘留量最大,平均為26.7 kg/hm2,距離村莊≤1 km和1～2 km地塊的地膜殘留量相差較小,平均殘留量分別為23.1 kg/hm2和22.3 kg/hm2。在棉花種植區(qū),距離村莊的遠近對地膜殘留量影響不是太大,距離村莊1～2 km和>2 km地塊地膜殘留量平均值分別為13.9 kg/hm2和13.1 kg/hm2。調(diào)查中發(fā)現(xiàn),地膜的回收主要靠人工撿拾,農(nóng)田地膜實際殘留量與農(nóng)戶本身的管理密切相關(guān)。由于農(nóng)村勞動力短缺,農(nóng)田離村莊越遠,撿拾的概率越低,地膜的殘留概率越高。

表5 地塊距村莊距離對地膜殘留量的影響

2.1.2.5 土壤質(zhì)地 由表6可以看出,沙土區(qū)地膜平均殘留量為25.3 kg/hm2,比壤土區(qū)地膜殘留量(棉花13.5 kg/hm2、花生21.6 kg/hm2)高。調(diào)查中發(fā)現(xiàn),沙土區(qū)漏水漏肥現(xiàn)象嚴重,一年只種植一茬春花生,地膜覆蓋比例高、用量多,地膜主要靠收獲時花生秧帶出回收,管理相對粗放,所以地膜殘留量高。壤土區(qū)麥棉套種地塊占取樣量的85.7%,棉花地膜覆蓋比例低、用量少,小麥播種前整地會回收大部分殘留地膜,所以壤土區(qū)地膜殘留量相對較少。

表6 不同土壤質(zhì)地對地膜殘留量的影響

2.2 河南省花生、棉花的地膜殘留系數(shù)

由表7可知,2011—2014年,覆膜24 a的棉花地塊地膜殘留量從13.5 kg/hm2增加到14.0 kg/hm2,平均每年地膜殘留量增加0.17 kg/hm2,地膜殘留系數(shù)為1.11%；花生地塊地膜平均殘留量從28.3 kg/hm2增加到29.1 kg/hm2,平均每年地膜殘留量增加了0.27 kg/hm2,地膜平均殘留系數(shù)為0.71%,小于棉花地塊地膜殘留系數(shù),這可能與地膜用量、使用年限及農(nóng)戶的耕作習慣有關(guān)。隨著覆膜年限的增加,花生地塊地膜殘留系數(shù)不斷增加。與河北省相比,棉花、花生地膜殘留量、年平均增加殘留量、殘留系數(shù)都較低[10]。土壤中普通聚乙烯殘膜降解期一般為200～400 a,在自然條件下,短時間內(nèi)很難降解[3]。雖然目前河南省花生、棉花覆膜種植區(qū)殘膜污染較輕,但如果維持殘膜回收現(xiàn)狀不變的話,若干年后將成為地膜污染區(qū)域。

表7 河南省棉花、花生覆膜種植區(qū)地膜殘留系數(shù)

3 結(jié)論與討論

棉花、花生覆地膜種植,主要是為了增溫、保濕、防治病蟲害,最終達到增產(chǎn)的目的。由于地膜降解期較長,其不合理利用容易造成土壤中殘膜積累[11]。隨著土壤中地膜殘留量的增加,殘膜帶來的負面效應(yīng)日益凸顯,如土壤水分入滲受阻、土壤質(zhì)量惡化、作物產(chǎn)量下降、白色污染加劇等[11-13]。

本研究結(jié)果表明,河南省花生、棉花地塊地膜殘留量在6.8～37.3 kg/hm2,平均值達20.4 kg/hm2,其中地膜殘留量在20 kg/hm2以下的地塊有9個,占總?cè)恿康?0.0%；地膜殘留量大于20 kg/hm2的地塊有6個，占總?cè)恿康?0.0%,如果不注重殘膜回收工作,若干年后將會成為殘膜污染區(qū)域。不同地塊地膜殘留量存在明顯差異，地膜殘留量受到作物類型、地膜用量、覆膜比例、覆膜年限、土壤質(zhì)地等因素的影響?；ㄉN植區(qū)地膜平均殘留量為24.9 kg/hm2,棉花種植區(qū)地膜平均殘留量僅為13.5 kg/hm2，遠低于花生種植區(qū)；地膜用量越大，地膜殘留量越大；同種作物,在地膜用量及田間管理相同的情況下,隨覆膜年限、覆膜比例的增加,地膜殘留量增加;沙土區(qū)由于覆膜比例高,回收率低,比壤土區(qū)地膜殘留風險大?；ㄉ?、棉花的地膜殘留系數(shù)相對較低,棉花的地膜殘留系數(shù)為1.11%,花生為0.71%。就目前情況來看,河南花生、棉花殘膜污染狀況較輕,與湖北省[14]情況相近,沒有新疆[15]、廣州[16]、河北[17]等地嚴重,但如果一直沿用目前的地膜使用模式,殘留量不斷累積,將會成為殘膜污染區(qū)域。調(diào)查中發(fā)現(xiàn),各監(jiān)測點地膜的回收均為人工清撿,不同的農(nóng)戶回收率差別很大,這直接影響地膜殘留量,部分清理出的殘膜棄于田邊、溝渠、林帶中,四處散落,不僅影響生態(tài)環(huán)境,還造成“白色污染”,此外，殘膜還可能造成農(nóng)機作業(yè)率下降。所以,政府應(yīng)加大宣傳,提高農(nóng)民對地膜殘留污染的認識,科學規(guī)范地使用農(nóng)用地膜,加強殘留地膜的回收和治理,保障農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

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Status and Influencing Factors of Residual Mulching Film of Typical Crops Mulched with Plastic Film in Henan Province

GUO Zhanling1,ZHANG Xin2,KOU Changlin1*,YANG Zhanping1,ZHANG Xiangning1,LI Taikui1

(1.Institute of Plant Nutrient,Resources and Environment,Henan Academy of Agricultural Sciences,Zhengzhou 450002,China;2.General Station of Henan Rural Energy & Environmental Protection,Zhengzhou 450002,China)

The status of residual mulching film of typical crops mulched with plastic film(peanut and cotton) was studied through the methods of farm survey with questionnaires and quadrate sampling,the influencing factors were analyzed,and the residual coefficients of peanut and cotton were calculated through the methods of field monitoring from 2011 to 2014 in Henan province.The results showed that the mulching film residue amounts were from 6.8 kg/ha to 37.3 kg/ha in the soil of peanut and cotton,with an average value of 20.4 kg/ha.The average mulching film residue amounts were 24.9 kg/ha and 13.5 kg/ha in the soil of peanut and cotton respectively.There were significant differences in the amount of mulch residues among the different sample sites,which mainly depended on crop types,film amount,film coverage ratio,film coverage years,soil texture and recycling situation.With the increase of film amount,coverage ratio,coverage years,and the decrease of recovery rate,pollution risk of residual mulching plastic film in soil increased.The mulching film residue amount in cotton field was obviously lower than that in peanut field.The residual coefficients of peanut and cotton were 0.71% and 1.11% respectively.Although the pollution of residual film was not serious at present,it would become a significant issue if no measure was taken to solve it.

mulching film; peanut; cotton; residual coefficient

2016-06-10

公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(20100314)

郭戰(zhàn)玲(1980-)，女，河南伊川人，助理研究員，碩士，主要從事農(nóng)業(yè)面源污染方面研究。 E-mail：zlguo_2012@163.com

*通訊作者：寇長林(1965-)，男，河南寶豐人，研究員，博士，主要從事農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境研究。E-mail：koucl@126.com

時間：2016-11-25 14:24:33

X53;X712

A

1004-3268(2016)12-0058-05

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/41.1092.S.20161125.1424.018.html