于顯楓 趙記軍 馬明生

摘要：以已有研究文獻為基礎，概述了不同厚度地膜殘留與回收的研究，并對地膜選擇使用進行了探討，以期為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境保護協(xié)調(diào)發(fā)展提供參考。結果表明：不同厚度地膜覆蓋后地膜殘留情況因作物不同而異，地膜越厚，殘留量越低，達到一定厚度后，殘留量差異并不顯著，超過一定厚度后，由于單位面積殘片質(zhì)量增加，反而出現(xiàn)殘留量增加現(xiàn)象。使用厚地膜可有效提高地膜可回收性，但當?shù)啬み_到一定厚度后，其回收率差異并不顯著；機械化回收是趨勢所向，除注重地膜強度外，也要考慮地膜厚度影響。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，選擇使用的地膜偏薄或偏厚均不適宜，大多學者建議的厚度介于0.008～0.012 mm，具體應統(tǒng)籌考慮地膜覆蓋效益與生態(tài)效益最優(yōu)效應選擇使用。

關鍵詞：地膜；厚度；殘留；回收性；覆蓋效益；生態(tài)效益；使用選擇

中圖分類號：X-53文獻標志碼：A論文編號：cjas20190800157

基金項目：國家重點研發(fā)計劃項目“西北灌溉玉米化肥農(nóng)藥減施增效技術集成與示范”（2017YFD0201808）；國家重點研發(fā)計劃項目“半干旱區(qū)馬鈴薯化學肥料減施技術研究與示范”（2018YFD020080105）。

Film of Different Thickness： Effect on Residual and Recovery of Waste Film and Selection

Yu Xianfeng1， Zhao Jijun2， Ma Mingsheng1

（1Institute of Dryland Farming， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou 730070， Gansu， China；

2Gansu Agro-ecology and Resources Protection Technology Station， Lanzhou 730000， Gansu， China）

Abstract： The research on the residual and recovery of mulch film with different thickness was summarized based on the existing research literatures， and the selection of mulch film was discussed to provide references for the coordinated development of agricultural production and environmental protection. The results showed that residual of different thickness films varied from crop to crop， the thicker the mulch film， the lower the residual amount. After reaching a certain thickness， the difference of residual amount was not significant， but after a certain thickness， the residual amount increased due to the increase residual quality per unit area. The use of thick mulch film could effectively improve the film recyclability， but the difference of recovery rate was not significant after the film reached a certain thickness. Mechanized recycling was the trend in the future， in addition to film strength， the influence of film thickness should draw more attention. In agricultural production， the selection of thin or thick film was both inappropriate， the thickness recommended by most scholars was between 0.008and0.012mm，thespecificeffectbetweenthefilmcoverandtheecologicalbenefitshouldbeconsidered.

Keywords： Plastic Film； Thickness； Residual； Recyclability； Coverage Benefit； Ecological Benefit； Selection

0引言

覆膜種植可以改善土壤水熱效應、抑鹽控草和增加經(jīng)濟效益[1]。地膜覆蓋技術可在大范圍內(nèi)提高糧食作物產(chǎn)量20%～35%、經(jīng)濟作物產(chǎn)量20%～60%，極大地促進了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力和效益的提高，對保障糧食安全作出了重大貢獻[2]。傳統(tǒng)地膜是一種人工合成的高分子化合物，其成分通常為聚乙烯（polyethylene， PE），在自然條件下很難降解，使用后造成了極大的處理困難[3]。隨著地膜使用年限的逐年增加，土壤中地膜殘留量逐漸增加。調(diào)查顯示，覆膜10年的農(nóng)田土壤中地膜殘留量為71.9kg/hm2，覆膜15年的高達259.1kg/hm2[4]。田間殘膜給作物根系水肥吸收、土壤結構改變和農(nóng)田景觀等都帶來負面影響[5]，已成為農(nóng)業(yè)面源污染的主要來源之一。地膜厚度是衡量地膜質(zhì)量好壞的一個重要指標，既與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)覆蓋效益密切相關，又與地膜殘留量和可回收性緊密聯(lián)系。有文獻指出，中國地膜殘留總量近2×106t，農(nóng)田平均殘留量達60 kg/hm2[6]，地膜厚度低是造成殘膜嚴重的重要原因[7]。劉祥雷等[8]對山東營南縣1991—1999年9年間使用地膜的厚度與農(nóng)田殘留量關系調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，由于使用的地膜從較厚（0.006～0.007 mm）到超?。?.003～0.004 mm）變化，地膜殘留量呈現(xiàn)前3年微增長、中間3年縮減、后3年相對穩(wěn)定的階段性特征，表明地膜厚度與地膜殘留密切相關。綠色循環(huán)可持續(xù)是農(nóng)業(yè)發(fā)展中的首要前提，地膜殘留若得不到有效地控制，將會給耕地的生態(tài)圈埋下巨大的隱患[9]。目前，在尚未找到其他良好替代產(chǎn)品的前提下，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用厚地膜以減輕地膜殘留，對于防控傳統(tǒng)地膜對農(nóng)業(yè)環(huán)境的污染風險具有重要意義[10]，許多學者在這方面已經(jīng)開展了大量研究，但尚缺乏系統(tǒng)的概述和探討。為此，本研究以已有文獻為基礎，梳理不同厚度標準下地膜殘留狀況與可回收性，并對生產(chǎn)應用中的地膜厚度選擇進行分析，旨在為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境保護協(xié)調(diào)發(fā)展提供參考。

1不同厚度地膜對殘留的影響

地膜厚度不僅直接關系到土壤保溫、保濕等性能，還與土壤殘留有密切的關系。厚地膜抗拉伸能力較強、完整性較好，對于發(fā)揮地膜增溫保墑作用至關重要[11]，其覆蓋效應優(yōu)于薄地膜。特別是厚地膜韌性大，不易破損，有利于撿拾離田[12]；而薄地膜強度低，破損后小膜數(shù)量及比例高[7]。同等條件下，地膜越薄，越易老化，殘留量越大[13]。張丹等[14]調(diào)查發(fā)現(xiàn)，花生地80.6%的地膜厚度集中在≤0.005 mm范圍內(nèi)，這些薄地膜的使用導致地膜殘留強度較高。邊淑貞等[15]對7個典型蔬菜種植區(qū)22個蔬菜基地調(diào)查顯示，農(nóng)戶使用最多的是厚度為0.004 mm的地膜，76%的農(nóng)戶所使用的地膜厚度均達不到0.008 mm，約有50%的設施菜地存在地膜殘留現(xiàn)象，其中10%的設施菜地殘留嚴重。徐鈺等[16]對山東省典型覆膜作物上的調(diào)查表明，地膜殘留量隨著地膜厚度的增加呈下降趨勢。在棉花調(diào)查區(qū)，地膜厚度0.005 mm地塊的地膜殘留量較地膜厚度0.004 mm地塊減少4.61 kg/hm2；在花生調(diào)查區(qū)，地膜厚度0.008 mm地塊的地膜殘留量較地膜厚度0.004 mm的地塊減少1.85 kg/hm2。周明冬等[17]試驗研究表明，隨著地膜厚度的增加，棉田地膜殘留量顯著降低。4種厚度地膜（0.006、0.008、0.010、0.012 mm）殘留量分別為（30.82±1.17）、（19.58±3.38）、（12.20±1.83）、（13.99±2.54） kg/hm2，0.008 mm厚度地膜殘留量顯著低于0.006 mm厚度，0.010 mm和0.012 mm厚度地膜相比0.006 mm厚度地膜殘膜含量分別降低60.4%、54.6%，且兩者之間差異不顯著。高宇等[18]研究結果表明，馬鈴薯田4種厚度地膜（0.006、0.008、0.010、0.012 mm）土壤殘膜量隨地膜厚度增加而增大，地膜殘留比例分別為67.3%、83.0%、81.0%和80.1%，土壤殘膜多數(shù)在0～ 20 cm土層集中。未進行機械收獲時，地膜越厚殘留系數(shù)越大；利用馬鈴薯收獲機機械化收獲時，由于地膜越厚越容易被機械收獲輸送到地表，厚地膜殘留系數(shù)大幅度下降。唐文雪等[19]連續(xù)4年定位試驗表明，玉米田4種厚度地膜（0.006、0.008、0.010、0.012 mm）處理累計殘膜量分別為79.03、57.68、50.32、53.58 kg/hm2，0.006 mm處理地膜殘留量顯著高于0.008 mm處理。但是，厚度0.010 mm與0.012 mm地膜相比較，后者殘留量反而更高，呈現(xiàn)隨地膜厚度增加地膜殘留量先減少后增加的趨勢，其原因是更厚的地膜殘留塊數(shù)雖減少，但單塊地膜質(zhì)量大。

從上述研究結論看，不同厚度地膜覆蓋后地膜殘留情況因作物不同而異，總的趨勢是，地膜越厚，殘留量越低，達到一定厚度后，殘留量差異并不顯著，但也出現(xiàn)超過一定厚度后，由于單位面積殘片質(zhì)量增加，反而會出現(xiàn)殘留量增加的現(xiàn)象。

2不同厚度地膜對回收的影響

地膜厚度與殘膜可回收性也密切相關，不同厚度地膜的回收性有所不同。長期以來，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中由于大多使用薄地膜，加之受日照等自然因素的影響，這些地膜極易風化破碎成小片，且通常與作物根莖、雜草等混雜在一起，其回收性變差。周明冬等[17]研究表明，隨著地膜厚度的增加，地膜回收率顯著增加。4種厚度地膜（0.006、0.008、0.010、0.012 mm）回收率分別為0.40±0.02、0.72±0.05、0.86±0.02、0.86±0.02，呈逐漸遞高趨勢。厚度0.008 mm地膜回收率顯著高于0.006 mm，0.010 mm和0.012 mm厚度地膜回收率又顯著高于其他厚度，但兩者之間差異并不顯著。曹健[20]研究表明，地膜厚度為0.006、0.007 mm時，殘膜當年回收率為53.02%、68.12%，而當?shù)啬ず穸葹?.008 mm以上時，殘膜當年回收率可達85%以上。試驗證實[21]，隨著地膜厚度增加，地膜拉力增強，因而殘膜回收率提高。與0.008 mm地膜相比，0.015 mm地膜拉力提高了35.4%，人工和機械回收殘膜效率分別提高了18%、27.25%。另有研究表明[22]，地膜厚度越大，撿拾效率越高，撿拾回收率越高。隨地膜厚度的增加（0.010、0.012、0.014 mm），人工一次性撿拾地膜回收率和機械一次性撿拾地膜回收率均呈增加趨勢，分別為81.4%、84.6%、91.0%和83.3%、83.7%、89.9%。目前，殘膜回收還主要采用人工撿拾方式，即在收獲后或種植前用手或耙子勾取撿拾，比例高達74%[23]。有試驗示范表明[24]，人工回收農(nóng)田殘膜表層拾凈率達98%以上，但耗時約需要16 h/hm2，人工約為80～100元/天，費時費力。而機械化回收與分揀作業(yè)支出費用約600元/hm2，農(nóng)田殘膜表層拾凈率介于65%～86%，勞動強度有效減輕。

隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)日益規(guī)?；⒓s化，人工撿拾地膜已經(jīng)與現(xiàn)實不相適應。從長遠發(fā)展來看，須盡快研發(fā)推廣適宜的殘膜回收機具[25]。受覆膜時間、自然天氣等因素影響，在研發(fā)回收機具時必須要考慮到以厚度為評價指標之一的地膜質(zhì)量。研究發(fā)現(xiàn)，地膜厚度若從0.008 mm增加到0.010 mm，其抗拉伸強度將增加25%，從而為機械化回收創(chuàng)造基本條件[26]。因地膜的厚度和強度的不同，國內(nèi)外殘膜回收機具研究方向有所不同，國外使用地膜厚度大于0.20 mm，具有更高的拉伸強度，因而研發(fā)的回收機具多為纏繞式，其原理主要是利用地膜自身的拉伸力實現(xiàn)地膜與土壤的分離，其研究主要部件是卷收機構和清理機構[27]，重點研究的是地膜表面清雜和卷膜速度相匹配的問題[28]；而國內(nèi)以往采用0.008 mm厚度地膜，種植者大多使用0.006 mm地膜[29]，僅為國外地膜厚度的25%，其抗拉伸強度較低，膜面易破碎，纏繞式回收機具并不適合。有試驗表明[30]，地膜鋪放后30～60天期間，膜面已破損嚴重，由于受到風和紫外線照射等因素影響，回收時地膜拉伸強度更低，與0.008 mm地膜相比，盡管0.01 mm地膜最大拉伸力在近株端和遠株端分別提高了1.4倍和1.22倍，但其拉伸性能仍不足以采用纏繞方式回收。因此，國內(nèi)圍繞起膜、收膜、脫膜、集膜等關鍵部件，重點對膜土分離部件和膜雜分離機構開展研究[31]，并按摟集型、撿拾型和篩土型3種回收原理研發(fā)了滾筒式、彈齒式、齒鏈式和氣力式等殘膜回收機具，但在應用中大多還存在可靠性低、適用性單一等共性缺陷，作業(yè)效率尚有待提高[26-29，31]。有學者指出，為有利于機械化回收，地膜厚度應增至0.01 mm以上，以提高地膜機械回收的效率，有效減少地膜殘留[28]。但也有學者提出，研究提升機械性能固然重要，但更應該考慮地膜厚度這個關鍵基礎性指標，并提出地膜的厚度應從0.008 mm加大到0.015 mm以上[12]。顯然，由于厚地膜使用后具有較好的回收性，因而與殘膜機械收凈率密切相關[32]。還有學者認為[33]，影響殘膜收凈率的最主要因素不是地膜厚度，而是經(jīng)過一個覆蓋周期后地膜的強度保持能力，雖然回收機具結構和參數(shù)也是主要的影響因素，地膜厚度可以小于0.01 mm，但只要強度夠，特別是耐侯期之后的強度保持在新膜的強度75%以上，即能夠?qū)崿F(xiàn)機械回收。

上述研究結果揭示，使用厚地膜可有效提高地膜可回收性，但當?shù)啬み_到一定厚度后，其回收率差異并不顯著，特別是機械化回收趨勢下，除注重地膜強度外，更要考慮地膜厚度的影響。要解決農(nóng)田殘留地膜的回收問題，其根本在于提高膜的厚度，實質(zhì)在于在增加強度，關鍵在于研發(fā)回收機具。

3不同厚度地膜的使用選擇

覆膜效應一直是農(nóng)業(yè)科研學者的研究熱點[1-2，5]，地膜殘留是當下環(huán)保方面優(yōu)先考量的重大問題[34]。理論研究與生產(chǎn)實踐證實了地膜覆蓋具有提升農(nóng)業(yè)系統(tǒng)生產(chǎn)力的作用，且不同厚度地膜覆蓋效益不盡相同，地膜殘留狀況也有所不同，厚地膜由于韌性較好，可產(chǎn)生較好的覆蓋效益[15，17-18]，而在復雜的氣候環(huán)境下，薄地膜更易破損，進而減弱覆蓋功能，最終影響作物的生長發(fā)育[35]，并有可能面臨農(nóng)業(yè)環(huán)境惡化與未來減產(chǎn)的雙風險[36]。與其他減少殘膜污染措施例如應用可降解地膜相比，傳統(tǒng)聚乙烯地膜更適合大面積推廣應用[37]，前提是解決好回收少殘留問題。因此，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中選擇使用適宜厚度的地膜具有現(xiàn)實需要性。但對于大多數(shù)作物而言，增加地膜厚度也會面臨作物增產(chǎn)和生產(chǎn)成本增加的矛盾，最終出現(xiàn)增產(chǎn)不增效的現(xiàn)象[34]。例如，唐文雪等[38]研究表明，厚度為0.010、0.012 mm地膜覆蓋的玉米產(chǎn)量與0.008 mm差異不顯著，增產(chǎn)幅度尚不足5%。周明冬等[39]研究指出，使用厚度較大的地膜會增加棉花種植成本，與0.006 mm地膜相比，使用0.008 mm地膜多鋪地膜近15 kg/hm2，成本增加200元左右。

許多學者對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中如何選擇使用不同厚度地膜開展了大量研究。唐文雪等[19]研究表明，西北綠洲灌溉區(qū)玉米田0～100 cm土層內(nèi)不同層次土壤的水分含量隨地膜厚度的增加而增加，且在玉米生長發(fā)育前期具有較好的增溫效應，并提出該區(qū)玉米種植應推廣使用厚度0.008 mm以上的地膜。但周樂[40]又指出，與0.008 mm厚度地膜相比，在內(nèi)蒙古赤峰地區(qū)使用0.010 mm厚度地膜更有利于增加玉米產(chǎn)量及殘膜治理。張和琴等[41]在西北旱作區(qū)玉米田開展的不同厚度地膜回收利用技術試驗則發(fā)現(xiàn)，4種厚度地膜（0.008、0.01、0.012、0.014 mm）100%回收用時量分別為2.8、2、1.5、0.8 h，地膜越厚，揭膜時省時省力，越有利于回收，但0.01 mm地膜揭膜仍費時費力，而0.012 mm地膜和0.014 mm地膜對作物的產(chǎn)量影響等相差不大，并從回收角度建議在該區(qū)推廣0.012 mm厚度地膜。周明冬等[17]通過研究不同厚度地膜覆蓋對新疆棉田經(jīng)濟效益和地膜殘留的影響后顯示，相比0.006 mm厚度地膜，0.010 mm和0.012 mm厚度地膜可使棉花經(jīng)濟效益分別增加11.7%、15.1%，而棉田地膜殘留量則分別降低60.4%、54.6%，從可持續(xù)發(fā)展角度考慮，建議新疆棉田選擇使用0.010 mm厚度地膜最優(yōu)；高宇等[18]在內(nèi)蒙古陰山北麓農(nóng)牧交錯帶開展的地膜厚度對馬鈴薯生長及農(nóng)田水熱條件和殘膜污染的影響研究顯示，增加地膜厚度對馬鈴薯株高有促進作用，出苗率以0.008 mm處理最高，而且該厚度處理下的產(chǎn)量、商品薯率和經(jīng)濟效益均最高，提出該區(qū)馬鈴薯種植適宜采用厚度0.008 mm以上地膜。張丹等[34]在新疆、甘肅、內(nèi)蒙古、山東4省分別針對棉花、玉米、馬鈴薯、花生等4種主要覆膜作物，系統(tǒng)分析了地膜厚度對土壤水溫、作物產(chǎn)量以及地膜殘留強度的影響，提出地膜厚度標準應提高至0.010～0.012 mm較為適宜。而也有研究表明[42]，在華北地區(qū)，當?shù)啬ず穸葹?.008～0.014 mm時，南瓜產(chǎn)量差別并不大，但明顯高于0.005 mm和0.016 mm厚度地膜覆蓋處理，認為地膜過薄或者過厚均不利于南瓜產(chǎn)量的形成。還有研究證實[16]，增加地膜厚度將影響花生果針下扎，造成花生減產(chǎn)。

綜合以上研究結果，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，選擇使用的地膜偏薄或偏厚均不適宜，學者建議的地膜厚度大多介于0.008～0.012 mm，具體應視覆蓋作物、使用區(qū)域不同，綜合考慮地膜覆蓋效益與生態(tài)效益最優(yōu)效應而定，而非選擇以某一厚度為統(tǒng)一標準普遍使用。

4結語

地膜覆蓋栽培是中國生產(chǎn)糧食、蔬菜等食物的關鍵措施之一[2]，在新疆、山東、內(nèi)蒙古、甘肅等高寒冷涼、干旱及半干旱地區(qū)，地膜覆蓋技術已推廣應用到大部分農(nóng)作物種植上，成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應用最廣泛、增收最明顯的農(nóng)藝措施[4]，在現(xiàn)階段和今后一個時期內(nèi)仍不可替代[43]。因此，必須對地膜殘留這一當前農(nóng)業(yè)資源環(huán)境領域關注的熱點問題給予重視，保障農(nóng)業(yè)綠色高質(zhì)量發(fā)展。由于原地膜生產(chǎn)國家標準《聚乙烯吹塑農(nóng)用地面覆蓋薄膜》（GB 13735—1992）寬松且執(zhí)行力缺失，加之地膜生產(chǎn)企業(yè)準入門檻低，長期以來，農(nóng)資市場上的地膜種類雜、標準低，薄地膜市場占有率高[44]。在實際生產(chǎn)中，種植者選擇地膜的隨意性較大，因地膜按照質(zhì)量進行銷售，同樣質(zhì)量下，薄地膜覆蓋面積更大，利益驅(qū)動下大多數(shù)種植戶往往選擇使用的是厚度≤0.008 mm的薄地膜，短期看雖能發(fā)揮覆蓋效益，但長遠來看不利于殘留地膜回收，嚴重影響到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程和農(nóng)業(yè)環(huán)境安全[10]。為從源頭上解決地膜殘留問題，甘肅、新疆等地先后制定地膜生產(chǎn)地方標準，將地膜最低厚度提高到0.010 mm[45-46]，從源頭有效保障了地膜可回收性。目前，新修訂的地膜生產(chǎn)國家標準（GB 13735—2017）也已正式實施，不僅提高了地膜厚度，還對地膜拉伸強度、耐候期等重要性能指標進行了修訂，這必將有利于減輕地膜殘留，同時也將為推動地膜機械化回收進程提供基礎。

值得關注的是，近年來，為降低地膜覆蓋強度，提高地膜重復利用率，部分地區(qū)在生產(chǎn)中推廣應用舊膜多年用技術[47-48]，雖能實現(xiàn)節(jié)本增效，延長了地膜使用周期，但也有可能因地膜過度使用而對地膜回收帶來更大挑戰(zhàn)。因此，要特別注重農(nóng)用薄膜行業(yè)管理，使地膜產(chǎn)品達到國家厚度標準及其他性能指標，推動新地膜生產(chǎn)標準的全面普及應用。在推廣應用舊膜多年用技術時，可參照有關地膜覆蓋安全期的估算方法[49]，指導種植者選擇使用適宜厚度的高標準地膜，保證前后兩茬或多茬種植作物全生育期介于地膜耐候期之內(nèi)，防止因地膜超期使用而導致地膜覆蓋功能消失以及破損嚴重帶來的回收難問題，以有效實現(xiàn)地膜覆蓋與殘膜回收的雙重目標。

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