农田地膜污染与防治对策

李治国，周静博，张 丛，姜建玲

（石家庄市环境监测中心，河北石家庄 050022）

中国于20世纪70年代引进农田地膜覆盖栽培技术，现在农田地膜覆盖已成为一项成熟的农业栽培技术。地膜覆盖能保水、保肥、保持湿度，有效延长作物生长期，提高农作物产量。石家庄市作为河北省农业大市，随着近年来粮、棉、油料等作物产量的增加，地膜用量也在年年攀升。目前农业生产中使用的多为以聚乙烯或聚氯乙烯为原料的塑料薄膜，其属于高分子化合物，分子结构非常稳定，很难被自然的光和热降解，也不容易被细菌等微生物降解，降解周期一般为200～300年，降解过程中还会溶出有毒物质。而且，现在使用的地膜越来越薄，回收工作难度也越来越大，随着地膜使用年限的延长，残留地膜若得不到及时回收，逐年积累，土壤中的残膜量不断增加，将破坏农田土壤结构，使土壤肥力下降，影响农作物根系生长发育，甚至引起地下水下渗困难、土壤次生盐碱化，最终导致土壤质量和作物产量下降。长此以往，必然给农田生态环境带来难以解决的污染危害，对农业可持续发展构成严重威胁。因此，研究区域农田土壤中地膜污染及防治对策，对防治农田土壤污染，促进农业可持续发展具有十分重要的意义。

1 地膜的使用现状

1.1 中国地膜使用现状

中国从20世纪70年代从日本引进覆膜种植技术，现已成为世界上最大的覆膜种植国。据调查，中国农田地地膜覆盖栽培适宜推广面积大于5×1011m2，已推广面积为1.8×1011m2，推广普及率达36%，预计到2015年农田地膜使用面积将超过3.3×1011m2［1］。

根据农业部调查结果，目前农膜残留量一般为60～90kg／hm2，最高可达到165kg／hm2，地膜残留量随着使用年限而增加［2］。据对黑龙江、辽宁、北京、天津等省市的10多个地县的调查，1hm2农田使用的农膜量约为150kg，残膜量1年为64.5～105.6kg／hm2，2年 为26.8kg／hm2，3年 为44.1 kg／hm2，3年平均残留率为46.2%。此外，国产农膜的熔融指数（MI）偏高。熔融指数越高的农膜，越容易破碎，不利于农膜的揭膜处理。一些不宜用作农膜的树脂（如耐老化性差的高密度聚乙烯）也被用作农膜原料，其用量占农膜用量的1／5。这些劣质农膜易破碎，更是造成残膜污染的重要原因。

1.2 石家庄市地膜使用现状

石家庄为农业大市，粮、棉及油料作物的产量均居河北省前列，同时石家庄也是地膜用量大市，2011年，石家庄市地膜覆盖面积达51 767hm2，使用量达3 145t；2012年，石 家 庄 市 地 膜 覆 盖 面 积 已 达52 887hm2，使用量达3 195t［3］。

从以上数据不难看出，近几年，石家庄市农田地膜的用量持续增长，到2012年达到河北省总农田地膜用量的1／15左右。随着农田地膜的大量使用，以及石家庄市地膜耕作使用年限的增加，小于5cm 的地膜残片显著增多。例如，在连作6年棉花的土壤中，小于5cm 的残片占废膜总量的34%，而同样年限棉、菜轮作的土壤中，小于5cm 的残片只占废膜总量的11%［4］。当前石家庄农田残膜污染现象越来越明显，正确认识农田残膜污染的影响，进而应用到石家庄农田残膜治理中，对石家庄粮食产量的增长及农业发展具有巨大的促进作用。

2 地膜污染的危害

2.1 残留地膜对土壤环境的危害

有研究表明，土壤渗透是一种自由重力水向土壤深层移动的现象［5］。土壤中残膜碎片可以改变或切断土壤孔隙之间的连续性，导致重力水移动时产生比普通土壤孔隙大的阻力，这也就使得水分渗透量随着地膜残留量的增加而减少，致使土壤含水量下降，削弱了耕地的抗旱能力，甚至导致地下水难下渗，引起土壤次生盐碱化。再者，农田残膜可能会造成农田灌水不均匀和养分分配不均，通气性能降低，影响土壤微生物活动和正常土壤结构的形成，最终降低土壤肥力水平。

此外，农用残膜对土壤物理性状也有诸多方面的影响。土壤物理性状主要是指土壤含水量、容重、密度、孔隙度等［6］。据研究［1］，与没有农膜残留的土壤相比，随着农膜残留量的增加，土壤中的含水量和孔隙度将逐渐减少，土壤的容重和密度将逐渐增加。当农膜残留量为150kg／hm2时，土壤的含水量和孔隙度将分别下降1.5%和4.4%，其容重将上升0.15，密度将上升0.7g／cm3；当农膜的残留量为400kg／hm2时，土壤的含水量和孔隙度将分别下降2%和17.3%，其容重将上升0.63，密度将上升0.12g／cm3。随着农用残膜量的增加，土壤的质量将不断下降，这必然会影响农作物的生长。

2.2 农田残膜对农作物的危害

农田残膜对土壤造成了上述危害，必然对农作物产生相应的影响。具有残膜的土壤，作物根系的生长空间不畅通，大大减少了作物根系与土壤空间的接触面积，以致于影响到作物根系对水分和营养的吸收；再者，对作物株间施肥时，残膜会使肥料分布不均，影响肥效，导致农作物产量下降。

据研究，地膜覆盖种植3年以上的耕地中，1m2耕层（25cm 深）内残留78g地膜的情况已相当普遍［7］。在一些地膜污染严重的地方，l m2耕层内的地膜含量已高达20g［7］。土壤中的地膜不仅影响耕作，还可能在土壤中形成阻隔层，影响作物对水、肥的吸收及根系发育，最终导致减产。

研究显示，当棉花种子播在残膜上时，棉花种子的烂种率达6.92%，烂芽率为5.17%，棉苗侧根比正常减少4.8～7.6条，2～3片真叶期棉苗死亡率为1.19%，子叶期棉苗死亡率为3.08%，现蕾期推迟3～5天，株高降低6.7～12.9cm［8］。

据河北省农业环境监测站调查的结果显示：玉米地每年地膜使用量约为45kg／hm2；使用1年残留量约为26.55kg／hm2；连续使用3年，残留量为32.85kg／hm2；连续使用5年，残留量为42.45kg／hm2；连续使用8年，残留量为86.10kg／hm2，平均残留量为10.76kg／hm2，残留率为23.90%［9］。有关调查资料表明，残膜对玉米产量影响的差异达到显著水平。1hm2有187.5kg残膜的土地，玉米产量约为9 420kg／hm2，比无残膜的对照田减产玉米909kg，减产率8.8%［9］。

据调查，残膜对小麦产量有也有直接的影响［9］，见表1。

表1 残膜对小麦产量的影响Tab.1 Effects of plastic film residue on the yield of wheat

此外，农田残膜对蔬菜生长也有很大危害。有调查显示，农膜残留对茄子、白菜的地上鲜重、根鲜重、主根长度、株高等都产生相当大的影响［10］。见表2。

表2 残膜对茄子、白菜生育性状的影响Tab.2 Effects of residual coating on eggplant，cabbage growth traits

2.3 残膜的化学污染

农用塑料膜是聚乙烯化合物，在生产过程中需加40%～60%的增塑剂，即邻苯二甲酸二异丁酯，其化学性能对植物的生长发育毒性很大，特别是对蔬菜的毒性更大。邻苯二甲酸酯类是强烈的“三致”物质，因其具有较强的脂溶性，流动性大，广泛存在于自然界中。中国环境监测总站和美国EPA 均将该化合物列为优先控制污染物［9］。

研究表明，大多数烯烃类高聚物易被微生物分解，且耐酸碱腐蚀，在环境中残留性极强［11］。但是聚烯烃（如聚乙烯PE）类农膜经紫外线辐射或热解氧化后，可有利于中间产物的生成及发生生化降解变化。光解或热解后的产物相对分子质量可降至10 000以下，其抗张强度明显降低，变脆、易碎，因而表面积增大。

有些地方将残膜焚烧，会产生有害气体污染大气环境，造成二次污染，如焚烧聚氯乙烯等含氯的塑料农膜时会产会氯化氢和二恶英等剧毒气体。

2.4 残膜对环境景观的影响

由于回收残膜的局限性，加上处理回收残膜不彻底，方法欠妥，部分清理出的残膜被弃于田边、地头、水渠、林带中，大风刮过后，残膜被吹至田间、树梢，影响农村环境景观，造成“视觉污染”。石家庄是河北省的省会，国家历史文化名城，著名的旅游城市，更应该注意治理城市及周边环境景观。

2.5 其他方面的危害

残留地膜碎片会随农作物的秸杆和饲料进入农家，牛羊等家畜误食残膜碎片后，可导致肠胃功能失调，膘情下跌，严重时会引起厌食和进食困难，甚至导致死亡。近年来，各地牛、马、羊由于误食塑料残膜导致死亡的现象时有发生。

总之，由于农田地膜残膜对环境和作物产量能产生相当大的危害，而且随着使用年限的积累，地膜污染会越来越严重。因此，防治地膜污染是一项十分紧迫、又有重要意义的工作。

3 残膜回收存在的问题

石家庄市地膜覆盖栽培技术在农业生产中的效益是显著的，所以发展快速，但残膜回收由于经济效益差，又耗时费力，所以推广困难。就目前情况而言，尚存在农民自身问题和环境管理等方面的问题。

3.1 农民方面

1）目前石家庄当地农民对地膜污染的危害有了一定的认识，但注重当年效益、忽视长远效益的现象也普遍存在，所以推广人工揭膜比较困难。

2）近年来石家庄市棉花播种面积扩大，覆膜面积也跟着扩大。由于棉田地膜用量在所有农用地膜中占有相当大的比例，故提高棉田残膜回收率对减少地膜污染显得尤为重要。棉花头水前揭膜劳力、时间特别紧张。石家庄地区当地农民，在揭膜期多在外地打工，没有足够的时间、精力去做揭膜这项费时的农活。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、劳动安排和宣传认识上存在的问题。

3）石家庄市棉花种植多为夏初种植，棉花收获完毕时间已经很晚，紧跟着就要秋翻、秋耕为来年生产打好基础，秋末的忙碌使人无暇顾及残膜的捡拾，残膜来不及人工捡拾就被翻入耕层。

3.2 环境管理方面

环境管理薄弱也是残膜污染的一个重要原因，薄弱环节主要是法规体系不健全。

1）目前，石家庄市还没有专门的法规来约束和防止地膜污染的产生，因而在开展回收残膜的工作中，不能采取有效措施开展清理回收工作。

2）中国目前尚未建立农膜环境方面的法规及农膜土壤残留标准，土壤残膜污染实际上处于放任自流状态。而日本法律明确规定，不论使用何种农膜，农作物收割后都不允许有农膜存在，否则将被罚款；同时，日本也积极开展回收业务，使残膜得以再生和再利用。中国应加强在地膜回收方面的管理。

残膜清除率低的原因，除农膜质量、农民自身和环境管理的因素外，还有一些其他原因。例如：由于残膜回收价格太低，调动不起农民的积极性，人们只注意清理大张的残膜，而忽视了小块的残膜，只捡地表的，而不翻挖土里的；另外，清膜方式主要采用清除率低的人工方法，而未应用先进的机械设备。

4 地膜污染防治对策

为了防治残留农膜污染，应从政策和技术2 个方面做出努力。国家应加强立法，保护农田不受污染，同时对于回收残膜在政策上给予鼓励和奖励；在技术方面，开发研究优质农膜，推广易降解农膜；通过加强环保宣传教育和开发推广合理的农艺措施，相对减少农膜使用量，注重残膜的回收利用等。石家庄市政府应加大执法力度，做到有法必依，违法必究，执法必严，同时配合国家政策，做好地方宣传工作。防治地膜污染应遵循“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，同时依靠有利于回收利用的经济政策提高回收利用率。

4.1 加强环保宣传教育

防治地膜污染可以说是一个系统工程，需要各部门、各行业和广大农民群众的共同努力、支持和参与。要大力开展宣传教育，提高各级领导和农民群众对地膜污染危害的长远性、严重性、恢复困难性的认识，提高回收地膜的自觉性。

4.2 建立、健全有关法律、法规，把治理残膜污染纳入法制轨道

建议制定地膜残留量标准，结合石家庄当地农业发展情况，制定必要的农田地膜残留量标准和地膜残留量超标收费标准，使农田地膜污染早日纳入法制管理轨道。

4.3 加快制定有关回收残膜的经济政策

结合石家庄经济状况，制定一些优惠政策，鼓励回收、加工、利用废旧地膜企业的发展，调动他们的积极性。为了既不增加政府负担，又能体现“谁污染、谁治理”的原则，可要求石家庄各地膜销售部门和地膜消费者自行回收利用，不能自行回收利用的企业或个人要交纳回收处理费，用于对回收利用企业或个人的补偿。

4.4 大力推广适期揭膜技术

所谓适期揭膜技术是指把作物收获后揭膜改变为收获前揭膜，筛选作物的最佳揭膜期［5］。具体的揭膜时间最好选定为雨后初晴或早晨土壤湿润时揭膜。根据石家庄市人力现状和天气情况，选择适宜的时机揭膜。适期揭膜技术不但能提高地膜回收率，节省回收地膜用工，而且还能使作物增产。因此，在石家庄市要大力推广适期揭膜技术，以促进农业生产的发展。

4.5 采取人工和机械回收相结合的措施，加大残留地膜回收力度

中国用机械回收残膜有3种方法：一是在作物苗期、灌头水前揭膜；二是在作物收获后、耕地前回收地表残膜；三是在播种前回收地表残膜［12］。

在石家庄大力推广冬灌春播前清理残膜，确定“净土日”或“净土周”，动员广大农民、城镇机关，做到要开犁的地块如没有进行揭膜不准开犁，开犁整好的地块没有进行农户捡拾残膜的就不允许开播。同时，将农业环境保护工作列入石家庄乡村领导责任制。根据有关经验，乡村做到农田、林带、渠道路、房前屋后废旧地膜回收率达到90%，地膜残留保持在7.5kg／hm2以下，是比较理想的［13］。在石家庄市施行农田揭膜，除头水前揭膜措施外，还可组织人力和劳力采用手工或耙子回收残留地膜，在翻地、平整土地、播种前及收获后可采用地膜回收机回收也能收到较好的效果。辽宁省农机化研究所研制的ISQ－20型地膜消除机及新疆麦盖提县研制的环形滚动钉齿式残膜清除机，推广使用效果很好。

4.6 选用耐老化、耐破裂、高强度的地膜以便于回收

目前，石家庄市使用的农用地膜都为超薄膜，厚度多为0.007cm，易破碎，难回收。而国外及内地一些省市使用的地膜都较厚，有些省市使用的地膜厚度为0.015cm，不易破碎，因而易回收。建议适当增加地膜厚度，以增强地膜韧性，利于残膜的回收。

4.7 研究开发新材料，寻找农膜替代品

实践证明，研制出易降解、无污染的新材料地膜才能根除地膜污染。目前使用的地膜多为聚乙烯农膜，化学性质稳定，不易分解和降解，因而造成土壤环境的污染。应鼓励开发无污染、可降解的生物地膜，替代聚乙烯农膜，如光解膜、生物降解膜和双解膜等［14－17］。光解膜是指在太阳紫外线的作用下，经过一段时间后裂解成碎片，从而消除污染。生物降解膜是利用土壤微生物在新陈代谢过程中产生的生物物理和化学作用来降解的一类薄膜。双解膜是指先经过光降解过程裂解成碎片，然后再由微生物进一步降解。新材料包括中国科学院长春应用化学研究所研制的可光解地膜、兰州化学研究所研制的可溶解地膜，以及北京塑料研究所研制的非淀粉可控光－生物降解塑料薄膜［18］。目前，生物农膜因强度不够或成本较高而难以推广，应进一步改进和优化生物农膜的性能，逐步降低成本，便于推广和应用［19－20］。

由安徽大学高分子材料研究所等研发的高新技术产品——可降解、可除草地膜的问世能很好地解决这一问题，这种新型地膜具有双降解特性及药效缓释功能，在整个降解过程中不会破坏土壤的质量，且能避免使用普通地膜带来的“白色污染”［21］。

4.8 优化耕作制度

在石家庄市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，进而减轻残膜污染危害［22］。

5 结 语

近年来石家庄市的农业产值，特别是各种蔬菜、油料作物产量的增加说明采用地膜覆盖栽培技术可以达到增温保墒而增产丰收的目的。但与此同时，部分地膜残留在土壤中，对农田造成污染。长此下去，土壤物理性质改变，肥力水平下降，作物根系生长困难，苗禾发育迟缓，最终将造成农作物减产。更为严重的是由于残膜长期堆积，有可能完全破坏土地资源的生产潜力，使大片良田变为寸草不生的荒漠土地。所以，预防和治理地膜污染，保护农田生态环境是地膜种植技术持续应用和发展的关键。当前，在可降解、无污染的地膜还没有得到大面积推广应用的情况下，采取适期揭膜技术是防治残膜污染的有效措施。此技术可提高回收率，减少地膜污染，保护耕地能力。因此，要加强宣传教育，提高各级领导和农民群众的环保意识，大力推广适期揭膜技术，减少残膜留量，确保农业生产持续丰收。

／References：

［1］ 周大纲.我国农膜行业现状的分析及其发展对策（2010年）［J］.中国塑料，2010，24（8）：9－12.ZHOU Dagang.Analysis of situations of China agro－film industry（2010）and countermeasures for its development［J］.China Plastics，2010，24（8）：9－12.

［2］ 刘青松.农业环境保护［M］.北京：中国环境科学出版社，2003.LIU Qingsong.Protection of Agricultural Environment［M］.Beijing：China Environmental Science Press，2003.

［3］ 徐拥政.石家庄统计年鉴2013［M］.北京：中国统计出版社，2013.XU Yongzheng.Shijiazhuang Statistical Yearbook 2013［M］.Beijing：China Statistics Press，2013.

［4］ 王维岗，申玉熙.新疆农田废旧地膜污染状况及防治措施［J］.新疆农业科技，2002（6）：5.WANG Weigang，SHEN Yuxi.Waste plastic pollution in Xinjiang farmland and prevention measures［J］.Xinjiang Agricultural Science and Technology，2002（6）：5.

［5］ 吾甫尔江·托乎提，艾海提·牙生.地膜污染与防治对策［J］.新疆环境保护，2000，22（3）：176－178.WUPUERJIANG·Tuohuti，AIHAITI·Yasheng.Discussion about mulch film pollution and countermeasure of prevention and control［J］.Environmental Protection of Xinjiang，2000，22（3）：176－178.

［6］ 朱鹤健，何易庚.土壤地理学［M］.北京：高等教育出版社，1992.ZHU Hejian，HE Yigeng.Soil Geography［M］.Beijing：Higher Education Press，1992.

［7］ 郝敬芝.试论地膜污染与防治措施［J］.农机推广与安全，2006（10）：32－33.HE Jingzhi.The film pollution and prevention measures［J］.Agricultural Extension and Safety Measures，2006（10）：32－33.

［8］ 孙超.从“白色革命”到“白色污染”［N］.中国环境报，1997－06－05（3）.SUN Chao.From the“White Revolution”to“White Pollution”［N］.The China Environment News，1997－06－05（3）.

［9］ 李秋洪.论农田白色污染的防治技术［J］.农业环境与发展，1997，14（2）：17－19.LI Qiuhong.Control technology on the field of white pollution［J］.Agricultural Environment and Development，1997，14（2）：17－19.

［10］ 边炳鑫，赵由才.农业固体废物的处理与综合利用［M］.北京：化学工业出版社，2005.BIAN Bingxin，ZHAO Youcai.Treatment and Comprehensive Utilization of Agricultural Wastes［M］.Beijing：Chemical Industry Press，2005.

［11］ 张宝莉.农业环境保护［M］.北京：化学工业出版社，2002.ZHANG Baoli.Protection of Agricultural Environment［M］.Beijing：Chemical Industry Press，2002.

［12］ 刘云，王序俭，秦朝民.农田残膜回收机械及其性能［J］.新疆农垦科技，2005（1）：32－33.LIU Yun，WANG Xujian，QIN Chaomin.Farmland residual film recovery machine and its performance［J］.Xinjiang Agriculture Science and Technology，2005（1）：32－33.

［13］ 赵前程，秦晓辉.农田地膜污染现状分析及防治对策［J］.新疆农业科技，2011（4）：15.ZHAO Qiancheng，QIN Xiaohui.Present situation analysis and countermeasures of plasticpollution of farmland［J］.Xinjiang Agricultural Science and Technology，2011（4）：15.

［14］ 肖军，赵景波.农田塑料地膜污染及防治［J］.四川环境，2005，24（1）：102－105.XIAO Jun，ZHAO Jingpo.Farmland plastic film pollution and its countermeasures［J］.Sichuan Environment，2005，24（1）：102－105.

［15］ 吴毅文，陈金华.保护我们生存的环境——土壤［M］.北京：中国环境科学出版社，2001.WU Yiwen，CHEN Jinhua.To Protect Our Living Environment：Soil［M］.Beijing：China Environmental Science Press，2001.

［16］ 张建国，赵博，付志涛，等.石家庄市环保产业的现状与对策研究［J］.河北工业科技，2013，30（4）：276－279.ZHANG Jianguo，ZHAO Bo，FU Zhitao，et al.Analysis of the current situation and countermeasure of environmental protection industry in Shijiazhuang［J］.Hebei Journal of Industrial Science and Technology，2013，30（4）：276－279.

［17］ KENNETH M，THOMAS G.Arne holmstrom examination of a low density polyethylene（LDPE）film after 15years of service as an air and water vapour barrier［J］.Polymer Degradation and Stability，2001（1）：69－74.

［18］ 严昌荣，梅旭荣，何文清.农用地膜残留污染的现状与防治［J］.农业工程学报，2006，22（11）：269－272.YAN Changrong，MEI Xurong，HE Wenqing.Present situation of residue pollution ofmulching plastic film and controllingmeasures［J］.Transactions of the CSAE，2006，22（11）：269－272.

［19］ 唐赛珍，陶钦.我国降解塑料的研究与发展［J］.现代化工，2002，22（1）：2－7.TANG Saizhen，TAO Qin.Research and development of degradable plastics in China［J］.Modern Chemical Industry，2002，22（1）：2－7.

［20］ 万阳芳，李慧颖，刘俊果，等.农产品中农药残留化学降解方法研究进展［J］.河北工业科技，2014，31（2）：148－151.WANG Yangfang，LI Huiying，LIU Junguo，et al.Review on the chemical degradation methods of pesticide［J］.Hebei Journal of Industrial Science and Technology，2014，31（2）：148－151.

［21］ ANU K，EVELIA S，GIULIANO V.Performance and environmental impact of bildegradable film in agriculture：A field study on protected cuhivation［J］.Journal of Polymers and the Environment，2009，66（3）：493－500.

［22］ 侯书林，胡三嫒，孔建铭，等.国内残膜回收机研究的现状［J］.农业工程学报，2002，18（3）：186－190.HU Shulin，HU Sanyuan，KONG Jianming，et al.Present situation of research on plastic film residue collector in China［J］.Transactions of the CSAE，2002，18（3）：186－190.