新疆典型绿洲棉秆还田对覆膜滴灌棉田残膜分布的影响

王振华，贺怀杰，郑旭荣，张金珠，李文昊



新疆典型绿洲棉秆还田对覆膜滴灌棉田残膜分布的影响

王振华，贺怀杰，郑旭荣，张金珠，李文昊

（1. 石河子大学水利建筑工程学院，石河子 832000；2. 现代节水灌溉兵团重点实验室，石河子 832000）

为探寻长期膜下滴灌棉田在采取棉秆还田后残膜的分布状况，于2016年棉花采摘后在应用膜下滴灌开始年份分别为2006年、2002年和1998年的3块棉田中采集土壤样品，然后进行棉秆粉碎还田，2017年对3块试验棉田再次进行取样，分析秸秆还田前后0～40 cm土层中残膜面积、质量及棉杆残留量。结果表明：1）秸秆还田前，3块试验田的地膜残留密度随覆膜年限增加逐年增加，棉田土壤处于严重污染状态；2）采取棉秆粉碎还田后，3个取样地块0～40 cm土壤中棉秆分布总体上呈现由上至下先增加后减少并在15～25 cm深度土壤中聚集分布的特点；3）秸秆还田后，3块取样棉田0～15 cm耕作层土壤中残膜面积占比58%以上、残膜质量占比60%以上，该层中面积>5～30 cm2和质量>50～100 mg残膜均增加显著，相对秸秆还田前的土壤残膜分别平均增加20%和10%左右。

地膜；棉花；土壤；秸秆还田；典型绿洲区；残膜；膜下滴灌

0 引 言

新疆深居内陆，年平均降水少、蒸发强烈，水资源短缺严重制约当地农业生产发展，因此膜下滴灌技术在新疆被广泛应用[1]。自1996年新疆兵团试验并推广膜下滴灌技术以来仅新疆地区的滴灌应用面积就已超过2.0×106hm2，极大程度上促进了新疆地区农业发展，其中石河子垦区是新疆应用膜下滴灌技术最早的地区[2]。2015年新疆地区农用地膜使用量和农作物总播种面积分别为2.69×108kg和5.76×106hm2，占全国农用地膜使用量和农作物总播种面积的比例分别为10.33%和3.46%，其中新疆地区棉花总播种面积为1.90×106hm2，占新疆农作物总播种面积的33.08%[3]。由于新疆地区气候条件、水资源短缺和膜下滴灌技术应用等因素限制导致棉田至今覆膜率仍高达100%[4]。农田覆盖塑料地膜能够显著加快作物生长[5]，增加产量[6-7]和减少温室气体排放[8-10]，但随着覆膜耕作年限的增加地膜逐渐累积在农田耕作层土壤中，造成土壤污染问题[11-15]；同时土壤中残留的地膜碎片仍具有吸附农药等有害物质的性质，致使作物果实严重污染[16]。许多国内学者[17-19]通过研究可降解生物地膜来解决农田土壤中的残膜污染问题并取得一定进展。秸秆覆盖能够在一定程度上减少塑料地膜使用量且在诸多方面优于塑料地膜，例如秸秆还田可不同程度地替代部分化肥施用[20-21]；采用表层覆盖能有效抑制耕层水分散失和盐分聚集[22]；秸秆还田能够提高长期连作棉田土壤微生物含量[23]，使土壤腐殖质品质逐渐提高[24]，这对于新疆地区盐碱地改良有重要意义。

新疆地区现行滴灌种植模式下较多采用0.008 mm地膜，棉花生育末期所覆地膜已不同程度碎裂，同时地膜回收力度不足，进一步导致了土壤表层大量碎裂的地膜在棉秆还田过程中被携带到土壤耕作层中[25]。国内学者[26-27]通过研究先进行地膜回收再进行棉秆粉碎的联合作业机来进行地膜回收和棉秆粉碎并取得一定的效果，但仍有部分地膜随着棉秆粉碎还田被携带到耕作层土壤中。本试验开展于新疆生产建设兵团第八师121团，该团是石河子垦区应用膜下滴灌技术最早的团场[28]，自本地区膜下滴灌技术应用推广以来，随着覆膜年限的增加耕作层土壤中残膜呈现逐年增加的趋势[12]，同时本地区棉秆还田之前覆膜厚度较小和地膜回收力度不足等因素，在一定程度上加剧了农田耕作层土壤中地膜残留程度。为了解试验区采取棉秆粉碎还田后棉田耕作层中残膜在不同土壤深度中的分布状况，本文以试验区3块不同覆膜滴灌年限棉田作为研究对象，对棉田土壤耕作层0～40 cm进行取样，研究不同应用膜下滴灌年限棉田耕作层残膜分布状况，同时结合2016年和2017年取样数据分析棉秆粉碎还田对残膜分布的影响，为后期本地区棉秆粉碎还田、地膜回收以及残膜污染防治提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验区概况及取样地块选择

试验区位于新疆典型绿洲区石河子市121团，地处天山北麓、准葛尔盆地西南底部，古尔班通古特大沙漠南缘，天山北坡经济带中段沙湾县境内，玛纳斯河中游下野地垦区，地理坐标为85°01¢～86°32¢E、43°27¢～45°21¢N，平均海拔337 m，属于温带大陆性气候，干旱少雨，多年平均降水量142 mm，年均蒸发量1 826 mm，年均日照数2 860 h，无霜期平均163 d，年平均气温6.2 ℃[28]。目前，121全团棉田种植均采用了膜下滴灌技术，试验区地理位置如图1所示。

图1 试验区地理位置及取样地块A、B和C的位置

试验区开垦种植棉田之前为盐碱荒地，覆膜滴灌开始年份分别为2006年、2002年和1998年，至2017年覆膜滴灌分别为12、16和20 a。2016年选取3块覆膜年限不同但距离相近的棉田（如图1b所示A、B、C地块）进行棉秆切碎还田试验。这3个地块间唯一区别是应用膜下滴灌开始年份不同。土质均以壤土为主、黏质和沙质土较少。7月份地下水埋深较浅，年内地下水位波动范围在2～3.5 m之间。3块棉田均归121团统一管理种植，灌水施肥制度相同，棉田种植方式均为机采棉种植方式（1膜3管6行，图2），耕地模式均为铧式犁内翻法（由地块的中线左边开始，按顺时针方向运行，由中间向两边翻耕，最后在中央留下犁垄，两边留下犁沟）。

图2 试验区棉花1膜3管6行种植模式

1.2 秸秆还田方法

2016年10月首次采用棉秆粉碎还田措施对3块棉田进行秸秆还田。在棉花采摘完毕、地膜回收之后，采用棉秆还田机械将取样地块中棉秆（7 500～8 000 kg/hm2）切成4～6 cm小段，使用大型机械将切碎的棉秆翻入耕作层土壤中，最后对棉田冬灌（3 000 m3/hm2）以便来年4月中旬种植棉花。

1.3 土壤取样及样品测定方法

于2016年10月秸秆还田前及2017年10月秸秆还田1 a时，分别在3块棉田采集土壤样本。2 a取样方法一致，具体步骤如下：在每个地块中心点位置选取1个大小为4 800 cm2×40 cm（取样样方面积×深度）的样方，此样方包含膜间、窄行和宽行，采用人工采集土块；将土块分割为100 cm2×5 cm（取样样方面积×高）方块，每个样方取8层，共384个土块。将土块进行编号、封装之后带回实验室人工将残膜和棉秆进行分离。

在实验室内，用超声波清洗仪（乐创LC-CXJ01）对残膜和棉秆进行清洗（时间≥30 min），之后小心展开卷曲的残膜，放在干燥阴凉处阴干后用万分之一天平称量地膜质量；再将展开的残膜置于带尺子的A4纸张上用相机（佳能 EOS 80D）拍照，最后用Adobe Photoshop CS6处理后得到残膜面积。将清洗之后的棉秆放到牛皮纸袋编号之后置于烘箱恒温75 ℃烘干至恒质量，再使用万分之一天平称量其质量，计算地膜残留密度：

Q=100M/（1）

式中Q代表棉田地膜残留密度（kg/hm2），M代表棉田地块残膜质量（mg），代表取样样方的面积（cm2），100是单位转换系数。

1.4 数据分析

采用Excel 2010 进行数据处理，使用AutoCAD 2008 和Origin Pro 9.0绘制图形。

2 结果与分析

2.1 秸秆还田前后不同覆膜滴灌年限棉田残膜密度

《农田地膜残留量限值及测定》（2010年版）标准中明确规定待播种农田耕作层内（0～25 cm或0～30 cm）地膜残留量限值应≤75.0 kg/hm2 [29]。2016年棉杆还田前，覆膜12、16和20 a的3块棉田地膜残留密度分别为250.63、327.83和348.83 kg/hm2，均超出了标准限值。经过1 a的棉杆还田，相应的3块覆膜棉田地膜残留密度（2017年）分别为279.55、344.58和365.42 kg/hm2，比2016年棉杆还田前分别增加11.54%、5.11%和4.76%，是国家标准限值的3.73、4.59和4.87倍。可见，膜下滴灌应用超过10 a棉田土壤处于严重污染状态，地膜残留密度随着覆膜年限增加而增加。

2.2 秸秆还田1 a后不同覆膜年限棉田土壤剖面残膜及棉秆残留分布特征

2.2.1 棉田残膜面积分布

2016年0～40 cm土层中土壤残膜面积分布如图3所示。总体上，残膜面积随土壤深度增加呈指数函数减小，其中0～15 cm土层总的残膜面积占0～40 cm土层残膜总面积的50%以上。覆膜12、16和20 a地块的0～15 cm土层中总的残膜面积占比分别为53.14%、59.59%和59.45%，>15～30 cm土层中总的残膜面积占比分别为42.91%、35.77%和35.44%，>30～40 cm土层中总的残膜面积占比分别为3.95%、4.64%和5.11%。

图3 秸秆还田1 a前后取样棉田土壤残膜面积分布

2016年棉田取样完毕后3块棉田均采取了棉秆还田措施，2017年对3块棉田再次进行取样。结果表明（图3d~图3f），3个地块残膜面积在0～40 cm土层中的分布特点与2016年取样数据总体类似，均随土壤深度呈指数函数降低趋势。覆膜12、16和20 a的地块在0～15 cm土层内总的残膜面积占0～40 cm土层残膜总面积的比例分别为58.73%、59.92%和59.17%，与2016年相比分别增长5.59、0.33和-0.28个百分点，其中面积为>5～30 cm2的残膜占比分别为57.22%、58.82%和58.17%，与2016年相比分别增长23.80、19.09和20.10个百分点；>15～30 cm土层中，对应的3个地块在此层中的总的残膜面积占比分别为35.67%、35.52%和56.32%，与2016年相比分别增长-7.23、-0.25和0.88个百分点；>30～40 cm深度土壤中残膜面积占比分别为5.60%、4.76%和5.51%，比2016年分别增长1.65、0.12和0.4个百分点。自然状态下塑料地膜降解超过200 a[19]，可以认为秸秆还田1 a前后地膜面积的变化主要由秸秆还田引起，则由以上分析可知，秸秆还田与覆膜年限均影响了残膜面积的分布，且秸秆还田对覆膜12 a地块的影响最明显，秸秆还田1 a后，覆膜12 a地块0～15 cm和>30～40 cm土层残膜面积明显增加而>15～30 cm土层残膜面积明显降低，且在0～15 cm土层中>5～30 cm2的残膜明显增加。综上，研究表明，秸秆还田后，3块取样棉田0～15 cm耕作层土壤中残膜面积占比58%以上，该层中面积>5～30 cm2残膜均增加显著，相对秸秆还田前的土壤残膜平均增加20%左右。

2.2.2 残膜质量分布特征

秸秆还田前（2016年）0～40 cm土层中残膜质量分布如图4a～图4c所示，12、16和20 a地块中质量>100 mg的残膜均主要分布在0～15 cm土层中，该层总的残膜质量占比（占0～40 cm总残膜质量）分别是62.47%、66.90%和62.84%；>15～30 cm土层中总的残膜质量占比分别为35.32%、30.05%和33.06%；>30～40 cm土层中总的残膜质量占比分别为2.21%、3.05%和4.10%。

秸秆还田1 a后对3块棉田再次进行取样（图4d~图4f），发现：3个地块取样棉田残膜质量整体分布趋势与2016年相似，60%以上的残膜质量分布在0～15 cm土层， 12、16和20 a地块中质量>100 mg的残膜仍主要分布在0～15 cm土壤中，该层总的残膜质量占比（占0～40 cm总残膜质量）分别是63.94%、67.18%和63.08%，分别比2016年增长1.47、0.28和0.24个百分点，其中质量>50～100 mg残膜占比分别是33.96%、37.50%和32.79%，分别比2016年增长10.53、11.65和10.24个百分点；在>15～30 cm土层中总的残膜质量占比分别为32.25%、28.92%和31.87%，分别比2016年增长-3.07、1.13和0.81个百分点，其中质量>50～100 mg残膜占比分别为13.35%、18.69%和18.21%，分别比2016年增长0.72、1.62和1.1个百分点；>30～40 cm土层中总的残膜质量占比分别为3.81%、3.90%和5.05%，分别比2016年增长1.60、0.85和0.95个百分点。可见，秸秆还田1 a后，覆膜16 a及以下地块0～15 cm土层中残膜质量也明显增加，尤其以>100 mg残膜增加更明显，覆膜12 a地块>15～30 cm土层中的残膜质量明显降低，而所有地块>30～40 cm土层中残膜质量明显增加。秸秆还田后，3块取样棉田60%以上的残膜质量分布在0～15 cm土层，其中质量>50～100 mg残膜均增加显著，相对秸秆还田前的土壤残膜平均增加10%左右。

图4 秸秆还田1 a取样棉田残膜质量分布

2.2.3 棉秆残留量分布特征

图5a～图5c为秸秆还田1 a后不同覆膜年限棉田土壤剖面棉秆残留量分布状况。覆膜12 a地块0～40 cm土层中棉杆呈现先均匀分布再增加后减小再均匀分布的趋势，其中15～20 cm土层中棉秆集聚，同时该地块棉秆残留在18 cm土壤深度达到峰值。覆膜16 a地块在0～40 cm深度土壤中呈现先增加后减小的趋势，该地块0～15 cm土壤深度中棉秆主要以<100 mg的小块形式残留，其中15～25 cm深度土壤中棉秆集聚，同时该地块棉秆残留在20 cm土壤深度达到峰值；在30～40 cm深度土壤中随着土壤深度增加棉秆质量逐渐减少，但该层棉秆量较覆膜12 a地块对应土层大。覆膜20 a地块在0～40 cm土壤深度中棉秆主要以>100 mg的小块棉秆形式残留，该地块棉秆量分布趋势与覆膜12 a地块相似，但各层土壤棉秆量均较覆膜12 a地块大，同时该地块在18 cm土壤深度残留棉秆量达到峰值。综上，采取棉秆还田措施后，3个取样地块0～40 cm土壤中棉秆分布总体上呈现由上至下先增加后减少并在15～25 cm深度土壤中聚集分布的特点。本文还田时，先将棉秆切碎后均匀撒在地表，用大型机械采取铧式犁内翻法进行耕地作业，将表层棉秆翻耕到15～25 cm土层中，这与本文得出的3个取样地块棉秆残留量峰值均出现在18～20 cm土层中的结果相一致。

图5 秸秆还田1 a后棉田耕作层棉秆空间分布

研究表明，12、16和20 a地块在0～15 cm深度土壤中棉秆残留质量分别为4 935.3、5 328.6和8 239.5 mg，这部分残留棉秆导致该层中面积为>5～30 cm2的残膜面积相对于棉秆还田前分别增加残膜分别增长23.80、19.09和20.10个百分点；导致该层中质量>50～100 mg的残膜分别增长10.53、11.65和10.24个百分点。3个地块在>15～30 cm深度土壤中棉秆聚集，残留棉秆质量分别为7 457.2、11 116.59和11 934.5 mg，这部分残留棉秆导致该层土壤中残膜面积相比棉秆还田前分别增长-7.23、-0.25和0.88个百分点；导致该层中残膜质量分别增长-3.07、1.13和0.81个百分点。

3 讨 论

张丹等[11]通过研究得出华北地区地膜残留率小于新疆地区，主要原因是华北地区地膜回收方式和耕作方式与试验区不同，其中华北地区多种植蔬菜等作物，生育期较短，在作物收获后地膜并未有严重破损，故可采用人工方式进行高效率地回收地膜。同时与华北地区相比，棉花在新疆地区种植面积广泛，由于气候干旱、水资源匮乏和采用膜下滴灌技术等因素导致棉花苗期少有揭膜措施，在棉花生育期末时地膜在强光照、风沙影响下已不同程度碎裂，膜下滴灌技术的推广应用进一步扩大了新疆地区作物的种植面积，导致更多的塑料地膜投入到农业生产实践中。严昌荣等[30]通过研究新疆石河子地区棉田地膜残留得出，地膜以每年18 kg/hm2速度残留在棉田耕作层土壤中，其中覆膜滴灌20 a棉田地块的地膜残留密度可达到（307.90±35.84）kg/hm2，随着覆膜年限的增长耕作层土壤中地膜残留密度逐渐增加的结论。本文在2017年通过对试验区1998地块进行取样后得出该地块地膜残留密度为365.42 kg/hm2，与2016年相比增加16.59 kg/hm2，该数据与严昌荣等研究结果相近。

诸多国内学者[20-24]通过研究秸秆还田得出秸秆覆盖能够减少塑料地膜使用量并在诸多方面优于塑料地膜的结论，农田采取秸秆覆盖能够减少塑料地膜在土壤耕作层中的残留量。新疆现行覆膜滴灌种植模式下，棉花多采用机采棉模式种植模式，同时本地区的棉花种植和采摘、地膜回收、棉秆粉碎还田和翻耕耙地等农田作业多采用大型机械，较少使用人工进行地膜和滴灌带回收；同时由于在连续强光照、风沙和大型机械农田作业等因素影响下，塑料地膜在棉花生育期末已不同程度破损，部分残膜已不能被人工和残膜回收机械有效回收，在这种状况下碎裂的地膜在棉秆还田的过程中被棉秆携带到土壤耕作层中并逐渐累积，加剧农田耕作层土壤地膜残留程度，进一步导致农田耕作层土壤严重污染。

由于新疆地区气候干旱、水资源匮乏等因素导致滴灌条件下棉花整个生育期都需要地膜覆盖来减少水分蒸发[31]，研究区2017年及以前所覆地膜厚度为0.008 mm，这种厚度的薄膜在棉花生育期末已不同程度碎裂，导致地膜回收难度增加。研究区棉田在人工回收地膜和滴灌带后再采用机械再次回收地膜并粉碎棉秆还田，地膜回收力度不足导致还田过程中棉秆、地膜随着机械翻耕作业由表层土壤向深层土壤下移，而新疆地区农田耕作深度一般在30 cm左右，在犁地翻耕过程中，由于秸秆质量大、残膜质量小，导致秸秆普遍被翻耕至15～30 cm深度范围，而残膜大部分则被翻耕至0～30 cm深度，由于质量轻主要残留在0～15 cm深度，较少一部分则会被翻至30 cm以下土壤中，最终导致农田耕作层土壤中地膜大量残留。

4 结 论

对新疆典型绿洲区3块覆膜年限不同的棉田0～40 cm土层中残膜分布及秸秆还田1 a后秸秆和残膜分布进行研究，结果表明：

1）随着覆膜年限增加棉田土壤耕作层中地膜残留量逐年增加，研究区膜下滴灌棉田残膜密度是国家标准限值3倍以上，棉田土壤残膜处于严重污染状态。

2）研究表明，秸秆还田后，3块取样棉田0～15 cm耕作层土壤中残膜面积占比58%以上、残膜质量占比60%以上，该层中面积>5～30 cm2和质量>50～100 mg残膜均增加显著，相对秸秆还田前的土壤残膜平均增加20%和10%左右。

建议加大新疆棉植区可降解生物膜和厚度0.010 mm以上的地膜使用，既要从源头上减少棉田残膜增量更要加大残膜回收力度，切实减少棉田耕作层土壤中残膜存量，保证新疆植棉区可持续发展。

[1] 李明思，刘洪光，郑旭荣. 长期膜下滴灌农田土壤盐分时空变化[J]. 农业工程学报，2012，28(22)：82－87. Li Mingsi, Liu Hongguang, Zheng Xurong. Spatiotemporal variation for soil salinity of field land under long-term mulched drip irrigation[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2012, 28(22): 82－87. (in Chinese with English abstract)

[2] 马富裕，周治国，郑重，等. 新疆棉花膜下滴灌技术的发展与完善[J]. 干旱地区农业研究，2004，22(3)：202－208. Ma Fuyu, Zhou Zhiguo, Zheng Zhong, et al. The development and improvement of drip irrigation under plastic film on cotton[J]. Agricultural Research in the Arid Areas, 2004, 22(3): 202－208. (in Chinese with English abstract)

[3] 国家统计局农村社会经济调查司. 中国农村统计年鉴2016[M]. 北京：中国统计出版社，2016.

[4] 刘建国，李彦斌，张伟，等. 绿洲棉田长期连作下残膜分布及对棉花生长的影响[J]. 农业环境科学学报，2010，29(2)：246－250. Liu Jianguo, Liu Yanbin, Zhang Wei, et al. The distributing of the residue film and influence on cotton growth under continuous cropping in oasis of Xinjiang[J]. Journal of Agro-Environment Science, 2010, 29(2): 246－250. (in Chinese with English abstract)

[5] O'Loughlin J, Finnan J, Mcdonnell K. Accelerating early growth in miscanthus with the application of plastic mulch film[J]. Biomass & Bioenergy, 2017, 100: 52－61.

[6] Mahajan G, Sharda R, Kumar A, et al. Effect of plastic mulch on economizing irrigation water and weed control in baby corn sown by different methods[J]. African Journal of Agricultural Research, 2007, 2(1): 19－26.

[7] Zou Xiaoyang, Niu Wenquan, Liu Jingjing, et al. Effects of residual mulch film on the growth and fruit quality of tomato (.)[J]. Water Air & Soil Pollution, 2017, 228(2): 1－18.

[8] Gao Yajun, Yun Li, Zhang Jianchang, et al. Effects of mulch, N fertilizer, and plant density on wheat yield, wheat nitrogen uptake, and residual soil nitrate in a dryland area of China[J]. Nutrient Cycling in Agroecosystems, 2009, 85(2): 109－121.

[9] Steinmetz Z, Wollmann C, Schaefer M, et al. Plastic mulching in agriculture. Trading short-term agronomic benefits for long-term soil degradation?[J]. Science of the Total Environment, 2016, 550: 690－705.

[10] Kim G W, Das S, Hwang H Y, et al. Nitrous oxide emissions from soils amended by cover-crops and under plastic film mulching: Fluxes, emission factors and yield-scaled emissions[J]. Atmospheric Environment, 2017, 152: 377－388.

[11] 张丹，胡万里，刘宏斌，等. 华北地区地膜残留及典型覆膜作物残膜系数[J]. 农业工程学报，2016，32(3)：1－5. Zhang Dan, Hu Wanli, Liu Hongbin, et al. Characteristics of residual mulching film and residual coefficient of typical crops in North China[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2016, 32(3): 1－5. (in Chinese with English abstract)

[12] He Huaijie, Wang Zhenhua, Guo Li, et al. Distribution characteristics of residual film over a cotton field under long-term film mulching and drip irrigation in an oasis agroecosystem[J]. Soil & Tillage Research, 2018, 180: 194－203.

[13] 董合干，刘彤，李勇冠，等. 新疆棉田地膜残留对棉花产量及土壤理化性质的影响[J]. 农业工程学报，2013，29(8)：91－99. Dong Hegan, Liu Tong, Li Yongguan, et al. Effects of plastic film residue on cotton yield and soil physical and chemical properties in Xinjiang[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2013, 29(8): 91－99. (in Chinese with English abstract)

[14] 白云龙，李晓龙，张胜，等. 内蒙古地膜残留污染现状及残膜回收利用对策研究[J].中国土壤与肥料,2015(6):139－145.

Bai Yunlong, Li Xiaolong, Zhang Sheng, et al. Study on the current situation of plastic film residue pollution and the countermeasures for the recovery and utilization of residual film in Inner Mongolia[J]. Soil & Fertilizer Sciences in China, 2015(6):139－145. (in Chinese with English abstract)

[15] 杜晓明，徐刚，许端平，等. 中国北方典型地区农用地膜污染现状调查及其防治对策[J]. 农业工程学报，2005，21(增刊1)：225－227. Du Xiaoming, Xu Gang, Xu Duanping, et al. Mulch film residue contamination in typical areas of North China and countermeasures[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2005, 21(Supp.1): 225－227. (in Chinese with English abstract)

[16] Brodhagen M, Goldberger J R, Hayes D G, et al. Policy considerations for limiting unintended residual plastic in agricultural soils[J]. Environmental Science & Policy, 2017, 69: 81－84.

[17] 王淑英，樊廷录，李尚中，等. 生物降解膜降解、保墒增温性能及对玉米生长发育进程的影响[J]. 干旱地区农业研究，2016，34(1)：127－133. Wang Shuying, Fan Tinglu, Li Shangzhong, et al. Property of biodegradable film degradation, water-retention and increasing soil temperature and its impact on maize growth and development process[J]. Agricultural Research in the Arid Areas, 2016, 34(1): 127－133. (in Chinese with English abstract)

[18] 李云光，王振华，张金珠，等. 液体地膜对滴灌棉花生理特性和产量的影响[J]. 农业工程学报，2015，31(13)： 105－112. Li Yunguang, Wang Zhenhua, Zhang Jinzhu, et al. Effect of liquid mulch on physiological characteristics and yield of drip irrigated cotton[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2015, 31(13): 105－112. (in Chinese with English abstract)

[19] 邬强，王振华，郑旭荣，等. PBAT生物降解膜覆盖对绿洲滴灌棉花土壤水热及产量的影响[J]. 农业工程学报，2017，33(16)：135－143. Wu Qiang, Wang Zhenhua, Zheng Xurong, et al. Effects of biodegradation film mulching on soil temperature, moisture and yield of cotton under drip irrigation in typical oasis area[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(16): 135－143. (in Chinese with English abstract)

[20] 李继福，鲁剑巍，任涛，等. 稻田不同供钾能力条件下秸秆还田替代钾肥效果[J]. 中国农业科学，2014，47(2)：292－302. Li Jifu, Lu Jianwei, Ren Tao, et al. Effect of straw incorporation substitute for K-fertilizer under different paddy soil K supply capacities[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2014, 47(2): 292－302. (in Chinese with English abstract)

[21] 杨滨娟，黄国勤，钱海燕. 秸秆还田配施化肥对土壤温度、根际微生物及酶活性的影响[J]. 土壤学报，2014，51(1)：150－157. Yang Binjuan, Huang Guoqin, Qian Haiyan. Effects of straw incorporation plus chemical fertilizer on soil temperature, root micro-organisms and enzyme activities[J]. Acta Pedologica Sinica, 2014, 51(1): 150－157. (in Chinese with English abstract)

[22] 张金珠，王振华，虎胆·吐马尔白. 秸秆覆盖对滴灌棉花土壤水盐运移及根系分布的影响[J]. 中国生态农业学报，2013，21(12)：1467－1476. Zhang Jinzhu, Wang Zhenhua, Hudan·Tumarebi. Influence of straw mulching on soil water/salt movement and cotton root distribution under drip irrigation[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2013, 21(12): 1467－1476. (in Chinese with English abstract)

[23] 潘剑玲，代万安，尚占环，等. 秸秆还田对土壤有机质和氮素有效性影响及机制研究进展[J]. 中国生态农业学报，2013，21(5)：526－535. Pan Jianling, Dai Wan'an, Shang Zhanhuan, et al. Review of research progress on the influence and mechanism of field straw residue incorporation on soil organic matter and nitrogen availability[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2013, 21(5): 526－535. (in Chinese with English abstract)

[24] 刘军，景峰，李同花，等. 秸秆还田对长期连作棉田土壤腐殖质组分含量的影响[J]. 中国农业科学，2015，48(2)：293－302. Liu Jun, Jing Feng, Li Tonghua, et al. Effects of returning stalks into field on soil humus composition of continuous cropping cotton field[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2015, 48(2): 293－302. (in Chinese with English abstract)

[25] 史建新，陈发，郭俊先，等. 抛送式棉秆粉碎还田机的设计与试验[J]. 农业工程学报，2006，22(3)：68－72. Shi Jianxin, Chen Fa, Guo Junxian, et al. Design and experimental research of the field straw chopper with throwing cotton-stalk[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2006, 22(3): 68－72. (in Chinese with English abstract)

[26] 胡凯，王吉奎，李斌，等. 棉秆粉碎还田与残膜回收联合作业机研制与试验[J]. 农业工程学报，2013，29(19)： 24－32. Hu Kai, Wang Jikui, Li Bin, et al. Development and experiment of combined operation machine for cotton straw chopping and plastic film collecting[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2013, 29(19): 24－32. (in Chinese with English abstract)

[27] 由佳翰，陈学庚，张本华，等. 4JSM-2000型棉秆粉碎与残膜回收联合作业机的设计与试验[J]. 农业工程学报，2017，33(10)：10－16. You Jiahan, Chen Xuegeng, Zhang Benhua, et al. Design and experiment of 4JSM-2000 type combined operation machine for cotton stalk chopping and residual plastic film collecting[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(10): 10－16. (in Chinese with English abstract)

[28] 王振华. 典型绿洲区长期膜下滴灌棉田土壤盐分运移规律与灌溉调控研究[D]. 北京：中国农业大学，2014.

Wang Zhenhua. Salt Movement Trends in Cotton Fields with Long-term Drip Irrigation under Mulch in Typical Oasis and Irrigation Management[D]. Beijing: China Agricultural University, 2014. (in Chinese with English abstract)

[29] 新疆维吾尔自治区农牧业机械试验鉴定站、新疆维吾尔自治区农业资源与环境保护站. 农田地膜残留量限值及测定：GB/T 25413-2010[S]. 北京：中国标准出版社，2011.

[30] 严昌荣，王序俭，何文清，等. 新疆石河子地区棉田土壤中地膜残留研究[J]. 生态学报，2008，28(7)：3470－3474. Yan Changrong, Wang Xujian, He Wenqing, et al. The residue of plastic film in cotton fields in Shihezi, Xinjiang[J]. Acta Ecologica Sinica, 2008, 28(7): 3470－3474. (in Chinese with English abstract)

[31] 张振华，蔡焕杰，柴红敏，等. 膜上灌作物需水量和地膜覆盖效应试验研究[J]. 灌溉排水，2002，21(1)：11－14. Zhang Zhenhua, Cai Huanjie, Chai Hongmin, et al. Crop water requirement and field environment under plastic film mulch cultivation [J]. Irrigation and Drainage, 2002, 21(1): 11－14. (in Chinese with English abstract)

Effect of cotton stalk returning to fields on residual film distribution in cotton fields under mulched drip irrigation in typical oasis area in Xinjiang

Wang Zhenhua, He Huaijie, Zheng Xurong, Zhang Jinzhu, Li Wenhao

(1.832000,; 2.832000,)

The drip irrigation under mulching film technology was applied in Shihezi reclamation area of Xinjiang in 1996. It is more difficult to recover the mulching after the growing period of cotton, so that the density of residual plastic film in cotton fields exceeds the national standard (75.0 kg/hm2) which causes serious soil contamination in experiment area. Stalk returning to fields is a common method in the film mulching area. This study investigated the effect of cotton stalk returning to fields on residual film distribution. A total of 3 cotton fields were selected in typical oasis area of Xinjiang. The 3 fields were different only in the mulching duration. They were governed by the same owner. The mulched drip irrigation started from the year of 1998, 2002 and 2006. By the year of 2017, the mulching duration was 20, 16 and 12 years, respectively. Soil samples were taken from 0-40 cm layer before cotton stalk returning in 2016 and after 1 year of stalk returning in 2017. The cotton stalk was cut into 4-6 cm pieces and applied to the tillage layer with an application rate of 7 500-8 000 kg/hm2. By comparison, the effect of stalk returning was discussed. In the sampling field, the soil blocks (4 800 cm2in area and 40 cm in height) were collected for determination of area and weight of residual film and weight of cotton stalk residue. The results showed that: 1) the residual plastic film density in the soil tillage layer of drip irrigation cotton fields increased yearly with increasing mulching years, and the cotton fields of mulched film drip irrigation more than 10 year were seriously polluted. 2) After the cotton stalks were crushed and returned to the fields, the cotton stalks in the soil of 0 to 40 cm in the 3 sampling plots were increased from top to bottom and then decreased and concentrated in the soil depth of 15-25 cm. The cotton stalks were evenly distributed on the surface after being chopped, and because the large-scale machinery was used to carry out the arable land operation, the cotton stalks on the soil surface were ploughed into the soil tillage layer of 15-25 cm depth, which was the main reason for the peaks of cotton stalks residue appeared in the soil depths of 18, 20 and 18 cm, respectively. 3) After the cotton stalks were returned to the fields, the residual plastic film area of the 0-15 cm soil layer of the 3 sampled cotton fields accounted for more than 58%, and the residual film weight accounted for more than 60%. In the soil of 0-15 cm tillage layer, the residual plastic film with the area >5-30 cm2and the weight >50-100 mg increased significantly, and the average was about 20% and 10% higher than that in 2016, respectively. The mulched plastic film with a thickness of 0.008 mm has been broken at different degrees at the end of the cotton growth period, and it is relatively difficult to recover. In the process of smashing and returning cotton stalks with large-scale mechanical arable land, the plastic film is broken into small film in the area and weight and they accumulated continuously in the deep soil. Therefore, local area should increase the degradable biological film and the use of 0.010 mm thickness of the plastic film, improve the efficiency of residual plastic film recovery and other measures to reduce the plastic film residue in the soil layer of the fields, in order to ensure the sustainable development of agriculture in the typical oasis.

films; cotton; soils; stalks returning to fields; typical oasis area; residual plastic film; drip irrigation under mulching film

10.11975/j.issn.1002-6819.2018.21.015

S19

A

1002-6819(2018)-21-0120-08

2018-04-30

2018-07-10

国家自然科学基金项目（51869028、51741908）；兵团中青年科技创新领军人才计划（2015BC001）

王振华，教授，博士生导师，主要从事干旱区节水灌溉理论与技术研究。Email：wzh2002027@163.com

中国农业工程学会高级会员：王振华（E041200608S）

王振华，贺怀杰，郑旭荣，张金珠，李文昊.新疆典型绿洲棉秆还田对覆膜滴灌棉田残膜分布的影响[J]. 农业工程学报，2018，34(21)：120－127. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.21.015 http://www.tcsae.org

Wang Zhenhua, He Huaijie, Zheng Xurong, Zhang Jinzhu, Li Wenhao. Effect of cotton stalk returning to fields on residual film distribution in cotton fields under mulched drip irrigation in typical oasis area in Xinjiang[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(21): 120－127. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.21.015 http://www.tcsae.org