农用地膜残留污染的现状与防治

农用地膜良好的增温保墒效果已对中国农业产生了重大的、积极的作用，但同时随着地膜覆盖技术的普及，残留农用地膜也已经带来了一系列的负面影响，大量的残留地膜破坏土壤结构、危害作物正常生长发育并造成农作物减产，进而影响到农业环境，通过对中国有关地膜残留研究文献的综述，对农用地膜的应用现状、残留地膜的分布特征及影响因素，以及残留地膜的危害特点进行了综合分析，并针对目前存在的实际情况，提出了农用地膜残留污染的防治技术措施。     

废旧地膜残留对玉米生产的影响探究

随着农用地膜使用量的逐年增加,农田地膜残留对农作物的危害问题引起了人们的重视。基于此,为探究废旧地膜残留对玉米生产的影响,开展农田残留地膜污染试验。结果表明:残膜对玉米生长发育具有一定影响,残膜越多,玉米受影响越大;残膜对玉米产量的影响不显著,但随着残膜数量增加玉米产量呈下降趋势;残膜会影响土壤理化性质,导致土壤质量下降。     

新疆农田残膜污染现状及防控策略

塑料污染是全球性的难点问题,残膜污染是塑料污染在农田的表现形式。新疆是中国重要的农产品生产基地,覆膜种植总面积达347.8万hm2,年地膜投入量超过20万t,是全国残膜污染最为严重区域,具有代表性。总结新疆农田残膜污染的特点、综合治理现状以及存在问题对全国农田残膜污染的治理有较大的借鉴作用。该文应用文献检索归纳、信息查阅以及田野调查等研究方法,对新疆农田残膜残留区域分布特点与残膜在土壤中的空间分布特点进行了总结归纳;分析了地膜投入成本、地膜力学性能以及回收因素等残膜产生成因;对近年来农田残膜污染综合治理技术进行了梳理,总结了农艺防治、可降解地膜、多种回收组合模式以及机械化回收等4大类综合治理技术。最后,探讨了目前残膜污染综合治理中存在的农机农艺融合综合治理、残膜机械化回收、系统性农艺措施以及监测评价等问题,分析了完善残膜污染治理法规、把握农机-农艺-农膜相结合理念、加大耕层残膜的分级治理、研究新型地膜技术以及创新地膜应用栽培模式等污染防控策略。研究表明:现阶段PE地膜仍是农业生产的主要应用方式,开发新型地膜与可降解地膜,实现PE地膜的完全替代是未来的研究目标;新疆农田残膜污染治理应坚持"遏制增量,减少存量"的方针,加大地膜的机械化回收,规范农用地膜的使用与回收再利用,优化种植模式,建立残膜污染治理的可循环模式,以期对典型区农田残膜污染综合治理提供借鉴参考与解决思路。     

我国地膜覆盖和残留污染特点与防控技术

地膜覆盖技术已成为我国农业应用最为广泛的农艺技术之一,但同时地膜残留污染也成为影响农业可持续发展的一个重大问题,系统分析梳理地膜覆盖种植技术、地膜残留污染的特点及防控技术对于该技术合理利用具有重要意义。本文在已有工作基础上,系统分析了我国地膜覆盖种植技术应用情况、地膜残留污染特点和防治技术。结果表明,20世纪80年代以来,我国地膜用量及覆盖面积一直呈大幅度上升态势,年增长率在8%左右,1991—2011年20年间,地膜使用强度增加了3~10倍,但存在明显区域差异。总体上,北方省区的地膜使用强度大,增长幅度快。地膜覆盖应用作物也从经济作物扩大到粮食作物,应用面积最大作物依次为玉米、蔬菜、棉花、烟草和花生等。地膜覆盖技术的应用产生了巨大效益,但同时也带来了一系列污染危害。长期覆膜农田土壤中都存在程度不同的残膜污染,残留量一般在71.9~259.1 kg·hm-2。西北地区是残膜污染最严重的地区,土壤中残膜量远远高于华北和西南地区。残留地膜大小和形态多种多样,主要有片状、蜷缩圆筒状和球状等,在土壤中呈水平、垂直和倾斜状分布。目前,我国地膜残留污染防治技术滞后,人工回收是普遍和主要的回收形式,其他防治技术如机械回收、节约型地膜应用、生物降解地膜尚未较大规模应用。当前,为防止地膜残留污染进一步加剧,急需修订完善地膜标准和加强质量监管,提高可回收性;推广节约型地膜使用技术和残膜回收技术;开展地膜覆盖技术适应性研究,促进技术合理利用。     

内蒙古地膜残留污染现状及残膜回收利用对策研究

内蒙古地区自20世纪70年代末开始,地膜覆盖技术得到了大面积的推广,但同时地膜残留污染约束了农业的可持续发展。据统计2011年以后全区地膜覆盖总面积达到133万hm2以上,农用地膜年使用量超过了4.9万t,并且保持逐年增加的趋势。本次调研结果显示,目前全区使用的地膜厚度一般在0.006~0.008 mm之间,回收率仅为60%左右,全区地膜平均残留量为84 kg/hm2,回收率较2010年第一次全国污染源普查公报数据低20%左右,而地膜残留量较公报数据高40.5%。地膜残留主要分布在0~20 cm耕层土壤中,并且近年刚开始实行地膜覆盖的地块年平均地膜残留量增长速度显著高于覆膜年限较长的地块。针对内蒙古地区地膜污染现状,从地膜的标准化生产、节约使用、高效回收以及未来需要研发的新材料、新技术、新政策等机制体制方面提出相应的防治技术途径,达到地膜覆盖技术大面积推广和农作物增产的同时实现农业的可持续发展。     

青岛市农田土壤残膜污染现状及其治理对策

地膜覆盖技术应用带动了我国农业生产力的显著提高和生产方式的改变,对保障我国农产品安全供给做出了重大贡献,但随着地膜应用量和使用年限的不断增加,大量残留地膜造成的"白色污染"严重影响了农业生产的进行,对农业环境的安全与健康也构成了巨大的威胁。本文在青岛市5个农业主产区选择了27个代表性作物种植片区,对常年覆膜农田土壤地膜残留现状进行了调查。结果表明:青岛市农田土壤中地膜残留量在10.7~69.3 kg·hm~(-2)之间,平均残留量为32.3±15.7 kg·hm~(-2),中位值27.3 kg·hm~(-2),其中有7个作物种植片区的残膜量均值超过40 kg·hm~(-2),最高残留量均值达到69.3 kg·hm~(-2),具有一定的残膜污染作物损害风险。青岛市农田土壤中地膜残留量与种植模式、覆膜年限之间没有明显相关性,而与当季残膜回收率有关。农田土壤中残膜大小以大于100 cm2的最多,且90%以上残膜分布在0~20 cm耕作层。为控制农田土壤地膜残留污染,提出3点建议:一是建立和完善地膜残留污染综合治理机制;二是强化超薄型聚乙烯(PE)地膜的质量提升与达标地膜的应用;三是积极研发推广生物可降解地膜,从源头解决PE地膜残留污染问题。     

新疆棉田残膜回收方式及资源化再利用现状问题与对策

地膜覆盖栽培技术在促进农作物增产增收的同时,地膜残留问题也给农业生产环境及生态环境带来了诸多危害,地膜使用与农业生态环境保护及农业绿色可持续发展之间的矛盾日益突出。新疆作为中国棉花主产区,受种植面积增长、长年连作、地膜强度差及回收力度不够等多重因素影响,棉田残膜污染问题尤为严重。该文在实地调研的基础上,分析归纳当前新疆棉田地膜使用基本状况及残留污染情况,以当前新疆棉田残膜回收方式及资源化利用情况为主要研究内容,对采用不同回收方式回收的棉田残膜特点进行分析。通过实地调查当前新疆残膜初清理方式、再加工处理工艺流程及利用途径等基本情况,分析了各生产环节配套设备及工作过程,结果表明:先进适用的农田残膜回收机械缺乏、机收棉田残膜含杂量较高、残膜初清理及再加工设备缺乏且技术不成熟、残膜初清理及再加工企业较少等是阻碍新疆农田残膜资源化利用进程的主要影响因素,建议通过加快耐候性及高强度地膜推广与示范,提升农田残膜机械化回收技术水平,合理布局残膜初清理及再加工企业等多种途径,实现地膜生产、使用、回收及资源化利用各环节协同推进,形成全产业链闭环残膜污染治理模式,全方位及多层次解决新疆农田残膜污染问题,为新疆乃至全国农田残膜污染治理及资源化利用提供一定借鉴与参考。     

华北地区地膜残留及典型覆膜作物残膜系数

为阐明华北地区残膜污染现状及当年地膜残留系数,2008-2011年采用问卷调查及样方检测方法对华北地区主要作物的地膜残留状况进行系统调查,在此基础上2011-2014年通过定点试验监测方法研究典型覆膜作物(花生、棉花)的地膜残留系数。结果表明:华北地区土壤耕层地膜残留强度分布范围为0.2~82.2 kg/hm2,其平均值为26.8 kg/hm2。区域内不同作物和不同省份间地膜残留强度存在显著差异(P0.05),花生和棉花地膜残留强度较高,分别为32.0和31.8 kg/hm2;华北地区所有省份中,河北省农田地膜残留强度最高,为36.8 kg/hm2。2011年,华北地区农田地膜残留总量为14.8万t,其中地膜残留总量居前3位的作物是蔬菜(5.5万t)、棉花(3.9万t)、花生(3.0万t),占残膜总量的83.8%。3 a的地膜残留系数定点监测试验结果表明,花生和棉花的地膜残留系数分别为9.7%和14.3%,如果一直沿用目前的地膜使用模式,预计到2021年,花生地和棉田的地膜残留强度将会达到69.1和70.4 kg/hm2,超过国家农田残膜限值标准,成为残膜污染区域。研究可为华北地区残膜防治提供参考。     

农田残膜污染现状及其治理对策

农田残膜量随覆膜年限的增加而逐渐累积,由传统聚乙烯(PE)地膜引起的污染对作物产生不利影响,解决残膜问题迫在眉睫。目前通过农田传统聚乙烯塑料残膜回收处理、聚乙烯塑料残膜微生物降解和生物降解地膜的推广应用三方面的治理措施,将在一定程度缓解残膜污染问题。本文从传统聚乙烯农田地膜的应用和污染现状,残膜对土壤和作物生产的危害进行了总结,并从农田聚乙烯塑料残膜回收处理现状、微生物降解聚乙烯塑料残膜研究现状和生物降解地膜应用现状及其问题进行了分析和对比。针对残膜回收处理,地膜残留降解和生物降解地膜应用过程中现存的问题提出建议和对策,为地膜的合理利用和残膜污染治理提供参考。     

宁夏农用地膜的使用现状及应对措施探析

从农用地膜使用量和残膜实际分布的角度分析了我国农用地膜的污染现状,同时阐述了残膜的危害性。通过残膜产生白色污染的原因分析,提出提高农膜质量、加强回收机的研究以提高其回收率、增强农民环保意识和使用政策手段等治理农用残膜污染的措施。     

玉米地膜复合覆盖栽培技术

地膜覆盖栽培是有效保持寒旱区土壤水热条件、促进作物生产的措施之一。为解决长期覆盖普通地膜造成的土壤地膜残留污染及生物降解地膜破裂,且成本高的问题,通过多年试验研究,从地膜选择、肥料配比、绿色地膜复合覆盖技术、田间管理、地膜回收、秸秆与生物降解地膜还田等方面总结了寒旱区玉米普通地膜与生物降解膜覆盖栽培技术。     

聚乳酸生物降解地膜对土壤温度及棉花产量的影响

随着地膜残留污染问题的加剧,降解地膜的应用研究越来越受到关注。通过普通塑料地膜与2种不同厚度聚乳酸生物降解地膜的田间对比试验,研究聚乳酸生物降解地膜降解状况及对土壤温度和棉花产量的影响。结果表明:聚乳酸生物降解地膜在覆膜17~22 d后进入诱导期,60 d后逐渐进入破裂期,130 d左右进入崩裂期。在棉花生长苗期,生物降解膜膜内增温缓慢,白天平均土壤温度普通膜分别高于18μm降解膜和15μm降解膜膜0.8℃和6.2℃。但夜间降解膜膜内平均温度较稳定,保温效果好,膜内温度高于普通地膜1℃左右。18μm聚乳酸降解膜与普通膜相比对棉花产量的影响无显著性差异,而15μm聚乳酸降解膜使棉花减产8.9%。研究表明,聚乳酸生物降解地膜厚度选为18μm较为合适,且具有良好的降解性,可满足棉花的生长需要,有望替代普通地膜在农田中推广使用。     

农用残膜的污染与防治

在参考有关资料的基础上,分析了农用地膜所带来的污染,提出了防治农用地膜污染的措施。     

中国可降解膜覆盖对玉米产量效应的Meta分析

可降解膜是解决农业生产中地膜残留污染的有效措施,但覆盖可降解膜的作物产量效应仍存在较大分歧.该研究以玉米为研究对象,分别以不覆盖和覆盖普通地膜作为覆盖可降解膜的对照,通过检索已发表的相关田间试验数据,利用Meta分析方法定量研究覆盖可降解膜对玉米的产量效应和影响因素.结果表明,在可降解膜和不覆盖组合中,覆盖可降解膜的玉米产量较不覆盖平均提高17.8%(95%置信区间14.8%~20.9%);该组合不存在发表偏倚和极端值.可降解膜和普通地膜组合存在发表偏倚,校正前覆盖可降解膜的玉米产量显著低于覆盖普通地膜(平均相差1.8%),校正后二者差异不显著(置信区间-0.9%~2.7%);该组合也不存在极端值.与不覆盖和覆盖普通地膜相比,覆盖可降解膜的累计平均产量效应均随时间趋于稳定.近5 a来,覆盖可降解膜与覆盖普通地膜的玉米产量差异和变幅均较2000—2010年有所减小.在高海拔、低气温区域,平作和使用0.008 mm厚度降解膜时,更有利于提高可降解膜的增产效应.该研究可为降解膜的大规模推广应用和开发研制提供依据.     

基于像素块和机器学习的播前棉田地表残膜覆盖率检测

由于农用地膜的长期使用,棉田残留地膜造成了严重的耕地环境污染。为了快速准确地检测播前棉田地表残膜污染,该研究提出一种基于像素块和机器学习的播前棉田地表残膜覆盖率检测方法。将原始图像通过不同尺寸分割的方法得到像素块,提取像素块的一阶、二阶、三阶颜色矩和灰度共生矩阵（Gray-level Co-occurrence Matrix,GLCM）纹理特征,通过像素占比判别方法提取标签。采用随机森林（Random Forests,RF）、极端梯度提升（Xtreme Gradient Boosting,XGBoost）、支持向量机（Support Vector Machine,SVM）和人工神经网络（Artificial Neural Network,ANN）4种算法构建残膜识别模型,计算棉田地表的残膜覆盖率。结果表明,20×20像素块下采用人工神经网络算法,残膜覆盖率检测值与真实值的相对误差最小,为0.51%,检测时间最短,为0.29 s。相比于像素点,像素块识别方法减小了样本数量,增加了像素点之间的相互特征,可快速准确检测残膜覆盖率,对农田残膜污染监测具有一定借鉴意义。     

残膜污染治理的对策和措施

在分析残膜污染危害的基础上，从地膜生产和使用、残膜回收及再生利用等方面阐述了治理残膜污染的措施和建议。强调指出：发展残膜回收机械是治理残膜污染的有效方法，残膜的再生利用是保护环境、变废为宝、防治残膜污染的关键所在。     

多年采用不同捡拾方式对地膜残留系数及玉米产量的影响

随着地膜用量和覆盖面积的不断增加,在作物产量提高的同时,田间残膜残留量也随之增加,加剧了农业地膜污染。本论文以连续4年(2011—2014)长期定位试验为依托,探明完全捡拾、常规捡拾及不捡拾3个处理对地膜残留量、残留系数及玉米产量的影响。结果表明:0~10 cm土层地膜残留最多,不捡拾处理残膜量显著高于常规捡拾,完全捡拾与常规捡拾差异不显著;10~20 cm土层地膜残留量其次,不捡拾处理残膜量与常规捡拾差异不显著,完全捡拾则显著少于常规捡拾;20~30 cm土层地膜残留最少,处理间差异不显著;0~30 cm土层,完全捡拾处理下,面积25 cm~2、4~25 cm~2中大块残膜片数显著少于常规捡拾和不捡拾处理,而面积4cm~2残膜片数与常规捡拾和不捡拾差异不显著;2014年玉米收获后,常规捡拾、完全捡拾及不捡拾处理下地膜残留量分别为80.85、52.71 kg·hm~(-2)及152.65 kg·hm~(-2),地膜残留系数分别为8.53%、-9.45%及54.42%;3种捡拾处理对玉米茎粗、穗长、穗粗、穗行数、行粒数及百粒重均有影响,随捡拾度增加,各指标均呈增加趋势;与常规捡拾相比,不捡拾处理下4年平均减产15.08%,完全捡拾处理下平均增产4.70%。综合分析不同捡拾方式对地膜残留量、残留系数及玉米产量的影响,建议在没有适宜的残膜回收机械的情况下,应采用农民常规捡拾方式,但从长远发展来看,须尽快研发推广适宜的残膜回收机械。     

地膜厚度对马铃薯生长及农田水热条件和残膜污染的影响

为寻求阴山北麓农牧交错带马铃薯种植适宜的农用地膜厚度,揭示地膜厚度对马铃薯生长发育、土壤水热状况及地膜残留的影响规律,并评价其经济效益,选择当地主栽作物马铃薯为研究对象,在膜下滴灌栽培方式下通过设置4种地膜厚度(0.006、0.008、0.011 mm和0.012 mm)的田间试验,研究地膜厚度对马铃薯生长发育及地膜残留的影响。结果表明,增加地膜厚度对株高有促进作用,出苗率在0.008 mm处理最高。生育期土壤水热状况:增厚地膜可提升4周内0～20 cm土壤贮水量,随后作用相反,播后4周是土壤贮水量响应的拐点,并且在5周内可促进地表以下5 cm处的土壤积温。0.008 mm处理的产量、商品薯率和经济效益均最高。土壤残膜量随地膜厚度增加而增大,但回收难度随之降低,且加深翻耕深度加重了20～30 cm土层的残膜污染,需要通过加强残膜回收机具的研发利用来削减残膜系数,降低农田白色污染,提高土壤环境承载力。推荐阴山北麓农牧交错带马铃薯种植采用0.008 mm地膜配套适宜残膜回收机具以获得优良的经济效益与生态效益。     

论农田“白色污染”的防治技术

在调查、试验研究和推广应用的基础上，介绍了农田土壤中地膜残留引起“白色污染”的现状、原因，及对农田土壤、作物生长及其产量的不良影响。认为残留地膜降低了土壤的渗透性能，减少了土壤的含水量，削弱了耕地的抗旱能力。同时，残留地膜阻碍了农作物的根系生长，影响了作物的生长。土壤中残留地膜达到一定数量时，就会引起农作物减产；提出了防治残留地膜污染的技术，即适期揭膜技术。     

新疆棉田地膜残留对棉花产量及土壤理化性质的影响

为了探讨地膜残留对棉花产量的影响,该文在全面调查新疆北疆短绒棉主栽区地膜残留状况的基础上,根据地膜残留趋势,人工设置地膜残留密度梯度（0、250、500、1 000、1 500、2 000 kg/hm2）,选择新陆早33号（发达根系）和新陆早13号（不发达根系）2个棉花主栽品种,研究了地膜残留对棉花产量性状和土壤理化性质的影响。结果表明,随着地膜残留密度的升高,2个品种产量和成苗率均呈下降趋势,新陆早13号减产趋势更加明显,早熟度明显提前。如果按照现有的地膜残留趋势,则覆膜68 a左右,即现在往后38 a,残膜密度将达到1 000 kg/hm2,新陆早33号和新陆早13号产量分别下降18.1%、13.5%,成苗率分别下降8.4%、16.5%,早熟度分别上升17.0%、26.7%。当残膜密度为2 000 kg/hm2（覆膜141 a左右）时,新陆早33号和新陆早13号产量分别下降38.3%、45.2%,成苗率分别下降13.0%、21.1%,早熟度分别上升32.2%、27.7%;生物量、根冠比和根系表面积等生长指标都与没有残膜下生长的棉株存在显著差异。地膜残留可导致土壤理化性质恶化,水分分布不均,土壤营养下降。其中在残膜密度为2 000 kg/hm2时,碱解氮、速效磷分别下降55.0%、60.3%。研究表明新疆地膜残留对棉花产量和土地产生明显影响,如不及时采取措施,将严重危害棉花可持续发展与土地的可持续利用,必须引起足够重视。同时发现,应用、培育发达根系的棉花品种可以一定程度上缓解地膜残留对产量的不利影响。