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【题目】农用地膜残留影响因素探析
【第一章】农膜残留及防治文献综述
【第二章】农膜使用现状及残留研究思路和内容
【第三章】永丰镇农膜残留现状调查
【第四章】覆膜方式对农膜残留情况调查
【第五章】农膜厚度对耕地环境及农作物产量的影响
【结论/参考文献】永丰镇农膜残留问题研究结论与参考文献
一、文献综述
1.1 农业面源污染现状
随着工农业的迅速发展，我国的环境问题日益凸显，土壤作为人类生存和生活物质的重要基础来源，承受的压力日益凸显。在经济和科学技术飞速发展的今天， 大气污染、土壤重金属污染、水体污染等一些与人类生存息息相关环境污染的已被人们越来越重视，并逐步得到合理有效的治理，同时，土壤农膜残留等农业环境面源污染所占的比例相对增加。据1998 年 Dennis L等的研究表明，面源污染已影响全球约有近一半的地表（Dennis L, et al., 1998）。对面源污染防治的加强，既是环境污染治理面临的重要课题，也是社会主义新农村建设的必然要求。
农业面源污染主要是在农业生产活动过程中产生的，农业用的生产资料化肥等通过地表径流、渗漏等进入地下形成的环境污染（李秀芬等，2010）。农业面源污染和造成农业面源污染物的特点使得土壤面源污染成为目前国内外环境污染治理的难点领域。研究资料表明，1998 年农业面源污染约导致全球 1.44 亿 hm2耕地退化（Dennis, et al., 1998）。
欧洲国家的水体、特别是地下水硝酸盐、地表水中磷富集的最主要原因是这些国家的农业面源污染。据研究表明，1987 年地表水残留总负荷的 1/5-7/10 的磷是由农业面源排放导致的（Vighi and Chiaudani,1987）。瑞典、爱尔兰、芬兰、荷兰等国的湖泊及地下水体中农业面源污染占 50%以上（Boers et al., 1996; Foy et al., 1995; Lena et al., 1994; Uunk et al., 1991）。在美国和欧洲其他国家也存在同样的农业面源污染情况（Lowrance et al., 2000;Mander et al., 1997）。
作为农业面源污染的主要污染源-农膜，已经成为现代农业生产必不可少的农业生产资料。严昌荣等 2005 年的研究数据显示（严昌荣等，2006），我国农膜使用量和覆盖作物呈上升趋势。农膜是由人工合成的一种高聚物，如果不进行捡拾在土壤中停留时间很长，如果进行自然分解需要几百年的时间。近年来，农膜的大量使用和农膜覆膜年限的增加，在土壤中残留的大量农膜已经对农田土壤造成了污染，在局部地区农膜的残留已经对农业生产和环境造成了破坏（史海娃等，2008）。
1.2 农膜使用对耕地环境污染的现状
1.2.1 农膜对农业发展的贡献
为了提高耕地利用率，我国一些干旱、高寒地区大力推广使用农膜。农膜能够使土壤增温、保墒的这些显着优点，能够缩短作物的生长周期，提高农产品的产量和品质，农膜已成为农业生产的第三大农业生产资料。农膜覆盖已经广泛应用于粮食作物、经济作物、蔬菜、水果、花卉培育、育苗等。据研究表明，粮食作物覆盖农膜可以普遍增产 30%左右，经济作物增产 20~60%（黄晓梅等，1998）。
农膜的应用不仅保持了土壤水分，使得土壤温度提高，同时又能够调解土壤养分的转化，使得微生物的活动增强，进而提高农作物对温度、光的利用率，而且有对农田杂草生长和土壤盐碱化存在抑制作用，从而促进作物生长发育，最终达到农作物产量提高的目的（南殿杰等，1996;Li et al., 2004）。1982 年我国地膜使用量仅有 0.6 万吨，截止到 2011 年我国地膜的使用量已经达到 124.5 万吨，在将近30 年间，我国地膜使用量增长了 200 多倍，目前还在继续增长。农用地膜已经成为我国现代化农业生产中必不可少的农业生产资料之一。
据统计表明，截止 2011 年，全国有 1979.1 万 hm2的农作物覆盖地膜。我国的高山丘陵地区、冷凉和干旱区域如华北、西北、东北及南方等地，农膜覆盖使得土壤温度增加，土地利用潜力得到提高。目前，已在海拔 1000~1500 m 的高寒地区采用农膜技术种植玉米，相当于又增加了 19.5 亿 hm2的耕地（蔡金洲等，2013;刘金军等，2009）。农膜覆盖技术已经成为我国贫困地区 6000 多万人口的重要的农业生产技术投入，帮助农民摆脱贫困落后的局面。
农膜的覆盖不仅能阻隔土壤水分的蒸发，减少土壤水分损失，起到蓄水的作用，还可以在雨量大时，起到防涝的作用。研究表明，农膜覆盖可以促进植株的生长发育，覆盖农膜可以缩短农作物的发育期约有一周左右。此外，农膜覆盖可以抑制田间杂草的生长，使用黑色农膜覆盖抑制杂草生长的作用尤其明显。研究表明，覆盖了农膜的农田与不覆膜的农田相比农田杂草相对减少 1/3（刘金军等，2009）。农膜的大力推广使用促进了现代农业发展的同时，农膜技术的发展又将促进农业的发展。
1.2.2 农膜使用现状
20 世纪 50 年代初，研究人员发现，覆盖农膜能够使土壤温度和水分得到保持，欧美、日本等发达国家最先在农业生产中使用塑料薄膜，农业生产力和生产方式随着农膜的应用有了飞跃式的发展。我国农膜覆盖技术的应用是 1978 年从日本引进，到 80 年代全国已有 23 个省份推广使用农膜覆盖技术来提高农产品产量及质量。目前，在我国的东北、西北地区农膜覆盖技术应用尤其广泛；在新疆、山东、内蒙古、黑龙江、甘肃等省份（张东兴，1998）农膜已经成为农业生产必不可少的农业生产资料之一。截止目前，我国的农膜年用量已接近几百万 t,使用农膜的耕地已达上千万公顷（李明洋和马少辉，2014），约有 50 余种的农作物生产覆盖地膜 （杜晓明等，2002;王罕博等，2012;肖军等，2005），应用面积和范围的扩大，使我国已经成为农膜覆盖栽培面积最大的国家（严昌荣等，2010）。
凉州区气候干旱少雨，主要靠祁连山冰雪融水进行农业灌溉，是甘肃重要的粮食作物主产区，年均降水 200 mm 左右，农膜覆盖技术作为旱作农业的一场技术革命，近年来，凉州区大面积推广使用农膜覆盖技术，使得农膜的使用量逐年增长。截止 2015 年，全区农膜使用面积达 7.67×104hm2、农膜用量 90.00 kg/hm2左右，农膜总用量近 7000 t;棚膜使用面积 2.13×104hm2、6600 t 左右。
农膜覆盖技术的广泛应用，对于提高农作物产量效果显着。随着农膜覆盖技术在为农业发展带来巨大变化的同时，也给生态环境带来了严重的负面影响（何文清等，2009）。目前，我国使用最多的是以聚乙烯（PE）和聚氯乙烯（PVC）为主要材料的塑料农膜（吕江南等，2007）。这种高分子化合物在自然条件下进行降解很困难，在土壤中残留时间可达 200~400 年（王频，1998），降解过程中还会有有毒物质融出。
国产农膜最主要的原料是石油的下游产品，主要来源于线型低密度聚乙烯（LLDPE），这是我国企业生产农用薄膜的主要原料。而我国作为最大消费领域的薄膜，其中农用薄膜约占 1/4（钱晓涵，2007）。据 2006 年的统计数据显示，我国农膜生产产量位居世界第一位，这相当于世界其他所有国家农膜生产总量的 1.6倍，农膜的产量约占塑料薄膜产量的 16.28%,同比增长 9.6%（杨伟才，2007）。
1.2.3 农膜在土壤中的现状及残留原因
由于我国多使用厚度<0.008 mm 的超薄膜，强度低，耐用性差，使用寿命短，熔融指数（VII）偏高，一些不适合被用作农膜的树脂材料也被农膜生产企业用作原料制造塑料农膜，这些不符合国家标准的劣质农膜（约占农膜用量的 1/5）不易清除，易破碎，极易残留在土壤中（魏迎春和唐琳，2010）。对于残留在土壤中的农膜不及时进行回收，随着逐年使用，土壤中残留的农膜不断累积。研究表明，如果农田覆膜 5 年，农田中地膜残留量可以达到 78 kg/hm2,农膜残留造成的污染，已经成为当前农业生态环境面源污染的重要问题之一（张超坤，2001）。农业环境监测部门及国内一些研究人员对农膜的残留情况进行的调查显示，在广泛使用的区域，农膜都有不同程度的残留污染。马辉等对华北典型区域棉田中的农膜残留调查数据显示，棉田土壤农膜残留量达 59.1~103.4 kg/hm2（马辉等，2008;孙志浩，2005）；研究人员在对河南省的花生地农膜残留情况调查中发现，耕层土壤中农膜残留为每年平均达到 66 kg/hm2,严昌荣等对新疆棉田的耕层土壤中调查发现，耕层棉田中农膜平均残留量是全国水平的 4.5 倍 （严昌荣等，2008）。
当残留农膜过多时，就会对土壤造成破坏。研究表明，在土壤中残留的农膜主要集中分布在 0-10 cm 厚的土壤耕作层中，占到土壤残留农膜的 2/3,其余的农膜则分布在 10-30 cm 厚的土壤之间，土壤深度在 40 cm 以上则几乎没有分布（温明，2014）。据统计数据表明，覆膜 5 年农田土壤中的农膜残留量可达 78kg/hm2（孙铁珩，宋雪英，2008）。统计数据显示，2006 年我国农田覆盖农膜约有670 万 hm2,农田残膜残留状况日趋严重（方淑荣、刘正库，2006）。
1.3 农膜残留特点及其影响因素
1.3.1 农膜残留的特点
农膜残留具有累积性。残留在土壤中的农膜在土壤中可以残存长达 200-400 年，这就使得土壤存在时间上的累积，这是残膜残留的最大特点（何文清等，2009）。2008 年马辉等对棉田里农膜残留特点的研究表明，覆膜年限越长，农田耕作层中农膜残留量越大（马辉等，2008），2009 年，何文清对新疆的农八师 147团的调查结果也得出了同一结论（何文清等，2009）。回收措施落后，回收力度不够，覆膜年限越长，导致土壤农膜残留越严重（程桂荪等，1991）。
农膜残留具有层次性。农膜主要是在土壤的耕作层上覆盖，所以大部分残膜集中在土壤的耕作层，齐小娟和马辉等的研究表明土壤中残留的农膜 2/3 左右集中分布在 0-10 cm 的土壤耕作层，其余则分布在 20-30 cm,往下则没有分布（齐小娟等，2001;马辉等，2008）。严昌荣等的研究表明，对于土壤中农膜残留量受到农膜覆盖年限的影响，如表 1.1 所示，随着覆膜年限的增加而增加，但增加比例变化不大。
残留农膜形态具有不规则性。受耕作方式和农膜使用情况的影响，残留在土壤中的农膜大小和形态呈现不规则性。由于残留形状的不同，在土壤中的分布也不同。片状主要呈水平状分布（何文清等，2009）。安琼的研究表明，农膜残片面积在 10-15 cm2约占土壤中农膜残留量的 3/4,残片面积小于 5 cm2的约占 13%（安琼，1996）。东北和华北地区的土壤中农膜残片面积大多在 20-50 cm2.
农膜残留具有复合型。为了使农膜保持稳定性，在农膜添加一些含有重金属的盐类作为稳定剂。在覆盖过程中从农膜中溶出，渗入土壤中，造成土壤重金属残留，在作物中产生积累，对农作物品质产生影响，进而威胁到人类健康（刘金军等，2009）。
1.3.2 农膜残留的影响因素
农膜在土壤中的残留受地形及耕作方式和作业机械的影响。由于地形及耕作机械及方式的不同，残膜分布在土壤中的各层也有所不同。2014 年，严其昌等人的研究表明，甘肃由于其干旱、寒冷的气候因素，农业生产中农膜使用量在调查的省份中最大，为 75 kg/hm2,农膜使用量最少的是河北，为 33 kg/hm2,新疆、甘肃、宁夏三省农田农膜覆盖率达 80%以上，而西南山地和华北平原地区覆盖率约是西北三省的 1/2（严昌荣等，2014）。何文清等在新疆的调查中则由于耕作机械及土壤耕翻尺度的不同，在 30 cm 以下的土壤中仍然有残膜分布（何文清等，2009）。
土壤地膜残留量受到地膜使用量和使用方式的影响。如表 1.2 所示，严昌荣等的调查结果表明，新疆由于受到地理、气候等因素的影响，农田长期覆盖地膜，土壤中地膜残留量最高达 259.10 kg/hm2,湖北地区由于雨水充足，气温较高，农田地膜残留量在所调查的地区内最低，达 71.90 kg/hm2（严昌荣等，2014）。从区域上看，气候因素是影响农膜使用量的重要原因，西北地区干旱、寒冷，农田土壤中农膜残留量较大，华北和西南地区温暖、湿润，作物对地膜的覆盖要求低，远低于西北地区土壤中农膜残留量 （何文清等，2009）。
农膜在土壤中的残留受农膜使用情况和农事耕作活动的影响（徐刚等，2005）。残留土壤中的农膜大小和形态各异，残膜分布也存在差异。区域农田土壤中由于耕作方式的不同，农膜残片数量、面积差异性很大，研究表明残膜片数与农膜残留量之间存在正相关关系，随着覆膜年限的增加，土壤中残膜数量也随之增加，深层土壤残膜数量远远低于浅层土壤（严昌荣等，2014）。
1.4 残留农膜对农业生态环境的危害及其影响
1.4.1 破坏土壤的原有结构和平衡
被残膜挡住的重力水在自身的重力下向下很难渗入，土壤通透性降低，从外界吸收水分、养分受到阻碍，最终影响了土壤与外界空气的交换（肖军、赵景波，2005），对土壤微生物活动和土壤正常结构的形成造成影响最终使土壤板结，严重的会造成土地的盐碱化，使作物难以生长。在新疆等干旱地区的研究表明，土壤中的残膜可以导致地下水下渗困难等（吾甫尔江·托乎提等，2000）。
1.4.2 影响农作物产量
残留在土壤中的农膜致使根系吸水、吸肥的能力下降。播种在残膜上的种子由于残膜的阻挡无法吸收水分和养分，播种在残膜下面的种子则难以穿透残膜，影响作物出苗（李明洋和马少辉，2014）。赵红萍的研究表明，每公顷土地的农膜残留量超过 189 kg 时，玉米、蔬菜、棉花三种农作物平均减产约 8%（赵红萍，2009;姜益娟等，2001）。据田间试验研究表明，农田中农膜残留量达 60-90 kg/hm2时，玉米的产量可减少 8.96-10.78%;蔬菜产量与土壤农膜残留量二者呈负相关（刘金军等，2009）。根据新疆兵团环境部门测定，土壤中农膜残留量达 58.5 kg/hm2时，可使玉米、大豆、蔬菜、小麦分别减产 11-23%、5.5-9%、14.6-59.2%、9-16%（谢静，2009;张保民等，1996）。赵素荣等研究数据（赵素荣等，1998）表明，土壤中农膜的残留严重影响田间作物的产量，在宁夏地区的研究（杨素梅等，1999）表明，残膜残留的危害主要是影响作物的出苗率。但蒋丽萍等的研究表明，有些作物受残留地膜的影响较小，土壤中农膜残留量低于 360 kg/hm2时西红柿的株、茎、叶受道的影响不大（蒋丽萍等，1998）这可能是由于作物根系特性所决定的（何文清等，2009）。
1.4.3 影响农村面貌和牲畜生命健康
残膜与饲草收在一起，牲畜误吃后，会导致牲畜肠胃紊乱、消化不良，严重的会造成牲畜死亡，给农民财产造成损失。农膜中含有的增塑剂具有显着的低水溶性和生物累积性，通过土壤进入饲草作物产生毒性，影响牲畜健康，进而危险人体健康（谢静，2009）。
部分残留农膜被填埋，回收利用不彻底。大量的残膜堆积在田间地头不能及时运出，起风时，残膜被吹到水里，树上，村庄里，对农村环境造成了严重的影响，形成"视觉残留"（袁俊霞，2003），严重影响到新农村的建设和发展。残留在农田中的农膜如不及时清理，还可能在机械翻地时缠绕上面，影响田间作业。
1.5 农膜残留防治的技术与途径
1.5.1 农田残膜机械化回收技术
西方国家农膜覆盖主要用于水果、蔬菜等经济作物覆盖期较粮食作物相对较短，使用的农膜厚度一般为 0.015 mm,同时采用收卷式回收机进行卷收（薛文瑾等，2005;王能勇等，2000）。该类机型结构简单，农膜成卷回收便于处理，部分破损不严重的回收农膜可以继续使用（曹肆林等，2008;曹肆林等，2012）。我国覆盖农膜厚度一般在 0.006-0.008 mm,甚至有<0.008 mm 的超薄膜，这种农膜拉伸度和强度都比较小，极易碎碎，清除和回收困难，收卷式农膜回收机并不适合我国（严昌荣等，2014;涂良斌，2012）。根据我国农膜特性及农膜残留的情况，我国现已开发出了弹齿式、齿链式、滚筒式、气力式等废旧农膜回收机具，但残膜回收作业难度大 （王吉奎等，2006;王吉奎等，2011）；部分机型不能使用于农田，还有待进一步改进（刘伟峰等，2003;薛文瑾等，2005）。
1.5.2 生物降解农膜替代技术
日本和德国是世界上最早开展生物降解塑料研发的国家（田岩，2004）。日本昭和电工已开发出可以生物降解农膜的绿色环保型的产品。德国 BASF 公司也生产出可降解的农膜产品。随着生物降解材料生产技术的成熟，我国塑料行业对可降解材料的研发则主要用于包装上，在对可降解农膜的产品研发方面则技术不成熟而受到局限。此外由于受到高成本的影响，生物降解农膜推广应用面临困难。
1.5.3 节约型农膜应用技术
农民在使用农膜覆盖时，为了减少农膜投入量，选用韧性、抗老化能力强、厚度适中的农膜，第一年使用后，破损程度小或基本没有破损，第二年耕种的时候可以不用再覆膜，直接在原有农膜上打孔播种，减低农膜使用量和农业生产成本，保障了农作物产量。农膜重复使用避免了长期覆盖农膜使用量的增加，减少农膜严重碎片化，降低了农膜回收难度（徐玉宏，2003）；在对作物生长不造成影响的前提下，减少了农膜的使用量，一定程度上减少了农膜覆盖度。研究结果显示，应用这种技术某些作物农膜覆盖度可降低 30%,作物增产效果变化基本没有（严昌荣，2014）。根据区域气候条件和作物的种类，揭膜方式和揭膜时间的合理选择，可以提高农膜回收率，对部分地区的调查表明回收率可达 90%.
1.5.4 严格标准，规范生产
国际上使用的农膜厚度一般为 0.012 mm,最薄不能<0.008 mm（王晓方等，1998），日本使用的农膜厚度为 0.015 mm,欧美等国农膜厚度一般是 0.020 mm,我国在农膜使用初期的 80 年代初，农膜厚度一般在 0.014 mm.随着经济的发展，我国塑料农膜生产企业降低成本，生产销售的农膜厚度基本在 0.005~0.006mm（何文清等，2009），甚至有的农膜厚度<0.005 mm.这种超薄（厚度<0.008 mm）的农膜极易老化，回收困难，极易残留在土壤中。为了降低农膜在农田的残留，在生产上国家制定了严格的标准，规划企业生产，保障农用地膜的质量，使农膜的质量达到国家标准，农民在使用时，提高了残膜回收率，降低农膜破损残留率，从而减轻残膜在农田的残留（周大纲，2010）。
1.5.5 强化环保宣传，加大残膜回收力度
强化环保宣传教育，提高环保意识，增强环保观念。政府制定残留农膜回收管理办法，充分调动农民回收农膜的积极性。建立残膜回收机构，提高回收的价格，鼓励农民回收残留农膜。
