尹少媛，赵宝平*，米俊珍，刘宏金，郭晓宇，武岩，包菡，杨帆，武俊英，刘景辉
（1.内蒙古农业大学农学院，呼和浩特 010019；
2.内蒙古农牧业生态与资源保护中心，呼和浩特 010010）
地膜覆盖栽培可有效减少农田土壤水分的蒸发，提高土壤水分的利用效率，使土壤保持适宜的温度、湿度，是一项既能防止水土流失，又能提高作物产量的常用措施，已经成为当前国内外广泛使用的农业技术，在我国提高农业生产力中发挥着重要作用。随着地膜投入量不断增加、地膜覆盖面积不断加大以及覆膜年限的增加，我国农田土壤中地膜残留量越来越大，导致我国农田生态环境出现严重的“白色污染”问题。WANG等在我国西北地区进行了一次大规模残膜调查，发现小尺寸残膜的微塑料含量高于中大型尺寸，在施肥地块中，地膜微塑料颗粒数量约为未施肥地块的2倍。残膜微塑料累积会破坏土壤结构，研究发现土壤微生物生物量碳、微生物生物量氮、土壤酶活性和土壤微生物群落多样性与地膜在土壤中的残留水平明显相关，累积的残膜会影响土壤中水分和养分的运移，降低土壤肥力，阻碍作物根系生长，最终导致作物减产。我国新疆、内蒙古、甘肃等地区气候干旱、水资源紧缺，地膜用量较大且覆盖面积很广，导致这些地区残膜污染较严重，这严重影响了我国农业可持续发展。
当前关于内蒙古农田地膜污染治理现状研究大多集中在农膜残留分布特性调查及影响因素分析方面，然而对内蒙古不同种植区域、不同覆膜年限及不同土层残膜分布状况及发展趋势等方面的了解还不足。因此，本次研究采用实地调查与问卷相结合的方法，根据内蒙古气候特点，选择内蒙古自治区东北湿润平原区、北方高原山地区和西北干旱半干旱平原区3大典型区域的30个监测点，对监测点地膜使用、回收与残膜污染现状进行了调研，并对相关样地土壤取样，分析地膜残留量、残片数目及残膜在土壤中的空间分布情况，旨在为内蒙古农田地膜的科学使用及残膜回收提供数据支持，同时为全国耕地土壤残膜污染评价提供依据。
1.1 试验样地
选择内蒙古自治区东北湿润平原区（呼伦贝尔市扎兰屯市、通辽市开鲁县、兴安盟扎赉特旗）、北方高原山地区（赤峰市喀喇沁旗、赤峰市翁牛特旗、乌兰察布市化德县、乌兰察布市凉城县）和西北干旱半干旱平原区（鄂尔多斯市达拉特旗、巴彦淖尔市临河区、巴彦淖尔市杭锦后旗）3大区域作为残膜调查的代表性区域。样地选择首要标准是连续覆膜种植作物的农田，此外，考虑到覆膜年限、地膜使用量、土壤质地等影响因素，每个典型区域选择3～4个样地作为调查对象，共计30个样地（表1）。
表1 内蒙古残膜监测点地膜使用及回收情况（2021年）Table 1 Input and recovery of plastic film at monitoring points in Inner Mongolia（2021）
根据调查情况选择以下3个代表性区域进行描述：一是喀喇沁旗王爷府镇团结地村（118.61°E，41.83°N），农田残膜量属于较高水平且远超国家农田残膜量限值，土壤类型主要为砂土，覆膜作物主要为玉米，是一年一熟的单作制，早在1986年就开始使用覆膜栽培，到2021年覆膜35 a，目前采用机械覆膜。喀喇沁旗无回收残膜的网点，离田的残膜有20%就近焚烧处理，80%堆置田头。二是化德县朝阳镇补龙湾村（114.16°E，41.84°N），农田残膜量最少的地区，主要覆膜作物为甜菜和露地蔬菜，一年两熟制，从1995年开始使用覆膜栽培，到2021年覆膜26 a，目前采用机械覆膜、机械回收，且设有残膜回收网点。三是巴彦淖尔市临河区干召庙镇民主村（107.29°E，40.76°N），农田残膜量属于较低水平且未超过国家农田残膜量限值，该地早在1982年就开始使用覆膜种植技术，到2021年覆膜39 a，是调查地区中覆膜年限最长的地区，土壤类型主要为壤土，覆膜作物主要为露地蔬菜，是一年一熟的单作制，目前采用机械覆膜、复合（机械-人工）回收，且设有残膜回收网点。
1.2 残膜样品采集
2021年4 月，为不影响各地区作物按时种植，在整地播种前进行残膜样品采集，每个样地随机选取5个样方，采样面积为1 m（1 m×1 m）。先剥离表层地膜，每10 cm为一层，分别在0～10、10～20 cm和20～30 cm 3个土层中取土，再分别过10目筛，仔细拣出肉眼可见的残膜，并注意在收集完成后尽可能恢复土壤原貌。
1.3 残膜样品处理
先将收集的残膜带到实验室用自来水清洗，再用超声波清洗仪（BRANSON 5800）进一步清洗30 min，取出后放置于阴凉干燥处晾干，展开卷曲的残膜（切勿将残膜撕碎），用万分之一天平称量，记录地膜残留量；
再将展开的残膜置于带网格（1 cm×1 cm）的A4纸张上，分别以残膜面积＜4、4～25 cm和＞25 cm为标准，分类统计收集到的残膜的数量。
1.4 问卷调查
取残膜样品的同时，对监测地块的农户进行问卷调查。调查内容包括覆膜年限、覆膜量、地膜厚度、回收量、回收方式、土壤类型和种植作物等。由表1可知，调查样地作物种植覆膜年限在8～39 a，地膜每年使 用 量为49.48～89.96 kg·hm，地膜厚度0.008～0.012 mm，其中≥0.010 mm的地膜占80%以上，每年地膜回收率大约为81%，北方高原山地区的回收率达到84.03%。
1.5 数据分析
基于SPSS 25.0，运用单因素方差分析（One-way ANOVA）进行各项指标之间的差异性分析。文中数据均为平均值±标准误，用Origin 2021b制图。
2.1 不同作物种植区残膜分布特征
2021年内蒙古自治区30个地膜监测点0～30 cm土层的残膜量如图1所示。3个区域残膜分布情况如图2所示。作物耕层土壤中残膜平均含量在127.09 kg·hm，3个区域差异显著，东北湿润平原的农田土壤残膜量为59.21～188.93 kg·hm，北方高原山地区残膜量为30.09～352.81 kg·hm，西北干旱半干旱平原区残膜量为39.66～158.26 kg·hm。对比《农田地膜残留量限值及测定》（GB/T 25413—2010）中的农田地膜残留量限值（75 kg·hm），内蒙古残膜监测点只有28%的作物种植区土壤残膜量低于残留量限值。
图1 30个样地0～30 cm土层中的地膜残留量Figure 1 Residual amount of plastic film in 0～30 cm soil layer of 30 sample sites
图2 不同区域0～30 cm土层中残膜量比较Figure 2 Comparison of residual film amount in 0～30 cm soil layer in different regions
不同覆膜年限土壤残膜质量和片数如图3所示。随着覆膜年限增加，土壤残膜质量和残膜片数有先减小后增加的趋势。与＜14 a相比，14～28 a和＞28 a样地残膜质量显著减少了5.45%和0.61%（＜0.05），见图3A。残膜数量显著减少了4.88%和1.94%（＜0.05），见图3B。此外，处于较大四分位数的残膜质量和残膜片数都有随覆膜年限增加而增加的趋势，即整体来看，土壤残膜质量和残膜片数的最大值会随着覆膜年限增加而增大。
图3 不同覆膜年限土壤残膜质量和片数Figure 3 Residual film weight and film number of soil with different film covering years
2.2 不同覆膜年限耕层土壤残膜分布特征
土壤中的残膜主要分布在浅层土壤（0～10 cm），其含量总体随土层深度增加而逐渐降低，且随着覆膜年限增加，残膜表现出向深层下移的趋向（图4A）。0～10 cm残膜含量所占比例为47.8%～64.2%，整体表现为＞28 a最少，14～28 a次之，＜14 a最多。与＜14 a相比，14～28 a和＞28 a含量所占比例显著降低（＜0.05）。10～20 cm所占比例为30.3%～36.4%，表现为＜14 a最少，14～28 a次之，＞28 a最多。与＜14 a相比，14～28 a和＞28 a所占比例显著增加（＜0.05）。20～30 cm所占比例为5.4%～15.8%，表现为＜14 a最少，14～28 a次之，＞28 a最多。与＜14 a相比，14～28 a和＞28 a所占比例显著增加（＜0.05）。
土壤中的地膜残片也主要分布在0～10 cm土层中，且残片数随土壤深度增加而逐渐降低，随种植年限增加，残片表现出向深层土壤下移的趋向（图4B）。0～10 cm残片数所占比例为46.5%～59.6%，表现为＞28 a最少，14～28 a次之，＜14 a最多。与＜14 a相比，14～28 a和＞28 a残片数所占比例显著降低（＜0.05）。10～20 cm所占比例为24.3%～29.2%，表现为14～28 a最少，＞28 a次之，14 a最多。与＜14 a相比，14～28 a和＞28 a残片数所占比例显著降低（＜0.05）。20～30 cm所占比例为11.2%～27.0%，表现为＜14 a最少，14～28 a次之，＞28 a最多。与＜14 a相比，14～28 a和＞28 a残片数所占比例显著增加（＜0.05）。
图4 不同覆膜年限土壤残膜空间分布特征Figure 4 Spatial distribution characteristics of soil residual film in different mulching years
2.3 不同面积残膜分布特征
2.3.1 不同覆膜年限不同面积残膜分布特征
调查发现小面积残膜（＜4 cm）比例会随覆膜年限增加而增加，达到一定的数值后略有降低（表2）。不同覆膜年限样地＞25 cm和4～25 cm残片数量和比例均显著低于＜4 cm（＜0.05）。＞25 cm残片数随覆膜年限增加而减少，＜4 cm残片数随覆膜年限增加而增加，＞25 cm和4～25 cm所占比例总体表现为随覆膜年限增加而降低的趋势，＜4 cm所占比例表现为随覆膜年限增加而增加的趋势。
表2 不同覆膜年限下不同残膜面积的分布数量和比例Table 2 Distribution quantity and proportion of different residual film sizes under different film covering years
2.3.2 不同土层不同面积残膜分布特征
调查发现随土壤深度增加小面积残片（＜4 cm）比例有增加的趋势（表3），且残片主要集中在土壤浅层（0～10 cm）。3个土层均表现为＞25 cm残片数显著低于4～25 cm和＜4 cm残片数（＜0.05），各土层＞25 cm残片比例显著低于4～25 cm和＜4 cm残片比例（＜0.05）。
表3 不同土层中不同残膜面积的分布数量和比例Table 3 Distribution quantity and proportion of different residual film sizes in different soil layers
3.1 监测点作物种植区残膜分布特征及发展趋势
本研究对内蒙古作物种植地区30个样地土壤耕层（0～30 cm）的残膜调查发现，内蒙古自治区农田地膜残留量介于36.03～294.48 kg·hm之间，平均值为127.09 kg·hm，远高于黄淮海、河西走廊张掖绿洲和山东的覆膜农田残膜含量，低于新疆的农田土壤耕层平均地膜残留量（206.46～405.00 kg·hm）。这可能主要是由于农田地膜使用量和种植模式有区域特征，造成残膜量出现区域分布差异大的现象，新疆、内蒙古等地区气候干旱、水资源紧缺，因此地膜使用量较大、地膜覆盖面积较广，残膜污染也较严重。农田地膜残留量是农田残膜污染的最主要衡量指标，反映了该地区长期覆膜种植下土壤中的残膜量化值。对比《农田地膜残留量限值及测定》（GB/T 25413—2010）中的农田地膜残留量限值（75 kg·hm），内蒙古作物种植区有7个调查样地的土壤残膜量未超过国家农田残膜限值标准，6个调查样地土壤残膜量与国家农田残膜限值标准相当，17个调查样地土壤残膜量超过国家农田残膜限值标准，说明内蒙古作物种植区残膜污染状况较严重。
调查发现覆膜作物为玉米的农田残膜量最多，其次为向日葵和蔬菜（表1），主要原因可能是种植玉米的地块覆膜量较多，其平均覆膜量比菜地多12.7%，此外，虽然菜地的平均覆膜年限比玉米地的平均覆膜年限多7～8 a，且菜地的壤土比例更高，但是由于农户更注意保护菜地的土壤环境，因此对菜地的残留地膜回收力度更大，这与马彦等在甘肃省的调查类似，但与张丹等在华北地区的调查不同，我国华北地区土壤耕层地膜残留总量居前3位的作物是蔬菜、棉花和花生，这主要与该地区这3种作物地膜残留强度高、覆膜面积大有关。此外，地膜残留量与地膜厚度也有关，地膜越厚越不易破碎，可以降低捡拾残膜的难度，但本次调查发现仍有20%的地区使用微膜（0.008 mm），因此还要加强宣传使用厚地膜的好处。
内蒙古的地膜残留污染防控还需因地制宜地采取多种措施，使用可降解地膜和机械化回收地膜是地膜残留污染防控的关键措施。调查发现，有70%的地区使用机械回收地膜、10%的地区不回收地膜，而离田的地膜80%堆置田头、20%就近焚烧，长此以往，会使农田残膜污染日趋严重。此外，还应研发适合不同作物、不同区域的低成本可降解地膜，本次调查发现由于玉米秸秆残渣容易与地膜缠绕，很难将二者分离，导致玉米田里残膜量较多且地膜破碎度较高。此外，要增加残膜回收机械的种类和功能，尽可能满足种植模式的多样性，降低回收成本、提高回收效率。
3.2 耕层土壤残膜分布规律及影响因素
本次调查发现，残膜量表现为10～30 cm的土层残膜含量比例随覆膜年限增加而增加，而0～10 cm的土层中残膜含量比例随覆膜年限增加而减少，这一现象与前人的研究结果有所不同，主要原因可能是农户回收地膜时更注重覆膜年限较长的浅层土壤的残膜回收，因此要加强对农民的深入宣传和教育，调动农民的积极性，增强农民回收残留地膜的意识。
残膜主要集中在0～10 cm土层中，表现出典型的层状空间分布特点，且残膜含量和残膜片数都有随着土壤深度的增加而减小的趋势，后者表现为在0～10、10～20 cm土层中随覆膜年限增加而降低，而在20～30 cm土层中随覆膜年限增加而增加，主要原因是0～20cm的土层中面积较大的残片（＞25 cm）占比较大，但在耕种和风化等作用下，20～30 cm的土层中小面积的残膜（＜4 cm）占比较大，即土壤浅层的残膜量高于深层，但随着覆膜年限的增加，残膜有向深层移动的趋势，且小面积残片比例随土壤深度增加而增加，这与马彦等、王学霞等和VINOTH等的研究结果一致。
3.3 地膜残留防治方案
由于内蒙古作物种植区耕层土壤地膜残留量已超过国家标准，因此要加强防治该地区农田地膜残留污染。可从以下三方面探索该地区的地膜污染防治措施：一是加强农用地膜使用回收管理，检查残膜回收网点和回收再利用情况；
二是开发推广性价比更高的可降解地膜，取代传统的聚乙烯地膜；
三是结合区域特点和作物种类制定残膜回收方案，组织农户、回收企业等多方共同完成好残膜回收工作。
（1）本次内蒙古作物种植区耕层（0～30 cm）土壤地膜残留调查发现，平均地膜残留量为127.09 kg·hm，高于我国农田残留量限值，且3个区域残留量差异明显，表现为北方高原山地区＞东北湿润平原地区＞西北干旱半干旱平原区。内蒙古的地膜残留污染日趋严重，并且农户的回收意识更加影响农田残膜量，因此要研发适合不同作物、不同区域的低成本可降解地膜，并增加残膜回收机械的种类和功能。
（2）土壤残膜主要集中在0～10 cm土层中，表现为0～10 cm的土层中残膜含量比例随覆膜年限增加而减少，而10～30 cm的土层残膜含量比例随覆膜年限增加而增加，且随着种植年限的增加，小面积残膜（＜4 cm）呈现向深层土壤下移的趋势。
（3）内蒙古农田是我国典型的覆膜种植区域，也是残膜污染的重灾区，现阶段仍存在进一步扩大污染的可能，建议采取适当措施加强农用地膜回收力度，推广应用可降解地膜，加大宣传回收地膜的益处，提高农户回收地膜的意识，降低该地区作物种植区出现的地膜污染。
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