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我国地膜应用与地膜残留污染防控新思考

来源: 发布时间:2020-01-08 作者:严昌荣、刘勤 点击量:

       地膜已经成为我国农业亟需生产要素之一,浸入农业的骨髓,在西北一些地区,没有地膜农民就不知道怎么种地,已经成为一种事实存在。但由于地膜来自于塑料,在塑料污染成为全球最为热门话题的前提下,地膜应用与残留污染也成为我国广泛关注的焦点。许多人在谈地膜,谈地膜应用与残留污染,但这片地膜承载着什么,与农业农村农民的厉害关系是什么,也许还需要深入思考。地膜应用与回收已经远远超出了农业、环境本身的范畴,需要我们认真审视和对待。
       一、地膜产品及应用概况
       (一)地膜产品价格和质量情况
        在2019年,普通聚乙烯地膜仍然是市场的主流产品,尤其是随着聚乙烯原料价格下降(LLDPE价格在8000元/吨左右),总体上2019年地膜产品成本和价格仍然双双走低(1.0万—1.2万元/吨)。虽然国标GB 13735-2017 实施使地膜单位面积重量增加,但单位耕地面积地膜产品投入成本与上年持平,或者略有下降。这种情况,在一定程度上影响了地膜新产品的研发和应用。
        2019年初,相关机构通过电商平台和农资销售市场直接购买获得了104个地膜样品,委托第三方检测机构对产品标识(推荐性指标)、厚度和厚度偏差(强制性指标)和力学性能(强制性指标)进行了检测。104个样品中符合国标强制性指标要求的仅2个,不合格率达98.1%,其中低于10微米样品占95.2%,低于8微米样品占85.6%,低于6微米样品占62.5%,地膜质量脱标问题依然十分严重。
        (二)地膜新产品开发和应用
       在地膜新产品研发上的亮点无疑是生物降解地膜,全国有近20家企业,包括生物降解树脂生产和地膜生产企业一直在开展相关工作,研发生产出各种生物降解地膜新产品,包括超薄生物降解地膜(6微米)。相比而言,生物降解地膜产品的质量和性能得到大幅度改善,尤其是在“五性”(安全性、操作性、功能性、可控性和经济性等)方面。生物降解地膜在水稻、马铃薯、加工番茄、烟草、甜菜和短季蔬菜都有良好应用效果,并基本形成了与生物降解地膜相匹配的农艺技术。2019年全国生物降解地膜应用面积近10万亩,主要分布在新疆维吾尔自治区、云南省、甘肃省、河北省、内蒙古自治区和东北黑龙江、吉林和辽宁三省等地区(图1)。

图1黑龙江省延寿县有机水稻生物降解地膜试验示范

       此外,为应对新疆维吾尔自治区棉花地膜应用和残留污染防控的需求,超高强度易回收地膜产品的研制和应用有了突破性进展,5种配方的超高强度易回收地膜产品面世,并在新疆维吾尔自治区不同区域开展试验示范3万多亩。棉花收获后仍保持高强度大幅度提高了地膜可回收性,相对低的产品成本、高可回收性以及配套回收机具的研发,为彻底解决新疆维吾尔自治区棉田地膜残留污染问题带来了曙光。
       (三)地膜覆盖技术应用和贡献
       根据农业农村部农膜污染防控重点实验室预测,2019年全国地膜用量149.7万-157.6万吨,农作物地膜覆盖面积2.76亿—3.05亿亩。地膜用量和作物覆盖面积较2018年分别略有增加。总体上,我国地膜覆盖面积处于稳中有增的态势。Meta分析显示,地膜覆盖技术使作物水分利用效率提高30%左右,大幅度减少了肥料流失和降低除草剂用量,作物产量提高30%左右。初步估算,我国地膜覆盖应用年直接经济效益为840亿—1260亿(表1)。

作物类型

覆盖面积

(百万公顷/年)

净经济收益

(元/公顷)

总经济收益

(百亿元)

低值农作物

6.5

1400—2100

3.1—14.0

中值农作物

7.0

4200—5600

29.4—39.2

高值农作物

6.5

7000—11200

45.5—72.8

总经济收入(百亿元)

84.0—126.0

表1 中国地膜覆盖技术应用的农业经济产出估算表

        注:低值农作物—玉米、杂粮、小麦,等。中值农作物—花生、棉花、烟草和一些常规蔬菜;高值农作物—西瓜、大蒜、生姜和一些反季节蔬菜。
        同时,地膜技术贡献不仅仅体现在直接经济价值,间接价值也不应低估,如节水的价值,作物水分利用率提高30%,对保障我国安全持续用水意义重大;减少3亿亩部分农药用量对环境保护的价值;干旱缺水地区贫困人口食物安全解决和经济收入提高等方面的价值,没有量化的数据并不可否认地膜覆盖技术的贡献,这也是我们未来需要研究的问题。
        二、地膜回收机具与回收应用
       (一)地膜回收机具的新进展
       2019年,地膜回收机具出现突破性进展,一大批与区域特点和作物种植模式相适宜的回收机具被研制出来,部分实现量产。

图2  4JMLE-210二阶链板捡拾秸杆粉碎还田和残膜回收联合作业机

       石河子大学研制的“4JMLE-210二阶链板捡拾秸杆粉碎还田和残膜回收联合作业机”(图2)和“4JMLQ-210前置清杂秸秆粉碎还田和残膜回收联合作业机”,已完成了10台回收机具的试生产。在北疆石河子总场和南疆的阿拉尔市及沙雅县进行了大面积示范应用,现场演示结果显示,残膜回收率超过95%,膜杂分离效果好,并实现了地膜卷收易于运输,机器性能可靠。产品的技术性能和工作可靠性得到了进一步的验证,为将来的批量生产奠定了良好的基础。
       甘肃农业大学研制定型的“11MFJ-125/210系列双升运链卷轴自卸式残膜回收机”(图3)适合于西北旱区全膜双垄沟播玉米种植模式,地膜回收率达96%,作业效率15亩/小时。研制量产了“4UMJ-2系列马铃薯挖掘残膜回收联合作业机”,能适合黄土高原地区马铃薯收获和地膜回收联合作业,残膜回收率达97%,回收残膜含杂率小于20%,这两种回收机具被列入2019年甘肃省农机购置补贴目录。

图3  11MFJ-125/210系列双升运链卷轴自卸式残膜回收机

       针对东北地区花生地膜机械化回收需要,中国农业科学院南京农机化研究所研制出“1MCDS-100A型铲筛式残膜回收机”、“1MP-240A型耙齿式自卸膜残膜回收机”和“1MP-240A型耙齿式自卸膜残膜回收机”等3种回收机具,能够实现秸秆、地膜分离和高效回收。试验结果表明完全适合东北地区农业生产需要。
       (二)地膜回收和处理情况
       系统普查结果表明,全国90%地膜回收通过人工捡拾完成,特别是在中东部人多地少,农业集约化程度高的地区,而在西北地区,特别是新疆维吾尔自治区、甘肃省和内蒙古自治区等地区,地膜回收主要以政府的引导和激励为主,地膜回收的机械化程度相对较高,同时,由于农事操作及其他自然因素将地膜从农田带出,实际存留农田地膜约25%—35%。回收地膜处理方式区域差异较大,在西北黄土高原、新疆维吾尔自治区等地区,农民将相当一部分回收地膜交给回收处理站,而在华北平原、西南山地,回收后的地膜则以丢弃和焚烧为主。甘肃陇东中东部调查结果显示,89.3%农户采用人工进行地膜回收,回收后的地膜50%交给当地农膜回收站,30%在田头被焚烧,丢弃和堆放在田头占20%左右。根据全国抽样调查,回收地膜80%左右被丢弃、焚烧或者填埋,20%左右回收地膜得到了再利用。
       三、全国农田地膜残留污染特点
      (一)地膜残留污染总体状况
       总体上,使用地膜覆盖农田都存在不同程度的残留污染问题,765个调查点数据显示,农田土壤中地膜残留量<30公斤/公顷的点位不足40%,>90公斤/公顷以上的点位占调查点位30.1%。西北内陆、北方农牧交错带、云贵高原是残留污染较严重的区域,三级和四级污染点位主要分布在上述区域,如新疆部分地区地膜残留量265.3—381.1公斤/公顷,而东南地区农田土壤地膜残留污染相对较轻,地膜残留量一般在30公斤/公顷以下。
      (二)地膜应用及残留污染监测预警
       为了全面掌握地膜残留污染情况,农业农村部在第二次全国污染源普查工作的基础上,建立了全国地膜污染源档案和信息数据库,涉及2800个涉农县(市、区),基本掌握了我国不同区域、不同作物的地膜应用、回收和残留情况;同时,通过整合和新建,形成了由500个国家级地膜长期监测点,2000多个省级地膜监测点构成的监测网络,并开发完成了地膜应用及污染相关数据上报统计系统,构建了全国地膜应用、回收处理及残留污染监测预警平台。
       农田地膜残留不仅有破坏土壤结构,影响农作物生长发育,导致土壤中水肥运移不均一等直接危害外,而且残膜老化降解过程中可能产生巨量微塑料成为一个新的关注焦点,2019年国家自然科学基金批准了5项该类研究课题,重点开展土壤微塑料分离方法、形态和分布特征,以及危害方面的研究工作,已有研究结果显示农田土壤微塑料改变土壤微生物种群结构。
       四、地膜残留污染防控政策措施
       地膜残留是我国一个特有的污染问题,国际上很少有人关注,现有政策、法规和规划对象基本为生活塑料和工业塑料,希望通过法律法规实施将塑料的线性消费改变为循环利用,因此,在地膜残留污染防控方面可以借鉴的不多。
       2019年农业农村部贯彻落实绿色发展理念,以主要覆膜地区为重点,以加厚地膜应用、机械化捡拾、专业化回收、资源化利用为主攻方向,健全制度体系,完善扶持政策,加强试点示范,强化科技支撑,推进农膜污染防治工作有序开展。在政策措施方面重点有如下几个方面的创新和突破。
       一是落实《中国人民共和国土壤法》要求,研究起草了《农用薄膜管理办法》,加强生产、销售、使用和回收等环节监管,建立农膜回收全程监管体系,目前已按照规范性文件的程序,正式面向全国征求意见。
       二是国家发展改革委、农业农村部、工业和信息化部、财政部、生态环境部、国家市场监督管理总局等6部委联合印发了《关于加快推进农用地膜污染防治的意见》,推动联合治理白色污染,规范农膜生产者、销售者、使用者的行为。
       三是100个农膜污染治理示范县建设,试点农膜生产者责任延伸机制,扶持建设了400多家回收加工企业、3000多个回收网点,初步构建了以政府扶持、市场主导的地膜回收利用体系,地膜回收率不断提高。

       作者严昌荣:农业农村部农膜污染防控重点实验室主任;刘勤,系环发所节水新材料与农膜污染防控创新团队成员

       附:农业农村部农膜污染防控重点实验室于2016年经农业农村部批准建设,依托单位为中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所,联合农业农村部农业资源与生态环境保护总站、金发科技股份有限公司、中国农业科学院南京农机化研究所和中国农业科学院棉花研究所等单位力量,主要围绕我国农业对农膜依赖性不断加大、农膜残留污染形势日趋严峻等问题,重点开展农膜残留监测预警体系构建、农膜残留污染防控政策法规和标准规范制定、农膜残留污染危害和次生危害以及地膜覆盖适宜性评价技术和污染防控方案研究,开展农膜残留污染防控关键技术产品研发与试验示范,加强农膜合理利用和残留污染防控国际交流合作,为农膜合理利用、支撑农业绿色发展和提升农业环境及相关学科创新能力提供科技支撑。


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