农用地膜污染现状与防控技术
- 主要完成单位:农业科学农业环境与可持续发展研究所
- 主要完成人员:严昌荣,何文清,梅旭荣,王序俭,刘爽,曹肆林,刘勤,刘恩科,赵彩霞,祝光富,常蕊芹
- 起 止 时 间 :1986年1月—2005年11月
- 获 奖 情 况 :2010年农业科学科学技术成果奖二等奖
- 内 容 提 要 :
地膜应用极大地促进了农业产量和效益的提高,带动了农业生产力的飞跃和生产方式的改变。据统计,截至2008年,中国地膜覆盖面积已达1 561.3万公顷,比1982年增加了133倍,年增长率达19.9%。地膜投入量为117.8万吨,比1991年增加了4倍,年增长率为7.9%。随着地膜应用量的增加和应用区域的扩大,地膜残留给农业生产和环境带来的一系列负面影响也越来越严重,残留地膜污染治理已经成为了一个迫在眉睫的问题。
2002年以来,受国家科技部、农业部和新疆生产建设兵团的资助,农业科学农业环境与可持续发展研究所、新疆农垦科学研究院、广东上九生物降解材料有限公司和河北成安县农业局的科研人员组成科研团队,开展了农用地膜污染现状与防控技术的研究,并取得了重要进展。
(1)获得了中国主要残留地膜污染区的基本特点
针对新疆和华北地区棉田地膜污染日益严重的现状,选择新疆石河子和河北省成安县进行了棉田地膜残留现状研究。从时空上分析地膜残留量、形态的变化趋势,弄清了新疆和华北地膜残留现状,并对残留地膜的形态、空间分布和影响因子进行了分析,完成了《农田地膜污染调查技术规程》,建立了典型地区农田地膜残留量数据库。研究结果显示华北地区棉田地膜残留量一般在59.1—103.4千克/公顷。残留数量与棉花覆膜种植年限有关,覆膜时间越长,残膜量越多,覆膜种植棉花10年耕地土壤中平均残膜量为103.4千克/公顷,2年的为59.1千克/公顷。棉田土壤中的残膜质量具有空间分布特点,0—10厘米土层中残膜量最高,达69.7千克/公顷,占残膜量的78.5%,20—30厘米土层中残膜量最少,为1.0千克/公顷,占残膜量的1.3%。新疆棉田土壤中地膜残留量很大,一般在200—400千克/公顷,残膜量也与覆膜年限有关,连续覆膜20年和10年棉田中地膜残留量分别为(307.9±35.84)千克/公顷和(259.7±36.78)千克/公顷,同时,种植模式对残膜量也产生一定程度的影响,连续20年覆膜种植棉花-番茄的土壤中残留量最高,达到334.4±47.88千克/公顷,并主要集中在0—30厘米耕层中,耕作层以下残膜极少,且0—10厘米、10—20厘米和20—30厘米土层中残膜量所占比率分别为38.7%±12.3%、31.2%±11.3%和30.2%±15.8%,这种空间分布特点与河北邯郸棉田残留地膜主要集中在0—10厘米的情况差异较大。
(2)开展了可生物降解地膜的比较研究
在新疆、河北开展了不同可生物降解地膜性能评价和应用模式研究。研究发现降解地膜是减轻农田残膜污染的一种有效途径,降解地膜降解与周围环境关系密切,充足的光照和水分有助于生物降解膜的降解,地表膜的降解速度比土壤内地膜的降解速度快;降解地膜在较完整的时候都具有良好的保温性能,基本上能够满足生产的需要,研究结果显示,与常规地膜相比,可生物降解地膜的韧性差,但基本上都能满足生产上的需要。
(3)开展了残膜回收联合作业机研究
根据新疆棉区地膜污染情况与农业生产的实际,研制了4SJ-2.0残膜回收与茎秆粉碎联合作业机和1QZ-5.4清膜整地联合作业机。4SJ-2.0残膜回收与茎秆粉碎联合作业机能够一次可完成秸秆粉碎还田和残膜回收两项作业,工作效率高、功耗低,清膜率高,使用方便可靠。生产效率达到1.2公顷/小时,工作深度达到40.5毫米,当年残膜回收率达到82%,棉秆粉碎长度为123毫米。1QZ-5.4清膜整地联合作业机采用半悬挂的方式与拖拉机进行挂接,操作简单、方便,将碎土、镇压、平地等整地部件和搂膜弹齿、轧膜辊进行了合理配置,方案合理新颖。一次作业可完成碎土整地和清除残膜两道作业工序,适应新疆农业生产的农艺要求,减少了拖拉机的进地次数和作业费用,提高了作业效率,作业速度达到2.5公顷/小时,工作深度89毫米,地表残膜回收率达到76.6%。
本成果系统地研究了新疆和华北地区有代表性棉田地膜污染现状及特点,分区域进行了不同配方的可生物降解地膜产品的适宜性评价,同时,研制了实用性更强的残膜回收联合作业机。同国内外同类研究相比,本成果具有以下几方面的特点。
第一,首次制定了我国农田地膜污染调查技术规程,并对新疆和华北棉田地膜残留进行了系统研究,通过对新疆和华北棉田地膜残留差异的比较研究,揭示了这两个地区地膜残留与种植模式与覆膜方式的关系。
第二,分区域评价了可生物降解地膜的分解速率、保墒增温能力和主要覆盖模式,筛选出适合不同区域农业生产的可生物降解地膜产品,为可生物降解地膜研究和应用提供了理论支撑。
第三,研制了适合农业生产需要的秸秆粉碎与残膜回收联合作业机和清膜整地联合作业机,这两款残留地膜回收机具能够将农事活动与残膜回收有机地结合起来,具有很好的创新性、实用性和应用前景。