中国地膜覆盖技术的推广及应用

中国地膜覆盖技术的推广及应用

20世纪70年代初，我国部分地区开始尝试对蔬菜、棉花等作物覆盖废旧普通农膜，并进行小面积栽培试验，但是由于经济、技术不成熟的原因，此项技术未能得到推广。1978年，我国从日本引进了一整套包括作业方法、专用地膜和覆盖机械在内的地膜覆盖技术，经过几年的改进与整合，形成了具有中国特色的地膜覆盖栽培技术体系。40 a 来，地膜覆盖技术在我国得到了大面积推广，使多种作物大幅度增产增收。1979年我国以蔬菜为主开始进行小面积试验，1983年各种作物地膜覆盖面积猛增至62.9万 公顷。1982—1992年，地膜覆盖面积增加了2 506.7万 公顷。1996年地膜覆盖面积超过亿亩，达到700万 公顷，其中面积在38万 公顷以上的作物有玉米、棉花、水稻育秧、花生、西甜瓜、烟草。

统计数据显示，我国地膜的使用量和覆盖面积都呈持续增长趋势，详见图1-1、图1-2。

地膜覆盖技术能有效提升地面积温量，克服低温干旱、生育期短等不良自然条件，由于其独特的优点，地膜覆盖技术成倍增加了干旱、高寒山区及边远地区的晚熟优质玉米产量，深受农民欢迎。1989－1991年间，我国实施了“温饱工程”，地膜覆盖技术的应用使3 200余万农民达到了温饱。1993－1996年，共推广玉米育苗移栽及水稻育苗抛秧栽培2 866.7万 hm2，其中地膜覆盖2 333.3万 hm2，实现了各种农产品总增产量超过1亿 t，增产值达到1 143.12亿元，增加了971.65亿元的纯收入。地膜覆盖大棚蔬菜技术的推广，使人们在寒冷的冬季也能吃到各种新鲜的“反季节”蔬菜，人们的餐桌日益丰盛，生活水平得到了改善和提高。

我国是农业大国和人口大国，目前，随着地膜覆盖技术的不断推广和迅速应用，我国已经成为世界上地膜覆盖面积和地膜使用量最大的国家，而且覆膜作物种类多，即使在新疆、山东、山西、内蒙古、黑龙江、陕西、甘肃等高寒地区、干旱及半干旱地区，覆膜作物已达40余种，尤其是在蔬菜、棉花、玉米的种植方面应用广泛，地膜覆盖面积和地膜使用量都呈现持续增长的趋势。

一、 地膜覆盖技术的优势

地膜因为透光性好，保温性强，不透水，在增温、保水、保肥、改善土壤理化性质、提高土壤肥力、抑制杂草生长、减轻病虫害、增产增收方面具有显著优势。

1 提高地温

耕地采用地膜覆盖技术之后，地膜与地面之间形成微小的空间，产生温室效应，能够减少土壤中的热量向大气中扩散。根据监测，早春蔬菜覆盖透明地膜后，深表土层温度一般可提高3~6 ℃，蔬菜定植后能够迅速缓苗，而且根系生长速度加快。

2 防旱、防涝、防返盐

地膜覆盖可以切断土壤和大气的交换通道，抑制土壤水分向大气蒸发，使大部分水分在膜下循环，延长水分在土壤中的驻留时间。降雨时，雨水顺着地膜流入畦沟被排走，土壤中的水分不会过于饱和。不降雨时，由于覆膜土壤温度上下差异较大，较深地层的水分可以向上层转移积聚，畦沟中积聚的水分可以横向向畦中间转移，供给作物根系生长。天旱时，地膜阻碍土壤中的水分向大气中蒸发，具有保水作用，因此可以减少农田的灌溉次数。据测定，盐碱地覆盖地膜以后，0~5 cm 和5~10 cm 土层全盐含量可以分别下降41.31%和2.24%。 3 防土壤板结

在作物的生长期，耕地覆膜避免了土壤表面的风吹雨淋、人工作业的践踏和因灌溉或雨水冲刷而造成的土壤板结现象，并能使土壤保持疏松和良好的通透性。研究结果显示，耕地覆膜以后，土壤的总孔隙度增加了1%~10%，容重降低了0.02~0.3 g·cm－3，土壤的稳性团粒增加了1.5%，土壤中的肥、水、气、热条件得到了协调。

4防养分流失

地膜覆盖后，土壤的温度和湿度适宜，通透性好，土壤最高温度可达30 ℃。覆膜耕地的有利条件非常适合土壤微生物的增殖，腐殖质转化成无机盐的速度得到提高，作物吸收更加充分。据测定，耕地采用覆膜技术后，土壤的速效性氮可增加30%~50%，钾增加10%~20%，磷增加20%~30%。地膜覆盖技术对于养分的淋溶、流失、挥发具有显著控制作用，明显提高养分的利用率，节省肥料用量1/3左右。

5 增产增收

耕地覆膜有效改善了土壤的水、肥、气、热条件，加速了作物的生长发育，覆膜茄果类、瓜类、豆类蔬菜比露地作物提前成熟5~10 d，覆膜西瓜比露地西瓜提前成熟10~15d。

河北省一些干旱地区采用覆膜技术后，皮棉增产20%~40%，花生增产50%~60%。辽宁省春季气温低、无霜期短、春旱，采用覆膜技术后，花生产量平均增加45%。地膜覆盖栽培技术的采用打破了黑龙江省伊春市不能种植花生的神话，实现了亩产花生150 kg 以上。内蒙古地区属于干旱高寒地区，原本不适宜菜、粮、烟、果、花卉等作物的种植，但地膜覆盖栽培技术的采用为这些作物的生长和发育提供了舒适的条件，大棚栽培的果类蔬菜可提早上市2~10 d，亩增产30%~70%，露地地膜覆盖的12种蔬菜实现了前期增产（早熟）16.8%~215%,亩增产幅度达到了24.6%~150%。甘肃省河西走廊，陇东泉上、陇南山水地以及干旱的中部地区的地膜覆盖栽培，使10多种蔬菜增产30%~70%，瓜类增产30%~50%。

地膜覆盖技术除了上述优势以外，还有利于扩大作物的适种区，提高复种指数，提高作物的抗灾（旱灾、水灾、低温、冷害、盐碱、风沙等自然灾害）能力，节约灌溉用水，提高作物产品的质量，对我国发展高产优质高效农业具有重要的积极作用。

二 技术更新及研究进展

1 中国

自20世纪70年代我国从日本引进了地膜覆盖栽培技术以来，我国开展了大量新型地膜和地膜覆盖机的研究工作。1979年，我国相继试制成功了多种地膜新产品，包括地面覆盖专用膜，以及多种有色地膜、反光膜、除草膜、光降解膜、耐老化长寿膜、切口膜等。取得的研究成果还包括1983年研制成功的低压高密度聚乙烯 HDPE 和线型低密度聚乙烯超薄地膜，1980年试制成功的地膜覆盖机，1984年实现了生产不同动力牵引的各种覆盖机共60多种型号。1985年，因为地膜覆盖面积达到了1.80×1010 m²，我国成为了世界上地膜覆盖面积最大的国家。此外，地膜覆盖栽培作物达到了80多种，有实用价值与经济效益的覆盖栽培作物亦有40余种。

2013年10月，中国工信部有关部门负责人在中国塑协降解塑料专业委员会2013年年会上表示，我国正在加大对农用地膜、一次性包装材料等塑料产品的可降解替代产品的政策

支持。随着社会和公众对地膜残留污染和可降解地膜的认识和国家限塑政策的实施，降解地膜的前景将迎来一片光明。中国工信部已经将新疆、云南等省区和一些城市定为应用示范区，对塑料回收、利用给予更大的支持和关注。目前我国正在实施的“双百工程”（建立100个新材料基地，选择100家企业）加快了地膜回收和利用的研究步伐，促进了可降解行业标准的制定，促使企业不断推出新产品。在此方面走在前列的企业有：天津国韵生物材料有限公司和广州金发科技股份公司。天津国韵生物建有全球最大的PHA万吨生产基地，已经研发出了世界第一张绿色生物质地膜，无需回收，埋在土里3~6个月即可完全降解为二氧化碳和水，真正做到零污染；金发科技投入5亿元进行全降解 PBSA（完全生物降解塑料聚酯）塑料产业化项目开发，将建成年产10万 t 全降解 PBSA 塑料生产基地。

生产企业进军可降解地膜市场的步伐明显加快，产学研机构在研发新产品、降低可降解地膜的生产成本等方面纷纷厉兵秣马，可降解农用地膜的研发和应用脚步逐渐加快。

目前，市场上的可降解农膜主要分为三大类：光降解地膜、生物降解地膜、光-生物降解地膜（可控氧化生物降解地膜）。这三种可降解地膜各有优缺点：光降解地膜加工工艺难度大，降解速度缓慢；生物降解地膜难以被土壤完全吸收。而光-生物降解地膜兼备前两种可降解地膜的优点，工艺简单，开发成本小，可最终被完全降解，因此具有广阔的市场前景。

与此同时，我国对残膜回收机的研究也取得了很大进展。按照残膜回收时间划分，国内残膜回收机具主要分为：苗期揭膜机械、秋后残膜回收机械、播前残膜回收机械等类型。目前国内比较典型的残膜回收机有：（1）4JSM-1800棉杆还田及残膜回收联合作业机，由新疆农科院农机化所研制。该机由精干粉碎机和地膜回收机两部分组成，能一次性完成棉田秸秆粉碎还田和残膜回收，回收后的残膜被堆在田间，便于运输。但是该机结构复杂，价格昂贵。

（2）4MBQX-1.5(3.0)型棉花拔秆清膜旋耕机，由新疆昌吉州农机化技术推广站研制而成。该机由棉花拔秆机、残膜清除回收机、旋耕机三部分组成，残膜回收率可达85%以上。但是收集后的棉秆和残膜混杂在一起，难以回收再利用。农民往往将棉秆和残膜一起焚烧，造成环境污染。（3）播前地表残膜回收机。该机的工作原理是弹齿搂膜，弹齿可以深入土壤3~5 m，结构简单，造价低。但是残膜被搂集成堆后需要人工捡拾，因此捡拾效率低。 2 日本

早在20世纪50年代，日本就将塑料薄膜应用于农业生产，是世界上最早使用地膜的国家。吕江南等对日本农用地膜生产及应用的现状考察报告显示，日本农用物资的80%都是通

过农协流通，其中塑料地膜的销售额在65亿日元左右，塑料地膜占整个市场份额的90%以上，无纺布地膜占8%左右，可降解地膜只有2%左右的份额。日本农民非常注意节约资源，环境保护意识强烈。在日本，厚度较厚的中膜一般要重复使用3~4次，废旧地膜禁止就地焚烧，禁止随意丢弃，必须由有资质的专业回收机构进行统一处理，农民需要交纳一定处理费。因此，为了降低生产成本，日本农民十分渴望使用不用回收的可降解膜，故各种新型地膜应运而生。

2.1 新型地膜的研发

（1）纸地膜

在日本，纸质地膜的种类较多，但是由于价格相对较高，在实际农业生产中的使用量很少。其种类主要如下：

a.经济合理型纸地膜

这种纸地膜和普通的纸相同，在根类作物生长期间，可以有效抑制病虫害和杂草的生长，在瓜菜类生长的早期，纸地膜可以代替传统的铺垫作物秸秆法，既省时又省力。

在农作物收获后无需人工回收，可以通过翻耕机直接埋入地下，从而减轻残膜清除所增加的劳动强度；此类纸地膜亦可回收再利用，比如造纸，市场价格为21日元/m²。

b.纤维网型纸地膜

这种地膜的原材料主要为植物纤维，表面呈纤维网状，具有耐磨性好、抗冲击强度高、伸缩性和弹性好的特点。使用后无需人工回收，土壤中的细菌就会将其分解。由于它的厚度要明显厚于其他地膜，因此具有显著的遮光效果，能有效抑制杂草的生长和调控昼夜地温，尤其适用于幼苗期作物的生长。市场价格在30~40日元/m2。

c.有机肥料型纸地膜

有机肥料型纸地膜中含有天然的有机磷肥和天然抗菌物质，使用范围广，但是耐磨性能略差，厚度仅为0.35 mm，但是这丝毫没有影响它保持水分、调控土温和透气功能。

这种地膜使用后无需人工回收和翻耕机操作，在地里放置50 d 左右的时间，土壤中的细菌即可将其自然分解，既是肥料又是无公害材料，相当具有代表性和推广价值。正因如此，它的价格略高，大约是塑料地膜的3倍。

d.生化型纸地膜

这种纸地膜中含有壳聚糖及纤维素成分，表面敷有极薄的铝氧化物，能够促进土壤中对

作物生长有利的细菌的繁殖，自然控制和防治病毒害，而且具有很好的保墒性能和防虫效果。上面的铝氧化物起到了反射光线的作用，能够很好地调控夏季地温，尤其适用于夏季蔬菜的种植。生化型纸地膜的分解时间更短，3~4周的时间就可以自然分解，价格大约是塑料地膜的3倍。

e.化学高分子型纸地膜

主要化学成分为玉米淀粉，包括聚乙烯醇类、脂肪类聚酯类化合物，但是由于土壤微生物的作用，聚乙烯醇类、脂肪类聚酯类化合物会被分解为水和二氧化碳，不会对作物生长造成负面影响。作物收获后，经过2~3个月的时间，化学高分子型纸地膜能够自然分解，无需人工回收；燃烧后只产生二氧化碳气体，不会对大气造成污染；具有很好的保温性能、蒸发散热功能和吸水性。因此这种地膜的价格较高，在29~31日元/m2。

(2)无纺布地膜

在日本，无纺布地膜薄如蝉翼，具有较好的透气性和透水性，主要用于叶类蔬菜作物的防虫、防鸟，不会发生烧苗现象。但是其中含有较粗的化学纤维，因此透光率较差。这种地膜的价格较贵，一般为115~130日元/m²，是塑料地膜的2~3倍。但是由于其减少了杀虫剂的使用量，使用寿命长达3 a，相对降低了生产成本，而且可以防止霜冻，提前蔬菜上市时间，所以日本的农户也愿意使用。

(3)植物纤维地膜

这种多功能农用地膜重量轻，韧性大，使用后可以被完全生物分解。主要原料为纸浆，并添加一定比例的麻类纤维，并在表面浸渍植物芳香油，透气性和透水性好，可以除虫、除草，并具有防止酸雨作用。不会对环境造成污染。地膜厚度为0.4 mm，市场价66.67日元/m2。

2.2 出台相关法律法规

20世纪60年代开始，日本非常重视农村环境保护问题，为改善农村环境，先后实施了政策支持和立法配套的措施，主要包括：环保型农户建设、实行硬件补贴和无息贷款支持，以及减免税收等优惠政策；出台《农业基本法》《土地改良法》《废弃物处理法》《资源有效利用促进法》《可持续农业法》《农业改良促进法》《土壤污染防治法》等，尽可能减少法律法规的“盲区”，倡导有机农业、绿色农业、可持续农业、循环型农业，使农业生产与环境保护相协调。日本在废旧地膜的回收、再利用以及循环利用方面有专门的立法，每个生产者都有义务将废旧地膜按照国家的要求进行回收、打包，并送至规定的地点进行集中分拣和分

类，同时还要支付相应的处理费用。厚度较厚的中膜一般要重复使用3~4次，废旧的地膜禁止就地焚烧，禁止随意丢弃，必须由有资质的专业回收机构进行统一处理，农民需要并交纳10 000日元/m3的处理费。由于已经立法，日本废旧地膜的回收利用率很高。

2.3 明确政府职能和管理目标

在日本，农业相关部门的职能和角色定位非常明确，如农业决策管理部门、地方农业管理部门、农民组织、农产品消费领域、农业市场、农业生产者的角色定位非常准确，各个部门各司其职，井然有序。中央政府在各个大区都有派驻机构，负责中央在地方的项目管理和实施。日本的政府管理拥有强大的经济和技术能力，可以为地方提供支持。地方政府只负责，拥有很强的自治能力。

3 美国

美国虽然在地膜覆盖作物种类和覆盖面积上赶不上日本，但在地膜覆盖技术及覆盖材料的开发方面做了大量的研究工作。如研究并应用了改变地面小气候和土壤条件的农田保苗覆盖膜、加入杀菌剂制成的防病杀菌膜、使用后破碎物能被植物吸收利用的农用聚烯烃薄膜，还有遇水能分解的纤维素材料组成的多孔性薄膜片，可保护作物和土壤不受侵害。目前至少有30个州通过立法的形式要求使用降解塑料。美国也是较早进行降解7 塑料研究和开发的国家，光降解塑料的生产和应用已经有10多年的历史。

美国政府非常重视农业环境保护。为保护农村环境，加强农村污染物的处理和污染源控制，每年均要列出多项科研课题，组织科研人员进行技术攻关，并推广应用。在北卡州农业部的8个部门中，就有5个部门的职责涉及环境保护的内容。美国政府支持农业发展的手段主要是立法、执法。美国政府及其他政府机构制定了涉及塑料废弃物的法规，联邦议会和各州都提出了关于处理塑料废弃物的措施及开发研究的议案，但是各州立法不尽相同。 4 欧洲等其它国家

地膜覆盖技术在欧洲的许多国家也得到了广泛的应用。比如法国、英国、俄罗斯、德国等国家的地膜覆盖作物种类、覆盖面积不断增加，作物增产效果十分显著，在可降解地膜的研究、残膜回收利用和污染防治上也取得了非凡的进展和成就，并立法强制回收地膜，不留白色污染。

以色列是研究地膜回收机较早的国家之一，主要利用收卷机来回收废旧地膜，效果理想。另外，因为以色列生产的地膜较厚（15 μm），强度高，韧性好，地膜的主要作用是帮助种子发芽出苗期的保墒作用，作物出苗后即开始收膜，地膜在田间的停留时间较短，即使是废旧地膜也有足够的强度保证收卷机作业时不会将其破碎。

纵观全世界，废旧地膜的回收再利用是令世界各国都“头疼”的“顽疾”。但是，国外地膜的厚度一般在0.02~0.05 mm 之间，因此具有较大的抗拉伸强度，可连续使用2~3 a。

残膜回收方式包括半机械化回收和全机械化回收两种。其中，前者的应用较多，而且技术比较成熟。所谓半机械化回收是指通过机械将地膜挑起，残膜的捡拾主要靠人工，此法效率低，机械构造简单，制造成本低。全机械化回收所用机具种类各不相同，残膜回收机需要拖拉机的驱动才能作业，机械液压可以根据辊上的残膜量控制卷膜辊的转速，以保证转速与捡拾速度的协调性。此外，国外一些国家还积极推广抗老化、高抗拉强度的地膜，并且投入大量资金进行可降解膜的研发。对于废旧地膜，目前国外的处理方式主要有三种：一是填埋法，但是由于残膜不易腐烂，终将对环境造成污染，所以这种方法应用的越来越少；二是焚烧法，此种方法把地膜燃烧产生的热能用于发电，但是释放的有毒有害气体会造成大气污染；三是回收再利用，从分解废旧地膜中回收乙烯或提炼石油制品，或将其进行再生处理，制成塑料制品。

随着地膜覆盖技术在我国的大面积推广和应用，覆膜农作物增产增收效果显著，然而凡事有利必有弊，地膜覆盖技术在给我国农业、农村、农民带来实惠的同时，地膜残留日益加重，给农村生态环境、土壤环境和农民身体健康造成了危害。因此，我国有必要对残膜污染现状进行调查，加大对残膜污染的防治力度，集中科研力量研究残膜回收机具，研制经济实用的可降解地膜，为改善农村环境、实现农业可持续发展做出努力。