中國地膜覆蓋技術(shù)的推廣及應(yīng)用

中國地膜覆蓋技術(shù)的推廣及應(yīng)用20世紀(jì)70年代初，我國部分地區(qū)開始嘗試對蔬菜、棉花等作物覆蓋廢舊普通農(nóng)膜，并進(jìn)行小面積栽培試驗，但是由于經(jīng)濟(jì)、技術(shù)不成熟的原因，此項技術(shù)未能得到推廣。1978年，我國從日本引進(jìn)了一整套包括作業(yè)方法、專用地膜和覆蓋機(jī)械在內(nèi)的地膜覆蓋技術(shù)，經(jīng)過幾年的改進(jìn)與整合，形成了具有中國特色的地膜覆蓋栽培技術(shù)體系。40a來，地膜覆蓋技術(shù)在我國得到了大面積推廣，使多種作物大幅度增產(chǎn)增收。1979年我國以蔬菜為主開始進(jìn)行小面積試驗，1983年各種作物地膜覆蓋面積猛增至62.9萬公頃。1982—1992年，地膜覆蓋面積增加了2506.7萬公頃。1996年地膜覆蓋面積超過億畝，達(dá)到700萬公頃，其中面積在38萬公頃以上的作物有玉米、棉花、水稻育秧、花生、西甜瓜、煙草。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，我國地膜的使用量和覆蓋面積都呈持續(xù)增長趨勢，詳見圖1-1、圖1-2。地膜覆蓋技術(shù)能有效提升地面積溫量，克服低溫干旱、生育期短等不良自然條件，由于其獨特的優(yōu)點，地膜覆蓋技術(shù)成倍增加了干旱、高寒山區(qū)及邊遠(yuǎn)地區(qū)的晚熟優(yōu)質(zhì)玉米產(chǎn)量，深受農(nóng)民歡迎。1989－1991年間，我國實施了“溫飽工程”，地膜覆蓋技術(shù)的應(yīng)用使3200余萬農(nóng)民達(dá)到了溫飽。1993－1996年，共推廣玉米育苗移栽及水稻育苗拋秧栽培2866.7萬hm2，其中地膜覆蓋2333.3萬hm2，實現(xiàn)了各種農(nóng)產(chǎn)品總增產(chǎn)量超過1億t，增產(chǎn)值達(dá)到1143.12億元，增加了971.65億元的純收入。地膜覆蓋大棚蔬菜技術(shù)的推廣，使人們在寒冷的冬季也能吃到各種新鮮的“反季節(jié)”蔬菜，人們的餐桌日益豐盛，生活水平得到了改善和提高。我國是農(nóng)業(yè)大國和人口大國，目前，隨著地膜覆蓋技術(shù)的不斷推廣和迅速應(yīng)用，我國已經(jīng)成為世界上地膜覆蓋面積和地膜使用量最大的國家，而且覆膜作物種類多，即使在新疆、山東、山西、內(nèi)蒙古、黑龍江、陜西、甘肅等高寒地區(qū)、干旱及半干旱地區(qū)，覆膜作物已達(dá)40余種，尤其是在蔬菜、棉花、玉米的種植方面應(yīng)用廣泛，地膜覆蓋面積和地膜使用量都呈現(xiàn)持續(xù)增長的趨勢。一、地膜覆蓋技術(shù)的優(yōu)勢地膜因為透光性好，保溫性強(qiáng)，不透水，在增溫、保水、保肥、改善土壤理化性質(zhì)、提高土壤肥力、抑制雜草生長、減輕病蟲害、增產(chǎn)增收方面具有顯著優(yōu)勢。1提高地溫耕地采用地膜覆蓋技術(shù)之后，地膜與地面之間形成微小的空間，產(chǎn)生溫室效應(yīng)，能夠減少土壤中的熱量向大氣中擴(kuò)散。根據(jù)監(jiān)測，早春蔬菜覆蓋透明地膜后，深表土層溫度一般可提高3~6℃，蔬菜定植后能夠迅速緩苗，而且根系生長速度加快。2防旱、防澇、防返鹽地膜覆蓋可以切斷土壤和大氣的交換通道，抑制土壤水分向大氣蒸發(fā)，使大部分水分在膜下循環(huán)，延長水分在土壤中的駐留時間。降雨時，雨水順著地膜流入畦溝被排走，土壤中的水分不會過于飽和。不降雨時，由于覆膜土壤溫度上下差異較大，較深地層的水分可以向上層轉(zhuǎn)移積聚，畦溝中積聚的水分可以橫向向畦中間轉(zhuǎn)移，供給作物根系生長。天旱時，地膜阻礙土壤中的水分向大氣中蒸發(fā)，具有保水作用，因此可以減少農(nóng)田的灌溉次數(shù)。據(jù)測定，鹽堿地覆蓋地膜以后，0~5cm和5~10cm土層全鹽含量可以分別下降41.31%和2.24%。3防土壤板結(jié)在作物的生長期，耕地覆膜避免了土壤表面的風(fēng)吹雨淋、人工作業(yè)的踐踏和因灌溉或雨水沖刷而造成的土壤板結(jié)現(xiàn)象，并能使土壤保持疏松和良好的通透性。研究結(jié)果顯示，耕地覆膜以后，土壤的總孔隙度增加了1%~10%，容重降低了0.02~0.3g·cm－3，土壤的穩(wěn)性團(tuán)粒增加了1.5%，土壤中的肥、水、氣、熱條件得到了協(xié)調(diào)。4防養(yǎng)分流失地膜覆蓋后，土壤的溫度和濕度適宜，通透性好，土壤最高溫度可達(dá)30℃。覆膜耕地的有利條件非常適合土壤微生物的增殖，腐殖質(zhì)轉(zhuǎn)化成無機(jī)鹽的速度得到提高，作物吸收更加充分。據(jù)測定，耕地采用覆膜技術(shù)后，土壤的速效性氮可增加30%~50%，鉀增加10%~20%，磷增加20%~30%。地膜覆蓋技術(shù)對于養(yǎng)分的淋溶、流失、揮發(fā)具有顯著控制作用，明顯提高養(yǎng)分的利用率，節(jié)省肥料用量1/3左右。5增產(chǎn)增收耕地覆膜有效改善了土壤的水、肥、氣、熱條件，加速了作物的生長發(fā)育，覆膜茄果類、瓜類、豆類蔬菜比露地作物提前成熟5~10d，覆膜西瓜比露地西瓜提前成熟10~15d。河北省一些干旱地區(qū)采用覆膜技術(shù)后，皮棉增產(chǎn)20%~40%，花生增產(chǎn)50%~60%。遼寧省春季氣溫低、無霜期短、春旱，采用覆膜技術(shù)后，花生產(chǎn)量平均增加45%。地膜覆蓋栽培技術(shù)的采用打破了黑龍江省伊春市不能種植花生的神話，實現(xiàn)了畝產(chǎn)花生150kg以上。內(nèi)蒙古地區(qū)屬于干旱高寒地區(qū)，原本不適宜菜、糧、煙、果、花卉等作物的種植，但地膜覆蓋栽培技術(shù)的采用為這些作物的生長和發(fā)育提供了舒適的條件，大棚栽培的果類蔬菜可提早上市2~10d，畝增產(chǎn)30%~70%，露地地膜覆蓋的12種蔬菜實現(xiàn)了前期增產(chǎn)（早熟）16.8%~215%,畝增產(chǎn)幅度達(dá)到了24.6%~150%。甘肅省河西走廊，隴東泉上、隴南山水地以及干旱的中部地區(qū)的地膜覆蓋栽培，使10多種蔬菜增產(chǎn)30%~70%，瓜類增產(chǎn)30%~50%。地膜覆蓋技術(shù)除了上述優(yōu)勢以外，還有利于擴(kuò)大作物的適種區(qū)，提高復(fù)種指數(shù)，提高作物的抗災(zāi)（旱災(zāi)、水災(zāi)、低溫、冷害、鹽堿、風(fēng)沙等自然災(zāi)害）能力，節(jié)約灌溉用水，提高作物產(chǎn)品的質(zhì)量，對我國發(fā)展高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效農(nóng)業(yè)具有重要的積極作用。二技術(shù)更新及研究進(jìn)展1中國自20世紀(jì)70年代我國從日本引進(jìn)了地膜覆蓋栽培技術(shù)以來，我國開展了大量新型地膜和地膜覆蓋機(jī)的研究工作。1979年，我國相繼試制成功了多種地膜新產(chǎn)品，包括地面覆蓋專用膜，以及多種有色地膜、反光膜、除草膜、光降解膜、耐老化長壽膜、切口膜等。取得的研究成果還包括1983年研制成功的低壓高密度聚乙烯HDPE和線型低密度聚乙烯超薄地膜，1980年試制成功的地膜覆蓋機(jī)，1984年實現(xiàn)了生產(chǎn)不同動力牽引的各種覆蓋機(jī)共60多種型號。1985年，因為地膜覆蓋面積達(dá)到了1.80×1010m2，我國成為了世界上地膜覆蓋面積最大的國家。此外，地膜覆蓋栽培作物達(dá)到了80多種，有實用價值與經(jīng)濟(jì)效益的覆蓋栽培作物亦有40余種。2013年10月，中國工信部有關(guān)部門負(fù)責(zé)人在中國塑協(xié)降解塑料專業(yè)委員會2013年年會上表示，我國正在加大對農(nóng)用地膜、一次性包裝材料等塑料產(chǎn)品的可降解替代產(chǎn)品的政策支持。隨著社會和公眾對地膜殘留污染和可降解地膜的認(rèn)識和國家限塑政策的實施，降解地膜的前景將迎來一片光明。中國工信部已經(jīng)將新疆、云南等省區(qū)和一些城市定為應(yīng)用示范區(qū)，對塑料回收、利用給予更大的支持和關(guān)注。目前我國正在實施的“雙百工程”（建立100個新材料基地，選擇100家企業(yè)）加快了地膜回收和利用的研究步伐，促進(jìn)了可降解行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定，促使企業(yè)不斷推出新產(chǎn)品。在此方面走在前列的企業(yè)有：天津國韻生物材料有限公司和廣州金發(fā)科技股份公司。天津國韻生物建有全球最大的PHA萬噸生產(chǎn)基地，已經(jīng)研發(fā)出了世界第一張綠色生物質(zhì)地膜，無需回收，埋在土里3~6個月即可完全降解為二氧化碳和水，真正做到零污染；金發(fā)科技投入5億元進(jìn)行全降解PBSA（完全生物降解塑料聚酯）塑料產(chǎn)業(yè)化項目開發(fā)，將建成年產(chǎn)10萬t全降解PBSA塑料生產(chǎn)基地。生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)軍可降解地膜市場的步伐明顯加快，產(chǎn)學(xué)研機(jī)構(gòu)在研發(fā)新產(chǎn)品、降低可降解地膜的生產(chǎn)成本等方面紛紛厲兵秣馬，可降解農(nóng)用地膜的研發(fā)和應(yīng)用腳步逐漸加快。目前，市場上的可降解農(nóng)膜主要分為三大類：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）。這三種可降解地膜各有優(yōu)缺點：光降解地膜加工工藝難度大，降解速度緩慢；生物降解地膜難以被土壤完全吸收。而光-生物降解地膜兼?zhèn)淝皟煞N可降解地膜的優(yōu)點，工藝簡單，開發(fā)成本小，可最終被完全降解，因此具有廣闊的市場前景。與此同時，我國對殘膜回收機(jī)的研究也取得了很大進(jìn)展。按照殘膜回收時間劃分，國內(nèi)殘膜回收機(jī)具主要分為：苗期揭膜機(jī)械、秋后殘膜回收機(jī)械、播前殘膜回收機(jī)械等類型。目前國內(nèi)比較典型的殘膜回收機(jī)有：（1）4JSM-1800棉桿還田及殘膜回收聯(lián)合作業(yè)機(jī)，由新疆農(nóng)科院農(nóng)機(jī)化所研制。該機(jī)由精干粉碎機(jī)和地膜回收機(jī)兩部分組成，能一次性完成棉田秸稈粉碎還田和殘膜回收，回收后的殘膜被堆在田間，便于運(yùn)輸。但是該機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格昂貴。（2）4MBQX-1.5(3.0)型棉花拔稈清膜旋耕機(jī)，由新疆昌吉州農(nóng)機(jī)化技術(shù)推廣站研制而成。該機(jī)由棉花拔稈機(jī)、殘膜清除回收機(jī)、旋耕機(jī)三部分組成，殘膜回收率可達(dá)85%以上。但是收集后的棉稈和殘膜混雜在一起，難以回收再利用。農(nóng)民往往將棉稈和殘膜一起焚燒，造成環(huán)境污染。（3）播前地表殘膜回收機(jī)。該機(jī)的工作原理是彈齒摟膜，彈齒可以深入土壤3~5m，結(jié)構(gòu)簡單，造價低。但是殘膜被摟集成堆后需要人工撿拾，因此撿拾效率低。2日本早在20世紀(jì)50年代，日本就將塑料薄膜應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，是世界上最早使用地膜的國家。呂江南等對日本農(nóng)用地膜生產(chǎn)及應(yīng)用的現(xiàn)狀考察報告顯示，日本農(nóng)用物資的80%都是通過農(nóng)協(xié)流通，其中塑料地膜的銷售額在65億日元左右，塑料地膜占整個市場份額的90%以上，無紡布地膜占8%左右，可降解地膜只有2%左右的份額。日本農(nóng)民非常注意節(jié)約資源，環(huán)境保護(hù)意識強(qiáng)烈。在日本，厚度較厚的中膜一般要重復(fù)使用3~4次，廢舊地膜禁止就地焚燒，禁止隨意丟棄，必須由有資質(zhì)的專業(yè)回收機(jī)構(gòu)進(jìn)行統(tǒng)一處理，農(nóng)民需要交納一定處理費。因此，為了降低生產(chǎn)成本，日本農(nóng)民十分渴望使用不用回收的可降解膜，故各種新型地膜應(yīng)運(yùn)而生。2.1新型地膜的研發(fā)（1）紙地膜在日本，紙質(zhì)地膜的種類較多，但是由于價格相對較高，在實際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的使用量很少。其種類主要如下：a.經(jīng)濟(jì)合理型紙地膜這種紙地膜和普通的紙相同，在根類作物生長期間，可以有效抑制病蟲害和雜草的生長，在瓜菜類生長的早期，紙地膜可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋪墊作物秸稈法，既省時又省力。在農(nóng)作物收獲后無需人工回收，可以通過翻耕機(jī)直接埋入地下，從而減輕殘膜清除所增加的勞動強(qiáng)度；此類紙地膜亦可回收再利用，比如造紙，市場價格為21日元/m2。b.纖維網(wǎng)型紙地膜這種地膜的原材料主要為植物纖維，表面呈纖維網(wǎng)狀，具有耐磨性好、抗沖擊強(qiáng)度高、伸縮性和彈性好的特點。使用后無需人工回收，土壤中的細(xì)菌就會將其分解。由于它的厚度要明顯厚于其他地膜，因此具有顯著的遮光效果，能有效抑制雜草的生長和調(diào)控晝夜地溫，尤其適用于幼苗期作物的生長。市場價格在30~40日元/m2。c.有機(jī)肥料型紙地膜有機(jī)肥料型紙地膜中含有天然的有機(jī)磷肥和天然抗菌物質(zhì)，使用范圍廣，但是耐磨性能略差，厚度僅為0.35mm，但是這絲毫沒有影響它保持水分、調(diào)控土溫和透氣功能。這種地膜使用后無需人工回收和翻耕機(jī)操作，在地里放置50d左右的時間，土壤中的細(xì)菌即可將其自然分解，既是肥料又是無公害材料，相當(dāng)具有代表性和推廣價值。正因如此，它的價格略高，大約是塑料地膜的3倍。d.生化型紙地膜這種紙地膜中含有殼聚糖及纖維素成分，表面敷有極薄的鋁氧化物，能夠促進(jìn)土壤中對作物生長有利的細(xì)菌的繁殖，自然控制和防治病毒害，而且具有很好的保墑性能和防蟲效果。上面的鋁氧化物起到了反射光線的作用，能夠很好地調(diào)控夏季地溫，尤其適用于夏季蔬菜的種植。生化型紙地膜的分解時間更短，3~4周的時間就可以自然分解，價格大約是塑料地膜的3倍。e.化學(xué)高分子型紙地膜主要化學(xué)成分為玉米淀粉，包括聚乙烯醇類、脂肪類聚酯類化合物，但是由于土壤微生物的作用，聚乙烯醇類、脂肪類聚酯類化合物會被分解為水和二氧化碳，不會對作物生長造成負(fù)面影響。作物收獲后，經(jīng)過2~3個月的時間，化學(xué)高分子型紙地膜能夠自然分解，無需人工回收；燃燒后只產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w，不會對大氣造成污染；具有很好的保溫性能、蒸發(fā)散熱功能和吸水性。因此這種地膜的價格較高，在29~31日元/m2。(2)無紡布地膜在日本，無紡布地膜薄如蟬翼，具有較好的透氣性和透水性，主要用于葉類蔬菜作物的防蟲、防鳥，不會發(fā)生燒苗現(xiàn)象。但是其中含有較粗的化學(xué)纖維，因此透光率較差。這種地膜的價格較貴，一般為115~130日元/m2，是塑料地膜的2~3倍。但是由于其減少了殺蟲劑的使用量，使用壽命長達(dá)3a，相對降低了生產(chǎn)成本，而且可以防止霜凍，提前蔬菜上市時間，所以日本的農(nóng)戶也愿意使用。(3)植物纖維地膜這種多功能農(nóng)用地膜重量輕，韌性大，使用后可以被完全生物分解。主要原料為紙漿，并添加一定比例的麻類纖維，并在表面浸漬植物芳香油，透氣性和透水性好，可以除蟲、除草，并具有防止酸雨作用。不會對環(huán)境造成污染。地膜厚度為0.4mm，市場價66.67日元/m2。2.2出臺相關(guān)法律法規(guī)20世紀(jì)60年代開始，日本非常重視農(nóng)村環(huán)境保護(hù)問題，為改善農(nóng)村環(huán)境，先后實施了政策支持和立法配套的措施，主要包括：環(huán)保型農(nóng)戶建設(shè)、實行硬件補(bǔ)貼和無息貸款支持，以及減免稅收等優(yōu)惠政策；出臺《農(nóng)業(yè)基本法》《土地改良法》《廢棄物處理法》《資源有效利用促進(jìn)法》《可持續(xù)農(nóng)業(yè)法》《農(nóng)業(yè)改良促進(jìn)法》《土壤污染防治法》等，盡可能減少法律法規(guī)的“盲區(qū)”，倡導(dǎo)有機(jī)農(nóng)業(yè)、綠色農(nóng)業(yè)、可持續(xù)農(nóng)業(yè)、循環(huán)型農(nóng)業(yè)，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與環(huán)境保護(hù)相協(xié)調(diào)。日本在廢舊地膜的回收、再利用以及循環(huán)利用方面有專門的立法，每個生產(chǎn)者都有義務(wù)將廢舊地膜按照國家的要求進(jìn)行回收、打包，并送至規(guī)定的地點進(jìn)行集中分揀和分類，同時還要支付相應(yīng)的處理費用。厚度較厚的中膜一般要重復(fù)使用3~4次，廢舊的地膜禁止就地焚燒，禁止隨意丟棄，必須由有資質(zhì)的專業(yè)回收機(jī)構(gòu)進(jìn)行統(tǒng)一處理，農(nóng)民需要并交納10000日元/m3的處理費。由于已經(jīng)立法，日本廢舊地膜的回收利用率很高。2.3明確政府職能和管理目標(biāo)在日本，農(nóng)業(yè)相關(guān)部門的職能和角色定位非常明確，如農(nóng)業(yè)決策管理部門、地方農(nóng)業(yè)管理部門、農(nóng)民組織、農(nóng)產(chǎn)品消費領(lǐng)域、農(nóng)業(yè)市場、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者的角色定位非常準(zhǔn)確，各個部門各司其職，井然有序。中央政府在各個大區(qū)都有派駐機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)中央在地方的項目管理和實施。日本的政府管理擁有強(qiáng)大的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)能力，可以為地方提供支持。地方政府只負(fù)責(zé)，擁有很強(qiáng)的自治能力。3美國美國雖然在地膜覆蓋作物種類和覆蓋面積上趕不上日本，但在地膜覆蓋技術(shù)及覆蓋材料的開發(fā)方面做了大量的研究工作。如研究并應(yīng)用了改變地面小氣候和土壤條件的農(nóng)田保苗覆蓋膜、加入殺菌劑制成的防病殺菌膜、使用后破碎物能被植物吸收利用的農(nóng)用聚烯烴薄膜，還有遇水能分解的纖維素材料組成的多孔性薄膜片，可保護(hù)作物和土壤不受侵害。目前至少有30個州通過立法的形式要求使用降解塑料。美國也是較早進(jìn)行降解7塑料研究和開發(fā)的國家，光降解塑料的生產(chǎn)和應(yīng)用已經(jīng)有10多年的歷史。美國政府非常重視農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)。為保護(hù)農(nóng)村環(huán)境，加強(qiáng)農(nóng)村污染物的處理和污染源控制，每年均要列出多項科研課題，組織科研人員進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，并推廣應(yīng)用。在北卡州農(nóng)業(yè)部的8個部門中，就有5個部門的職責(zé)涉及環(huán)境保護(hù)的內(nèi)容。美國政府支持農(nóng)業(yè)發(fā)展的手段主要是立法、執(zhí)法。美國政府及其他政府機(jī)構(gòu)制定了涉及塑料廢棄物的法規(guī)，聯(lián)邦議會和各州都提出了關(guān)于處理塑料廢棄物的措施及開發(fā)研究的議案，但是各州立法不盡相同。4歐洲等其它國家地膜覆蓋技術(shù)在歐洲的許多國家也得到了廣泛的應(yīng)用。比如法國、英國、俄羅斯、德國等國家的地膜覆蓋作物種類、覆蓋面積不斷增加，作物增產(chǎn)效果十分顯著，在可降解地膜的研究、殘膜回收利用和污染防治上也取得了非凡的進(jìn)展和成就，并立法強(qiáng)制回收地膜，不留白色污染。以色列是研究地膜回收機(jī)較早的國家之一，主要利用收卷機(jī)來回收廢舊地膜，效果理想。另外，因為以色列生產(chǎn)的地膜較厚（15μm），強(qiáng)度高，韌性好，地膜