中國地膜覆蓋技術的推廣及應用

中國地膜覆蓋技術的推廣及應用20世紀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，并進行小面積栽培試驗，但是由于經(jīng)濟、技術不成熟的原因，此項技術未能得到推廣。1978年，我國從日本引進了一整套包括作業(yè)方法、專用地膜和覆蓋機械在內的地膜覆蓋技術，經(jīng)過幾年的改進與整合，形成了具有中國特色的地膜覆蓋栽培技術體系。40a來，地膜覆蓋技術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，地膜覆蓋技術成倍增加了干旱、高寒山區(qū)及邊遠地區(qū)的晚熟優(yōu)質玉米產(chǎn)量，深受農(nóng)民歡迎。1989－1991年間，我國實施了“溫飽工程”，地膜覆蓋技術的應用使3200余萬農(nóng)民達到了溫飽。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，隨著地膜覆蓋技術的不斷推廣和迅速應用，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40余種，尤其是在蔬菜、棉花、玉米的種植方面應用廣泛，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、地膜覆蓋技術的優(yōu)勢地膜因為透光性好，保溫性強，不透水，在增溫、保水、保肥、改善土壤理化性質、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之后，地膜與地面之間形成微小的空間，產(chǎn)生溫室效應，能夠減少土壤中的熱量向大氣中擴散。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移積聚，畦溝中積聚的水分可以橫向向畦中間轉移，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防土壤板結在作物的生長期，耕地覆膜避免了土壤表面的風吹雨淋、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現(xiàn)象，并能使土壤保持疏松和良好的通透性。研究結果顯示，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)性團粒增加了1.5%，土壤中的肥、水、氣、熱條件得到了協(xié)調。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，腐殖質轉化成無機鹽的速度得到提高，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，采用覆膜技術后，花生產(chǎn)量平均增加45%。地膜覆蓋栽培技術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%。地膜覆蓋技術除了上述優(yōu)勢以外，還有利于擴大作物的適種區(qū)，提高復種指數(shù)，提高作物的抗災（旱災、水災、低溫、冷害、鹽堿、風沙等自然災害）能力，節(jié)約灌溉用水，提高作物產(chǎn)品的質量，對我國發(fā)展高產(chǎn)優(yōu)質高效農(nóng)業(yè)具有重要的積極作用。二技術更新及研究進展1中國自20世紀70年代我國從日本引進了地膜覆蓋栽培技術以來，我國開展了大量新型地膜和地膜覆蓋機的研究工作。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，1984年實現(xiàn)了生產(chǎn)不同動力牽引的各種覆蓋機共60多種型號。1985年，因為地膜覆蓋面積達到了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到了80多種，有實用價值與經(jīng)濟效益的覆蓋栽培作物亦有40余種。2013年10月，中國工信部有關部門負責人在中國塑協(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)和一些城市定為應用示范區(qū)，對塑料回收、利用給予更大的支持和關注。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，促進了可降解行業(yè)標準的制定，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)進軍可降解地膜市場的步伐明顯加快，產(chǎn)學研機構在研發(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，我國對殘膜回收機的研究也取得了很大進展。按照殘膜回收時間劃分，國內殘膜回收機具主要分為：苗期揭膜機械、秋后殘膜回收機械、播前殘膜回收機械等類型。目前國內比較典型的殘膜回收機有：（1）4JSM-1800棉桿還田及殘膜回收聯(lián)合作業(yè)機，由新疆農(nóng)科院農(nóng)機化所研制。該機由精干粉碎機和地膜回收機兩部分組成，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，便于運輸。但是該機結構復雜，價格昂貴。（2）4MBQX-1.5(3.0)型棉花拔稈清膜旋耕機，由新疆昌吉州農(nóng)機化技術推廣站研制而成。該機由棉花拔稈機、殘膜清除回收機、旋耕機三部分組成，殘膜回收率可達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。該機的工作原理是彈齒摟膜，彈齒可以深入土壤3~5m，結構簡單，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50年代，日本就將塑料薄膜應用于農(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)境保護意識強烈。在日本，厚度較厚的中膜一般要重復使用3~4次，廢舊地膜禁止就地焚燒，禁止隨意丟棄，必須由有資質的專業(yè)回收機構進行統(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，故各種新型地膜應運而生。2.1新型地膜的研發(fā)（1）紙地膜在日本，紙質地膜的種類較多，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，可以通過翻耕機直接埋入地下，從而減輕殘膜清除所增加的勞動強度；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.有機肥料型紙地膜有機肥料型紙地膜中含有天然的有機磷肥和天然抗菌物質，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操作，在地里放置50d左右的時間，土壤中的細菌即可將其自然分解，既是肥料又是無公害材料，相當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，能夠促進土壤中對作物生長有利的細菌的繁殖，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.化學高分子型紙地膜主要化學成分為玉米淀粉，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面影響。作物收獲后，經(jīng)過2~3個月的時間，化學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)生二氧化碳氣體，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出臺相關法律法規(guī)20世紀60年代開始，日本非常重視農(nóng)村環(huán)境保護問題，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、實行硬件補貼和無息貸款支持，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》《資源有效利用促進法》《可持續(xù)農(nóng)業(yè)法》《農(nóng)業(yè)改良促進法》《土壤污染防治法》等，盡可能減少法律法規(guī)的“盲區(qū)”，倡導有機農(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)境保護相協(xié)調。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)者都有義務將廢舊地膜按照國家的要求進行回收、打包，并送至規(guī)定的地點進行集中分揀和分類，同時還要支付相應的處理費用。厚度較厚的中膜一般要重復使用3~4次，廢舊的地膜禁止就地焚燒，禁止隨意丟棄，必須由有資質的專業(yè)回收機構進行統(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在日本，農(nóng)業(yè)相關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)品消費領域、農(nóng)業(yè)市場、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者的角色定位非常準確，各個部門各司其職，井然有序。中央政府在各個大區(qū)都有派駐機構，負責中央在地方的項目管理和實施。日本的政府管理擁有強大的經(jīng)濟和技術能力，可以為地方提供支持。地方政府只負責，擁有很強的自治能力。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。為保護農(nóng)村環(huán)境，加強農(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，組織科研人員進行技術攻關，并推廣應用。在北卡州農(nóng)業(yè)部的8個部門中，就有5個部門的職責涉及環(huán)境保護的內容。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構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在歐洲的許多國家也得到了廣泛的應用。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展和成就，并立法強制回收地膜，不留白色污染。以色列是研究地膜回收機較早的國家之一，主要利用收卷機來回收廢舊地膜，效果理想。另外，因為以色列生產(chǎn)的地膜較厚（15μm），強度高，韌性好，地膜