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农田白色污染问题与治理机制构建

时间:2018-09-05 来源:生态经济 作者:包翠荣 本文字数:6449字
  自从20世纪70年代以来, 我国开始引进塑料大棚、地膜等覆盖栽培技术, 从最初在蔬菜种植中使用, 后来逐渐推广到玉米、棉花、小麦等大田作物种植中。这一技术的广泛使用使得我国农作物生产产量得以大幅度的提升, 获得了明显的经济效益, 一度被人们称之为“白色革命”.过去十多年来, 由于这一白色辅助覆盖栽培技术增长效果明显, 在全国各地迅速普及。但是, 塑料大棚、地膜这些白色残留物对农田土壤及水资源的污染已经超过了农田生态环境承受能力之上限, 导致了农田生态环境进一步恶化。专家指出, 如果不加快对“白色污染”的治理, 将必然会严重影响中国农业的可持续发展。
  
农田白色污染问题与治理机制构建

 
  一、从“白色革命”到“白色污染”
  
  如今, 塑料大棚、地膜已经成为我国农业生产发展中重要的生产资料之一, 在农作物种植中有着广泛的使用率。从在最初的蔬菜种植及水稻育种中使用 (如今水稻育种已经不再使用地膜) , 到后来开始广泛在棉花、玉米、小麦等大田作物中使用。这一辅助覆盖栽培技术大大提升了农业产量, 一度被专家称之为“白色革命”, 对保障我国粮食安全以及提升农业竞争力做出了较大的贡献。
  
  白色覆盖技术具有增温、保墒、抑制杂草生长和缩短农作物生长周期的作用, 可使得作物产量增加20%~50%, 农民增收30%~60%, 推进了农业生产力的不断提高, 也在一定程度上大大降低了人力成本。这一技术由日本学者石本正一在20世纪70年代末期引入我国, 并在随后的蔬菜覆膜栽培中获得成功。到2015年年底我国覆膜种植面积达到了3.3亿亩, 年使用量在120万吨以上, PE膜生产量和使用量稳居世界第一。
  
  塑料大棚、地膜等辅助技术在华北、东北、西北等平原地区应用范围极广。在20世纪80年代初期, 在新疆地区的棉花种植中就大规模地使用这一覆盖技术。从新疆最北端的阿勒泰草原到南部的帕米尔高原, 这一覆盖栽培技术为大多数农民所接受, 而新疆的地形、气候与之极为适应, 因此推广迅速、普及范围广泛。到2015年年底, 新疆地区的白色覆盖栽培技术的种植面积突破了6 000万亩, 年耗费PE塑料膜30万吨, 已经成为中国白色辅助技术种植范围最广、使用数量最多、普及范围最高的地区。其中, 棉花、番茄、瓜类、蔬菜几乎100%使用, 仅仅这些作物对覆膜的使用量就达到了15万吨, 占到了其覆膜使用量的50%.
  
  的确, 覆膜栽培技术为我国农业发展做出重大贡献, 带来巨大经济效益, 促进了农民的增产增收, 脱贫致富, 但农田残膜治理工作的不彻底, 也为农业的可持续发展留下隐患。我国农用塑料覆膜其主要材料是聚乙烯 (PE) , PE膜在自然条件下几乎是无法降解的。加上目前缺乏有效的综合治理措施, 废旧的覆膜在农田土壤及水资源中的残留逐年增多, 农田“白色污染”日渐加剧。按照农业部、国土部的统计资料显示, 我国农田每年会新增20万~30万吨的不可降解的覆膜残留, 使得农田土质板结, 降低农作物对水和养分的吸收, 破坏生态环境。具体而言:第一, 覆膜残留会影响作物幼苗根系对水分与自然养分的吸收, 容易造成烂种、烂芽, 严重者会导致作物幼苗枯萎或死亡, 进而使得幼苗培植成本提升;如果用连续覆膜3~5年不收膜的土壤种小麦、玉米、棉花, 其产量会有一定程度的下降。第二, 破坏土壤结构。使得土壤的孔隙度下降, 降低了土壤自身的透气性, 破坏了土壤与空气之间的循环与交换, 严重影响了土壤中微生物的生长, 进而会降低肥力水平, 造成土壤次生盐碱化;如果残留量从0提高到1 kg/hm2时, 土壤孔隙度降低, 板结程度明显提高, 土壤微生物会大量死亡。第三, 降低农产品品质。在机械采收棉花时, 籽棉中混入了残膜, 加工过程中是不容易清除的, 降低了皮棉等级, 严重影响到产品的销售;皮棉中若含入残膜, 棉纺厂织出的布在染色过程中将着色不匀, 出现白星, 直接造成次品。第四, 影响农村生态环境。缠绕播种机等田间作业机具的工作部件, 影响正常作业;与秸秆、饲料混在一起, 可导致家畜胃肠功能失调甚至死亡。
  
  可见, 农田覆膜残留的污染极为严重, 不仅如此, 每年的残留还在继续增加, 已经成为影响农业可持续发展的重大隐患。对于覆膜残留的污染问题, 已经引起我国政府的高度重视。从2014-2016年, 中央1号文件连续3年强调, 需要加大对农业面源污染的治理, 提升农业面源污染的治理效果, 特别是要推广高标准、可降解农膜使用以及回收范围, 加强农业生态环境治理手段, 建立农膜回收区域示范工作。农业部在2015年提出了农膜回收的具体目标, 力争到2020年的我国农田覆膜回收率达到80%以上。客观而言, 就我国当前覆膜残留量而言, 实现这个目标的难度较大。
  
  二、我国农膜回收效果不甚理想
  
  发达国家在农膜污染防治方面, 不仅回收率较高, 而且从源头上推广使用高强度农膜、可降解农膜, 同时对于农膜回收配套了严格的法律法规, 加强农膜回收的循环利用。通常而言, 发达国家对农膜残留的处理有三种方式:第一, 填埋法。将残留农膜直接填埋于地下, 但是由于残留农膜不容易降解, 也难以腐烂, 故这种方法应用的越来越少。第二, 焚烧法。回收残留农膜用于发电或热能生产, 但这需要依赖于回收率。第三, 回收利用法。通过回收之后, 对废旧农膜进行分解, 回收其中的聚乙烯或乙烯进行再生处理, 生产新的塑料制品。目前发达国家回收循环利用率超过30%, 如日本、德国均建立了专门的处理工厂进行废旧农膜的处理。
  
  因此, 要治理废旧农膜的污染问题, 对其进行回收是一劳永逸的办法。发达国家通常采用收卷式残膜回收机器对其进行回收, 这类机械的结构较为简单, 主要由起膜铲与卷膜辊组成, 将残留农膜卷回之后继续使用或是后续处理。但这类机器比较适合于厚度较大的农膜回收, 我国农膜一般较薄, 在回收过程中破碎严重, 难以卷收。发达国家收卷式机器在我国难以适用, 对我国厚度薄、强度低的农膜回收效果有限。
  
  当前, 我国农业生产中残膜治理主要采取的是简易的搂膜机械, 或是通过人工回收的方式进行。搂膜回收效率较低, 对破碎农膜残留无法处理;而人工回收成本较高, 劳动强度大, 农户几乎没有回收的积极性与动力。当前, 我国秋季当年新铺农膜回收率不到50%, 春季待播地地表5 cm耕层内残留地膜回收率不足60%, 因而使得土壤中的残留农膜随着种植年限的增加, 其含量也是不断增加。
  
  我国从20世纪80年代开始对地膜回收进行研究, 先后开发出滚筒式、弹齿式、气力式、滚轮缠绕式、齿链式等多种形式的残膜回收机。据不完全统计, 我国研发的残留农膜回收机械种类多达百余种, 常见的有苗期残膜回收机械、秋后残膜回收机械、播前残膜回收机械、其他残膜回收机械。苗期残膜回收存在局限性, 应用较少;大部分地方播前宜耕期较短 (15~20天) , 播前残膜回收没有广泛应用;秋后残膜回收是目前应用最广泛的技术。
  
  机械回收残膜的难点与问题在于, 首先地膜太薄 (0.004~0.008 mm) , 回收时老化严重, 强度很差, 再加上机具碾压, 使残膜压入轮辙与土壤紧密黏合, 难以分离, 膜面高低不平, 部件仿形很困难, 机械回收难度很大。其次土壤差异性大, 不同地块土壤特性、板结程度差异很大, 对残膜捡拾部件工作状况产生的影响明显, 入土深度不一, 残膜回收效果大不相同;不同地块土壤含水率的差异, 同样对捡拾工作部件的作业适应性、回收效果带来巨大影响;适应不同土壤、不同墒度是残膜回收机械研究设计中遇到的重大难题。最后, 缺少有效可推广的技术模式, 农用残膜再生利用价值低, 加上土地使用权的不确定性, 政府之前无相应措施, 导致农民对土地掠夺式的使用、残膜回收意识不强, 长期以来耕地中的残膜得不到及时清理, 多年累积, 农田残膜含量逐年增加。缺少先进适用的残膜回收机械, 人工回收效率低、强度大;作业时间也很难有所保证。秋季要赶时间犁地, 春季要抢时间播种, 很多农户只有在有时间的情况下才会收膜。造成这个局面的原因较多, 但最根本就在于, 我国当前并无农田污染治理的法律法规, 残留农膜污染未能引起全社会的重视。此外, 我国目前残留农膜回收机械与我国农膜厚度不相匹配, 对残留农膜回收机械研究力度不够, 涉足长期深入研究的团队和科技力量不大, 经费投入也不足。
  
  就我国新疆地区而言, 应用最广泛的是立杆搂膜机械, 其作业流程是, 采用秸秆还田机, 垂直棉行方向间隔30 m开出3~5 m卸膜道;采用立杆搂膜机进行搂膜作业, 残膜在卸膜道内集条;人工将集条残膜转运出去。但残膜回收率低、劳动强度大、作业效率低。当前, 新疆的农户已经意识到回收残留农膜的重要性。中国塑料加工业协会秘书长翁云宣表示, 新疆棉花种植户每年至少在棉花采摘以及开春播种之前搂收两次农膜, 否则棉种难以存活。但是两次搂收农膜的成本较高, 算下来每亩需要花费130元。事实上, 由于部分农膜的质量不高, 即便是棉农有意识地回收, 但回收率还不到30%.
  
  新疆地区是我国最早引入农膜覆盖栽培技术的地区之一, 过去30多年来新疆的农田累积了大量的残留农膜, 阻碍了土壤的自然循环, 降低了土壤的通透性, 破坏了土壤的品质与肥力。到2015年年底, 新疆地区每亩农膜的残留量还有12.4千克, 这个残留量远高于全国的平均水平。按照新疆农业科学院的测定显示, 这种农膜残留率会使得作物种子的烂种率达到6.9%、烂芽率达到5.87%、减产率在12%~15%之间。
  
  三、推广使用全生物降解农膜难度大
  

  当前我国农户使用的超薄农膜其主要材料是PE, PE在自然条件乡下是难以降解的。由二元酸及二元醇聚合而成的聚酯材料生产的生物降解农膜, 在使用完之后可以被土壤当中的微生物完全分解。其降解的基本原理是, 聚酯农膜表面可以被微生物黏附, 微生物以聚酯材料中的有机碳为营养来源, 在微生物酶的作用下, 聚酯膜的高分子可以被分解成为分子量较低的碎片, 碎片可以被微生物完全吸收, 经过新陈代谢之后最终会成为二氧化碳、水、矿物质和盐, 进而被自然界吸收, 对土壤、水源几乎没有污染。
  
  翁云宣表示, 当前我国拥有完全知识产权的全生物降解农膜研发工作已经取得了突破性的进展, 从过去几年在新疆、湖北、山东、云南、浙江等地对农作物对比使用试点效果看, 生物聚酯降解农膜与传统的PE膜相比较, 不但能够起到PE膜的保温、保墒和增产效应, 还可以在适当的气温、阳光与湿度条件下控制其降解的速度与效果, 进而能够使得过去的“白色污染”得到有效的控制。
  
  新疆蓝山屯河化工公司自从2012年以来就与清华大学新材料研究所合作开发全生物降解的树脂农膜, 使用了混吹技术, 推出的新一代全生物降解农膜并在全国14个省市区进行了大面积的试验使用, 取得了良好的效果。该公司技术研发中心总经理丁建平表示, 传统的PE膜在几十年甚至是几百年时间内是无法分解的, 也是造成农田“白色污染”的主要来源, 是一种看得见的污染;而目前市场上在传统PE膜中添加部分树脂、聚酯材料, 可以在自然条件下适度分解, 而且分解后的崩裂碎片非常小, 肉眼几乎看不见, 这是一种看不见的污染。相较于市场上的这两种农膜, 全树脂农膜的降解速度快, 降解率高。按照该公司在新疆部分农田的试验结果看, 使用全树脂农膜, 当作物收获之后, 其可以达到90%以上的降解率, 且对农作物生产没有负面影响, 不仅如此, 还可以使番茄、马铃薯、甜菜等作物增长5%~20%.而降解之后, 对土壤成分、微生物种类和数量没有明显影响。
  
  在翁云宣看来, 当前要降低农田的“白色污染”, 实现农业可持续发展, 应该以推广使用全生物降解农膜为突破口, 在其他领域加速推广使用生物降解塑料及其技术, 进而推动整个塑料行业的转型, 使得国家的“限塑令”能够真正落到实处。尽管初衷是好的, 但是当前缺乏明确的推广使用全生物降解农膜及塑料的相关法律法规, 而且政府补贴也不到位, 推广步伐艰难。农户在生产过程中, 对于生产成本的计算, 导致了全生物降解农膜的市场发育迟缓, 推广前景并不乐观。
  
  正是由于全生物农膜价格过于昂贵, 基于成本收益的考量, 在农户环保意识还不够强烈的情况下, 如果没有政府补贴, 农户实际上是没有经济能力购买的。全生物降解农膜要想取代常规的PE膜在农业生产中广泛使用, 还面临着诸多的制约因素。中粮集团新疆屯河公司总经理赵瑞明表示, 就番茄生产而言, 全生物降解农膜的价格是每千克26元, 1亩地的农膜成本至少是180元, 是传统PE膜的2~3倍, 对于农民而言是无法接受的。特别是新疆地区, 人少地多, 农地流转频繁, 很多农户并不愿意在不属于自己的土地上进行投资, 更不在乎农膜残留污染与回收。中粮集团新疆屯河公司经过土地流转, 在新疆玛纳斯县租种了50 000亩的土地用于种植番茄, 此前由于农户大量使用PE膜, 进而使得这些土地农膜残留较多, 中粮集团不得不投入资金来对这些农膜残留进行清理与回收。正如赵瑞明所言, 在新疆的棉产区, 大部分农户均听过有生物降解农膜这个名称, 而且也知道其对土壤污染少, 但由于政府没有补贴, 大部分农户并没有购买这些农膜来取代PE膜的动力。
  
  尽管全生物农膜的使用成本高, 但其污染少、降解快的优点还是得到了发达国家的青睐。据翁云宣介绍, 德国与西班牙、意大利三国合作研发的生物降解农膜经过十余年的试验, 已经符合了欧盟最新的环保标准, 正在欧盟大范围的推广;日本在2009年就已经出台了相关的政策与法律, 对农户使用全生物降解农膜给予购买成本50%~60%的补贴, 目前日本全生物降解农膜的使用率达到了近50%.可见, 要推广生物降解技术与材料, 改善农业生态环境, 各级政府部门需要出台相关的法律法规, 以财税、补贴等经济激励手段来提升农户购买与使用的积极性。
  
  四、建立全方位的农田“白色污染”治理机制
  
  综合治理机制包括两个方面, 一是加速对现有的PE膜污染的治理, 继续加大对现有PE膜的回收力度;二是通过财税、补贴等经济手段加速推广生物降解农膜的使用范围。
  
  首先, 要做好现有的PE农膜回收工作。这方面我国各地的欠账太多, 需要进一步加大回收力度, 减少“白色污染”.对于当年新铺的农膜需要确定回收率, 至少应在70%~85%之间, 如果秋后残膜回收率达不到标准的, 应禁止对土地进行耕翻, 残膜翻入土壤中, 再将残膜从土壤中回收, 回收成本将增加4~5倍。播前搂膜仅仅是将地表5厘米内的残膜搂出回收, 在认真操作的状态下, 回收率也不容易达到75%, 翻到土壤中的地膜细碎化后更加不易与土壤分离。
  
  其次, 开展对不同土壤品质的农膜适用性研究工作。针对不同的气候、作物类型及产出效益, 确定是否需要农膜辅助栽培。在整体上不改变产出率的情况下, 尽量不使用农膜, 特别是不使用PE膜。降解膜、PE地膜的使用, 应根据不同作物机械回收难度、适应性、增产效果等综合因素, 有选择地使用, 番茄、花生、马铃薯、玉米, 特别是烟叶, 是优先选择推广的作物。棉花机械采收和降解膜的使用存在互相制约的矛盾, 机采籽棉中对三丝的进入要求严格, 特别是残膜碎片混入机采籽棉, 对皮棉品质影响极大, 降解膜降解速度快, 地表部分采收时能达到完全降解, 可能对棉花产量影响较大;收获时地表部分已开始裂解, 残膜碎片容易吸入棉箱;收获前残膜保持完整难度很大, 需要继续加强研究攻关。在我国棉花生产这一领域, 特别是冷凉棉区, PE地膜机械回收在较长时间内仍然是主攻方向。
  
  再次, 推广使用生物降解农膜, 逐步用生物降解农膜来取代目前的PE膜。具体来说:第一, 国家应该加大对农膜生产行业的宏观调控力度。相关政府部门应该采取切实的调控措施, 加大对农膜生产行业的引导, 提升市场监管力度, 逐步完善生物降解农膜生产的激励机制。对于严重污染的PE膜生产, 应当逐步禁止, 提升这些企业的税率, 或是直接征收环境污染税, 逐渐推动这些企业的产业结构升级, 促使其研发新的农膜产品。第二, 对于农户购买农膜而言, 应该加大政府补贴及相关政策支持, 对购买生物降解农膜的农户给予一定的成本补贴, 提升农户的积极性。同时企业在这个过程中也应该扩大生产能力, 逐渐降低生物降解农膜的生产成本, 提升其物理性能, 进而减少农户对使用生物降解农膜的疑惑。第三, 各级政府应该加大建立生物降解农膜的试点示范区域。选择不同的地区与作物类型, 扩大试点范围, 建立专项试点项目, 提升农户对生态环保的认知程度。
    [1]包翠荣。农田“白色污染”治理迫在眉睫[J].生态经济,2018,34(02):6-9.
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