地膜覆盖技术可提高粮食单产20%~30%，对保障我国粮食安全作出了重大贡献^[1]。随着地膜应用范围扩大，大量残膜累积在土壤中，不仅污染土壤，妨碍耕作，破坏耕作层土壤结构，而且阻碍水肥输导，影响土壤通透性和作物生长发育^[2]。玉米是甘肃河西走廊的主要粮食作物，由于受水资源缺乏和积温不足的影响，在生产中普遍采用地膜覆盖栽培技术，呈现覆盖面积大、覆盖年限长、使用强度大、地膜残留量大的特点^[3]。目前，甘肃省农田残膜回收机械处于研发阶段^[4-5]，由于残膜回收技术和回收机具研发严重滞后无法满足农业生产的实际需要，因此，在生产中残膜回收主要采用人工捡拾方式，人工捡拾的比例高达74%^[4]。虽然国内有些科学家在地膜污染方面开展了一些工作，但主要集中在对局部地区残膜数量、分布及对土壤、作物生长危害^[6-7]等方面。残膜捡拾方式对地膜残留量、残留系数及作物产量的影响目前还鲜见报道。为此，本文研究不同捡拾方式对地膜残留系数及玉米产量影响，旨在为农田地膜污染控制研究提供科学依据。

试验于2011-2014年在甘肃省农业科学院张掖节水农业试验站进行。试验站位于甘肃省河西走廊中部，土壤属轻壤土，0~200 cm平均土壤容重1.376 g·cm^-3, 有机质含量7.9 g·kg^-1，速效磷24.7 mg·kg^-1，速效钾82 mg·kg^-1。平均年蒸发量2 075 mm，年降水量不足130 mm，干旱指数达15.96，属于典型的无灌溉就无农业的干旱灌溉地区, 具有西北绿洲灌溉农业区的典型特征。

试验为大区设计, 不设重复，各处理随机排列。小区面积97.5 m²。残膜捡拾方式设3个处理：（1）不捡拾、（2）完全捡拾、（3）常规捡拾。具体捡拾方法见表 1。2011年播前地膜基础残留量为67.5 kg·hm^-2。

表 1　残留地膜捡拾方法 Table 1　The collecting method of plastic film residues

表选项

各处理不施有机肥，施N 300 kg·hm^-2，P₂O₅ 225 kg·hm^-2。氮素用量的40%、全部磷肥作基肥。在玉米大喇叭口及吐丝期各施氮素的30%作追肥。氮肥为尿素（46.4% N），磷肥为重过磷酸钙（44% P₂O₅）。生育期灌水量4 200 m3·hm^-2。全生育期灌水4次，分别于拔节期、大喇叭口期、吐丝期和灌浆中期灌水, 每次灌水量占灌溉定额的比例为20%、30%、30%、20%。采用水表量水灌溉。

宽窄行平作种植，宽行80 cm, 窄行40 cm。行距40 cm，株距20 cm，播深2.0~2.5 cm。播种密度83 300株·hm^-2。玉米播种前1周覆盖宽70 cm的地膜。每年4月下旬播种，10月上旬收获。

玉米品种为沈单16。地膜采用新疆巴州皓天农业科技开发有限生产普通聚乙烯地膜，地膜厚度为0.008 mm，从覆膜到收获160 d降解率为3.14%。

试验铺膜前将地膜先称重，铺完后再称重，算出的差值为试验地膜铺设量。

在2011年覆膜前在试验区选择5个采样点测定残留地膜背景值，2014年玉米收获后每小区选择3个采样点测定各处理地膜残留量。采样点位置采用蛇形线方法确定，样方规格为2.0 m×1.0 m，采样深度30 cm。按照0~10、10~20、20~30 cm 3层，分层过筛孔直径为5 mm平筛，分层收集土样中残膜，并将收集的残膜样品装袋带回室内分拣清洗，在阴凉干燥处自然凉干后，残膜面积按 < 4 cm²、4~25 cm²、>25 cm²的标准分类并称重。统计残膜3个范围面积的具体方法为，选择颜色与残膜差异明显且易于辨认的纸片，分别画出2 cm×2 cm、5 cm×5 cm正方形，将地膜与图形进行比较鉴定其面积大小以统计归类^[1]。

地膜残留系数%=[（收获后地膜残留总量-铺设地膜前地膜残留量）/地膜铺设量]×100%^[8]

成熟期每小区去掉边上2行及每行头3株后收获测产。

采用SPSS11.0和EXCEL2003软件对数据进行方差（LSD法, α=0.05）和相关分析。

残膜量是衡量土壤污染程度的重要指标，土壤中残留地膜的分布情况是影响农田质量的重要特征之一^{[6-7, 9-13]}。研究结果（表 2）表明，在0~30 cm土层内，不同捡拾方式下，地膜残留量差异显著，并且地膜残留量浅层显著多于深层。经过4年栽培，常规捡拾、完全捡拾、不捡拾处理残膜量累计为80.85、52.71、152.65 kg·hm^-2，残膜量差异显著。从残膜的垂直分布看，0~10 cm土层残留膜量为总量的53.60%~75.51%，不捡拾处理残膜量显著高于常规捡拾，完全捡拾与常规捡拾差异不显著；10~20 cm土层占总量的17.16%~34.86%，较常规捡拾，不捡拾处理差异不显著，完全捡拾则显著减少；20~30 cm土层残留量仅占总量的7.33%~18.47%，不同处理残膜量相近。马辉等^[6]、蔡金洲等^[13]的研究结果显示残留地膜主要分布在0~20 cm表层土壤中，与本研究结果一致。

表 2　不同捡拾方式0耀30 cm土层残膜量的空间分布（g·m^-2） Table 2　The spatial distribution of plastic film in 0~30 cm field with different treatments (g· m^-2)

表选项

从表 3看出，在0~30 cm土壤中，单块残膜面积 < 4 cm²的片数占总片数的61.37%~81.05%之间，4~25 cm²的片数占14.54%~30.19%， > 25 cm²的片数占4.40%~8.76%，这说明大部分的残膜主要以 < 4 cm²的小块存在于土壤中。这与严昌荣等^[11]在新疆石河子棉田调查提出的残膜主要以4~25 cm²的大小存在有出入，这可能与种植过程的农艺措施等不同有关。从表 3还可看出，经过4年栽培，常规捡拾、完全捡拾、不捡拾处理累计残膜片数分别为819.0、744.3、987.3片·m^-2。完全捡拾方式下，面积 > 25 cm²、4~25 cm²大块残膜显著低于常规捡拾和不捡拾处理，而面积为 < 4 cm²残膜片数与常规捡拾和不捡拾差异不显著。影响残膜形态的因素除自然因素、人为翻耕等，本研究中造成不同处理差异显著的最主要因素为不同捡拾方式。土壤中面积较大的膜块便于捡拾，易被捡拾出去，而 < 4 cm²残膜的小膜块，不易捡拾，仍残留在土壤中，在完全捡拾、传统捡拾方式下，使土壤中中大膜块占的比例减小，而小膜块数量及所占比例相应增加。

表 3　不同捡拾方式0耀30 cm土壤中残膜的形态特点（片· m^-2） Table 3　The characteristic of plastic film in 0~30 cm field with different treatments (individual·m^-2)

表选项

地膜残留系数是指当年地膜残留量在地膜投入量中所占的百分数。通过地膜残留系数的测算，可了解种植业地膜残留特点和规律, 对摸清地膜污染底数有重要意义。表 4结果表明，不捡拾地膜的情况下有超过一半的地膜残留在土壤中，残留系数高达54.42%。常规捡拾下，地膜残留系数较小，为8.53%。多次捡拾可保证当年基本无残留且可以清理出0~30 cm土壤中往年累积的面积较大的膜块。

表 4　不同捡拾方式下地膜残留系数 Table 4　Residual coefficient of different kinds of collecting method

表选项

从表 5看，虽然不同捡拾方式株高等各项指标差异不显著，但不同捡拾方式对各项指标均有影响。完全捡拾处理下，玉米株高最低，但茎粗、穗长、穗粗、穗行数、行粒数、百粒重均最大，比常规捡拾增幅分别为7.49%、4.42%、3.70%、4.92%、8.34%、1.91%；而不捡拾处理株高最高，茎粗、穗长、穗粗、穗行数、行粒数、百粒重比常规捡拾减幅依次为-1.76%、2.16%、2.41%、0.12%、1.59%、1.53%。

表 5　不同捡拾方式对玉米产量构成因素的影响 Table 5　Yield and relevant factors of maize under different treatments

表选项

表 6表明，随着地膜捡拾程度的增加，由于地膜残留量减少, 因而使玉米产量呈增加趋势, 但各处理间差异不显著。2011年玉米收获后，在挖根、土壤翻耕过程中才开始采用不同方式捡拾残膜。由于当年不同处理土壤环境一致, 因而使玉米产量相近。2012-2014年，与常规捡拾相比，残膜不捡拾处理减产10.77%、28. 41%、6.84%；而完全捡拾处理则增产10.49%、2.66%、4.03%。玉米产量关系为：完全捡拾>常规捡拾>不捡拾。

表 6　不同捡拾方式对玉米产量影响（kg· hm^-2） Table 6　Effects of different treatments on maize yield (kg·hm^-2)

表选项

残膜捡拾方式显著影响地膜残留量、残膜形态及残膜系数。在0~30 cm土层中，浅层地膜残留最多，不捡拾处理残膜量显著高于常规捡拾与完全捡拾；中层地膜残留量其次，不捡拾处理残膜量与常规捡拾差异不显著，完全捡拾则显著少于常规捡拾，深层残留小，各处理差异不显著。地膜残留量在试验前67.5 kg·hm^-2基础上，经过4年栽培，常规捡拾即农民习惯捡拾处理残膜增加量、残留系数仅为13.35 kg·hm^-2、8.53%，说明在目前缺乏残膜捡拾机械的情况下，采用农民的习惯捡拾方式也有很好的残膜捡拾效果；而不捡拾处理的残膜增加量、残留系数高达85.15 kg·hm^-2、54.42%，即投入地膜的一半以上残留在土壤中。完全捡拾处理残膜增加量、残留系数分别为-14.79 kg·hm^-2、-9.45%，这两项值出现负值的原因是试验地块进行了多年地膜覆盖栽培，土壤中地膜基础残留量为67.5 kg·hm^-2，每年玉米收获后至第二年播种前，结合农事操作多次捡拾残留地膜时，既把当年覆盖的地膜基本捡拾出去，还将往年残留于地表或埋在土壤中的面积 > 25 cm²、4~25 cm²中大块残膜捡拾并带出试验区，使土壤中大中块残膜片数显著低于常规捡拾和不捡拾处理，而面积 < 4 cm²残膜片数与常规捡拾和不捡拾差异不显著。

残膜滞留于农田导致土壤紧实度增加，结构性和通透性变差^{[11-12, 14]}。适宜疏松的土壤环境有利于作物根系的伸展和根量的积累^[15-16]。残留地膜可阻碍根系穿透及养分水分吸收，影响玉米根系的生长发育^[7]。本研究提出，长期采用不同捡拾方式影响地膜残留量，进而影响玉米根系发育，最后影响玉米茎粗、穗长、穗粗、穗行数、行粒数、百粒重，影响玉米产量，这与辛静静等^[7]、张建军等^[17]研究结论“随农用地膜残留量的增加，玉米产量下降”是一致的。本研究还提出，与农民常规捡拾相比，不捡拾处理平均减产15.08%，减产幅度较大，而完全捡拾平均增产4.70%，增产幅度较小，出现这种情况是不同处理地膜残留量差异造成的。经过4年栽培，不捡拾处理地膜残留量高达152.65 kg·hm^-2，比常规捡拾处理增加了71.80 kg·hm^-2，而完全捡拾处理比常规捡拾仅减少28.14 kg·hm^-2。

从地膜残留量、残留系数及玉米产量综合考虑，认为完全捡拾效果最好，但由于捡拾效率低、劳动力成本高而无法大面积应用；不捡拾情况下，地膜残留系数高达54.42%，与常规捡拾相比减产15.08%；因此在没有适宜的残膜回收机械的情况下，运用农民常规捡拾方式，既有比较好的捡拾效果，并且仅比完全捡拾处理减产4.49%。但从长远发展看，必须要尽快研发推广适宜的残膜回收机械。