«Белая революция» к «белому загрязнению» — мульчирование сельскохозяйственной полиэтиленовой пленкой в Китае
Мульчирование полиэтиленовой пленкой играет важную роль в китайском сельском хозяйстве из-за нагревания почвы и сохранения влаги. С помощью технологии мульчирования полиэтиленовой пленкой урожайность зерновых и товарных культур увеличилась на 20–35 % и 20–60 % соответственно. Площадь покрытия пластиковой пленкой в Китае достигла примерно 20 миллионов гектаров, а количество используемой пластиковой пленки достигло 1,25 миллиона тонн в 2011 году. Технология мульчирования пластиковой пленкой, принося огромные преимущества, также привела к ряду опасностей загрязнения. Большое количество остаточной пластиковой пленки оказывает пагубное воздействие на структуру почвы, перенос воды и питательных веществ и рост сельскохозяйственных культур, тем самым нарушая сельскохозяйственную среду и снижая урожайность. Чтобы контролировать загрязнение окружающей среды, китайскому правительству срочно необходимо повысить стандарты на пластиковую пленку.
Между тем, исследования и разработка биоразлагаемой мульчирующей пленки и многофункционального оборудования для сбора мульчи помогут обеспечить эффективный контроль и управление остаточным загрязнением мульчи.
За последние 30 лет достижения в сельскохозяйственной науке и технике вызвали большие изменения в сельскохозяйственном производстве в Китае [1]. Технология мульчирования полиэтиленовой пленкой значительно повысила урожайность зерновых культур и эффективность использования воды за счет экономии воды, поддержания влажности почвы, подавления сорняков, повышения температуры и улучшения устойчивости к холоду. В масштабах страны эта технология позволила повысить урожайность зерновых культур на 20–35 %, а урожайность товарных культур — на 20–60 %. Урожайность кукурузы, пшеницы, хлопка и картофеля увеличилась на 33,7 %, 33,2 %, 26,1 % и 36,7 % соответственно, а соответствующий уровень эффективности использования воды увеличился на 38,9 %.%, 30,2 %, 30,2 % и 37,8 % соответственно [2].
В настоящее время преобразование китайского сельского хозяйства направлено на создание интенсивной, стандартизированной, механизированной, индустриализированной и специализированной современной сельскохозяйственной системы. В связи с этим технология мульчирования полиэтиленовой пленкой играет решающую роль в расширении регионального сельскохозяйственного производства, обеспечении продовольственной безопасности и увеличении доходов фермеров.
По данным Китайского сельскохозяйственного статистического ежегодника [3], объем мульчи из пластиковой пленки, используемой в Китае, увеличился почти в четыре раза с 319000 тонн до 1 245 000 тонн с 1991 по 2011 год. Его ежегодные темпы роста составляют 7,1% и, как ожидается, увеличатся в ближайшие годы. Соответственно, общая посевная площадь, покрытая мульчей из пластиковой пленки, также демонстрировала устойчивый темп роста, увеличившись со 117 000 гектаров 2 в 1982 году до 4 909 000 гектаров 2 в 1991 году до 19 791 000 гектаров 2 в 2011 году.
Были проанализированы данные за 1991, 2001 и 2011 годы, и распределение интенсивности использования мульчи из пластиковой пленки в Китае было рассчитано следующим образом: интенсивность использования мульчи из пластиковой пленки = количество использования мульчи из пластиковой пленки/региональная площадь пахотных земель. За последние 20 лет во всех провинциях и регионах Китая наблюдается тенденция к увеличению интенсивности использования мульчи из пластиковой пленки, причем увеличение составляет от трех до десяти раз. В северных регионах наблюдался больший рост с более высокой абсолютной интенсивностью. Например, интенсивность использования мульчи из пластиковой пленки в Синьцзяне увеличилась с 7,0 кг м −2 в 1991 г. до 34,8 кг hm −2 в 2011 г. (1 кг полиэтиленовой пленки может покрыть 150–250 м 2 площади). Ожидается, что в течение следующих десяти лет посевная площадь, покрытая мульчей из полиэтиленовой пленки, увеличится на 8–10%, при этом площадь покрытой сельскохозяйственной культурой увеличится с нынешних 20 млн гектаров 2 до более чем 30 млн гектаров 2 и увеличение использования мульчи из пластиковой пленки с нынешних 1,2 миллиона тонн до более чем двух миллионов тонн.
Несмотря на преимущества технологии мульчирования полиэтиленовой пленкой, ее широкое использование привело к образованию большого количества остатков мульчи. В результате технология мульчирования пластиковой пленкой эволюционирует от «белой революции» к «белому загрязнению» (рис. 1). Поскольку мульча из пластиковой пленки в основном состоит из поливинилхлорида, оставшаяся мульчирующая пленка не разлагается в почве. Проблема усугубляется низкой скоростью восстановления мульчи из пластиковой пленки из-за механизированной обработки и тонкой пленки (менее 0,008 мм). Исследование основных районов использования мульчи из пластиковой пленки в Китае показало, что уровень остаточного содержания мульчи в почве составляет 50–260 кг·ч·м9.0007 −2 на пашнях с длительным мульчированием полиэтиленовой пленкой (свыше 10 лет) [2]. Большое количество остаточной мульчирующей пленки может привести к неустойчивому использованию сельскохозяйственных угодий и тем самым повлиять на сельскохозяйственную среду [2, 4].
Основные соображения заключаются в следующем. (1) Влияние на перенос влаги и питательных веществ в почве. Эти изменения в первую очередь отражают повреждение физической структуры почвы остаточной мульчей, которая блокирует инфильтрацию капиллярной и природной воды и влияет на влагопоглощение почвы. В результате снижается скорость движения питательных веществ и проникновение влаги. (2) Влияние на появление всходов и рост корней. Исследования в Синьцзяне показали, что остаточный уровень мульчи из пластиковой пленки составляет 200 кг гм −2 в верхнем слое почвы (0–20 см) повлияло на всхожесть семян хлопчатника и снизило производство хлопка на 15 %. (3) Вторичное засоление почвы. Исследования показали, что мульчирование в течение 5–20 лет подряд приводило к увеличению содержания солей в верхнем слое почвы на 122–146%. (4) Разложение полиэтиленовой остаточной мульчирующей пленки незначительно с возможным образованием вредных для окружающей среды химических продуктов, таких как эфиры фталевой кислоты [5], ди-(2-этилгексил)фталат, альдегиды и кетоны.
Рисунок 1. Поле мульчирования пластиковой пленкой в Тунчуане, Шэньси, и поле остатков пластиковой мульчи в Шихэзи, Сицзян, Китай.
Скачать рисунок:
Стандартное изображение
Изображение с высоким разрешением
Китайские ученые признали опасность загрязнения мульчи из пластиковой пленки и приняли меры для решения проблемы остаточной мульчи из пластиковой пленки. Однако из-за технических и экономических ограничений эти меры по-прежнему трудно применять в больших масштабах. Остаточное загрязнение мульчи пластиковой пленкой стало серьезной проблемой, и ее необходимо решать с точки зрения политики, регулирования и технологии всесторонним образом. (1) Улучшить стандарты мульчирующей пленки и соответствующие механизмы контроля качества, чтобы повысить степень извлечения мульчирующей пленки и улучшить рециркуляцию мульчирующей пленки [5]. Мульчирующая пленка, используемая в настоящее время в Китае, имеет толщину менее 0,008 мм; Напротив, мульчирующая пленка, используемая в США и странах Европы, обычно имеет толщину 0,020 мм, а в Японии — 0,015 мм.
В этих странах мульчирующая пленка более высокого качества остается в основном неповрежденной после использования, и после механизированной уборки в почве сельскохозяйственных угодий практически не остается остатков мульчирующей пленки. (2) Ускорить разработку биоразлагаемой мульчирующей пленки с меньшими затратами на производство для замены наиболее часто используемой в настоящее время мульчирующей пленки [6], которая в основном состоит из поливинилхлорида. (3) Ускорить исследования и разработку легкого, простого и многофункционального оборудования для восстановления остаточной пленки мульчи. Основное внимание должно уделяться сельскохозяйственной технике и техническим средствам, которые можно использовать как для обычных сельскохозяйственных операций (таких как вспашка), так и для восстановления остатков мульчирующей пленки. Таким образом, должно быть достигнуто высокоэффективное восстановление мульчирующей пленки без увеличения эксплуатационных расходов и нагрузки на фермеров.
Технология мульчирования полиэтиленовой пленкой обеспечивает хорошее удержание воды и согревающий эффект.
