残膜引发农田“白色污染”，他们用全链条技术守护耕地健康
残膜引发农田 “白色污染”，他们用全链条技术守护耕地健康
十多年前，西北农林科技大学资源环境学院教授贾汉忠团队赴新疆开展农田土壤污染调研，沿途所见景象让他们心头沉重：破碎的塑料地膜缠绕在电线杆、树枝之上，一望无际的棉田地里，细碎的白色残膜混在泥土之中。起大风时，碎片随风四散，散落田间地头。原本主攻土壤有机污染与修复的科研团队，被这片农田里挥之不去的白色污染吸引，从此踏上一场对抗农田残膜、土壤微塑料污染的漫长攻关之路。
如今，团队联合中国科学院南京土壤研究所、南开大学、华东师范大学等10家科研单位，创新集成“源头减量—过程控制—末端降解”三位一体全过程防控技术体系，为旱区耕地提供了一套低成本、可推广的绿色治理方案。经多地大田验证，该体系适配多种主流作物，示范地块土壤微塑料含量降低30％以上，土壤肥力显著提升。
“旱区农业离不开地膜保水，但微塑料风险不容忽视。”贾汉忠表示，只有从源头减投入、过程减破碎、末端降解存量，才符合西北农田生产需求。围绕“筛—评—控—管”四步走路径，团队已在新疆石河子、甘肃张掖、陕西榆林及杨凌示范区等地建立示范基地，治理效果显著。
贾汉忠教授（右二）、刘鹏教授（右三）和团队成员进行交流。摄影：周天弘
残留的微塑料
地膜，是西北干旱地区农业生产不可或缺的生产资料。在新疆，棉花种植高度依赖地膜保水保温，当地地膜使用量占到全国总量三成。数十年覆膜耕种，保障了干旱区粮食、棉花稳产高产，但长期累积的残膜也埋下生态隐患。薄地膜在光照、风沙作用下逐渐老化碎裂，慢慢分解成粒径更小的微塑料。
团队多年跨区域采样监测显示，西北地区农田土壤微塑料污染位居全国前列，新疆农田每千克干土中，微塑料数量可达八千至上万个，远超国内中东部区域数百至两三千个的水平。其中聚乙烯、聚丙烯两类塑料碎片占比最高，大多是农田地膜老化后的产物。
团队成员、西北农林科技大学资源环境学院教授刘鹏坦言，残膜与微塑料正在悄悄改变耕地的健康状态。大量残膜混杂在土层之中，会降低土壤孔隙率，削弱土壤保水保肥能力，抑制种子萌发，影响作物根系生长。粒径小于5毫米的碎片定义为微塑料，更小的纳米塑料，甚至能够穿透作物组织进入果实，沿着食物链传递。
农田土壤微塑料污染特征（形状、颜色和尺寸）显微镜分析。受访者供图
多项前沿研究也证实，微塑料可通过饮食摄入、呼吸、皮肤接触三种途径进入人体。口服摄入的微塑料大部分会随粪便排出，但悬浮在空气中的微塑料颗粒被吸入后，容易在肺部留存；塑料内部添加的塑化剂、抗氧化剂、阻燃剂等助剂，带来的潜在毒性，更是科研领域重点关注的风险。
逐年消减存量
“治理残膜污染，不能只盯着已经埋进土里的碎片，要覆盖地膜使用全生命周期。”刘鹏介绍，团队提出构建源头减量、过程控制、末端治理三位一体的残膜微塑料防控体系，多条技术路线并行，跳出单一末端降解的思路。
在源头减量环节，团队探索了两条差异化路径，从根源上减少塑料残膜产生。一条路径是联合广州、深圳企业，依托拉伸流变工艺研发高强度地膜。传统地膜厚度不足，极易在田间破损；新工艺生产的高强度地膜，在保持薄膜较薄的同时提升韧性，不容易撕裂破损，作物收获之后可以完整回收。另一条路径，则是和甘肃大型养殖企业合作，利用养殖场大量牛粪研发液态有机膜。牛粪富含纤维素，喷洒到农田之后可以替代石油基聚乙烯地膜，在土壤中缓慢生物降解，从源头避免塑料进入农田。两种技术定位各不相同：高强度地膜主打“可回收”，牛粪液态膜主打“可降解”，供不同生产条件的农户按需选择。
在过程控制方面，团队在陕西榆林干旱地区落地膜侧种植新模式。传统覆膜方式，种子直接播在膜下，出苗时需要打孔，会破坏地膜完整性，回收时存在膜秆缠绕问题，埋下后期残膜回收难的隐患。膜侧种植则将地膜铺在垄上，玉米播种在地膜两侧的垄沟。“隆起的地膜如同简易集雨面，把稀少的雨水汇集到作物根部，既保留保墒保温效果，还能避免膜下高温灼伤种子。刘鹏向《中国科学报》介绍，试验数据显示，采用膜侧种植后，作物长势与传统覆膜方式持平，产量甚至小幅提升。最重要的是，地膜全程保持完整，在收获前可以整体揭取，有利于高效回收利用，大幅减少残膜留存土壤。这项技术已经进入大田示范阶段，适合西北少雨区域推广。
而针对二三十年以来已经埋入土壤、破碎形成的微塑料，末端治理技术成为最后的兜底手段。团队在残膜污染严重的农田，从本土土壤筛选、复配得到7种功能微生物菌剂。在实验室盆栽条件下，这套复合菌剂对土壤微塑料降解率30%以上。“我们的目标不是一次性把土壤微塑料彻底清零，而是逐年消减存量，降低生态风险。”刘鹏解释，菌剂可以持续发挥作用，逐年降低土壤里微塑料浓度。
开启大田示范
刘鹏回忆，在可控恒温、环境简单的盆栽环境，微生物菌剂降解效果稳定。可一旦进入大田，土壤里本土微生物群落复杂多变，西北昼夜温差大、气候波动强烈，外来菌种很难快速适应野外环境，降解效果明显下降。在杨凌小范围中试试验时，落差一度让团队产生自我怀疑。
“农田本身就是复杂系统，出现效果波动是常态，科研就是在反复试错迭代中不断完善。”贾汉忠不断鼓励团队成员。在经历长时间的反复试验后，这一问题终于被团队解决。
为摸清西北全域残膜污染底数，团队曾踏上漫长的采样之路，足迹遍及新疆、甘肃、陕西、宁夏、内蒙古等省区，累计采集数千份土壤样本。刘鹏回忆，西北地域广袤，团队经常在GPS 上看似邻近的两个采样点，驱车往往需要一个小时。
目前，整套技术已经在西北多个区域的数千亩农田开启大田示范，也申请了多项微生物菌剂相关专利，搭建包含5000多个点位样本的土壤微塑料数据库，数据库还在持续完善、内部调试。
刘鹏坦言，从示范田走向大规模产业化推广，仍然存在即时增产收益不高、地膜回收农机装备亟待研发等多重现实难题。
“科研不能只站在实验室里看数据，必须平衡治污效果、种植成本、农户接受度三者之间的关系。”贾汉忠表示，团队目前没有急于全面铺开市场化应用，选择循序渐进，持续扩大示范区域，在不同气候、土壤条件下长期监测土壤变化、作物产量，不断优化技术方案。
下一步，团队将完成西北旱区微塑料污染数据库建设，优化防控技术体系，针对区域差异细化技术标准，升级菌剂产品，扩大示范规模。同时，联合生命科学方向科研力量，挖掘微生物降解塑料的关键基因，尝试改造菌种，进一步提升降解效率；联动农机企业，研发适配膜侧种植的回收装备。