联合国粮食及农业组织资料显示，全球农业塑料薄膜（下文简称农膜）年均使用量约为600万—900万吨，预计到2030年将增至900万—1400万吨。作为现代农业生产的重要投入品，地膜、棚膜和青贮膜能够调节光照、温度与水分，抑制杂草和病虫害，改善作物生长及饲料储存条件。其中，地膜可使作物增产7%—48%，并将土壤保水能力提高9%—25%，在干旱、半干旱地区发挥着尤为重要的作用。然而，农膜在提高农业生产效率的同时，也逐渐成为农田塑料污染的重要来源。当前研究多聚焦于农膜残留和微塑料污染，对“材料组成—分解与降解—污染物释放—跨介质迁移—生态效应”这一完整链条仍缺乏系统认识。
由中国科学院青藏高原研究所、中国农业大学、瑞典斯德哥尔摩大学、北京师范大学和英国班戈大学等单位组成的国际研究团队，应《自然综述：地球与环境》（Nature Reviews Earth & Environment）邀请，基于200余项研究、报告和行业分析，从全生命周期视角系统综述了农膜的全球使用格局、材料组成、分解与降解过程，微塑料及化学添加剂释放、跨介质迁移和生态影响，并提出涵盖安全添加剂、可持续替代材料、农膜回收和资源化利用的综合治理路径。
研究团队首先系统梳理了全球农膜的使用现状及区域差异。目前，亚洲农膜消费量约占全球的70%。中国年使用量约为230万吨，是全球最大的农膜使用国。中国单位耕地面积的农膜使用强度约为17kgha-1yr-1，但仍明显低于日本和韩国。不同地区的农膜使用类型也存在差异。中国主要使用地膜支持大田作物生产，地膜约占农膜使用量的50%。欧洲和北美畜牧业较为发达，青贮膜的使用比例相对较高；南欧则广泛利用棚膜开展蔬菜、水果等设施农业。
图1 全球农膜使用分布
研究进一步揭示，农膜在使用和废弃后会受到紫外线、温度、湿度、土壤水分、风力侵蚀、微生物及土壤动物等多种因素影响，并同时发生物理碎裂或/和化学降解。物理碎裂是指农膜在不发生明显化学变化的情况下破碎为更小的颗粒，而化学降解则涉及聚合物分子链断裂，并可能进一步转化为二氧化碳、生物质和水等终产物。传统农膜主要由低密度聚乙烯制成，在环境中降解缓慢，通常以物理破碎为主，因而容易形成长期残留的微塑料。由聚乳酸、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯和淀粉等材料制成的可生物降解膜，虽然通常具有更快的破碎和质量损失速度，但质量减少并不意味着材料已经完全矿化。田间研究显示，在两年内，约30%的聚乳酸地膜可能转化为微塑料，而完全转化为二氧化碳和生物质的比例仍较为有限。EN 17033可生物降解地膜认证标准要求农膜在受控培养条件下两年内的矿化率达到或超过90%。
然而，在实际田间环境中，低温、干旱及土壤与农膜接触不足等因素通常会限制微生物活性，使其矿化速率明显低于标准实验室条件。因此，“可生物降解”并不等同于“能够在真实农田中快速、完全降解”，更不意味着不存在环境风险。除降解性能外，农膜的全生命周期环境影响还受到原料来源和生产过程的制约。生产阶段通常是农膜能源消耗和碳排放的主要来源，部分PBAT薄膜的生产能耗甚至高于传统聚乙烯膜。与此同时，大规模使用玉米、甘蔗等作物作为生物基塑料的原料，还可能加剧土地、水资源和粮食生产之间的竞争。这意味着对可生物降解或生物基农膜的评价不能仅关注使用后的质量损失，还应综合考虑原料生产、能源消耗、完全矿化程度、微塑料形成及化学物质释放。
研究还指出农膜污染远不止肉眼可见的“白色污染”，还应拓展至包含塑料颗粒和多种伴生化学物质的“微塑料组”。农膜老化后可释放微塑料、纳米塑料、化学添加剂、转化产物和非有意添加物，形成的塑料颗粒还可吸附土壤中的重金属和农药。全球农田土壤中的微塑料浓度最高可达约1.3万颗每千克，其中农膜贡献约占10%−30%。农膜释放的微塑料及化学添加剂还可向深层土壤、地下水、大气和植物组织迁移。这些污染物可能降低土壤团聚体稳定性和保水能力，扰动微生物群落以及碳、氮、磷、硫等元素循环，并对蚯蚓、跳虫和线虫等土壤动物产生生理胁迫，最终影响作物生长和食品安全。然而，现有毒理实验使用的微塑料浓度（0.1−10wt%）通常远高于实际环境水平几个数量级。农膜源污染物在低剂量、长期和复合暴露条件下的真实生态风险，仍需通过长期田间研究进一步验证。
图2 农膜微塑料和添加剂的环境归趋
基于上述认识，研究团队进一步凝练出农膜可持续管理的三个核心策略：一是建立化学添加剂“筛选−评估−管控”体系，推动高持久性、高生物累积性和高毒性物质的减量、淘汰与安全替代，并利用机器学习综合优化添加剂的材料性能、毒性、环境迁移潜力和生产成本；二是优先发展以秸秆、木质纤维素等农业废弃物为原料，并经过真实环境降解验证的生物基农膜，减少对石化资源和粮食作物原料的依赖；三是提高农膜的机械强度和可回收性，完善机械化回收体系，并根据污染程度和材料组成实施分类处理，其中成分单一、污染较轻的农膜适合机械回收，混合材料或高污染农膜可进一步探索化学回收。未来还需建立全球农膜使用量和化学组成数据库，统一微塑料及添加剂的采样与分析方法，建设区域性长期监测网络，并利用真实田间数据推动可生物降解标准和政策激励机制的更新。
图3 农膜的可持续管理策略
该综述成果以“The use, fate and environmental impacts of plastic films in agriculture”为题，7月23日在线发表于《自然综述：地球与环境》（Nature Reviews Earth & Environment）。中国科学院青藏高原研究所博士生曾佳敏为论文第一作者，王小萍教授和汪杰副教授为共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金（41925032、U21A2038和42107438）、西藏自治区科技计划项目（XZ202401ZY0005）、北京市设施蔬菜创新团队项目（BAIC01），以及英国自然环境研究理事会全球挑战研究基金项目（NE/V005871/1）的支持。
