加拿大萨格奈-圣让湖地区塑料地膜覆盖面积的急剧增长及其环境可持续性挑战

《Canadian Journal of Soil Science》：Augmentation significative des superficies recouvertes par du paillis de plastique au saguenay–Lac-Saint-Jean, Québec, Canada

本研究针对加拿大魁北克省萨格奈-圣让湖(SLSJ)地区因玉米热量单位(UTM)不足限制青贮玉米生产的问题，探讨了农户采用“氧化生物降解”塑料地膜提升产量的实践。研究人员通过卫星影像分析发现，2018至2024年间该地区塑料地膜覆盖面积激增90%，达2300公顷，且44%为连年使用区域。研究警示此类塑料降解缓慢并可能在环境介质中累积，呼吁亟需寻求更可持续的替代方案。

　　

在加拿大魁北克省北部的萨格奈-圣让湖（Saguenay–Lac-Saint-Jean, SLSJ）地区，农业生产，特别是青贮玉米（ma?s à ensilage）的种植，长期面临着一个严峻的自然挑战——玉米热量单位（Unité Thermique Ma?s, UTM）不足。UTM是衡量作物生长季热量累积的关键指标，其数值偏低直接限制了玉米的生长发育周期和品种选择，导致产量潜力难以充分发挥。为了突破这一气候限制，当地许多农户采取了一项颇具争议的技术：在农田上覆盖一种被称为“氧化生物降解”（oxo-biodégradable）的透明塑料地膜（paillis de plastique）。这种地膜能够有效提升土壤温度、保持水分，从而允许提前播种日期，并使得种植需要更高UTM的玉米杂交品种成为可能，短期内对增产增收起到了积极作用。

然而，这层带来短期效益的塑料薄膜，其背后潜藏着巨大的环境隐忧。这种所谓的“可降解”塑料，其实际降解速率可能远低于预期，导致塑料残留物在土壤、水体沉积物乃至生物体内不断累积，对生态系统健康构成长期威胁。尽管潜在风险已被认知，但长期以来，关于SLSJ地区乃至更广泛区域内，究竟有多少农田被这种塑料地膜覆盖，其年际变化趋势如何，以及是否存在重复使用的热点区域等关键基础数据，却是一片空白。这种信息缺失严重阻碍了对该农业实践环境影响的准确评估以及可持续替代方案的探索。

为了填补这一知识空白，由Maxime C. Paré、Olivier Morissette、Maxime Boivin和Marianne Piochon组成的研究团队，依托魁北克大学希库蒂米分校（Université du Québec à Chicoutimi）基础科学系，开展了一项开创性的研究。他们利用卫星遥感技术，首次系统性地追踪和量化了SLSJ地区从2018年到2024年七年间塑料地膜覆盖面积的动态变化。这项研究旨在精确描绘该农业实践的时空分布图谱，评估其扩张速度，并识别重复使用的模式，从而为理解其环境后果和推动农业可持续发展提供坚实的科学依据。相关研究成果发表在《Canadian Journal of Soil Science》上。

本研究主要依赖于时间序列卫星影像分析这一关键技术方法。研究人员系统收集并处理了覆盖SLSJ地区2018年至2024年间的多时相卫星遥感数据。通过对这些高分辨率影像进行人工目视解译与半自动信息提取，研究人员能够准确识别和勾画出农田中塑料地膜的覆盖范围。这种方法使得大范围、长时序的监测成为可能，克服了传统地面调查成本高、覆盖面有限的缺点。基于解译结果，研究团队精确计算了每年塑料地膜覆盖的总面积，分析了其年际变化趋势和空间分布特征，并特别关注了是否存在连年覆盖的“热点”区域。

研究结果

塑料地膜覆盖面积的急剧扩张

研究结果显示，SLSJ地区采用塑料地膜覆盖的农业面积在过去七年中呈现出惊人的增长态势。具体而言，覆盖面积从2018年的1192公顷迅猛增加至2024年的超过2300公顷，增幅高达90%。这一数据清晰地表明，使用塑料地膜已成为该地区应对热量限制的一种日益普及且规模迅速扩大的农业管理措施。

塑料地膜使用的空间聚集与重复使用

空间分析进一步揭示，塑料地膜的使用并非均匀分布在整个SLSJ地区，而是呈现出明显的空间聚集性。更有启示意义的发现是，总计有44%的覆盖面积位于那些经历了年度重复使用（utilisations annuelles répétées）的地块上。这表明相当一部分农户已经形成了依赖塑料地膜的固定种植模式，而非偶尔或轮换使用，这无疑加剧了塑料在这些特定区域土壤中累积的风险。

塑料地膜在主要大田作物用地中的占比

为了评估塑料地膜在该地区农业系统中的相对重要性，研究人员计算了其面积占区域内用于大田作物（grandes cultures）的农业用地总面积的比例。结果显示，每年约有1.3%至2.5%的此类农田被塑料地膜覆盖。虽然比例看似不高，但其绝对面积的快速增长和空间集中性，意味着局部环境压力正在显著增加。

氧化生物降解塑料的实际降解情况

除了基于遥感数据的量化分析，研究还结合了现有科学文献和实地观察（observations sur le terrain），对所使用的氧化生物降解塑料的实际环境行为进行了评估。证据一致指出，这类塑料在SLSJ地区的环境条件下，其分解速率并未达到理论上或宣称的“可降解”水平（ne se décompose pas au rythme souhaité）。这意味着大量塑料碎片很可能长期存留于环境中。

研究结论与意义

本研究通过卫星遥感技术，首次精确揭示了加拿大SLSJ地区塑料地膜覆盖面积在2018-2024年间急剧增长90%至超过2300公顷的客观事实，并明确指出其使用具有空间聚集性和高度重复性（44%面积为连年使用）。这表明该农业实践正朝着规模化、固定化的方向发展。

研究的核心结论在于，尽管氧化生物降解塑料地膜作为一项适应气候限制的技术被广泛采纳，但其环境可持续性存在严重疑问。遥感监测结合文献与实地证据表明，此类塑料的实际降解速度缓慢，远未达到理想状态，从而导致其在土壤、水体及生物体中持续累积的巨大风险。当前，已有1.3%至2.5%的大田作物用地受到此实践的影响，且趋势仍在上升。

面对这一严峻现实，本研究强调，亟需（devront être rapidement entreprises）开展进一步的科学研究。未来的研究重点应集中于：1）精确评估塑料残留物对SLSJ地区土壤健康、水质和生物多样性的具体影响；2）深入探究氧化生物降解塑料在该区域特定环境因子（如温度、湿度、微生物群落）作用下的真实降解路径与最终归宿；3）积极寻找和开发环境友好、真正可持续的替代技术或材料，以帮助农业部门在保障生产与保护环境之间取得平衡。

总之，这项研究不仅为SLSJ地区提供了一个关键的农业环境基线数据，也为全球其他面临类似问题的地区敲响了警钟。它突出表明，在推广旨在克服自然限制的农业技术时，必须对其长期环境后果进行审慎评估，并优先考虑生态可持续性。该成果对政策制定者、农业从业者和环境科学家都具有重要的启示意义，为推动向更可持续的农业系统转型提供了科学依据。