残膜回收机械化技术综述

戚江涛 张涛 蒋德莉 潘亮亮

摘 要：地膜覆盖虽然给农民带来了巨大的经济效益，但是也对生态环境造成了严重的影响。针对残膜对农业生产的危害和国内外残膜回收机的发展状况进行了综述。以期为残膜回收提供参考。

关键词：残膜；地膜覆盖；残膜回收机；回收率

中图分类号 S232.7 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2013）09-153-03

地膜覆盖种植技术不仅具有节水抗旱、增温保墒作用，可使作物总产量大幅度提高，而且还可以插制杂草，具有节本增效的良好效果。但农用塑料薄膜都是聚乙烯烃类化合物，自然条件下极难降解，如不及时进行清理回收，将会影响作物的生长发育与作物产量的提高，同时还会影响机具在田间的作业质量。从推广铺膜种植到现在，我国耕地中的残膜累计量已超过上百万t。据测定某些地区每公顷田地里有残膜少则45～75kg，多则105～120kg，残地膜碎裂体多达3.3～6.75万片。现已构成了白色污染[1]。据调查，残膜主要残留在0～20cm的农田浅耕层内，约占总残留量的80%，严重影响机械作业。残留废膜易缠绕犁铧，影响整地质量[2]。大量的残膜破坏了农田的生态环境，形成阻隔层，造成播种不均匀，影响播种质量，种子播在残地膜上会因吸收不到养分和水分而不能发芽，造成烂种，或因发芽后因吸收不到水分而枯死，从而降低作物产量[3]。残地膜问题现已危害到农业的可持续发展和农民的增收。总之，防治地膜污染，保护耕地，清理残膜，减少地膜残留，已经是一项十分紧迫而又有长远意义的工作[4]。

1 国外残膜回收机具与装置研究现状

随着地膜覆盖技术的长期应用，残膜回收现已成为许多国家不得不面对的一大棘手问题[5-7]。英国和前苏联主要是采用悬挂式收膜机，工作时松土铲将压膜土耕松，然后将残膜收卷到羊皮网或金属网上，收下的膜清洗干净卷好备用。日本土壤主要是火山灰土，土质疏松，而且地膜强度大，覆盖期相对短（45～90d），清除时可保持较大片块，利于收膜。欧美国家为防止残膜污染危害，一方面推广使用高强度、耐老化地膜，可以连续使用2～3a。采用收卷式回收地膜。另一方面，积极开发研制新型地膜，如可降解地膜，使残膜经一定时期自动分解成无害物质混入土壤。法国研制的卷筒式收膜机，工作时起膜铲翻松土壤，并起出地膜，由人工将地膜缠在卷膜筒上。机组前进时，地轮带动卷膜筒旋转，将回收的地膜卷在卷膜筒上。以色列是研究残膜回收机起步较早的国家之一，利用收卷机来回收残膜，效果较好。以色列A.V.I公司研制的收卷式回收机利用液压马达驱动收卷工作部件。同时控制收卷部件的转速与拖拉机行进速度相适应。

2 国内残膜回收机具发展状况

目前回收残地膜的手段主要有人工捡拾和机械回收2种方法。当前主要是以人工捡拾为主，但人工捡拾残地膜劳动强度大、效率低，机械回收可以克服人工捡拾的弊端，是残地膜回收的有效方法。国内残膜回收机具按照农艺要求和残膜回收时间分为：春播前回收、苗期揭膜机械、秋后回收机械等类型。

2.1 春播前回收 春播前由于大片残膜已被收回、土壤疏松等特点，残膜回收作业主要针对掩埋在地下的20cm以内的小块残膜，其在捡拾过程中具有一定的难度。目前开发的机型主要包括2种：

一是采用传统的搂耙式，即将田间的残膜搂成堆后清理出地。新疆阿克苏市研制的ISMS一5型密排弹齿式残膜回收机[8]。该机在整地后播种前回收地表残膜。它的工作原理主要是采用双排搂齿将地表上的残膜搂出。该机成本低，适合推广应用；CMJ一5型春秋两用密排弹齿式残膜回收机[9]是与小四轮拖拉机配套的农业机械，主要用途是在播种前对地表5cm以内的残膜进行回收，单次作业收净率达80%，具有结构新颖、重量轻、价格低、工作效率高等特点。王春耀[10]等人介绍了一种悬挂式残膜回收机的结构及其工作原理，对悬挂式残膜回收机的耧膜齿架及耧膜齿进行了有限元分析，加载时采用逐次迭代加载的方法进行，这种加载方式与实际工作情况更为吻合。对机架进行了动应力测试，为改进设计提供了必要的理论依据。通过实验结果表明：（1）为了减小耧膜齿入土断的线位移，横梁的形状可用空心方钢代替角钢，提高横梁的抗扭刚度。（2）改变齿的结构可以减小对横梁的扭矩。

二是采用气吸/气吹式，即采用挑膜轮等将田间残膜挑起，然后在风机作用下将其吹入集膜网箱，气吸/气吹式残膜回收机只能回收地表残膜且工作环境恶劣，易将尘土一同吸人膜箱。如新疆农业大学机械交通学院研制的气吹式春播前残膜回收机[11]，研究设计了主要针对往年陈膜和碎膜的新型气吹式春播前残膜回收机，运用运动及动力学分析方法，建立了直齿残膜捡拾机构在气流作用下运动模型及残膜相对于捡膜齿的相对运动微分方程，计算捡膜齿在耕层50mm深度内可得到较好的效果，捡膜辊转速最适宜转速为30r/min。兵团农六师芳草湖农场机关研制的CM-2.6型播前地表残膜回收机[12]。由170型以上动力的小四轮半悬挂，机车在行走时利用聚风罩兜风所形成的风力，及地轮行走时所产生的动力带动毛刷转扫器快速旋转，使地表上的残膜靠风流的作用和毛刷旋转所产生的磨擦作用，使残膜通过惯性甩入后面的出风口收膜网箱。该机经大面积田间示范和专家鉴定，地表1～3cm深土壤残留地膜回收率在80%以上。

2.2 苗期残膜回收 苗期揭膜是在作物浇头水前地膜老化较轻、便于揭收的有利时机，代表的机型有以下几种：中国农业大学研制的棉花苗期地膜回收机[13]能够实现一膜两行陆地种植模式的棉田地膜回收.在棉苗高度低于30mm，机组工作速度2～3km/h，地膜回收率可达95.7%。新疆农业科学院农机化研制的MSM-3型苗期残膜回收机[14]，它与小型或中型轮式拖拉机配套使用，采用卷膜辊主动收集废膜，装卸灵活，使用可靠。4TSM-4型悬挂式收膜机[15]，该机是头水前揭膜机的代表机型。其结构简单，使用调整方便，工作可靠，残膜回收率较高；张秋芳[16]等人针对现有苗期地膜回收机都是采用弹齿扎入地膜再回收，容易造成地膜的破损而不便于整体回收的问题，设计了一种柔性弹齿起膜轮，能够在不挑破地膜的前提下，将地膜由下向上整体托起并卷到收膜轮上，从而达到较完整地收集地膜的目的。

2.3 秋后残膜回收 残膜回收作业主要以秋后残膜回收为主，其回收对象主要是当年膜，由于薄膜老化、作物秸秆的影响，残地膜回收难度大，一般要与秸秆还田机配合作业。代表的机型有以下几种：

（1）中国农业大学开发的1MS-Ⅱ型地膜回收机[17]，针对我国多数地区实际使用的是超薄地膜（厚0.005mm以下的地膜）、且在作物收获后再收膜的现状，研制了适用于我国实际条件的残膜回收机。该机采用滚筒加伸缩齿杆式捡膜机构，胶带式缷膜机构。该机不需要输出轴动力驱动，能耗少，结构简单，适用方便，残膜回收率高，具有广泛的实用性。罗东升[18]等人针对地膜回收机回收超薄地膜时回收率较低的现状，提出为地膜回收机增加拢膜机构的设想，并对拢膜机构进行了结构参数设计。试验结果表明，地膜回收机增加拢膜机构可明显提高捡膜器的工作性能。

（2）石河子大学机电学院研制的秸秆粉碎还田与残膜回收联合作业机SMS-1500[19]。这种机型有茎秆粉碎机和残膜回收机两部分组成，能一次完成茎秆粉碎和残膜回收两项作业。在回收棉田中残膜的同时还可将粉碎的茎秆均匀的洒落在田间以作肥料。回收的残膜堆放在田间一起运走。郭振华[20]等人设计了一种将拔棉秆与残膜回收两种功能相结合的新机型。在分析拔棉秆原理及多种残膜回收机原理的基础上，对棉秆集堆及残膜回收联合作业机进行了设计研究。分别以提辊式拔棉杆机械和铲刀式拔棉秆机械的工作部件为研究对象，通过建立数学模型，分析各项功耗，得出各项阻力在总阻力中所占的比例关系。在膜杆分离的同时，达到了残膜回收的目的。这一类的残膜回收机结构复杂，价格偏高。

（3）新疆生产建设兵团农二师36团研究的气吹式秋后残膜回收机[21]，介绍了新型气吹式秋后残膜回收机的工作原理，对其主要工作零部件起膜铲、切膜辊、捡膜辊的结构及结构参数进行了分析研究，给出了这几个主要零部件结构参数的选取范围，并建立了捡膜辊齿的运动方程。通过分析提出了捡膜辊装置应采用间歇运动回转机构，这样该装置既可保证无漏捡的情况发生，又可获得较好的风机气流通过性。陈发[22]等人针对棉花残膜回收机弧形挑膜齿清理滚筒的结构、工作原理，对弧形挑膜齿的运动轨迹和运动方程进行了分析研究，建立了残膜相对弧形挑膜齿的运动方程，研究了弧形挑膜齿的速度、加速度等运动特性，并对弧形挑膜齿残膜清理滚筒运动干涉情况作了检验，证明该机构设计合理，残膜回收率可达85%以上。

（4）甘肃省农机推广站研制的1FMJ-850型残膜回收机[23]，残膜收净率90%，生产率在0.3hm2/h，配套动力为13.2kW小四轮拖拉机。由理论计算，滚筒的最低转速不得小于71.5r/min，并经试验验证，以120r/min为宜。徐新惠[24]等人针对残膜对农业生产的危害和残膜回收机研究的重要性设计了一种滚筒式残膜回收机，收膜滚筒靠拖拉机的牵引向前滚动，并驱动伸缩齿工作，启动需动力输出轴的驱动，动力消耗较少：配套动力功率为8.8～13.0kW；收膜幅宽为≤80cm；作业速度为2～3km/h；生产率为0.4～0.6hm2/h。

3 建议

（1）充分考虑农民农耕的实际情况，提高机具的利用率，降低使用成本。（2）残膜回收机要以秸秆粉碎与残膜回收联合作业为主要发展方向，实现不同作物播前、苗期、秋后的残膜回收。（3）提高残膜回收效率：尤其应该提高小片地膜的回收率。（4）鼓励使用标准化地膜，严禁生产和使用超薄农用地膜，严格执行GBl3735-92标准组织农用地膜生产，最小厚度为0.008mm，且达到强度要求。

4 结语

综上所述，国内外针对残膜回收机械的研究还不是很多，现有的残膜回收机械虽然在一定程度上提高了残膜回收率，但是面对土壤中大量的的残膜，却是远远不够的。新疆农业厅最近一份调查资料统计，目前新疆地膜覆盖面积年均在233.33hm2左右，棉花、设施蔬菜、工业番茄、色素辣椒等作物基本均为地膜覆盖种植，80%以上的玉米为覆膜种植，覆膜率每667m2达70%～87%，用量3～5kg/667m2，全区每年地膜总用量达15万t。大量农田地膜的使用虽然给农民带来了巨大经济效益，但是也对生态环境造成了严重的影响。为此，人们都迫切盼望着能有一种“能稳定、生产率较高、使用维护简单、自动化程度较好、价格便宜易推广”残膜回收机械问世。合理使用地膜，提高残膜回收率不仅是保护农业生态环境和农业的可持续发展重要举措，也是地膜覆盖这一重要的农艺技术能否健康可持续发展的关键。

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（责编：徐焕斗）