残膜污染调研及机械化回收装备

侯书林，张佳喜，谢建华，王旭峰

（1.中国农业大学工学院，北京100000；2.新疆农业科学院农业机械化研究所；3.新疆农业大学；4.塔里木大学）

残膜污染调研及机械化回收装备

侯书林1，张佳喜2，谢建华3，王旭峰4

（1.中国农业大学工学院，北京100000；2.新疆农业科学院农业机械化研究所；3.新疆农业大学；4.塔里木大学）

文中阐述了地膜覆盖技术及残膜污染现状，重点统计了新疆部分地区地膜残留量，分析了残膜回收机械存在的主要技术问题，并介绍了中国农业大学工学院在残膜机械化回收技术与装备上的研究成果，对今后残膜污染回收治理提出了建议。

地膜；覆盖；残留量；机械化回收；技术；装备

1 地膜覆盖技术及残膜污染概况

地膜覆盖栽培技术自20世纪70年代末引入我国以来，以其增温、保墒、抑制杂草生长、增加作物产量等显著特点，是大幅度提高作物生产产量、缩短作物的生长期，提早作物上市的一项切实可行的技术。深受广大农民的欢迎，已在我国许多地方迅速推广，目前，在我国的新疆、山东、山西、黑龙江、甘肃等寒冷、干旱及半干旱地区，地膜覆盖栽培技术已普遍应用于棉花、玉米、番茄、蔬菜、瓜类、烤烟等40多种农作物，其中以棉花为最多。给农业生产带来巨大经济效益，称作为农业中的“白色革命”。

随着地膜覆盖种植技术的推广，地膜覆盖作物的种类和面积逐年增加，塑料薄膜的使用量也迅速增加。全国年铺膜面积接近2 000万hm2，地膜使用量已达125万t，我国已经成为世界上最大的地膜覆盖种植国家。

覆膜种植技术在带来增产、增效的同时，也产生了地膜污染土地的严重问题。地膜为聚乙烯化合物，在自然条件下极难降解，在土壤中可存在200～400年。如果收获后残留于田间的地膜不及时清除，随着覆膜年限的增长，残留在土壤里的地膜逐年增加，造成了农田和环境的严重污染，破坏了农田生态环境，对生态环境、土壤结构、作物生长发育造成了严重不良影响，影响农田的正常作业与农业的可持续发展。牲畜误食还会引起疾病甚至死亡，给城市周围郊区及农村耕地造成了严重的“白色污染”。

据农业部门专项调查，每年残存在田间、土壤、沟河中的塑料薄膜至少占使用总量的10%以上，现累积残存量已在百万吨以上，造成田间沟渠经常因地膜积累发生堵塞。据大量生产实践调查：地膜已密布土壤整个耕作层，严重地区地膜存留量己达32～38 kg/667m2。新疆兵团棉花苗期因地膜造成棉花等农作物根系坏死，导致缺苗断垅影响出苗率平均达14%以上。烂种烂芽率平均达7.8%以上，使棉花、小麦、玉米等十多种作物减产达11%以上。总体而言，地膜残留量越多对农作物产量影响就越大，地膜污染危害程度己接近塑料覆盖所增产的临界值。

2 新疆部分地区地膜残留量采样调研

项目组成员通过大量的实地调研采集了新疆部分地区地膜残留量数据，见表1、2。

表1 阿克苏地区地膜残留量

表2 和田、博乐、石河子、伊犁等地区地膜残留量

3 残膜回收机械主要存在的问题

（1）一般残膜机作业功能单一；

（2）机具残膜回收率较低，通常仅为60%～70%左右，且收后残膜洁净度极差，膜、秆、土混合严重；

（3）作业速度较低，一般仅为3～4 km/h，导致生产率低下，使用者经济效益不明显；

（4）农机农艺融合不够，机具作业适应性较差；

（5）残膜回收机关键工作部件缺乏深入理论研究，仅靠每年的农时作业试验验证，研究期较长。

4 残膜机械化回收装备

研究证明，解决上述“白色污染”的直接有效的办法就是清除田间的残存地膜，方法有人工捡拾和机械清除两种。其中机械清除效率高、劳动强度低，残膜清除率高，目前急需开展地膜回收技术与装备的研究。

本课题组由中国农业大学工学院教师组成，课题组对残膜回收机已有多年研究基础，先后承担和完成了多项残膜回收机研究项目，包括国家科技支撑项目、国家科技攻关项目、国家高技术研究（863）项目和公益性行业科技专项及省市级项目等，在残膜回收机研究方面已经取得大量成果，包括已经获得授权发明专利6项、实用新型专利4项，软件著作权2项，发表相关论文30余篇，获得残膜回收机机型3种。

4.1 滚筒弹齿式残膜回收机

运用滚筒外缘分布的弹齿扎膜挑膜，滚筒卷膜回收残膜。工作时，在拖拉机的牵引下，滚筒贴紧地表仿形并在弹齿的驱动下实现纯滚动，滚筒外缘分布的弹齿尖扎入地膜并在随滚筒转动的同时挑起地膜并使地膜卷到滚筒外缘，完成残膜回收。为提高残膜清洁度，结构设计上考虑杂物清除，包括成对对称使用带有倾斜角度的滚筒，中间加装切膜分离刀，保证膜上杂物在地膜被切开分离的同时滑动脱落，实现膜杂分离。该机型适于大根茬作物的残膜回收。

图1 滚筒弹齿式残膜回收机

4.2 弹齿轮转挑膜式残膜回收机

运用固定轨迹运动的凸轮机构驱动轮转弹齿实现扎膜、挑膜、卸膜和复位，循环往复实现残膜回收。为提高卸脱膜的可靠性，机具附加了推板脱模辅助机构。

工作时，机具前部松土铲深入膜下土壤，疏松板结的土壤，实现膜土分离。弹齿在回转轴的带动下随转轴实现旋转运动，旋转的过程中，在凸轮机构的控制下，弹齿实现入土扎膜、上抬挑膜、低头平抽卸膜、旋转复位完成残膜回收。为提高卸膜的可靠性，机具附加了推板卸膜辅助机构，在弹齿低头平抽的同时推板推膜实现可靠卸膜。卸下脱落的残膜掉入集膜箱完成残膜回收工作。该机型收膜可靠。适于小根茬作物的残膜回收。

图2 弹齿轮转挑膜式残膜回收机

4.3 链齿搂挑式残膜回收机

借鉴搂耙集膜原理，通过链齿搂耙集膜、挑膜输送、链齿抖动除杂、弹性刮板卸膜，膜箱集膜实现残膜回收。

工作时机具前部安装有松土铲松土实现膜土脱离，利用装有弹齿的链条运动，链条下部3个以上的弹齿处于水平位置实现搂集膜，弹齿可以上下小范围内浮动仿形，弹齿尖部紧贴地表保证连续搂集膜。运动到链轮周边的弹齿旋转上抬将搂集的地膜挑起，并向上输送。输送的过程中，链条在凸轮的作用下带动弹齿同步抖动，使地膜与夹带裹起的杂物分离并通过链条间隙滑落，实现膜杂分离。弹齿挂起的地膜到达顶部，通过弹齿的转动，在地膜重力作用下从弹齿上脱落实现卸膜。为提高卸膜的可靠性，机具附加了弹性刮膜板辅助卸膜。脱落及刮掉的地膜落入膜箱实现集膜。完成残膜回收工作。该机型残膜收净率高。适于播前残膜回收。

图3 链齿搂挑式残膜回收机

5 建议

残膜污染危害的成因是多方面的，因此，治理残膜污染危害也需从政策、技术、宣传等多方面着手，实施综合治理，稳步推进，实现农业可持续发展。

5.1 使用符合回收机械作业标准地膜

建议提高地膜厚度国家标准，由目前执行的0.008mm±0.003mm提高至以0.01mm为最低极限值。同时财政上可给予购买标准厚度地膜的农民一定补助，鼓励农民购买标准厚度地膜。对生产和销售超薄膜的企业予以重罚，从源头上治理地膜生产销售环节不规范的问题。

5.2 支持科研创新

建议农机部门优先安排残膜回收机具的科研开发；在科技和财政发展资金、项目中安排专项，用于残膜回收机械的科研开发、改进创新；鼓励企业、科研院（所）校、推广等联合攻关，进一步加大科研创新力度，提高残膜回收机械化科技水平。

5.3 实行作业补贴

对农民回收残膜政府给予补助，尤其对机械化残膜回收作业给予作业补助，形成机械化作业市场，引导农民或者农机合作组织自发完成残膜回收。

5.4 残膜的再生资源化利用

要制定一些优惠政策以鼓励回收、加工、利用废旧地膜的企业的发展。对回收废膜作原料的企业政府应给予补助，农民回收残膜也可获得一定的经济利益。体现“谁污染、谁治理”的原则，要求地膜销售部门和地膜消费者自行回收利用。

Survey on Residual Film Pollution and Mechanized Recycling Equipment

HOU Shu-lin1,ZHANG Jia-xi2,XIE Jian-hua3,WANG Xu-feng4

(1.Engineering college,China Agricultural University,Beijing,100000,China;2.Agriculturalmechanization research institute, Xinjiang Academy of Agricultural Sciences;3.Xinjiang Agricultural University;4.Tarim University)

This text elaborates film covering technology and present situation of residual film pollution,focuses on film residual quantity in part of prefectures in Southern Xinjiang,analyzes the main technical problems of film recycling mechinery,intruduces the reaserch results of engineering college of China Agricultural University in residual film mechanized recycling technology and equipmentand puts forward relative suggestion for residual film polution abatement in the future.

Film;Cover;Residualquantity;Mechanized recycling;Technology;Equipment

10.13620/j.cnki.issn1007-7782.2016.04.003

S223.5

A

1007-7782（2016）05-0012-03

2016-10-22

垄作马铃薯残膜回收技术装备研发与示范，公益性行业（农业）科研专项子课题（201503105-4）

侯书林，男，教授，博士生导师，研究方向：农机装备技术研究、机械制造及其自动化