棉花残膜回收机研究现状与发展展望

张璞郝建军王建合杨欣

1、河北农业大学机电工程学院 2、河北省农机化技术推广服务总站

棉花残膜回收机研究现状与发展展望

张璞1郝建军1王建合2杨欣1

1、河北农业大学机电工程学院 2、河北省农机化技术推广服务总站

结合地膜带来的白色污染问题，简要介绍了残膜对农业生产的危害以及残膜回收机研究的重要性，对国内外现有几种典型残膜回收机的工作原理进行了介绍，指出了在可降解或液体地膜大规模推广使用前，应该开发与现阶段结合的残膜回收机，以便在提高机具作业效率的前提下最大限度地减少残膜，并对未来残膜回收机或残膜回收的发展提出建议。

残膜；残膜回收机；白色污染

引言

地膜覆盖技术自20世纪70年代引入我国以来，以其保温、保土、增产等显著特点，给农业生产带来巨大经济效益，被称为农业生产中的“白色革命”。然而，由于使用过的地膜难以被完整地回收，有很大部分残膜被翻入土壤逐年累计，破坏了土壤的原有结构和平衡，降低了农机具的工作效率和质量，减少了农作物产量，影响农村乡土风貌，危害牲畜的生命健康。有资料表明，连续3年残膜没有清理的地块小麦均产量下降2%～3%，玉米产量下降10%左右，棉花产量下降10%～15%[1]。因此，残膜回收迫在眉睫。目前，残膜回收有人工捡拾和机械回收2种方式，手工清除残膜时，劳动强度大，费工时且回收率低，捡拾不净，长年累月造成残膜的田间积累带来严重的“白色污染”。机械回收残膜，可以克服人工捡拾的不足，是残膜回收的有效方法。因此，研制各种经济实用的残膜回收机对于减少土地污染及保持农业生产的可持续发展具有十分重要的意义。

1 棉花残膜回收机类型

1.1 国外棉花残膜回收机

残膜回收问题是世界各国都面临的一个棘手问题。国外残膜捡拾（回收）机发展起于20世纪60年代，国外所用的农用地膜厚度大约在0.01～0.05 mm左右，其抗拉强度大、不易破碎、易回收且可重复使用[2]。

日本对废旧农膜的回收处理相对好一些，分析其原因，一是日本覆盖地膜的土壤主要是火山灰土，土壤疏松，易揭膜；二是地膜强度大，覆盖期相对较短(1.5～3个月)，清除时刻保持较大片状；三是采用地膜缝合，铺地膜时不用土压膜，以利于收膜。

欧美等国为解决残膜造成的危害，一方面推广使用高强度、耐老化地膜，以便于回收，英国主要采用悬挂式回收机，工作时，铲齿将压膜土耕松，将薄膜回收到金属网上，回收后的薄膜经清洗干净后备用，法国主要使用卷筒式回收机，将回收的地膜卷在卷膜筒上，己备后用；另一方面，积极开发研制新型地膜，如可降解地膜，残膜经一定时期而自动分解，形成无害物质而混入土壤之中。

1.2 国内残膜回收机

我国所使用过和理论研究过的残膜回收机有几十种，按残膜回收的时间划分为3类:苗期残膜回收机械、秋后作物收获完成之后的残膜回收机械、春天播种之前残膜回收机械。

1.2.1 苗期残膜回收机

苗期进行残膜回收，在一些干旱地区会造成土壤内水分的大量蒸发，缩短灌溉周期3～4天左右。苗期回收机代表机型主要有CSM-130B、MSM-3等。

CSM-130B型齿链式悬挂收膜机[3]：该机由起膜、脱膜和集膜三大部分组成。该机具属于国家专利产品，由兵团农机技术推广站和农八师134团共同研制设计。其主要用于苗期收膜，工作时地轮压松边膜与覆土的黏结，同时苗行中的地膜在起膜导轨与抓膜齿链的配合作用下，被齿链强行抓取，并随抓膜齿链的传动而沿导轨弧面上升。加上残膜本身的强度，使残膜被提升的同时从植株上取下，而不破坏植株。但是该机器结构有待进一步简化、优化，废膜卷中含土量偏大。现研制单位正在加紧改进以上问题，争取在不久的将来能拿出新一代的机器以供使用。

MSM-3型苗期残膜回收机[4]：该机由悬挂主梁、机架、起膜轮、起膜导轨、送膜叶轮、卷膜辊、行走地轮、传动链轮和收边膜装置等主要部件组成。该机具在拖拉机的带动下，起膜轮齿将残膜挑起，运往收膜装置。通过刮边膜压土—起膜—送膜—卷膜—卸膜卷这种残膜回收工艺，收取的残膜能保证良好的整性，且残膜回收率高。

1.2.2 秋后残膜回收机

秋后残膜回收机是在作物收获后进行残膜回收，此类回收机适于干旱地区推广使用。作物收获后，此时地膜完整性较差、破坏较为严重，加上秸秆等因素限制，容易造成捡拾部件的损坏，加大了回收难度。但是到现在为止秋后残膜回收机是被农民应用最多且广泛接受的机具。代表机型主要有以下几种。

SMS-1500型秸秆粉碎与残膜回收机[6]：该回收机（见图1）由秸秆切碎还田装置、残膜回收装置、残膜箱、牵引装置、动力传递系统和行走系统等部分组成。作业时，机组顺着膜行前行，扶禾器扶起倾斜或倒伏的作物秸秆，切割器将作物秸秆从根部割下，割下的作物秸秆被横向输送装置输送至圆盘式切碎器，切碎器上高速旋转的刀盘将输送过来的作物秸秆切断，在护罩的遮挡下，切碎的秸秆落到机组一侧，进而使秸秆与待收残膜分离。松土齿疏松压在残膜边上的土壤，残膜回收装置上的链齿耙转动，链齿耙上的齿杆依次刮过地面时将待收残膜揭起，揭起的残膜通过齿杆与底板之间的间隙被输送至残膜箱上侧后，在脱膜轮的作用下落入残膜箱。

图1 SMS-1500型秸秆粉碎与残膜回收机

4CM系列残膜回收整地机[7]：此机具（见图2）利用掘铲将土块、地膜、杂物一并铲起，土块被压碎辊压碎还田，杂物和地膜被针刺式分离输送带运往集膜装置，在机架底部有碾压板完成整地。该机型在2011年5月的新疆农机博览会上很受参会人员的青睐。

图2 4CM系列残膜回收整地机

1MC-70型地膜回收起茬机[8]：该残膜回收机是内蒙古自治区农牧业机械化服务管理局研制的一种新型的残膜回收机，该机已获国家专利。该机具采用铲掘滚筛的原理，可将压在土壤下的、缠裹于作物根茬上的残膜连同根茬与地表残膜一起清理，其作业效率高，残膜、残茬回收率均在80%以上。

1.2.3 春播前残膜回收机

春播前对残膜进行回收，此时的残膜由于在地里时间较长，在风沙等因素作用下大部分残膜成为了小碎片，加上播前整地时间紧，所以此阶段残膜回收作业难度较大。代表机型主要有夹持式残膜回收机、CMJ-5型春秋两用密排弹齿式残膜回收机等。

夹持式残膜回收机[9]：该机具主要运用了夹持原理，在拖拉机动力输出轴及传递系统的带动下，偏心夹持起膜轮带动夹膜板进行收膜与放膜。这种机械能回收不同大小和强度的残膜碎片，地表残膜回收率大于92%。

CMJ-5型春秋两用密排弹齿式残膜回收机[10]：该残膜回收机（回收机构见图3）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，并能清除杂草，具有一定的碎土作用，以保证地表的清洁。该机主要由机架、前后弹齿组成，机具质量小，不需保养，作业成本低，深受欢迎。

2 现阶段残膜回收存在的问题

2.1 现阶段地膜不利于机械化

目前，由于我国生产的农膜厚度都非常薄（厚度为0.006-0.008 mm）[1]，因此膜的抗拉强度不高，不利于残膜的回收。这样的膜虽然可以降低一些农业投入成本，但由于过薄的农膜给残膜回收带来困难并造成对环境的污染而导致作物减产。比较而言，薄农膜实际上是不经济的。目前农民使用的农膜厚度都是0.008 mm的，即使产品质量较好的农膜，如遇整地效果不好(如大土块)、茎秆还田时产生一些较锋利的茎秆碎茬，以及覆膜后如遇到外力(风的扰动)，都会造成膜的破损。为防止膜的破损，要在膜上覆盖更多的土，这给后期的收膜带来一定程度的困难。

2.2 回收膜与茎叶等混杂、裹土

机械收膜时，由于地里既有地膜又有植物茎秆、叶片及杂草，且地膜表面又往往覆有或多或少的土壤，这样在收膜时如何将地膜与上述杂物分离，是一个很重要的问题。地膜收起后，如较干净，则纯净的地膜可回收再利用，从而提高效益；若收起的地膜较干净，还可充分减轻机器负荷，提高膜箱的有效容积。收膜时如果将杂物全收进膜箱，则降低了膜箱的有效容积；同时由于地膜中含有杂物，又无法分离，地膜无法再次利用，只能连同杂物一起抛掉，又会给环境造成二次污染。

2.3 机械化回收成本较高

残膜回收主要靠种植户完成，要是采用机械回收，必定产生相对较高的费用，降低农户的收入，因此农户大都不愿花费更大的代价去回收，即使政府给予补贴和较高的回收价格，还是无法抵消回收时耗用的费用。并且残膜回收的效益不大，设立的废旧地膜收购点和加工企业少，且利润较低。

2.4 回收技术不成熟

现有残膜回收机械不够完善。回收机具功能单一，机具质量有待提高，作业性能一般，作业项目单一，残膜回收率总体较低。当前所有残膜回收机具，都是针对平铺农膜作物设计的，开沟铺膜作物不适用回收机具。

3 发展展望

3.1 新型材料

用可降解地膜来代替塑料地膜。近几十年来，国内外的科技工作者们针对残膜污染问题开展了广泛的研究，开发出了多种新型可降解地膜来代替传统的塑料地膜，主要包括生物降解地膜、光降解地膜、光/生物双降解地膜和植物纤维地膜等。但是应用这些地膜会大大增加农民们耕作的成本，所以很少被农民们所使用。因此，国家需要出台扶持政策来推广可降解地膜。

3.2 规范国内地膜标准

政府相关职能部门要严格执法，要按照法律法规要求地膜生产厂家按照国家的地膜生产标准生产0.01～0.05 mm的塑料地膜，这种标准的地膜会在秋后收膜的时候保留得比较完整。这种地膜一方面提高了回收机械的作业效率，更重要的是可以减少残膜的污染。

3.3 加强残膜回收机的稳定、连续性

目前，我国所使用的残膜回收机在工作的时候或多或少会出现小的故障，从而使残膜回收机被迫停车进行检修，耽误了残膜回收作业的时间。特别是在春播之前收膜，因为春播时间紧、任务重，如果残膜回收机出问题，则会给春播雪上加霜。

3.4 提高细小残膜的回收率

残膜回收机械往往回收的都是保存完整性比较好的残膜和大块的残膜，在结束残膜回收作业时小的残膜碎片在耕地里还是到处可见，回收效果较差。残膜碎片对于环境的污染和棉花等农作物的损害依旧很大，不容小觑。

3.5 加强中、深层残膜回收

现在用的残膜回收机都是对地表残膜、浅耕层残膜进行回收，对于中耕层和