关于农田废旧地膜机械化回收及综合利用的建议

石 鑫，杨豫新，牛长河

（新疆农业科学院农业机械化研究所，新疆 乌鲁木齐830091）

0 引言

目前我国地膜覆盖栽培面积居世界之首，新疆属干旱地区，棉花、工业番茄、色素辣椒等作物地膜覆盖率接近100%，玉米种植覆膜率超过80%，全区每年地膜总用量达40万t以上。大量使用过的地膜没有回收，年复一年累积在土壤中，导致耕地和农村环境遭到严重的残膜污染[1-4]。

图1 废旧地膜对农田和农村环境造成严重污染

治理“白色污染”存在的问题：以棉田为例，全疆棉花种植约246.67万hm2，采棉机保有量约6 000余台，日作业效率20 hm2以上，尚不能满足全疆棉花的机械化采收，而以新疆农科院农机化所和科神农机股份有限公司为代表研制的秸秆还田及残膜回收联合作业机市场保有量不足300台，加上搂耙式的简易残膜回收机，可正常用于机械化地膜回收的机具不足1 000台，且作业效率和作业连续性低于采棉机。通过对比分析，全疆棉田机残膜械化回收率非常低，大量废旧地膜未得到有效回收，且仍然以每年数十万吨的数量激增。

农民愿意购置数百万的采棉机而不愿购买十多万的残膜回收机，其原因在于：（1）残膜回收无法给农户带来直接经济效益；（2）机械化回收的地膜包含大量杂质，再利用成本远大于废地膜本身价值；（3）残膜回收机效率和可靠性特别是智能化水平较低，仍然需加大投入科研经费和研发力量。因此需通过田间机械化残膜回收和回收后废膜综合利用两个方面开展联合研究，制定解决残膜污染和再利用的方案。

1 当前残膜回收机械存在的主要技术问题

（1）“苗期揭膜”技术不适应于灌溉条件较差的棉区，特别是河灌区下游的干旱缺水地区，按农业生产技术要求，苗期作物一旦揭膜，必须尽快灌溉，否则农作物会出现严重的“温差早衰”现象。在灌溉条件较差的农区，一般是无法按时按量保证正常供水的。特别是多年来推广的膜下滴灌技术，管道布置在地膜下面，作物在整个生育期内不能揭膜。

（2）耕后耕作层的残膜回收。耕后残膜回收会压实已耕松的农田，并且由于此时农时季节短，因此耕后耕作层残膜回收技术只能作为一种补充。

（3）耕前残膜回收有利于作物生长期的保墒，减少水分蒸发，节约用水。但耕前收膜，作物的秸秆对残膜回收影响很大，由于机械或人为作用，加上老化导致地膜强度下降[5]，地膜极易破损。此外，北疆农区收获后到封冻的时间较短，这些都是耕前收膜机械作业的不利因素。另外，由于喷洒脱叶剂及机采过程中使地表残留大量落叶、棉铃壳及细果枝，造成待收膜面杂物多，回收残膜杂质含量高，由于现有拖拉机轮距与机采棉种植模式不符，导致大量棉秸秆被压倒，造成还田机无法粉碎还田，直接与残膜一起被回收，造成回收残膜含杂高，因此如何解决回收过程中的膜杂分离，是耕前残膜回收急需解决的问题。

2 建议

针对上述问题，经过实际调研，拟定采用两步走的技术路线，通过“控增量，减存量”方法，使农田地膜残留量达到指标阈值。

2.1 耕前残膜回收技术

在农作物收获结束后，使用现有秸秆粉碎及残膜回收联合作业机进行作业，对当年新铺地膜进行回收，残膜回收率达到80%以上，通过秸秆粉碎还田同步作业，最大限度保持待收膜面干净，尽量提高回收地膜洁净度，以达到回收再利用目标；同时采用田间移动式打包装备及技术对所回收地膜及时进行打包和码放，避免出现二次污染，然后通过运输车辆运往废旧塑料加工厂进行处理加工。

图2 耕前残膜回收及再利用技术应用

2.2 耕层残膜回收技术

以新疆兵团为例，2017年兵团以团场为单位全面开展农田残膜污染调查，查清农田残膜污染面积、程度、分布等基本情况如下：

图3 2017年团场农田残膜污染面积、程度、分布情况

南北疆由于耕作模式和农艺方式的不同，其残膜在耕层中的分布情况也不同，从图中可以看出，北疆棉区耕层中的地膜残留量平均值高于南疆，约为南疆植棉区的1.87倍，是污染治理的重点区域。从整体上来看，南北疆均为土壤越深，残膜越少：残膜在耕层主要分布在0～20 cm的土层中，约占72%，因此加大农田0～20 cm的土层中残膜清理的力度，对治理残膜污染至关重要。

建议采用耕层残膜回收机械每隔2年对0～20 cm的土层开展“筛土式”作业，同时每年在播种以前使用播前残膜回收机械对地表的残留地膜进行回收，通过以上两项作业，达到逐年降低农田地膜残留的目的，但无论是耕层内残膜回收或是播前残膜回收，都必须在耕翻后或播前作业。

由于耕层残膜回收主要针对往年陈旧膜及当年部分未回收地膜，再加上经过耕翻，残膜大部分与土壤或作物根茬缠绕在一起，后续处理困难且成本高，基本无使用价值，因此建议进行工厂无害化处理。

2.3 废地膜综合利用技术

仅从机械化回收角度无法从根本上治理残膜污染，因此回收后的废旧地膜能否有效再利用是解决这一问题的关键，传统的焚烧、填埋、废弃等处置方式不但会对环境造成二次污染，还会造成资源的极大浪费。

图4 焚烧回收的废旧地膜造成二次污染

废旧地膜回收利用符合循环经济活动“资源—产品—再生资源”的反馈式流程，是塑料产业中资源循环利用的重要组成部分，应多项举措并举。目前了解到废旧地膜处理再利用途径主要有以下三个方面：

2.3.1 加工再生颗粒

优点：中国是全球最大的塑料消耗国，全球每年3亿t塑料消耗量，仅中国就消耗1亿t以上，对再生颗粒的需求量非常大，塑料加工企业的利润主要来自新旧颗粒的比例；以目前我国蓬勃发展的快递行业为例，2019年312.8亿件快递，使用150万t塑料包装袋，而这种包装袋不像食品、医疗上使用的标准高，基本采用60%以上的再生料制作。2017年4月18日，中央出台“禁止进口洋垃圾”的改革实施方案，从以往中国再生塑料加工企业为全球处理塑料垃圾，到目前仅可处理国内塑料垃圾，原料严重短缺，所以采用农膜作为再生颗粒原料，其产品市场空间非常巨大。

缺点：机械化回收的地膜包含大量杂质，无法直接生产再生颗粒，分离出可用的干净地膜，拉运费等中间环节需要投入大量成本，导致造粒成本几乎接近甚至高于新料价格，尤其2020年国际油价大跌，塑料作为石油副产物，价格也相应下跌，塑料制品加工企业采用新料的成本较低，对再生颗粒需求量也相应减少。

建议：在南北疆各选几个典型的承担“农业清洁生产示范项目”的企业开展调研工作，了解企业诉求；针对利用废旧地膜生产再生颗粒的企业，政府应适当减免水电费、厂房租赁费等，提供免税、补贴等政策，降低企业运行成本；加大田间地膜处理技术与装备的研发力度，将机械化回收的地膜就地分离，或者在乡镇设立地膜回收网点，在回收网点进行地膜与杂质分离，将较为干净的地膜通过打包机进行打包，降低运输成本[6-7]。

2.3.2 高温无氧干馏裂解

高温无氧干馏技术是全球最受推崇的固体废弃物处理技术，利用固体有机废弃物中有机物的热不稳定性，在无氧条件下对其加热，当达到一定的温度后，组成有机物的大分子结构中碳键和氢键发生断裂，经重新组合形成小分子的可燃气体（甲、乙、丙、丁烷、CO和氢气）、可凝可挥发的油以及碳。

残膜经田间收集后，经滚筒筛分打包后，细土还田处理，地膜运输至厂区储存，经破碎机破碎，干化处理后，进入干馏设备进行高温无氧裂解产生反应，产生可燃气体和炭；可燃气经过除尘、冷却、脱硫等一系列净化处理后，进行储存，一部分供干馏设备加热使用、多余可燃气供周边发电或以燃气销售方式再利用；气体净化产生的焦油、飞灰等回干馏设备处理；气体净化后产生的水内含有木醋液，可浓缩储存供种植、绿化、改善土壤还田使用。

2.3.3 填埋

机械化回收地膜包含大量杂质，秸秆、根茬与地膜相互缠绕，很难分离，可以采用直接填埋的方式，同时喷撒菌剂使秸秆快速分解，而聚乙烯材料的地膜难以分解，掩埋一定时间后，分解后的秸秆不再与地膜缠绕，降低了分离难度，可通过滚筒筛等方式进行快速分离，建议组织相关科研单位进行试验研究。