張璞郝建軍王建合楊欣

1、河北農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 2、河北省農(nóng)機(jī)化技術(shù)推廣服務(wù)總站

棉花殘膜回收機(jī)研究現(xiàn)狀與發(fā)展展望

張璞1郝建軍1王建合2楊欣1

1、河北農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 2、河北省農(nóng)機(jī)化技術(shù)推廣服務(wù)總站

結(jié)合地膜帶來的白色污染問題，簡要介紹了殘膜對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的危害以及殘膜回收機(jī)研究的重要性，對國內(nèi)外現(xiàn)有幾種典型殘膜回收機(jī)的工作原理進(jìn)行了介紹，指出了在可降解或液體地膜大規(guī)模推廣使用前，應(yīng)該開發(fā)與現(xiàn)階段結(jié)合的殘膜回收機(jī)，以便在提高機(jī)具作業(yè)效率的前提下最大限度地減少殘膜，并對未來殘膜回收機(jī)或殘膜回收的發(fā)展提出建議。

殘膜；殘膜回收機(jī)；白色污染

引言

地膜覆蓋技術(shù)自20世紀(jì)70年代引入我國以來，以其保溫、保土、增產(chǎn)等顯著特點(diǎn)，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來巨大經(jīng)濟(jì)效益，被稱為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的“白色革命”。然而，由于使用過的地膜難以被完整地回收，有很大部分殘膜被翻入土壤逐年累計(jì)，破壞了土壤的原有結(jié)構(gòu)和平衡，降低了農(nóng)機(jī)具的工作效率和質(zhì)量，減少了農(nóng)作物產(chǎn)量，影響農(nóng)村鄉(xiāng)土風(fēng)貌，危害牲畜的生命健康。有資料表明，連續(xù)3年殘膜沒有清理的地塊小麥均產(chǎn)量下降2%～3%，玉米產(chǎn)量下降10%左右，棉花產(chǎn)量下降10%～15%[1]。因此，殘膜回收迫在眉睫。目前，殘膜回收有人工撿拾和機(jī)械回收2種方式，手工清除殘膜時(shí)，勞動強(qiáng)度大，費(fèi)工時(shí)且回收率低，撿拾不凈，長年累月造成殘膜的田間積累帶來嚴(yán)重的“白色污染”。機(jī)械回收殘膜，可以克服人工撿拾的不足，是殘膜回收的有效方法。因此，研制各種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的殘膜回收機(jī)對于減少土地污染及保持農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。

1 棉花殘膜回收機(jī)類型

1.1 國外棉花殘膜回收機(jī)

殘膜回收問題是世界各國都面臨的一個(gè)棘手問題。國外殘膜撿拾（回收）機(jī)發(fā)展起于20世紀(jì)60年代，國外所用的農(nóng)用地膜厚度大約在0.01～0.05 mm左右，其抗拉強(qiáng)度大、不易破碎、易回收且可重復(fù)使用[2]。

日本對廢舊農(nóng)膜的回收處理相對好一些，分析其原因，一是日本覆蓋地膜的土壤主要是火山灰土，土壤疏松，易揭膜；二是地膜強(qiáng)度大，覆蓋期相對較短(1.5～3個(gè)月)，清除時(shí)刻保持較大片狀；三是采用地膜縫合，鋪地膜時(shí)不用土壓膜，以利于收膜。

歐美等國為解決殘膜造成的危害，一方面推廣使用高強(qiáng)度、耐老化地膜，以便于回收，英國主要采用懸掛式回收機(jī)，工作時(shí)，鏟齒將壓膜土耕松，將薄膜回收到金屬網(wǎng)上，回收后的薄膜經(jīng)清洗干凈后備用，法國主要使用卷筒式回收機(jī)，將回收的地膜卷在卷膜筒上，己備后用；另一方面，積極開發(fā)研制新型地膜，如可降解地膜，殘膜經(jīng)一定時(shí)期而自動分解，形成無害物質(zhì)而混入土壤之中。

1.2 國內(nèi)殘膜回收機(jī)

我國所使用過和理論研究過的殘膜回收機(jī)有幾十種，按殘膜回收的時(shí)間劃分為3類:苗期殘膜回收機(jī)械、秋后作物收獲完成之后的殘膜回收機(jī)械、春天播種之前殘膜回收機(jī)械。

1.2.1 苗期殘膜回收機(jī)

苗期進(jìn)行殘膜回收，在一些干旱地區(qū)會造成土壤內(nèi)水分的大量蒸發(fā)，縮短灌溉周期3～4天左右。苗期回收機(jī)代表機(jī)型主要有CSM-130B、MSM-3等。

CSM-130B型齒鏈?zhǔn)綉覓焓漳C(jī)[3]：該機(jī)由起膜、脫膜和集膜三大部分組成。該機(jī)具屬于國家專利產(chǎn)品，由兵團(tuán)農(nóng)機(jī)技術(shù)推廣站和農(nóng)八師134團(tuán)共同研制設(shè)計(jì)。其主要用于苗期收膜，工作時(shí)地輪壓松邊膜與覆土的黏結(jié)，同時(shí)苗行中的地膜在起膜導(dǎo)軌與抓膜齒鏈的配合作用下，被齒鏈強(qiáng)行抓取，并隨抓膜齒鏈的傳動而沿導(dǎo)軌弧面上升。加上殘膜本身的強(qiáng)度，使殘膜被提升的同時(shí)從植株上取下，而不破壞植株。但是該機(jī)器結(jié)構(gòu)有待進(jìn)一步簡化、優(yōu)化，廢膜卷中含土量偏大?，F(xiàn)研制單位正在加緊改進(jìn)以上問題，爭取在不久的將來能拿出新一代的機(jī)器以供使用。

MSM-3型苗期殘膜回收機(jī)[4]：該機(jī)由懸掛主梁、機(jī)架、起膜輪、起膜導(dǎo)軌、送膜葉輪、卷膜輥、行走地輪、傳動鏈輪和收邊膜裝置等主要部件組成。該機(jī)具在拖拉機(jī)的帶動下，起膜輪齒將殘膜挑起，運(yùn)往收膜裝置。通過刮邊膜壓土—起膜—送膜—卷膜—卸膜卷這種殘膜回收工藝，收取的殘膜能保證良好的整性，且殘膜回收率高。

1.2.2 秋后殘膜回收機(jī)

秋后殘膜回收機(jī)是在作物收獲后進(jìn)行殘膜回收，此類回收機(jī)適于干旱地區(qū)推廣使用。作物收獲后，此時(shí)地膜完整性較差、破壞較為嚴(yán)重，加上秸稈等因素限制，容易造成撿拾部件的損壞，加大了回收難度。但是到現(xiàn)在為止秋后殘膜回收機(jī)是被農(nóng)民應(yīng)用最多且廣泛接受的機(jī)具。代表機(jī)型主要有以下幾種。

SMS-1500型秸稈粉碎與殘膜回收機(jī)[6]：該回收機(jī)（見圖1）由秸稈切碎還田裝置、殘膜回收裝置、殘膜箱、牽引裝置、動力傳遞系統(tǒng)和行走系統(tǒng)等部分組成。作業(yè)時(shí)，機(jī)組順著膜行前行，扶禾器扶起傾斜或倒伏的作物秸稈，切割器將作物秸稈從根部割下，割下的作物秸稈被橫向輸送裝置輸送至圓盤式切碎器，切碎器上高速旋轉(zhuǎn)的刀盤將輸送過來的作物秸稈切斷，在護(hù)罩的遮擋下，切碎的秸稈落到機(jī)組一側(cè)，進(jìn)而使秸稈與待收殘膜分離。松土齒疏松壓在殘膜邊上的土壤，殘膜回收裝置上的鏈齒耙轉(zhuǎn)動，鏈齒耙上的齒桿依次刮過地面時(shí)將待收殘膜揭起，揭起的殘膜通過齒桿與底板之間的間隙被輸送至殘膜箱上側(cè)后，在脫膜輪的作用下落入殘膜箱。

圖1 SMS-1500型秸稈粉碎與殘膜回收機(jī)

4CM系列殘膜回收整地機(jī)[7]：此機(jī)具（見圖2）利用掘鏟將土塊、地膜、雜物一并鏟起，土塊被壓碎輥壓碎還田，雜物和地膜被針刺式分離輸送帶運(yùn)往集膜裝置，在機(jī)架底部有碾壓板完成整地。該機(jī)型在2011年5月的新疆農(nóng)機(jī)博覽會上很受參會人員的青睞。

圖2 4CM系列殘膜回收整地機(jī)

1MC-70型地膜回收起茬機(jī)[8]：該殘膜回收機(jī)是內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)機(jī)械化服務(wù)管理局研制的一種新型的殘膜回收機(jī)，該機(jī)已獲國家專利。該機(jī)具采用鏟掘滾篩的原理，可將壓在土壤下的、纏裹于作物根茬上的殘膜連同根茬與地表殘膜一起清理，其作業(yè)效率高，殘膜、殘茬回收率均在80%以上。

1.2.3 春播前殘膜回收機(jī)

春播前對殘膜進(jìn)行回收，此時(shí)的殘膜由于在地里時(shí)間較長，在風(fēng)沙等因素作用下大部分殘膜成為了小碎片，加上播前整地時(shí)間緊，所以此階段殘膜回收作業(yè)難度較大。代表機(jī)型主要有夾持式殘膜回收機(jī)、CMJ-5型春秋兩用密排彈齒式殘膜回收機(jī)等。

夾持式殘膜回收機(jī)[9]：該機(jī)具主要運(yùn)用了夾持原理，在拖拉機(jī)動力輸出軸及傳遞系統(tǒng)的帶動下，偏心夾持起膜輪帶動夾膜板進(jìn)行收膜與放膜。這種機(jī)械能回收不同大小和強(qiáng)度的殘膜碎片，地表殘膜回收率大于92%。

CMJ-5型春秋兩用密排彈齒式殘膜回收機(jī)[10]：該殘膜回收機(jī)（回收機(jī)構(gòu)見圖3）是與小四輪拖拉機(jī)配套的農(nóng)業(yè)機(jī)械，主要用途是在播種前對地表5cm以內(nèi)的殘膜進(jìn)行回收，并能清除雜草，具有一定的碎土作用，以保證地表的清潔。該機(jī)主要由機(jī)架、前后彈齒組成，機(jī)具質(zhì)量小，不需保養(yǎng)，作業(yè)成本低，深受歡迎。

2 現(xiàn)階段殘膜回收存在的問題

2.1 現(xiàn)階段地膜不利于機(jī)械化

目前，由于我國生產(chǎn)的農(nóng)膜厚度都非常?。ê穸葹?.006-0.008 mm）[1]，因此膜的抗拉強(qiáng)度不高，不利于殘膜的回收。這樣的膜雖然可以降低一些農(nóng)業(yè)投入成本，但由于過薄的農(nóng)膜給殘膜回收帶來困難并造成對環(huán)境的污染而導(dǎo)致作物減產(chǎn)。比較而言，薄農(nóng)膜實(shí)際上是不經(jīng)濟(jì)的。目前農(nóng)民使用的農(nóng)膜厚度都是0.008 mm的，即使產(chǎn)品質(zhì)量較好的農(nóng)膜，如遇整地效果不好(如大土塊)、莖稈還田時(shí)產(chǎn)生一些較鋒利的莖稈碎茬，以及覆膜后如遇到外力(風(fēng)的擾動)，都會造成膜的破損。為防止膜的破損，要在膜上覆蓋更多的土，這給后期的收膜帶來一定程度的困難。

2.2 回收膜與莖葉等混雜、裹土

機(jī)械收膜時(shí)，由于地里既有地膜又有植物莖稈、葉片及雜草，且地膜表面又往往覆有或多或少的土壤，這樣在收膜時(shí)如何將地膜與上述雜物分離，是一個(gè)很重要的問題。地膜收起后，如較干凈，則純凈的地膜可回收再利用，從而提高效益；若收起的地膜較干凈，還可充分減輕機(jī)器負(fù)荷，提高膜箱的有效容積。收膜時(shí)如果將雜物全收進(jìn)膜箱，則降低了膜箱的有效容積；同時(shí)由于地膜中含有雜物，又無法分離，地膜無法再次利用，只能連同雜物一起拋掉，又會給環(huán)境造成二次污染。

2.3 機(jī)械化回收成本較高

殘膜回收主要靠種植戶完成，要是采用機(jī)械回收，必定產(chǎn)生相對較高的費(fèi)用，降低農(nóng)戶的收入，因此農(nóng)戶大都不愿花費(fèi)更大的代價(jià)去回收，即使政府給予補(bǔ)貼和較高的回收價(jià)格，還是無法抵消回收時(shí)耗用的費(fèi)用。并且殘膜回收的效益不大，設(shè)立的廢舊地膜收購點(diǎn)和加工企業(yè)少，且利潤較低。

2.4 回收技術(shù)不成熟

現(xiàn)有殘膜回收機(jī)械不夠完善?；厥諜C(jī)具功能單一，機(jī)具質(zhì)量有待提高，作業(yè)性能一般，作業(yè)項(xiàng)目單一，殘膜回收率總體較低。當(dāng)前所有殘膜回收機(jī)具，都是針對平鋪農(nóng)膜作物設(shè)計(jì)的，開溝鋪膜作物不適用回收機(jī)具。

3 發(fā)展展望

3.1 新型材料

用可降解地膜來代替塑料地膜。近幾十年來，國內(nèi)外的科技工作者們針對殘膜污染問題開展了廣泛的研究，開發(fā)出了多種新型可降解地膜來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的塑料地膜，主要包括生物降解地膜、光降解地膜、光/生物雙降解地膜和植物纖維地膜等。但是應(yīng)用這些地膜會大大增加農(nóng)民們耕作的成本，所以很少被農(nóng)民們所使用。因此，國家需要出臺扶持政策來推廣可降解地膜。

3.2 規(guī)范國內(nèi)地膜標(biāo)準(zhǔn)

政府相關(guān)職能部門要嚴(yán)格執(zhí)法，要按照法律法規(guī)要求地膜生產(chǎn)廠家按照國家的地膜生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)0.01～0.05 mm的塑料地膜，這種標(biāo)準(zhǔn)的地膜會在秋后收膜的時(shí)候保留得比較完整。這種地膜一方面提高了回收機(jī)械的作業(yè)效率，更重要的是可以減少殘膜的污染。

3.3 加強(qiáng)殘膜回收機(jī)的穩(wěn)定、連續(xù)性

目前，我國所使用的殘膜回收機(jī)在工作的時(shí)候或多或少會出現(xiàn)小的故障，從而使殘膜回收機(jī)被迫停車進(jìn)行檢修，耽誤了殘膜回收作業(yè)的時(shí)間。特別是在春播之前收膜，因?yàn)榇翰r(shí)間緊、任務(wù)重，如果殘膜回收機(jī)出問題，則會給春播雪上加霜。

3.4 提高細(xì)小殘膜的回收率

殘膜回收機(jī)械往往回收的都是保存完整性比較好的殘膜和大塊的殘膜，在結(jié)束殘膜回收作業(yè)時(shí)小的殘膜碎片在耕地里還是到處可見，回收效果較差。殘膜碎片對于環(huán)境的污染和棉花等農(nóng)作物的損害依舊很大，不容小覷。

3.5 加強(qiáng)中、深層殘膜回收

現(xiàn)在用的殘膜回收機(jī)都是對地表殘膜、淺耕層殘膜進(jìn)行回收，對于中耕層和