殘膜污染調研及機械化回收裝備

侯書林，張佳喜，謝建華，王旭峰

（1.中國農業大學工學院，北京100000；2.新疆農業科學院農業機械化研究所；3.新疆農業大學；4.塔里木大學）

殘膜污染調研及機械化回收裝備

侯書林1，張佳喜2，謝建華3，王旭峰4

（1.中國農業大學工學院，北京100000；2.新疆農業科學院農業機械化研究所；3.新疆農業大學；4.塔里木大學）

文中闡述了地膜覆蓋技術及殘膜污染現狀，重點統計了新疆部分地區地膜殘留量，分析了殘膜回收機械存在的主要技術問題，并介紹了中國農業大學工學院在殘膜機械化回收技術與裝備上的研究成果，對今后殘膜污染回收治理提出了建議。

地膜；覆蓋；殘留量；機械化回收；技術；裝備

1 地膜覆蓋技術及殘膜污染概況

地膜覆蓋栽培技術自20世紀70年代末引入我國以來，以其增溫、保墑、抑制雜草生長、增加作物產量等顯著特點，是大幅度提高作物生產產量、縮短作物的生長期，提早作物上市的一項切實可行的技術。深受廣大農民的歡迎，已在我國許多地方迅速推廣，目前，在我國的新疆、山東、山西、黑龍江、甘肅等寒冷、干旱及半干旱地區，地膜覆蓋栽培技術已普遍應用于棉花、玉米、番茄、蔬菜、瓜類、烤煙等40多種農作物，其中以棉花為最多。給農業生產帶來巨大經濟效益，稱作為農業中的“白色革命”。

隨著地膜覆蓋種植技術的推廣，地膜覆蓋作物的種類和面積逐年增加，塑料薄膜的使用量也迅速增加。全國年鋪膜面積接近2 000萬hm2，地膜使用量已達125萬t，我國已經成為世界上最大的地膜覆蓋種植國家。

覆膜種植技術在帶來增產、增效的同時，也產生了地膜污染土地的嚴重問題。地膜為聚乙烯化合物，在自然條件下極難降解，在土壤中可存在200～400年。如果收獲后殘留于田間的地膜不及時清除，隨著覆膜年限的增長，殘留在土壤里的地膜逐年增加，造成了農田和環境的嚴重污染，破壞了農田生態環境，對生態環境、土壤結構、作物生長發育造成了嚴重不良影響，影響農田的正常作業與農業的可持續發展。牲畜誤食還會引起疾病甚至死亡，給城市周圍郊區及農村耕地造成了嚴重的“白色污染”。

據農業部門專項調查，每年殘存在田間、土壤、溝河中的塑料薄膜至少占使用總量的10%以上，現累積殘存量已在百萬噸以上，造成田間溝渠經常因地膜積累發生堵塞。據大量生產實踐調查：地膜已密布土壤整個耕作層，嚴重地區地膜存留量己達32～38 kg/667m2。新疆兵團棉花苗期因地膜造成棉花等農作物根系壞死，導致缺苗斷垅影響出苗率平均達14%以上。爛種爛芽率平均達7.8%以上，使棉花、小麥、玉米等十多種作物減產達11%以上。總體而言，地膜殘留量越多對農作物產量影響就越大，地膜污染危害程度己接近塑料覆蓋所增產的臨界值。

2 新疆部分地區地膜殘留量采樣調研

項目組成員通過大量的實地調研采集了新疆部分地區地膜殘留量數據，見表1、2。

表1 阿克蘇地區地膜殘留量

表2 和田、博樂、石河子、伊犁等地區地膜殘留量

3 殘膜回收機械主要存在的問題

（1）一般殘膜機作業功能單一；

（2）機具殘膜回收率較低，通常僅為60%～70%左右，且收后殘膜潔凈度極差，膜、稈、土混合嚴重；

（3）作業速度較低，一般僅為3～4 km/h，導致生產率低下，使用者經濟效益不明顯；

（4）農機農藝融合不夠，機具作業適應性較差；

（5）殘膜回收機關鍵工作部件缺乏深入理論研究，僅靠每年的農時作業試驗驗證，研究期較長。

4 殘膜機械化回收裝備

研究證明，解決上述“白色污染”的直接有效的辦法就是清除田間的殘存地膜，方法有人工撿拾和機械清除兩種。其中機械清除效率高、勞動強度低，殘膜清除率高，目前急需開展地膜回收技術與裝備的研究。

本課題組由中國農業大學工學院教師組成，課題組對殘膜回收機已有多年研究基礎，先后承擔和完成了多項殘膜回收機研究項目，包括國家科技支撐項目、國家科技攻關項目、國家高技術研究（863）項目和公益性行業科技專項及省市級項目等，在殘膜回收機研究方面已經取得大量成果，包括已經獲得授權發明專利6項、實用新型專利4項，軟件著作權2項，發表相關論文30余篇，獲得殘膜回收機機型3種。

4.1 滾筒彈齒式殘膜回收機

運用滾筒外緣分布的彈齒扎膜挑膜，滾筒卷膜回收殘膜。工作時，在拖拉機的牽引下，滾筒貼緊地表仿形并在彈齒的驅動下實現純滾動，滾筒外緣分布的彈齒尖扎入地膜并在隨滾筒轉動的同時挑起地膜并使地膜卷到滾筒外緣，完成殘膜回收。為提高殘膜清潔度，結構設計上考慮雜物清除，包括成對對稱使用帶有傾斜角度的滾筒，中間加裝切膜分離刀，保證膜上雜物在地膜被切開分離的同時滑動脫落，實現膜雜分離。該機型適于大根茬作物的殘膜回收。

圖1 滾筒彈齒式殘膜回收機

4.2 彈齒輪轉挑膜式殘膜回收機

運用固定軌跡運動的凸輪機構驅動輪轉彈齒實現扎膜、挑膜、卸膜和復位，循環往復實現殘膜回收。為提高卸脫膜的可靠性，機具附加了推板脫模輔助機構。

工作時，機具前部松土鏟深入膜下土壤，疏松板結的土壤，實現膜土分離。彈齒在回轉軸的帶動下隨轉軸實現旋轉運動，旋轉的過程中，在凸輪機構的控制下，彈齒實現入土扎膜、上抬挑膜、低頭平抽卸膜、旋轉復位完成殘膜回收。為提高卸膜的可靠性，機具附加了推板卸膜輔助機構，在彈齒低頭平抽的同時推板推膜實現可靠卸膜。卸下脫落的殘膜掉入集膜箱完成殘膜回收工作。該機型收膜可靠。適于小根茬作物的殘膜回收。

圖2 彈齒輪轉挑膜式殘膜回收機

4.3 鏈齒摟挑式殘膜回收機

借鑒摟耙集膜原理，通過鏈齒摟耙集膜、挑膜輸送、鏈齒抖動除雜、彈性刮板卸膜，膜箱集膜實現殘膜回收。

工作時機具前部安裝有松土鏟松土實現膜土脫離，利用裝有彈齒的鏈條運動，鏈條下部3個以上的彈齒處于水平位置實現摟集膜，彈齒可以上下小范圍內浮動仿形，彈齒尖部緊貼地表保證連續摟集膜。運動到鏈輪周邊的彈齒旋轉上抬將摟集的地膜挑起，并向上輸送。輸送的過程中，鏈條在凸輪的作用下帶動彈齒同步抖動，使地膜與夾帶裹起的雜物分離并通過鏈條間隙滑落，實現膜雜分離。彈齒掛起的地膜到達頂部，通過彈齒的轉動，在地膜重力作用下從彈齒上脫落實現卸膜。為提高卸膜的可靠性，機具附加了彈性刮膜板輔助卸膜。脫落及刮掉的地膜落入膜箱實現集膜。完成殘膜回收工作。該機型殘膜收凈率高。適于播前殘膜回收。

圖3 鏈齒摟挑式殘膜回收機

5 建議

殘膜污染危害的成因是多方面的，因此，治理殘膜污染危害也需從政策、技術、宣傳等多方面著手，實施綜合治理，穩步推進，實現農業可持續發展。

5.1 使用符合回收機械作業標準地膜

建議提高地膜厚度國家標準，由目前執行的0.008mm±0.003mm提高至以0.01mm為最低極限值。同時財政上可給予購買標準厚度地膜的農民一定補助，鼓勵農民購買標準厚度地膜。對生產和銷售超薄膜的企業予以重罰，從源頭上治理地膜生產銷售環節不規范的問題。

5.2 支持科研創新

建議農機部門優先安排殘膜回收機具的科研開發；在科技和財政發展資金、項目中安排專項，用于殘膜回收機械的科研開發、改進創新；鼓勵企業、科研院（所）校、推廣等聯合攻關，進一步加大科研創新力度，提高殘膜回收機械化科技水平。

5.3 實行作業補貼

對農民回收殘膜政府給予補助，尤其對機械化殘膜回收作業給予作業補助，形成機械化作業市場，引導農民或者農機合作組織自發完成殘膜回收。

5.4 殘膜的再生資源化利用

要制定一些優惠政策以鼓勵回收、加工、利用廢舊地膜的企業的發展。對回收廢膜作原料的企業政府應給予補助，農民回收殘膜也可獲得一定的經濟利益。體現“誰污染、誰治理”的原則，要求地膜銷售部門和地膜消費者自行回收利用。

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

壟作馬鈴薯殘膜回收技術裝備研發與示范，公益性行業（農業）科研專項子課題（201503105-4）

侯書林，男，教授，博士生導師，研究方向：農機裝備技術研究、機械制造及其自動化