甘肅地區玉米典型種植模式下機械化殘膜回收技術研究

劉小龍，趙武云，張 華，孫 偉，李 輝，李紅嶺

(甘肅農業大學 機電工程學院，甘肅 蘭州 730070)

農膜因其具有良好的增溫、保墑、蓄水、滅草之功效而廣泛應用于甘肅地區乃至全國的玉米種植過程中，使用農膜種植可提升農作物產量和品質，特別是干旱少雨的甘肅地區，農膜為國家農產品供給做出了重要貢獻，被譽為“白色革命”[1]。有關研究表明，殘留農膜在土壤中積累會對地表和上層土壤的理化性質造成負面影響[2]。塑料薄膜的大量使用不僅降低了土壤的透氣性、影響土壤結構，而且會損害農作物的生長[3]，進一步引發環境問題。形成“白色污染”的根本問題在于“膜”，治理“白色污染”的關鍵在于殘膜回收機的研發與應用。突破膜面清潔、起膜壓茬碎土、邊膜撿拾、膜茬分離、膜土分離、近恒線速度卷膜、小錐度水平聯動快速卸膜、旋轉輥集膜卷捆等關鍵技術，通過原始創新和集成創新，研發出系列適宜河西灌區、隴東隴中地區玉米殘膜回收機迫在眉睫。

1 甘肅地區玉米農膜使用與回收現狀及存在的問題

1.1 農膜使用與回收現狀

近年來，甘肅省因其獨特的地域限制，推動實施了玉米全膜雙壟溝播種、玉米平作全覆膜播種、馬鈴薯大壟雙行栽培等種植方式[4]，2018年全省地膜覆蓋面積為192.3萬hm2，地膜使用量17.1萬t，僅次于農膜使用全國第一的新疆地區。由于甘肅省各地地勢差異顯著，隴東、隴中等地區土質松軟，引進省外殘膜回收機回收效果不好。河西灌區土質較硬且土壤層中砂石較多，玉米等根系較大，農膜回收無機可用。

1.2 農膜使用與回收中存在的問題

由于部分商家趨于經濟利益的追求，將農膜厚度逐漸減小，個別地區使用地膜厚度甚至小于0.005mm，致使殘膜彈性減小，老化速度加快，秋后膜面破損嚴重，為人工回收和機械回收造成了極大挑戰。另外，甘肅地區農膜種植戶對殘膜回收和環境保護意識不強，為殘膜回收利用制造了障礙。

2 甘肅地區玉米典型種植模式下機械化殘膜回收技術

2.1 優化設備完善科研保障

甘肅農業大學擁有國家種子加工裝備工程技術研究中心、農業農村部北方馬鈴薯全程機械化科研基地(西北地區)、甘肅省旱作農業裝備工程實驗室、甘肅省旱作農業裝備省級協同創新中心等省級以上科研平臺。北方馬鈴薯全程機械化科研基地(西北地區)新購置1 200萬元儀器設備，單位擁有3D打印機、三坐標掃描儀、三維激光掃描儀、焊接機器人、激光線切割、臥式加工中心、土槽試驗平臺、播種測試平臺、SolidWorks和EDEM軟件等一批先進加工設備、測試儀器和設計分析軟件，為殘膜回收機的研發與應用提供了良好的科研條件支撐。

2.2 校企合作共促雙贏目標

2.2.1 定西市三牛農機制造有限公司。 定西市三牛農機制造有限公司屬國家級高新技術企業，企業技術中心為省級企業中心。現有研發中心、內測實驗室、工藝室、實驗室、實驗基地等農業機械研發應用場所，并配備完善的研發、實驗、檢測設備，已形成“研發一批、生產一批、儲備一批”的創新運行模式。公司與殘膜回收相關研究成果獲甘肅省專利二等獎和甘肅省發明三等獎，裝備生產能力和研發實力均相對較強。

2.2.2 甘肅洮河拖拉機制造有限公司。甘肅洮河拖拉機制造有限公司是甘肅省高新技術企業，2007年技術中心被評定為省級“企業技術中心”，公司現有機加工、總裝、后橋裝配、噴涂、車廂制造分廠等車間。擁有各類加工設備、檢測儀器、試驗設備200余臺(套)，具有3.3hm2機具試驗基地。設有甘肅農業大學臨洮旱作農業裝備產業專家院，具有良好的產學研合作基礎，公司研發了3款殘膜回收機，具有較強的研發實力和裝備生產能力。

上述公司工藝室、實驗室、加工車間和實驗基地將開放共享，公司技術人員主要承擔關鍵技術聯合攻關，耕層殘膜回收機和新型殘膜回收、秸稈粉碎還田聯合作業機樣機的研制，以及11FMS-120型旋齒式殘膜回收機、11MFJ-125型雙升運鏈卷軸自卸式廢膜撿拾機秋后回收和播前回收適應性、耐久性試驗和定型后量產。

2.3 突破技術瓶頸實現機械化殘膜回收不斷創新

2.3.1 起膜壓茬碎土技術。 通過根茬壓輥、起膜鏟排列、起膜鏟安裝角度及起膜鏟結構參數匹配，實現起膜碎土基本不起根茬，降低膜雜分離負荷的同時降低撿拾地膜含雜率。

2.3.2 膜面雜質清潔技術。 通過膜面壓輥、滅茬刀排列、滅茬刀結構參數和工作參數匹配，實現起膜前滅茬和膜面雜質清理輸送，降低膜雜分離負荷，降低撿拾地膜含雜率。

2.3.3 旋轉輥集膜卷捆技術。 升運鏈與旋轉輥集膜卷捆高度和縱向位置重疊再配合主動脫膜裝置實現可靠脫膜，研發的旋轉輥集膜卷捆裝置，實現了膜土進一步分離、自動卷捆和液壓自動卸膜，降低了含雜率，實現了液壓高效卸膜。

2.3.4 小錐度水平聯動快速卸膜裝置技術。 創新設計水平聯動卸膜裝置，可實現移動卷膜筒直線移出，實現快速卸膜，卸膜后移動卷膜筒可快速自動回位；彈珠式插銷鎖緊機構實現卷膜釘齒的快速拆卸，移動卷膜筒直線移出功能使卷膜筒實現小錐度結構，增加了一次工作卷膜量，減少了卸膜次數。

3 甘肅地區玉米典型種植模式下機械化殘膜回收效益

殘膜回收機研制過程中圍繞關鍵共性技術與核心部件開展產學研推聯合攻關，采用的研究路線、方法對開展農業機械裝備相關領域的研究具有借鑒價值，取得的研究成果對提高我國殘膜回收水平具有重要的科學價值。

3.1 社會效益

地膜覆蓋可有效提高農作物產量和品質，但受“重使用、輕回收”觀念影響，部分地區農膜殘留污染問題日益嚴重，已成為制約我國農業可持續發展的突出環境問題。2019年國家六部委出臺《關于加快推進農用地膜污染防治的意見》，要求到2020年農膜回收率達到80%以上，到2025年，農膜基本實現全回收，農田白色污染得到有效防控。玉米殘膜回收機的研發與應用為甘肅與全國同步實現2025年農膜基本實現全回收奠定裝備基礎，將為農田白色污染得到有效防控做出重要貢獻。

3.2 經濟效益

一方面，玉米殘膜回收機的研發與應用通過提升機具適應性、可靠性、拾凈率，降低含雜率，實現優質高效殘膜回收目標，使每畝機械化撿拾成本降低15%；另一方面，定型產品的生產給企業提供了良好的經濟效益，降低殘膜含雜率可有效減少后續殘膜回收再利用加工成本，我國農膜使用面積位居全球第一，因此，殘膜回收機的研發與應用能夠為我國帶來持續的經濟效益。

3.3 生態效益

當前，我國農膜覆蓋面積達1 866.7萬hm2，但農田地膜回收率不足60%，殘留地膜破壞農村生態環境的同時造成“視覺污染”，影響村容村貌。殘膜與秸稈、飼料混在一起，可導致家畜胃腸功能失調甚至死亡[5]，目前機械化回收是我國治理殘膜污染的一個重要途徑，殘膜回收機的研發與應用可有效提升我國殘膜回收水平，為優化土壤土質和保護生態環境做出應有的貢獻。

4 結束語

解決農膜污染問題是實現我國農業可持續發展和保護生態環境的首要前提。甘肅地區玉米典型種植模式，即在隴東、隴中地區實施玉米全膜雙壟溝播種種植方式，在河西灌區實施玉米平作全覆膜播種種植方式，根據隴東、隴中地區與河西地區的土壤差異，因地制宜地開展機械化殘膜回收工作是解決農膜污染的關鍵之處。希望依靠政府、企業、社會團體等群體共同推動甘肅地區玉米殘膜回收先進技術輻射周邊的同時提升全國殘膜回收水平，為國家帶來持續的社會、經濟和生態效益。