農(nóng)田殘膜撿拾機試驗研究

張　平，翟改霞，李鳳鳴，王全喜

(中國農(nóng)業(yè)機械化科學研究院 呼和浩特分院，呼和浩特　010020)

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農(nóng)田殘膜撿拾機試驗研究

張平，翟改霞，李鳳鳴，王全喜

(中國農(nóng)業(yè)機械化科學研究院 呼和浩特分院，呼和浩特010020)

摘要：選用1FMJSC-80型農(nóng)田殘膜撿拾機，對厚度分別為0.008mm和0.013mm的普通地膜進行田間殘膜回收試驗，測定殘膜撿拾率及纏繞率，對比分析試驗數(shù)據(jù)，得出不同厚度對殘膜回收的影響程度。同時，進行了地膜田間監(jiān)測，測定殘膜自然風化率，了解不同時間段內(nèi)0.008mm、0.013mm普通地膜和可降解地膜的可降解程度，分析得到3種厚度地膜降解程度隨時間變化的趨勢。通過田間試驗，檢驗1FMJSC-80型農(nóng)田殘膜撿拾機、1FMJ-1000型耙齒式田間殘膜撿拾機、橫向摟齒式農(nóng)田殘膜回收機及指盤式農(nóng)田殘膜摟集機的田間殘膜回收能力，并對比分析4種機型殘膜回收效率及優(yōu)缺點。

關鍵詞：殘膜回收機；撿拾；纏繞率；風化率

0引言

目前，國外地膜回收技術的應用還遠沒有我國研究得深入。國外的地膜使用及回收多以綜合治理為主，如采用厚度、抗拉強度較大的塑料薄膜，厚度一般為國內(nèi)地膜的5～10倍，有利于機械作業(yè)及回收，回收后的地膜還可重復利用；除此之外，國外大量使用可降解、無毒害地膜，對生態(tài)環(huán)境影響很小[1]。然而，國內(nèi)外的經(jīng)濟基礎不同，國外的地膜敷設模式并不適于我國國情。在國內(nèi)，農(nóng)田殘膜回收機可分為兩大類：苗期殘膜回收機和收獲后殘膜回收機[2]。

本文主要對玉米收獲后殘膜回收進行試驗及分析研究，因此采用收獲后殘膜回收機。這類機型的特點是針對作物收獲后(即在耕、整地或播種前)的地膜回收。在國內(nèi)此類機型的研究較為廣泛，根據(jù)撿拾結構的不同，主要分為以下5種：伸縮桿齒式撿拾機構、彈齒式撿拾機構、鏟式起茬滾篩撿拾機構、輪齒式撿拾機構及齒鏈式撿拾機構[3]。目前，國內(nèi)針對此5種撿拾結構研制的殘膜回收機具[4-5]主要有：中國農(nóng)大開發(fā)的1ZSM-Ⅱ型殘膜回收機、新疆農(nóng)科院研制的QSM-Ⅱ型殘膜回收機及4JSM-1800型秸稈切碎殘膜回收聯(lián)合作業(yè)機、新疆兵團研制的4FS2秸稈切碎殘膜回收聯(lián)合作業(yè)機、新疆農(nóng)機局開發(fā)的QMB-1500型后置式起膜回收機、內(nèi)蒙古赤峰市農(nóng)業(yè)局農(nóng)機推廣站研發(fā)的1FMJSC-80型農(nóng)田殘膜撿拾機、指盤式農(nóng)田殘膜摟集機、SMJ-1型地膜集條機、1FMJ-1000型耙齒式田間殘膜撿拾機和橫向摟齒式農(nóng)田殘膜回收機等。

1試驗設備

1.1　1FMJSC-80型農(nóng)田殘膜撿拾機結構及參數(shù)

1FMJSC-80型農(nóng)田殘膜撿拾機是為了解決農(nóng)村玉米、高粱等農(nóng)作物收割后留在地里的茬子問題，尤其是覆膜地殘留的塑料薄膜，通過翻地、旋耕無法徹底打碎和清除，對耕地造成污染，影響農(nóng)作物生產(chǎn)。該機由調(diào)節(jié)地輪、圓形割刀、輸送鋼輥、輸送鏈、松土犁鏵、旋轉(zhuǎn)篩、收集筐及傳動裝置組成。設備的主要技術參數(shù)如表1所示，設備整機如圖1所示。

表1　設備主要技術參數(shù)

圖1　1FMJSC-80型農(nóng)田殘膜撿拾機

1.2　工作原理

1FMJSC-80型農(nóng)田殘膜撿拾機是通過拖拉機的牽引力和后輸出動力來完成起茬-除膜-輸送-凈土-收集-堆放。具體工作流程是：

1)通過農(nóng)田殘膜撿拾機最前端的兩幅刀口相對的圓形割刀，將農(nóng)作物茬子從地面以下15cm左右割出，同時將塑料殘膜挑起；利用機具前進的慣力，通過焊接在割刀后面的輸送鋼輥，將殘膜堆放在輸送鏈上，割刀的入地深度可以通過調(diào)整前后兩端的調(diào)節(jié)地輪高度來完成。

2)割掉的農(nóng)作物茬子、挑起的塑料殘膜及附著其上泥土，通過輸送鏈被傳送到旋轉(zhuǎn)篩中進行凈土，茬子及塑料殘膜滾落到收集筐。輸送鏈的傳動和旋轉(zhuǎn)篩的旋轉(zhuǎn)動力，由拖拉機的后輸出供給，當殘膜達到一定量時，通過連接在駕駛員駕駛部位及收集筐間傳動裝置將筐翻轉(zhuǎn)，把茬子和殘膜堆放在地面上。

3)當土地較硬時，可以通過焊接在輸送鏈和旋轉(zhuǎn)篩中間橫梁上的松土犁鏵對土壤進行松土，從而達到直接播種的效果。

2田間試驗及分析

2.1　試驗條件

田間農(nóng)膜監(jiān)測及1FMJSC-80型農(nóng)田殘膜撿拾機田間試驗選定在內(nèi)蒙古赤峰市松山區(qū)當鋪地滿族鄉(xiāng)南平房村試驗地進行，試驗地地塊面積0.66hm2，劃分為3個試驗區(qū)，鋪設厚度分別為0.008、0.013mm的地膜及可降解地膜3種；土壤質(zhì)地為沙壤土，種植作物玉米，由旋耕播種鋪膜施肥一體機完成鋪放地膜；種植方式采用一膜雙行，膜上玉米種植行距400mm。試驗區(qū)劃分情況及機具試驗過程照片如圖2所示。

圖2　試驗區(qū)劃分情況及機具試驗過程

2.2　試驗方法

對上述已經(jīng)劃分好的3個試驗區(qū)，在每塊試驗區(qū)內(nèi)選定2個測區(qū)，每個測區(qū)面積要求：長度100m，寬度4m。由1FMJSC-80型農(nóng)田殘膜撿拾機進行田間殘膜回收作業(yè)，測定機具的地膜拾凈率及纏膜率。同時，對大田農(nóng)膜進行監(jiān)測，測定地膜自然風化率。具體試驗步驟如下：

1)測區(qū)內(nèi)測定點的確定[6]。在每個測區(qū)內(nèi)，采用“五點法”選定5個測定點，即從測區(qū)4個地角沿對角線，在1/4～1/8對角線長度范圍內(nèi)，隨機確定4個測定點的位置，再加上該對角線的交點，作為殘膜回收機作業(yè)前的5個測點；然后在作業(yè)前的5個測點附近但不重疊的區(qū)域再選定5個測點，作為作業(yè)后的5個測點。

2)地表殘膜撿凈率的測定[6]。分別將測區(qū)內(nèi)作業(yè)前后的各5個測試點上表層殘膜分別取出，將地膜分別洗凈、曬干、稱重，按下式求得表層殘膜撿凈率，并求其平均值，則有

(1)

式中J—撿凈率(%)；

w—殘膜回收作業(yè)后表層殘地膜質(zhì)量(g)；

w0′—殘膜回收作業(yè)前表層殘地膜質(zhì)量(g)。

3)機具纏膜率的測定[6]。通過測區(qū)內(nèi)時，收集機具回收的殘膜與機具上纏繞的殘膜，洗凈、曬干、稱重后，將測區(qū)內(nèi)作業(yè)前后的各5個測試點上表層殘膜分別取出，將地膜分別洗凈、曬干、稱重，按下式求得機具纏膜率，并求其平均值，即

(2)

式中C—纏膜率(%)；

m1—測區(qū)內(nèi)機具上纏繞的殘膜質(zhì)量(g)；

m2—測區(qū)內(nèi)機具回收的殘膜質(zhì)量(g)。

4)地膜自然風化率的測定。地膜自然風化率測定方法與殘膜拾凈率測定方法相近，同樣對測點采用五點法進行測量，將各測點殘膜去塵土和水分后稱其質(zhì)量，求平均值，并按下式求得自然風化率，即

(3)

式中F—自然風化率(%)；

w0—殘膜回收作業(yè)前表層殘地膜質(zhì)量(g)；

m0—地膜剛敷設完成后表層地膜質(zhì)量(g)。

2.3　試驗結果與分析

2.3.1兩種厚度普通地膜(0.008mm和0.013mm)田間殘膜回收對比試驗

使用1FMJSC-80型農(nóng)田殘膜撿拾機，對厚度分別為0.008mm和0.013mm的田間殘膜進行回收作業(yè)，測定兩種厚度地膜的拾凈率及纏繞率，試驗對比數(shù)據(jù)如表2和表3所示。

表2　殘膜拾凈率測定對照表

表3　殘膜纏繞率測定表

試驗結果表明：兩種不同厚度分別為0.008mm及0.013mm地膜，機具的殘膜拾凈率最大值分別為89.5%及91.5%，平均值分別為88.8%及90.1%。數(shù)據(jù)呈現(xiàn)趨勢：地膜厚度越大，殘膜拾凈率越高，殘膜回收效果越好。根據(jù)試驗過程中殘膜撿拾實際情況，分析影響地膜回收的主要原因如下：

1)殘膜膜面破口的越大，割刀不容易撿拾殘膜，會導致殘膜回收效率低下；

2)膜面上堆積的土塊過多或者土壤板結，殘膜回收效率越低；

3)地面平整度會影響設備運行平穩(wěn)性，從而影響殘膜回收效率。

試驗結果表明：對于兩種不同厚度分別為0.008mm及0.013mm地膜，機具1FMJSC-80型農(nóng)田殘膜撿拾機的纏膜率分別為2.17%及2.30%。數(shù)據(jù)表明，隨著地面厚度越厚，殘膜纏繞率越高，機具出現(xiàn)故障的可能性越大，運行平穩(wěn)性越差。

通過上述兩項試驗數(shù)據(jù)分析得出：地膜厚度會直接影響地膜自身的塑性及抗拉強度，從而影響殘膜膜面破口的大小及機具回收過程中地膜的破損情況，也會影響殘膜的回收效率及機具運行穩(wěn)定性。

2.3.23種厚度地膜(0.008、0.013mm和可降解地膜)農(nóng)膜風化監(jiān)測數(shù)據(jù)對比

現(xiàn)委托赤峰市水利科學院對試驗區(qū)內(nèi)0.008、0.013mm厚地膜和可降解地膜進行了田間農(nóng)膜降解程度(即農(nóng)膜自然風化率)定期監(jiān)測，監(jiān)測時間間隔為1個月。通過匯總監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析得到3種厚度地膜降解程度隨時間變化趨勢，如圖3所示。3種不同厚度地膜自然條件風化6個月后測定的自然風化率對照表如表4所示。

圖3　3種厚度地膜降解程度隨時間變化趨勢圖

試驗編號自然風化率/%0.008mm0.013mm可降解119.421.765.3221.715.159.8325.820.563.2422.018.663.9523.823.068.7平均值22.519.864.2

通過數(shù)據(jù)對比分析得出：經(jīng)過6個月的自然降解，3種地膜的自然風化率分別是：可降解地膜64.2%、0.008mm地膜22.5%、0.013mm地膜19.8%；可降解地膜的自然風化率明顯高于另外兩種普通地膜。根據(jù)圖3可以看出：隨著時間的變化，3種地膜的自然風化率整體呈現(xiàn)上升趨勢。5-7月期間，3種地膜的降解程度相差不大，均在10%以下；7-10月期間，可降解地膜的風化率呈現(xiàn)明顯的上升趨勢，而另外兩種普通地膜風化率上升不顯著；10-11月期間，3種地膜風化率均呈現(xiàn)出較快上升態(tài)勢，降解程度變化顯著；11-12月，可降解地膜仍呈現(xiàn)較快的降解趨勢，而另兩種地膜風化率變化趨于平緩。

34種農(nóng)田殘膜回收機試驗對比分析

本次主要對1FMJSC-80型農(nóng)田殘膜撿拾機、指盤式農(nóng)田殘膜摟集機、1FMJ-1000型耙齒式田間殘膜撿拾機和橫向摟齒式農(nóng)田殘膜回收機4種機型進行了殘膜回收及纏繞率的對比性能試驗。劃定4個試驗區(qū)，每種機型一個試驗區(qū)，在每塊試驗區(qū)內(nèi)選定兩個平行測區(qū)，具體測區(qū)的選定要求同上述試驗測區(qū)要求一樣。試驗數(shù)據(jù)如表5所示。

表5　4種機型農(nóng)田殘膜回收對照表

分析數(shù)據(jù)可知：4種殘膜回收機中，1FMJSC-80型農(nóng)田殘膜撿拾機的殘膜回收效果最好。試驗過程中，1FMJSC-80型農(nóng)田殘膜撿拾機可以將殘膜及玉米根茬一起收集成堆，不僅將附著在玉米根茬上的殘膜一并回收，提高殘膜回收效率，同時又去除了地下的玉米根茬，減少了種植前再次旋耕，提高了生產(chǎn)效率。但在試驗過程中，也暴露出一些缺點：①旋耕刀兩側出現(xiàn)夾膜夾桿，影響機具運行平穩(wěn)性；②殘膜與根茬一并回收，機具需要較大配套動力等。相比之下，橫向摟齒式農(nóng)田殘膜回收機的回收效果最差，對于0.008mm地膜的殘膜撿拾率只有78.9%，還不到80%，同時彈簧摟齒易將地膜打擊成碎片，給后期清理工作帶來困難。但此機型的優(yōu)勢在于：不需要動力驅(qū)動，結構簡單，使用調(diào)整方便，造價低廉。另外兩種機型的回收效果適中，撿拾率均在85%左右。指盤式農(nóng)田殘膜摟集機的突出優(yōu)點是將殘膜摟集成條狀，易于后續(xù)清理及回收再利用，缺點是對彈簧摟齒的有較高的強度及彈性要求，造價較高。1FMJ-1000型耙齒式田間殘膜撿拾機優(yōu)勢在于可以調(diào)整起膜高度，對地表及淺層殘膜均可進行回收。缺點是：①易出現(xiàn)夾膜夾稈；②針對淺層殘膜回收時，土塊根茬多，造成壅土量過大，壅土形成土包，給后期處理帶來不便。

從機具纏繞的情況來看，1FMJSC-80型農(nóng)田殘膜撿拾機及1FMJ-1000型耙齒式田間殘膜撿拾機的纏繞率較高。原因是：這兩種機型相較另外兩個機型的結構復雜，各機構間的縫隙容易夾雜殘膜，且呈現(xiàn)出的規(guī)律是破損程度較大的薄殘膜越容易夾雜到機具縫隙中。但4種機型的纏膜率均在3%以下，都符合規(guī)定要求，不會影響機具運行的平穩(wěn)及可靠性。圖4為4種機型進行回收試驗的照片，除了指盤式農(nóng)田殘膜摟集機將殘膜收集成條狀外，其他3種機型均將殘膜收集成堆狀。

圖4　4種機型回收對比試驗照片

4結論

1)進行了兩種不同厚度的地膜回收試驗，結果表明：地膜厚度是機具殘膜回收的一個重要影響因子。隨著地膜厚度越厚，地膜自身韌性越強；殘膜回收過程中，膜面破口越小，殘膜拾凈率越高。

2)地膜的自然風化程度越大，膜面破損程度越大，會影響殘膜回收的效率。呈現(xiàn)趨勢：地膜風化率越大，膜面破口越大，殘膜回收效率越低。

3)纏膜率是影響設備運行穩(wěn)定性的一個重要因子。試驗數(shù)據(jù)表明：試驗所用4種機具的纏膜率均符合設備的設計要求，不會影響設備的殘膜回收效率。

4)通過對不同厚度地膜的田間監(jiān)測，分析數(shù)據(jù)得出：6個月內(nèi)，可降解地膜的自然風化率遠遠大于普通地膜的自然風化率，且持續(xù)呈現(xiàn)上升趨勢，田間地膜殘留量顯著減少，大大提高了田間生態(tài)效益。

5)通過對4種機型的田間對比試驗可知：1FMJSC-80型農(nóng)田殘膜撿拾機的撿拾率最高，回收效果最好，綜合性能最優(yōu)，改進后便于大量推廣。

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Experiment of Farmland Plastic Film Collector

Zhang Ping， Zhai Gaixia， Li Fengming， Wang Quanxi

(Hohhot Branch of Chinese Academy of Agricultural Mechanical Sciences, Hohhot 010010, China)

Abstract：The farmland plastic film recycling experiment of 1 FMJSC - 80 type of farmland plastic film collector was carried out on common ground film with thickness of 0.008mm and 0.013mm respectively. The film collecting rate and enwinding rate were measured.The influence of different film thickness on the residual film recycling was gained by comparing with experimental data. The residual film natural weathering rates was measured through mulch field monitoring.The biodegradable degree of common plastic film with the thickness of 0.008mm and 0.013mm and degradable plastic film at the different period were known. Then the changed trend of three different thickness of the biodegradable degree over time was analyzed. Finaly,throgh field experiment, The farmland plastic film recycling capacity of 1 FMJSC - 80 type of farmland residual film collector,1 FMJ - 1000 type of rake tooth field residual film collector, and horizontal arm type of farmland residual film collector and finger-wheel farmland residual film collector was checked. And plastic film recycling efficiency and characteristic of four kinds of models were analyzed.

Key words：plastic film collector; collecting rate; enwinding rate; weathering rate

中圖分類號：S223.5

文獻標識碼：A

文章編號：1003-188X(2016)08-0164-05

作者簡介：張平(1983-),男,內(nèi)蒙古扎蘭屯人,工程師,碩士, (E-mail)zhangping11112007@163.com。

基金項目：內(nèi)蒙古新增4個千萬畝節(jié)水灌溉工程科技支撐項目(20121036)

收稿日期：2015-07-16