殘膜污染調(diào)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(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，北京100000；2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機械化研究所；3.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)；4.塔里木大學(xué)）

殘膜污染調(diào)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(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，北京100000；2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機械化研究所；3.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)；4.塔里木大學(xué)）

文中闡述了地膜覆蓋技術(shù)及殘膜污染現(xiàn)狀，重點統(tǒng)計了新疆部分地區(qū)地膜殘留量，分析了殘膜回收機械存在的主要技術(shù)問題，并介紹了中國農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院在殘膜機械化回收技術(shù)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(shù)；裝備

1 地膜覆蓋技術(shù)及殘膜污染概況

地膜覆蓋栽培技術(shù)自20世紀(jì)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(chǎn)量等顯著特點，是大幅度提高作物生產(chǎn)產(chǎn)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(shù)。深受廣大農(nóng)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(qū)，地膜覆蓋栽培技術(shù)已普遍應(yīng)用于棉花、玉米、番茄、蔬菜、瓜類、烤煙等40多種農(nóng)作物，其中以棉花為最多。給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來巨大經(jīng)濟效益，稱作為農(nóng)業(yè)中的“白色革命”。

隨著地膜覆蓋種植技術(shù)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(jīng)成為世界上最大的地膜覆蓋種植國家。

覆膜種植技術(shù)在帶來增產(chǎn)、增效的同時，也產(chǎn)生了地膜污染土地的嚴(yán)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(nóng)田和環(huán)境的嚴(yán)重污染，破壞了農(nóng)田生態(tài)環(huán)境，對生態(tài)環(huán)境、土壤結(jié)構(gòu)、作物生長發(fā)育造成了嚴(yán)重不良影響，影響農(nóng)田的正常作業(yè)與農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。牲畜誤食還會引起疾病甚至死亡，給城市周圍郊區(qū)及農(nóng)村耕地造成了嚴(yán)重的“白色污染”。

據(jù)農(nóng)業(yè)部門專項調(diào)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(xiàn)累積殘存量已在百萬噸以上，造成田間溝渠經(jīng)常因地膜積累發(fā)生堵塞。據(jù)大量生產(chǎn)實踐調(diào)查：地膜已密布土壤整個耕作層，嚴(yán)重地區(qū)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(nóng)作物根系壞死，導(dǎo)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(chǎn)達11%以上。總體而言，地膜殘留量越多對農(nóng)作物產(chǎn)量影響就越大，地膜污染危害程度己接近塑料覆蓋所增產(chǎn)的臨界值。

2 新疆部分地區(qū)地膜殘留量采樣調(diào)研

項目組成員通過大量的實地調(diào)研采集了新疆部分地區(qū)地膜殘留量數(shù)據(jù)，見表1、2。

表1 阿克蘇地區(qū)地膜殘留量

表2 和田、博樂、石河子、伊犁等地區(qū)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(yè)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(yán)重；

（3）作業(yè)速度較低，一般僅為3～4 km/h，導(dǎo)致生產(chǎn)率低下，使用者經(jīng)濟效益不明顯；

（4）農(nóng)機農(nóng)藝融合不夠，機具作業(yè)適應(yīng)性較差；

（5）殘膜回收機關(guān)鍵工作部件缺乏深入理論研究，僅靠每年的農(nóng)時作業(yè)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(shù)與裝備的研究。

本課題組由中國農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院教師組成，課題組對殘膜回收機已有多年研究基礎(chǔ)，先后承擔(dān)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(guān)項目、國家高技術(shù)研究（863）項目和公益性行業(yè)科技專項及省市級項目等，在殘膜回收機研究方面已經(jīng)取得大量成果，包括已經(jīng)獲得授權(quán)發(fā)明專利6項、實用新型專利4項，軟件著作權(quán)2項，發(fā)表相關(guān)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(qū)動下實現(xiàn)純滾動，滾筒外緣分布的彈齒尖扎入地膜并在隨滾筒轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)設(shè)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(xiàn)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(zhuǎn)挑膜式殘膜回收機

運用固定軌跡運動的凸輪機構(gòu)驅(qū)動輪轉(zhuǎn)彈齒實現(xiàn)扎膜、挑膜、卸膜和復(fù)位，循環(huán)往復(fù)實現(xiàn)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(gòu)。

工作時，機具前部松土鏟深入膜下土壤，疏松板結(jié)的土壤，實現(xiàn)膜土分離。彈齒在回轉(zhuǎn)軸的帶動下隨轉(zhuǎn)軸實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動，旋轉(zhuǎn)的過程中，在凸輪機構(gòu)的控制下，彈齒實現(xiàn)入土扎膜、上抬挑膜、低頭平抽卸膜、旋轉(zhuǎn)復(fù)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(gòu)，在彈齒低頭平抽的同時推板推膜實現(xiàn)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(zhuǎn)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(xiàn)殘膜回收。

工作時機具前部安裝有松土鏟松土實現(xiàn)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(xiàn)摟集膜，彈齒可以上下小范圍內(nèi)浮動仿形，彈齒尖部緊貼地表保證連續(xù)摟集膜。運動到鏈輪周邊的彈齒旋轉(zhuǎn)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(xiàn)膜雜分離。彈齒掛起的地膜到達頂部，通過彈齒的轉(zhuǎn)動，在地膜重力作用下從彈齒上脫落實現(xiàn)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(xiàn)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(shù)、宣傳等多方面著手，實施綜合治理，穩(wěn)步推進，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

5.1 使用符合回收機械作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)地膜

建議提高地膜厚度國家標(biāo)準(zhǔn)，由目前執(zhí)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(biāo)準(zhǔn)厚度地膜的農(nóng)民一定補助，鼓勵農(nóng)民購買標(biāo)準(zhǔn)厚度地膜。對生產(chǎn)和銷售超薄膜的企業(yè)予以重罰，從源頭上治理地膜生產(chǎn)銷售環(huán)節(jié)不規(guī)范的問題。

5.2 支持科研創(chuàng)新

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

5.3 實行作業(yè)補貼

對農(nóng)民回收殘膜政府給予補助，尤其對機械化殘膜回收作業(yè)給予作業(yè)補助，形成機械化作業(yè)市場，引導(dǎo)農(nóng)民或者農(nóng)機合作組織自發(fā)完成殘膜回收。

5.4 殘膜的再生資源化利用

要制定一些優(yōu)惠政策以鼓勵回收、加工、利用廢舊地膜的企業(yè)的發(fā)展。對回收廢膜作原料的企業(yè)政府應(yīng)給予補助，農(nóng)民回收殘膜也可獲得一定的經(jīng)濟利益。體現(xiàn)“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(shù)裝備研發(fā)與示范，公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項子課題（201503105-4）

侯書林，男，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向：農(nóng)機裝備技術(shù)研究、機械制造及其自動化