機械化回收與再利用技術(shù)，推動地膜清潔生產(chǎn)

薛穎昊，曹肆林，賈 濤，靳 拓，居學(xué)海，習(xí) 斌，張霽萱，徐志宇*

（1.農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)生態(tài)與資源保護總站，北京 100125；2. 新疆農(nóng)墾科學(xué)院機械裝備研究所，新疆 石河子 832000；3.農(nóng)業(yè)部農(nóng)膜污染防控重點實驗室，北京 100081；4.中國農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境保護協(xié)會，北京 100125）

地膜是繼種子、農(nóng)藥、化肥之后的第四大農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料，地膜覆蓋技術(shù)應(yīng)用極大地促進了農(nóng)業(yè)產(chǎn)量和效益的提高，地膜應(yīng)用技術(shù)“裝滿了米袋子、豐富了菜籃子”，帶動了中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的改變和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的快速發(fā)展[1]。2015年全國地膜用量達(dá)145.5萬t，覆蓋面積超過1 800萬hm2[2]，地膜覆蓋已廣泛經(jīng)應(yīng)用到全國，尤其是北方干旱、半干旱和南方的高山冷涼地區(qū)，且呈現(xiàn)持續(xù)增長的態(tài)勢[3]。隨著地膜應(yīng)用量和使用年限的不斷增加，長期重使用、輕回收造成的“白色污染”問題凸顯，地膜回收利用問題一直沒有得到很好的解決，成為制約地膜可持續(xù)應(yīng)用的“癥結(jié)”[4]。殘留地膜破壞了土壤結(jié)構(gòu)，造成土壤板結(jié)和肥力下降，影響作物出苗，阻礙根系生長，導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)；地膜殘留降低播種質(zhì)量，阻止農(nóng)作物根系生長，影響水分和養(yǎng)分吸收，導(dǎo)致作物產(chǎn)量下降，效益降低[5-7]。中國對地膜殘留污染的解決方式尚缺乏深入研究，殘膜回收主要依靠人工和簡單機械進行回收，回收勞動強度大，回收率低，無法滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實際需要[8]。因此，在農(nóng)田殘膜污染呈日趨嚴(yán)峻的態(tài)勢下，用好地膜、治理污染是農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的題中之義，是農(nóng)業(yè)面源污染治理的重要內(nèi)容，如何加強地膜的回收與再利用，已經(jīng)成為中國農(nóng)業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要問題。

1 地膜機械化回收技術(shù)

地膜回收方法主要有人工和機械回收2種，目前廢舊農(nóng)膜的撿拾基本上是以人工為主，但人工作業(yè)回收率低，作業(yè)效果差，勞動強度較大。機械回收在農(nóng)場和土地集約化經(jīng)營的組織中應(yīng)用較廣泛，節(jié)約勞動力，并能將回收的廢舊農(nóng)膜再生利用。地膜回收機具的研究始于20世紀(jì)80年代末，已開發(fā)研制的機具達(dá)百余種[9]，主要類型包括彈齒式、卷膜輥式、伸縮桿齒式、鏈耙式、鏟篩式、夾指鏈?zhǔn)降萚9-12]。按照農(nóng)藝要求和作業(yè)時間可以分為苗期地膜回收機、秋后地膜回收機和播種前地膜回收機。

苗期收膜一般是在作物澆頭水前進行，此時地膜使用時間較短，完整性較好，相對容易回收。此類機具采用起膜后再卷膜的工作方法，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，地膜收凈率一般在85%以上[13]。代表機型主要有MSM-3型卷膜式棉花苗期殘膜回收機和CSM型齒鏈?zhǔn)綉覓焓漳C。由于苗期收膜會導(dǎo)致作物灌水量增加，與中國北方旱作區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不相適應(yīng)，已很少應(yīng)用。

秋后收膜則是在作物收獲后、耕地前進行，由于地膜在農(nóng)田中經(jīng)歷了一個作物生長季，地膜存在不同程度的破損，以及地膜與土壤緊密粘連等，加之農(nóng)作物秸稈尚存于農(nóng)田中，回收難度較大。但優(yōu)勢是此時回收不會影響農(nóng)作物，因此，秋后殘膜回收機也是研究的一個熱點，且開發(fā)出大量針對特定作物和種植方式的地膜回收機，形成了比較系統(tǒng)的作業(yè)體系。如（1）秸稈粉碎之前立稈摟膜集條作業(yè)體系，首先用秸稈還田機在垂直于作物種植行方向構(gòu)建一條30～50 m寬的卸膜道，然后用立稈摟膜機將地膜摟集到卸膜通道，最后用鏟車等將地膜清理出田間。（2）作物秸稈（茬）起拔與摟膜集條分段作業(yè)體系，先采用特定的拔稈起膜機刀輥入土將稈（茬）拔起鋪放在地表并完成膜土分離，然后用指盤式摟草機進行集條，最后采用人工分揀地膜與秸稈。（3）秸稈粉碎還田與摟膜集條聯(lián)合作業(yè)體系，將秸稈粉碎還田機與摟膜工作部件進行有效集成，秸稈粉碎機將秸稈粉碎后拋灑到機具正后方，緊接著摟膜部件進行摟膜作業(yè)。（4）秸稈粉碎還田與殘膜撿拾裝箱聯(lián)合作業(yè)，采用臥式秸稈粉碎還田機將秸稈粉碎后拋灑到機具后方，然后運用撿拾部件撿膜、脫膜并將殘膜輸送到集膜箱，在地頭進行卸膜。（5）根茬翻埋與殘膜撿拾裝箱聯(lián)合作業(yè)，先采用旋耕機將作物根茬翻埋入土并將地膜打碎成片狀，然后運用鏈齒式撿拾部件撿膜，并在氣力作用下脫膜入箱[14-17]。近幾年，中國在壟作作物的田間收膜機研究方面也有了一定進展，如研發(fā)了鏈條導(dǎo)軌式、鏟鏈?zhǔn)?、鏟篩式、齒鏈?zhǔn)脚c鏟掘篩分式等多種殘膜回收機，并形成了比較合理的技術(shù)方案[18-21]。

播種前收膜一般是在土地耕翻和平整后進行，此時殘膜主要以碎片狀形式分布在耕層，回收難度大，殘膜回收率有限。播種前收膜可有效提高出苗率，目前在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用，運用的機具主要是密排彈齒式摟膜機、平地?fù)ぢ?lián)合作業(yè)機和加裝摟膜耙、扎膜輥的整地機，都采用摟或扎的方式回收，作業(yè)深度5 cm以內(nèi)，殘膜回收率50%，一般需要人工卸膜，存在作業(yè)效率較低、勞動強度大等問題，研究的重點是摟膜和扎膜自動脫膜機構(gòu)、收膜深度和卸膜方便性等，比較成熟的有彈齒鏈耙式播前殘膜回收機和振動篩式播前殘膜回收機等[22-24]。

2 地膜再利用技術(shù)

地膜再生加工利用技術(shù)是在農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟理念的指導(dǎo)下，采取有效措施加大廢舊農(nóng)膜回收再利用，使其變廢為寶、化害為利。廢舊地膜作為一種可再生利用資源如不加以有效回收利用，不但造成資源的極大浪費，而且焚燒、填埋等處置方式也對環(huán)境造成污染，對農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成威脅[3]。廢舊農(nóng)膜資源再生產(chǎn)業(yè)是以資源回收、綜合利用和形成新的資源為主要內(nèi)容的產(chǎn)業(yè)鏈，從產(chǎn)業(yè)組織上看，包括廢舊物資回收、加工處理、再利用等主要環(huán)節(jié)。

目前，回收地膜再利用已經(jīng)形成了各具特色的利用形式，主要包括：一是將回收的廢舊地膜進行粉碎、清洗后，通過晾曬、粉碎、漂洗、甩干、擠出生產(chǎn)再生塑料顆粒，利用再生顆粒進行深加工，因其依舊保持著塑料原料的化學(xué)特性和良好的綜合材料性能，可滿足吹膜、拉絲、拉管、注塑、擠出型材等技術(shù)要求，用于加工各種膜、管等制品。這是中國目前最普遍的技術(shù)，廢舊地膜再生加工站通過引進破碎效率高、清洗及干燥能力強、再生顆粒質(zhì)量高的塑料薄膜清洗脫水干燥后再造粒的生產(chǎn)設(shè)備，有效實現(xiàn)資源循環(huán)再利用。二是將回收的廢舊地膜直接粉碎，混合一定比例的礦渣加工生產(chǎn)下水井圈、井蓋、城市綠化用樹篦子等再生產(chǎn)品。三是無需對回收的廢舊農(nóng)膜進行洗凈等處理，節(jié)省水資源，用干洗、減容等專利技術(shù)設(shè)備，制造木塑板。木塑板是以鋸末、木屑等初級生物質(zhì)材料為主要原料，利用高分子界面化學(xué)原理和塑料填充改性的特點，配混一定比例的塑料基料，經(jīng)特殊工藝處理后加工成型。木塑板可塑性大，用途廣，形態(tài)結(jié)構(gòu)多樣，耐腐蝕、耐蟲蛀、堅硬、耐磨，使用壽命長，不會因為太陽曝曬而開裂變形、維修成本低，應(yīng)用于室外景觀（休閑椅、垃圾箱）、包裝材料（包裝箱、托盤）等。四是作為路面鋪設(shè)材料。20世紀(jì)80年代初，一些發(fā)達(dá)國家開始研究利用廢棄塑料作為道路的建筑材料，如英國的MacRebur公司用于打造塑料道路的MR6新材料，是用100%可回收廢舊塑料材料制成的。MR6是一種更環(huán)保的替代品，比標(biāo)準(zhǔn)瀝青強度高60%，使用壽命增加10倍。塑料道路使用MR6代替道路中的瀝青，較傳統(tǒng)道路而言，強度更高，壽命更長，更加耐磨耐破裂，也更便宜。五是用于燃料提取。將回收來的殘膜風(fēng)選、清洗、破碎、打包或造粒，然后通過高溫催化裂解等技術(shù)處理，從中獲取汽油、柴油等可用燃料，該技術(shù)僅在石油價格高位的環(huán)境下具有一定的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益[25-29]。

3 地膜回收與再利用的對策建議

由于中國地膜覆蓋技術(shù)應(yīng)用的廣泛性和重要性，地膜污染治理必然也面臨著巨大挑戰(zhàn)，機械回收與再利用是關(guān)鍵所在。

在地膜機械化回收技術(shù)方面，一要重視構(gòu)建殘膜回收機械化“立體”作業(yè)技術(shù)體系，發(fā)展和豐富殘膜回收機具的種類和功能，滿足種植模式和收膜時間多樣性的要求；二要考慮殘膜與莖稈、葉片、雜草混雜及裹土問題，如果能使其分離，干凈的地膜可以回收再利用，從而提高經(jīng)濟效益，而且可減輕機具作業(yè)的負(fù)荷，提高集膜箱的有效容積；三是要注意纏繞問題，應(yīng)盡量使各工作部件表面光滑，同時應(yīng)在易發(fā)生纏繞處放置刮刀和卸膜機構(gòu)，以便及時刮斷纏繞的殘膜，將收起的殘膜卸掉，送入集膜箱，這些措施都可以有效防止殘膜的纏繞和返帶。

在殘膜再利用技術(shù)方面，一要科學(xué)制定生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，提高地膜質(zhì)量，降低回收難度；二要注重水資源的循環(huán)再利用，考慮到回收殘膜中會夾雜莖稈、土等雜物，清洗步驟必不可少，需要在廢舊地膜再生加工站建設(shè)之初設(shè)計好循環(huán)水利用系統(tǒng)；三要積極爭取地方增值稅和電價補貼，受到近年來國際石油價格大幅下跌影響，廢舊地膜再生產(chǎn)品價格大幅下降，經(jīng)濟上可行是關(guān)鍵所在。

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