國內(nèi)外殘膜回收裝備的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

河北頂呱呱機(jī)械制造有限公司 李挺 聞朝華 馬世龍

為了提高作物單產(chǎn)，地膜覆蓋栽培技術(shù)在國內(nèi)外都得到了廣泛應(yīng)用，隨之而來的白色污染也越發(fā)嚴(yán)重。我國于20 世紀(jì)70年代引入地膜覆蓋技術(shù)，隨著技術(shù)推廣，地膜每年用量達(dá)到數(shù)十萬噸，而且逐年遞增，但是由于沒有完善的配套回收機(jī)械設(shè)備，大量的殘膜無法得到很好的回收處置，它們被翻蓋到土壤下面，日復(fù)一日，年復(fù)一年，土壤中的殘膜數(shù)量逐年累積，嚴(yán)重影響到了土壤的土質(zhì)以及農(nóng)作物的生長環(huán)境。清理出的殘膜被棄置在田邊、地頭，趕上大風(fēng)天氣，部分殘膜被吹得房前屋后到處都是，甚至掛在樹梢枝頭，給當(dāng)?shù)丨h(huán)境造成“視覺污染”，影響農(nóng)村環(huán)境景觀。

大量剩余殘膜長時間埋于土壤之中，這些農(nóng)用地膜中大都含有聚乙烯和聚氯乙烯，殘膜中裹挾的這些物質(zhì)，每當(dāng)降雨，橫七豎八散落在土壤深層的殘膜除了阻礙雨水滲透，影響土壤呼吸之外，還會將這些有毒物質(zhì)揮發(fā)到土壤中，進(jìn)而影響土壤中的微生物生長，從而破壞有益微生物的繁殖代謝，最終影響到農(nóng)作物的質(zhì)量和產(chǎn)量。農(nóng)作物播種后，如果種子落在土壤的殘膜上，發(fā)芽之后農(nóng)作物根系難以向下生長，根系生長較淺，生長中后期根底不穩(wěn)，很容易造成秧苗倒伏、作物減產(chǎn)。

另外，由于長時間使用地膜，土壤中的殘膜越來越多，近些年來，這些殘膜甚至都影響到了一些機(jī)械化農(nóng)機(jī)具的正常操作，比如：播種機(jī)械因?yàn)橥寥乐袣埬み^多，造成播種孔堵塞，播種不均勻，質(zhì)量低，后期出苗后需要人工補(bǔ)栽。

各國使用的農(nóng)用地膜分解能力差，大概需要幾百年的時間才能夠完全降解。由此可以看出殘留的農(nóng)膜對農(nóng)作物的生長影響十分嚴(yán)重，因此為了保障土地工作質(zhì)量，凈化農(nóng)業(yè)環(huán)境，防止耕地生產(chǎn)能力下降，我們要進(jìn)一步做好殘膜機(jī)械化回收工作。

1 國外研究現(xiàn)狀

殘膜回收是全世界各個國家都面臨的一個非常棘手的問題。無論國內(nèi)外，農(nóng)田殘膜回收的問題都是影響農(nóng)業(yè)技術(shù)發(fā)展的一大難題，美國、日本等一些發(fā)達(dá)國家，在19 世紀(jì)60 年代就開始研發(fā)制造符合當(dāng)?shù)貒榈臍埬せ厥諜C(jī)具。歐美等發(fā)達(dá)國家，經(jīng)濟(jì)技術(shù)基礎(chǔ)雄厚，采用了綜合治理技術(shù)，例如采用厚度0.02～0.05mm 的抗拉強(qiáng)度大、耐老化的薄膜，大概能用2 到3 年，其產(chǎn)生的危害比小得多，其他國家也因?yàn)樗幍乩砦恢貌煌?，自然和生產(chǎn)環(huán)境不同，對于殘膜回收機(jī)具的使用也各異。但是由于國外實(shí)際應(yīng)用的地膜較厚，所以回收時地膜還較有韌性,所以他們的地膜回收機(jī)結(jié)構(gòu)比較簡單，沒有太多的可借鑒結(jié)構(gòu)和經(jīng)驗(yàn)，其主要構(gòu)成部分是起膜鏟和卷膜輥, 殘膜成卷回收便于處理和再應(yīng)用，研究的重點(diǎn)在于卷膜輥的線速度和機(jī)具的前進(jìn)速度的匹配上。

在日本，地膜厚度最小為0.01 mm，其覆膜周期1.5～3 個月，再加上日本獨(dú)特的地理位置，覆蓋在地膜上的土壤主要成分是火山灰土，土壤疏松容易起膜，而且使用期短，地膜本身的厚度大、強(qiáng)度也大，所以回收相對容易，可以保持較大片回收，所以日本的地膜回收裝置結(jié)構(gòu)簡單。

英國和蘇聯(lián)都是釆用懸掛式的收膜機(jī)具，作業(yè)時先用松土犁疏松壓在地膜上的土壤，然后在人力的幫助下將殘膜收集到羊皮網(wǎng)或金屬網(wǎng)上，最后將收回的殘膜清洗干凈。

2019 年美國設(shè)計(jì)的一種聯(lián)合地膜回收機(jī)，先將膜上作物收割，然后疏松膜邊土壤，疏松后由撿拾機(jī)構(gòu)將殘膜從地表拉起，然后運(yùn)輸?shù)郊は渲校撗b置在撿拾地膜前設(shè)有清潔系統(tǒng)，可清理膜面雜質(zhì)。

以色列也是研究殘膜回收機(jī)起步較早的國家之一,同樣因?yàn)槭褂玫牡啬ず穸却?，揭膜時地膜依然具有高強(qiáng)度彈性，回收時通過簡單的卷收即可，法國研制的殘膜回收機(jī)具也是卷筒式。

2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

20 世紀(jì)70 年代，我國大范圍推廣地膜覆蓋技術(shù)，我國西北旱作業(yè)糧食區(qū)幾乎進(jìn)入了“全膜時代”。但是地膜覆蓋栽培技術(shù)有效促進(jìn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的同時也帶來了殘膜污染問題，在使用地膜的過程中如何提高殘膜回收率，減少土壤中殘膜數(shù)量，就成為現(xiàn)階段農(nóng)技工作者需要重點(diǎn)研究的問題。

地膜覆蓋技術(shù)能夠改良和提高莊稼的出苗率，但是在莊稼收獲以后要及時回收殘留在土壤中的地膜，避免污染土壤和浪費(fèi)塑料資源。發(fā)展地表殘膜回收機(jī)械是治理殘膜污染的有效方法，殘膜的再生利用是保護(hù)環(huán)境，變廢為寶，防治殘膜污染的關(guān)鍵所在。

我國現(xiàn)有的農(nóng)用殘膜回收裝備數(shù)量眾多，類型各異，功能相對較為單一，農(nóng)機(jī)質(zhì)量較差，使用性能一般，整體回收率相對較低，效果差異較大，所選擇的殘膜回收機(jī)械的適應(yīng)性普遍不強(qiáng)，我國最早研究殘膜回收技術(shù)至今已經(jīng)三十多年了，種類頗多，根據(jù)農(nóng)藝要求和收膜的時間來劃分，大致可以分為出苗前回收機(jī)、出苗期殘膜回收機(jī)、秋后回收機(jī)等。

2.1 苗前收膜機(jī)械

我國播前地膜回收主要采用地膜卷收技術(shù)，該機(jī)械基本是由機(jī)械龍骨、機(jī)械支撐輪、除草機(jī)、地膜切割刀具、起膜鏟和地膜卷揚(yáng)機(jī)等部件組成。地膜的主要作用是在農(nóng)作物出苗之前提高和保持土壤溫度，出苗之前的農(nóng)膜基本上都是完整的，這個時候進(jìn)行地膜回收大部分可以再利用。但是由于當(dāng)季氣候多變，回收機(jī)械數(shù)量有限，集中收膜導(dǎo)致機(jī)力不足，且作業(yè)時間短，這個時間段收膜也存在一定難度。

2.2 苗期收膜機(jī)械

因?yàn)閲夥浅Ｗ⒅貙Ω氐谋Ｗo(hù)和資源的回收再利用，苗期收膜機(jī)械的研究發(fā)展與我國相比較為先進(jìn)，目前市場上的苗期殘膜回收機(jī)具大都以進(jìn)口機(jī)械為主，但是因?yàn)槲覈鴩樘厥?，農(nóng)戶使用農(nóng)膜后很少考慮農(nóng)膜的回收再利用，所以選擇的時候不管是厚度還是價(jià)格上，都與國外有不同。因?yàn)榈啬ず穸荣|(zhì)量比國外的厚度小，耐拉強(qiáng)度小，此類進(jìn)口機(jī)械的受力傳動完全依賴地膜本身的抗拉伸性能，所以在殘膜回收的作業(yè)過程中，經(jīng)常斷裂，工作效率低。

2.3 秋后殘膜回收機(jī)械

秋后機(jī)械、人為導(dǎo)致地膜破損嚴(yán)重，但是此時的地膜基本上能保持連續(xù)，且有彈性，這個時間進(jìn)行地膜回收，比播前回收效果要好，所以我國對于秋后殘膜回收機(jī)械的研究制造相對較多。秋后殘膜回收是指在作物收獲之后，下次耕種之前進(jìn)行的殘膜回收，主要針對的是當(dāng)季的農(nóng)殘膜。但是如果作物回收時是先粉碎秸稈再回收農(nóng)膜，就會導(dǎo)致殘膜中雜質(zhì)太多，從而降低殘膜的回收率，且殘膜回收機(jī)械的作業(yè)成本、工時都會增高，同時回收的殘膜無法進(jìn)行回收再利用。選擇在秋后進(jìn)行殘膜回收，主要是考慮到有些旱作區(qū)采用的是膜下滴灌，所以苗期不適宜進(jìn)行殘膜回收。因此目前國內(nèi)秸稈還田與殘膜回收聯(lián)合作業(yè)機(jī)是研發(fā)重點(diǎn)，但由于研發(fā)時間較短，國內(nèi)殘膜回收技術(shù)還不成熟。

3 研究趨勢

各國由于國情不同，選擇農(nóng)膜厚度和強(qiáng)度也不一樣，所以導(dǎo)致國內(nèi)外對殘膜回收裝備的研究方向也不一樣。國外由于地膜厚度大，強(qiáng)度大，回收機(jī)械主要是依靠殘膜自身的拉力實(shí)現(xiàn)殘膜的卷集回收，所以研究的主要方向是卷集機(jī)構(gòu)和清理機(jī)構(gòu)。國內(nèi)則不一樣，我國各地地理位置不同，選擇的殘膜回收時期也不同，而且選用的地膜大都厚度小，拉力小，回收時間不同，破損程度也不一樣，所以研究方向和國外的也不同，比如，秋后殘膜回收機(jī)械主要方向是秸稈粉碎與殘膜回收聯(lián)合一體化技術(shù)的研究。

西北等旱作區(qū)，基本上進(jìn)入了“全膜時代”，眾多糧食作物，包括小麥、大豆、谷子等糧食種植已經(jīng)離不開地膜了。南方作物蔬菜瓜果的種植為了防治雜草生長，也開始大量地使用地膜。所以不管是北方還是南方，大量地膜的使用，帶來的直接問題就是殘膜的回收難題，為了農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，減少殘膜對農(nóng)作物以及環(huán)境帶來的污染，適合我國國情的殘膜回收裝備就必不可少，并且將會成為南北方都亟須的通用設(shè)備。

推進(jìn)農(nóng)膜回收利用是一項(xiàng)長期而又艱巨的任務(wù)，但我國農(nóng)業(yè)到了必須加快轉(zhuǎn)型升級、實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展的新階段。轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式，推進(jìn)綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展，是我國農(nóng)業(yè)發(fā)展一項(xiàng)重要而緊迫的戰(zhàn)略任務(wù)。只有把地膜污染治理擺在突出位置，著力解決地膜回收利用問題，才能更好地推進(jìn)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展。我國也高度重視殘膜帶來的“白色污染”問題，近年，大部分省區(qū)將殘膜回收機(jī)械裝備列入了省級補(bǔ)貼目錄，并作為重點(diǎn)推廣的產(chǎn)品，殘膜回收裝備將成為補(bǔ)貼政策長期支持的農(nóng)機(jī)產(chǎn)品。

目前，由于大馬力拖拉機(jī)的逐漸增多，殘膜回收機(jī)的發(fā)展趨勢是往聯(lián)合作業(yè)上發(fā)展，即先鏟除殘留的秸稈和根茬，再進(jìn)行殘膜回收作業(yè)。一次性作業(yè)實(shí)現(xiàn)秸稈粉碎還田，滅茬，殘膜回收。

在殘膜回收方面，聯(lián)合作業(yè)機(jī)的研究方向主要是將秸稈粉碎機(jī)械、整地機(jī)械聯(lián)合起來，完成秋后的秸稈回收還田、殘膜回收以及松土等整地作業(yè)。在機(jī)械設(shè)計(jì)方面，運(yùn)用虛擬樣機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法對聯(lián)合作業(yè)機(jī)進(jìn)行創(chuàng)新和改進(jìn)，運(yùn)用虛擬機(jī)械仿真技術(shù)取代傳統(tǒng)的田間試驗(yàn)，以大大縮短機(jī)器的開發(fā)時間，降低其研究成本。

今后的發(fā)展趨勢是將多種作業(yè)機(jī)械結(jié)合形成聯(lián)合作業(yè)，一次性可完成兩項(xiàng)或多項(xiàng)作業(yè)，通過減少拖拉機(jī)的下地次數(shù)，還可減少油耗、降低機(jī)具作業(yè)成本、減少機(jī)具對土壤的壓實(shí)程度、節(jié)省作業(yè)時間，從而提高作業(yè)機(jī)具的工作效率，有效提高勞動生產(chǎn)效率。

由于我國基本國情以及技術(shù)原因，殘膜回收機(jī)械研究相對國外較落后，未來還有很長一段路要走，積極研制新型實(shí)用機(jī)械及可降解地膜刻不容緩，相關(guān)部門應(yīng)給予大力支持和關(guān)注。由于可降解地膜的成本高，所以在我國很難大面積的進(jìn)行推廣應(yīng)用，未來很長一段時間，還是以當(dāng)前所使用的塑料地膜為主，所以針對這種情況，研發(fā)適合我國國情的殘膜回收裝備是一個更容易實(shí)現(xiàn)的方法，應(yīng)結(jié)合農(nóng)村的實(shí)際情況，努力提高機(jī)械效率，降低作業(yè)成本，加大秸稈還田以及收膜聯(lián)合作業(yè)的研發(fā)力度。