戚江濤 張濤 蔣德莉 潘亮亮

摘 要：地膜覆蓋雖然給農(nóng)民帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，但是也對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的影響。針對(duì)殘膜對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的危害和國內(nèi)外殘膜回收機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了綜述。以期為殘膜回收提供參考。

關(guān)鍵詞：殘膜；地膜覆蓋；殘膜回收機(jī)；回收率

中圖分類號(hào) S232.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2013）09-153-03

地膜覆蓋種植技術(shù)不僅具有節(jié)水抗旱、增溫保墑作用，可使作物總產(chǎn)量大幅度提高，而且還可以插制雜草，具有節(jié)本增效的良好效果。但農(nóng)用塑料薄膜都是聚乙烯烴類化合物，自然條件下極難降解，如不及時(shí)進(jìn)行清理回收，將會(huì)影響作物的生長發(fā)育與作物產(chǎn)量的提高，同時(shí)還會(huì)影響機(jī)具在田間的作業(yè)質(zhì)量。從推廣鋪膜種植到現(xiàn)在，我國耕地中的殘膜累計(jì)量已超過上百萬t。據(jù)測定某些地區(qū)每公頃田地里有殘膜少則45～75kg，多則105～120kg，殘地膜碎裂體多達(dá)3.3～6.75萬片。現(xiàn)已構(gòu)成了白色污染[1]。據(jù)調(diào)查，殘膜主要?dú)埩粼?～20cm的農(nóng)田淺耕層內(nèi)，約占總殘留量的80%，嚴(yán)重影響機(jī)械作業(yè)。殘留廢膜易纏繞犁鏵，影響整地質(zhì)量[2]。大量的殘膜破壞了農(nóng)田的生態(tài)環(huán)境，形成阻隔層，造成播種不均勻，影響播種質(zhì)量，種子播在殘地膜上會(huì)因吸收不到養(yǎng)分和水分而不能發(fā)芽，造成爛種，或因發(fā)芽后因吸收不到水分而枯死，從而降低作物產(chǎn)量[3]。殘地膜問題現(xiàn)已危害到農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和農(nóng)民的增收?？傊?，防治地膜污染，保護(hù)耕地，清理殘膜，減少地膜殘留，已經(jīng)是一項(xiàng)十分緊迫而又有長遠(yuǎn)意義的工作[4]。

1 國外殘膜回收機(jī)具與裝置研究現(xiàn)狀

隨著地膜覆蓋技術(shù)的長期應(yīng)用，殘膜回收現(xiàn)已成為許多國家不得不面對(duì)的一大棘手問題[5-7]。英國和前蘇聯(lián)主要是采用懸掛式收膜機(jī)，工作時(shí)松土鏟將壓膜土耕松，然后將殘膜收卷到羊皮網(wǎng)或金屬網(wǎng)上，收下的膜清洗干凈卷好備用。日本土壤主要是火山灰土，土質(zhì)疏松，而且地膜強(qiáng)度大，覆蓋期相對(duì)短（45～90d），清除時(shí)可保持較大片塊，利于收膜。歐美國家為防止殘膜污染危害，一方面推廣使用高強(qiáng)度、耐老化地膜，可以連續(xù)使用2～3a。采用收卷式回收地膜。另一方面，積極開發(fā)研制新型地膜，如可降解地膜，使殘膜經(jīng)一定時(shí)期自動(dòng)分解成無害物質(zhì)混入土壤。法國研制的卷筒式收膜機(jī)，工作時(shí)起膜鏟翻松土壤，并起出地膜，由人工將地膜纏在卷膜筒上。機(jī)組前進(jìn)時(shí)，地輪帶動(dòng)卷膜筒旋轉(zhuǎn)，將回收的地膜卷在卷膜筒上。以色列是研究殘膜回收機(jī)起步較早的國家之一，利用收卷機(jī)來回收殘膜，效果較好。以色列A.V.I公司研制的收卷式回收機(jī)利用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)收卷工作部件。同時(shí)控制收卷部件的轉(zhuǎn)速與拖拉機(jī)行進(jìn)速度相適應(yīng)。

2 國內(nèi)殘膜回收機(jī)具發(fā)展?fàn)顩r

目前回收殘地膜的手段主要有人工撿拾和機(jī)械回收2種方法。當(dāng)前主要是以人工撿拾為主，但人工撿拾殘地膜勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低，機(jī)械回收可以克服人工撿拾的弊端，是殘地膜回收的有效方法。國內(nèi)殘膜回收機(jī)具按照農(nóng)藝要求和殘膜回收時(shí)間分為：春播前回收、苗期揭膜機(jī)械、秋后回收機(jī)械等類型。

2.1 春播前回收 春播前由于大片殘膜已被收回、土壤疏松等特點(diǎn)，殘膜回收作業(yè)主要針對(duì)掩埋在地下的20cm以內(nèi)的小塊殘膜，其在撿拾過程中具有一定的難度。目前開發(fā)的機(jī)型主要包括2種：

一是采用傳統(tǒng)的摟耙式，即將田間的殘膜摟成堆后清理出地。新疆阿克蘇市研制的ISMS一5型密排彈齒式殘膜回收機(jī)[8]。該機(jī)在整地后播種前回收地表殘膜。它的工作原理主要是采用雙排摟齒將地表上的殘膜摟出。該機(jī)成本低，適合推廣應(yīng)用；CMJ一5型春秋兩用密排彈齒式殘膜回收機(jī)[9]是與小四輪拖拉機(jī)配套的農(nóng)業(yè)機(jī)械，主要用途是在播種前對(duì)地表5cm以內(nèi)的殘膜進(jìn)行回收，單次作業(yè)收凈率達(dá)80%，具有結(jié)構(gòu)新穎、重量輕、價(jià)格低、工作效率高等特點(diǎn)。王春耀[10]等人介紹了一種懸掛式殘膜回收機(jī)的結(jié)構(gòu)及其工作原理，對(duì)懸掛式殘膜回收機(jī)的耬膜齒架及耬膜齒進(jìn)行了有限元分析，加載時(shí)采用逐次迭代加載的方法進(jìn)行，這種加載方式與實(shí)際工作情況更為吻合。對(duì)機(jī)架進(jìn)行了動(dòng)應(yīng)力測試，為改進(jìn)設(shè)計(jì)提供了必要的理論依據(jù)。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：（1）為了減小耬膜齒入土斷的線位移，橫梁的形狀可用空心方鋼代替角鋼，提高橫梁的抗扭剛度。（2）改變齒的結(jié)構(gòu)可以減小對(duì)橫梁的扭矩。

二是采用氣吸/氣吹式，即采用挑膜輪等將田間殘膜挑起，然后在風(fēng)機(jī)作用下將其吹入集膜網(wǎng)箱，氣吸/氣吹式殘膜回收機(jī)只能回收地表殘膜且工作環(huán)境惡劣，易將塵土一同吸人膜箱。如新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械交通學(xué)院研制的氣吹式春播前殘膜回收機(jī)[11]，研究設(shè)計(jì)了主要針對(duì)往年陳膜和碎膜的新型氣吹式春播前殘膜回收機(jī)，運(yùn)用運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力學(xué)分析方法，建立了直齒殘膜撿拾機(jī)構(gòu)在氣流作用下運(yùn)動(dòng)模型及殘膜相對(duì)于撿膜齒的相對(duì)運(yùn)動(dòng)微分方程，計(jì)算撿膜齒在耕層50mm深度內(nèi)可得到較好的效果，撿膜輥轉(zhuǎn)速最適宜轉(zhuǎn)速為30r/min。兵團(tuán)農(nóng)六師芳草湖農(nóng)場機(jī)關(guān)研制的CM-2.6型播前地表殘膜回收機(jī)[12]。由170型以上動(dòng)力的小四輪半懸掛，機(jī)車在行走時(shí)利用聚風(fēng)罩兜風(fēng)所形成的風(fēng)力，及地輪行走時(shí)所產(chǎn)生的動(dòng)力帶動(dòng)毛刷轉(zhuǎn)掃器快速旋轉(zhuǎn)，使地表上的殘膜靠風(fēng)流的作用和毛刷旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的磨擦作用，使殘膜通過慣性甩入后面的出風(fēng)口收膜網(wǎng)箱。該機(jī)經(jīng)大面積田間示范和專家鑒定，地表1～3cm深土壤殘留地膜回收率在80%以上。

2.2 苗期殘膜回收 苗期揭膜是在作物澆頭水前地膜老化較輕、便于揭收的有利時(shí)機(jī)，代表的機(jī)型有以下幾種：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的棉花苗期地膜回收機(jī)[13]能夠?qū)崿F(xiàn)一膜兩行陸地種植模式的棉田地膜回收.在棉苗高度低于30mm，機(jī)組工作速度2～3km/h，地膜回收率可達(dá)95.7%。新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)機(jī)化研制的MSM-3型苗期殘膜回收機(jī)[14]，它與小型或中型輪式拖拉機(jī)配套使用，采用卷膜輥主動(dòng)收集廢膜，裝卸靈活，使用可靠。4TSM-4型懸掛式收膜機(jī)[15]，該機(jī)是頭水前揭膜機(jī)的代表機(jī)型。其結(jié)構(gòu)簡單，使用調(diào)整方便，工作可靠，殘膜回收率較高；張秋芳[16]等人針對(duì)現(xiàn)有苗期地膜回收機(jī)都是采用彈齒扎入地膜再回收，容易造成地膜的破損而不便于整體回收的問題，設(shè)計(jì)了一種柔性彈齒起膜輪，能夠在不挑破地膜的前提下，將地膜由下向上整體托起并卷到收膜輪上，從而達(dá)到較完整地收集地膜的目的。

2.3 秋后殘膜回收 殘膜回收作業(yè)主要以秋后殘膜回收為主，其回收對(duì)象主要是當(dāng)年膜，由于薄膜老化、作物秸稈的影響，殘地膜回收難度大，一般要與秸稈還田機(jī)配合作業(yè)。代表的機(jī)型有以下幾種：

（1）中國農(nóng)業(yè)大學(xué)開發(fā)的1MS-Ⅱ型地膜回收機(jī)[17]，針對(duì)我國多數(shù)地區(qū)實(shí)際使用的是超薄地膜（厚0.005mm以下的地膜）、且在作物收獲后再收膜的現(xiàn)狀，研制了適用于我國實(shí)際條件的殘膜回收機(jī)。該機(jī)采用滾筒加伸縮齒桿式撿膜機(jī)構(gòu)，膠帶式缷膜機(jī)構(gòu)。該機(jī)不需要輸出軸動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，能耗少，結(jié)構(gòu)簡單，適用方便，殘膜回收率高，具有廣泛的實(shí)用性。羅東升[18]等人針對(duì)地膜回收機(jī)回收超薄地膜時(shí)回收率較低的現(xiàn)狀，提出為地膜回收機(jī)增加攏膜機(jī)構(gòu)的設(shè)想，并對(duì)攏膜機(jī)構(gòu)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)。試驗(yàn)結(jié)果表明，地膜回收機(jī)增加攏膜機(jī)構(gòu)可明顯提高撿膜器的工作性能。

（2）石河子大學(xué)機(jī)電學(xué)院研制的秸稈粉碎還田與殘膜回收聯(lián)合作業(yè)機(jī)SMS-1500[19]。這種機(jī)型有莖稈粉碎機(jī)和殘膜回收機(jī)兩部分組成，能一次完成莖稈粉碎和殘膜回收兩項(xiàng)作業(yè)。在回收棉田中殘膜的同時(shí)還可將粉碎的莖稈均勻的灑落在田間以作肥料?；厥盏臍埬ざ逊旁谔镩g一起運(yùn)走。郭振華[20]等人設(shè)計(jì)了一種將拔棉稈與殘膜回收兩種功能相結(jié)合的新機(jī)型。在分析拔棉稈原理及多種殘膜回收機(jī)原理的基礎(chǔ)上，對(duì)棉稈集堆及殘膜回收聯(lián)合作業(yè)機(jī)進(jìn)行了設(shè)計(jì)研究。分別以提輥式拔棉桿機(jī)械和鏟刀式拔棉稈機(jī)械的工作部件為研究對(duì)象，通過建立數(shù)學(xué)模型，分析各項(xiàng)功耗，得出各項(xiàng)阻力在總阻力中所占的比例關(guān)系。在膜桿分離的同時(shí)，達(dá)到了殘膜回收的目的。這一類的殘膜回收機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格偏高。

（3）新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)農(nóng)二師36團(tuán)研究的氣吹式秋后殘膜回收機(jī)[21]，介紹了新型氣吹式秋后殘膜回收機(jī)的工作原理，對(duì)其主要工作零部件起膜鏟、切膜輥、撿膜輥的結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了分析研究，給出了這幾個(gè)主要零部件結(jié)構(gòu)參數(shù)的選取范圍，并建立了撿膜輥齒的運(yùn)動(dòng)方程。通過分析提出了撿膜輥裝置應(yīng)采用間歇運(yùn)動(dòng)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，這樣該裝置既可保證無漏撿的情況發(fā)生，又可獲得較好的風(fēng)機(jī)氣流通過性。陳發(fā)[22]等人針對(duì)棉花殘膜回收機(jī)弧形挑膜齒清理滾筒的結(jié)構(gòu)、工作原理，對(duì)弧形挑膜齒的運(yùn)動(dòng)軌跡和運(yùn)動(dòng)方程進(jìn)行了分析研究，建立了殘膜相對(duì)弧形挑膜齒的運(yùn)動(dòng)方程，研究了弧形挑膜齒的速度、加速度等運(yùn)動(dòng)特性，并對(duì)弧形挑膜齒殘膜清理滾筒運(yùn)動(dòng)干涉情況作了檢驗(yàn)，證明該機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，殘膜回收率可達(dá)85%以上。

（4）甘肅省農(nóng)機(jī)推廣站研制的1FMJ-850型殘膜回收機(jī)[23]，殘膜收凈率90%，生產(chǎn)率在0.3hm2/h，配套動(dòng)力為13.2kW小四輪拖拉機(jī)。由理論計(jì)算，滾筒的最低轉(zhuǎn)速不得小于71.5r/min，并經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，以120r/min為宜。徐新惠[24]等人針對(duì)殘膜對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的危害和殘膜回收機(jī)研究的重要性設(shè)計(jì)了一種滾筒式殘膜回收機(jī)，收膜滾筒靠拖拉機(jī)的牽引向前滾動(dòng)，并驅(qū)動(dòng)伸縮齒工作，啟動(dòng)需動(dòng)力輸出軸的驅(qū)動(dòng)，動(dòng)力消耗較少：配套動(dòng)力功率為8.8～13.0kW；收膜幅寬為≤80cm；作業(yè)速度為2～3km/h；生產(chǎn)率為0.4～0.6hm2/h。

3 建議

（1）充分考慮農(nóng)民農(nóng)耕的實(shí)際情況，提高機(jī)具的利用率，降低使用成本。（2）殘膜回收機(jī)要以秸稈粉碎與殘膜回收聯(lián)合作業(yè)為主要發(fā)展方向，實(shí)現(xiàn)不同作物播前、苗期、秋后的殘膜回收。（3）提高殘膜回收效率：尤其應(yīng)該提高小片地膜的回收率。（4）鼓勵(lì)使用標(biāo)準(zhǔn)化地膜，嚴(yán)禁生產(chǎn)和使用超薄農(nóng)用地膜，嚴(yán)格執(zhí)行GBl3735-92標(biāo)準(zhǔn)組織農(nóng)用地膜生產(chǎn)，最小厚度為0.008mm，且達(dá)到強(qiáng)度要求。

4 結(jié)語

綜上所述，國內(nèi)外針對(duì)殘膜回收機(jī)械的研究還不是很多，現(xiàn)有的殘膜回收機(jī)械雖然在一定程度上提高了殘膜回收率，但是面對(duì)土壤中大量的的殘膜，卻是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。新疆農(nóng)業(yè)廳最近一份調(diào)查資料統(tǒng)計(jì)，目前新疆地膜覆蓋面積年均在233.33hm2左右，棉花、設(shè)施蔬菜、工業(yè)番茄、色素辣椒等作物基本均為地膜覆蓋種植，80%以上的玉米為覆膜種植，覆膜率每667m2達(dá)70%～87%，用量3～5kg/667m2，全區(qū)每年地膜總用量達(dá)15萬t。大量農(nóng)田地膜的使用雖然給農(nóng)民帶來了巨大經(jīng)濟(jì)效益，但是也對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的影響。為此，人們都迫切盼望著能有一種“能穩(wěn)定、生產(chǎn)率較高、使用維護(hù)簡單、自動(dòng)化程度較好、價(jià)格便宜易推廣”殘膜回收機(jī)械問世。合理使用地膜，提高殘膜回收率不僅是保護(hù)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境和農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展重要舉措，也是地膜覆蓋這一重要的農(nóng)藝技術(shù)能否健康可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。

參考文獻(xiàn)

[1]陳秀芬.治理殘膜污染，保護(hù)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境[J].北京農(nóng)業(yè)，2011（12）.

[2]司明理.氣吹式春播前殘地膜回收機(jī)理論分析及試驗(yàn)研究[D].新疆：新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)，2007.

[3]劉志峰.殘膜對(duì)棉花生長的影響及應(yīng)對(duì)措施[J].農(nóng)機(jī)科技推廣，2009（ 3） ： 35-36.

[4]孫勝偉，宋麗敏.淺談農(nóng)田殘膜的危害和防治對(duì)策[J].農(nóng)村工作研究，2009（ 4）：70.

[5]Lamont，W.J.Plastic mulches far the production of vegetable crops[J].Hort Techno1.1993.3（1）：35-39.

[6]Berglund，Rake.Impact of plastic mulch and poultry manure on plant establishment in organic strawberry production[J].Journal of Plant Nutri—tion.2006.Vo1.29：103-l12.

[7]侯書林，胡三媛，孔建銘，等.國內(nèi)殘膜回收機(jī)研究的現(xiàn)狀[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2002，18（3）：186-189.

[8]閆海濤.棉田殘膜回收機(jī)械化工程綜合效益分析與評(píng)價(jià)研究[D].新疆：新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)，2009.

[9]李小兵. CMJ-5型春秋兩用密排彈齒式殘膜回收機(jī)[J]. 新疆農(nóng)機(jī)化，2010，2.

[10]王春耀，王學(xué)農(nóng)，陳發(fā)，等.懸掛式殘膜回收機(jī)強(qiáng)度分析及改進(jìn)設(shè)計(jì)[J].農(nóng)機(jī)化研究，2008，6（6）：86-93.

[11]周智祥，楊志城，楊宛章，等.氣吹式春播前殘膜回收機(jī)的研制[J].新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005（1）.

[12]鮑伯洋.農(nóng)六師地表殘膜回收機(jī)獲得國家專利[J].新疆農(nóng)墾科技，2005（5）.

[13]楊麗，劉佳，張東興，等.棉花苗期地膜回收機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2010，41（增刊）：73-77.

[14]劉晨，薛文瑾，朱振中，等.MSM-3型苗期殘膜回收機(jī)[J].新疆農(nóng)機(jī)化，1999（4）.

[15]楊希晨，劉炳，龔軍.殘膜回收機(jī)的研究現(xiàn)狀及存在問題[J].新疆農(nóng)機(jī)化，2006（5）.

[16]張秋芳，張東興.苗期地膜回收機(jī)的起膜輪的設(shè)計(jì)[J].農(nóng)機(jī)化研究，2007，9（9）：84-86.

[17]裴先平.殘膜回收機(jī)側(cè)輸出集膜機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)研究[D].北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，2006.

[18]羅東升，張東興，婁秀華.地膜回收機(jī)攏膜機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)[J].中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，6（4）：39-41.

[19]王吉奎，付威，王衛(wèi)兵，等. SMS-1500型秸稈粉碎與殘膜回收機(jī)的設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2011（27）：168-172.

[20]郭振華，史建新.棉桿集堆及殘膜回收聯(lián)合作業(yè)機(jī)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)[D.新疆：新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)，2009.

[21]魯亞云，楊志誠，楊宛章，等.氣吹式秋后殘膜回收機(jī)的研究[J].新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005（1） .

[22]陳發(fā)，王春耀，王學(xué)農(nóng)，等.基于UG的殘膜回收機(jī)滾筒部件的運(yùn)動(dòng)分析[J].新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，45（S2）：171-173.

[23]安世才.1FMJ-850型廢膜撿拾機(jī)[J].農(nóng)業(yè)與食品機(jī)械，1999（1）：13.

[24]徐新惠，王維新，吳杰，等.滾筒式殘膜回收機(jī)的理論設(shè)計(jì)和試驗(yàn)研究[J].農(nóng)機(jī)化研究，2006，3（3）：123-124.

（責(zé)編：徐煥斗）