木塔力甫·艾力，張佳，張宇濤，董黎明

（1.寶鋼集團(tuán)八鋼公司 能源中心動力分廠，烏魯木齊830022；2.新疆工程學(xué)院 機(jī)械工程系，烏魯木齊830023）

0 引 言

地膜覆蓋栽培技術(shù)目前在國內(nèi)外都得到了非常廣泛的應(yīng)用，是一項提高作物單產(chǎn)切實可行的技術(shù)，隨著大面積地開始應(yīng)用地膜種植技術(shù)，大量地膜應(yīng)用于農(nóng)田中，但在其使用后未能及時回收，造成大量的殘膜污染，同時對土壤的土質(zhì)、作物的生長環(huán)境以及周邊的環(huán)境造成一定的破環(huán)，嚴(yán)重時土地將不能進(jìn)行種植作業(yè)［1］。

我國開始研究殘膜回收機(jī)械開始于20 世紀(jì)80 年代初期，經(jīng)過多年的努力,目前我國研制出的殘膜回收機(jī)達(dá)160 多種，但目前從整體上看,殘膜回收機(jī)械的推廣使用還不盡人意,需要進(jìn)一步解決。

1 殘膜回收方法

我們通常將使用后并且失去效用的地膜稱為殘膜，可根據(jù)作物的種類、種植地區(qū)和作物生長時期將殘膜回收分為苗期殘膜回收、作物果實收獲后殘膜回收和春季播種前殘膜回收，目前國內(nèi)外通常采用回收殘膜的方法主要有以下3 種［2］：

1）人工回收。人工回收殘膜勞動強(qiáng)度大、效率低，人工回收只能將地表面看得見的殘膜撿起，并不能對埋藏在土壤里的殘膜進(jìn)行回收，人工回收只是在20 世紀(jì)70年代之前采用的一種殘膜回收方式，由于難度較大以及出現(xiàn)了殘膜回收機(jī)械，人工回收殘膜這種方式已逐漸被淘汰。

2）降解膜。降解膜出現(xiàn)較晚，是為適應(yīng)社會對于環(huán)境保護(hù)的需要而生產(chǎn)的一種新型地膜，主要原料為生物降解母料與塑料粒子母料混合生產(chǎn)而成，又分為玉米淀汾基生物降解地膜與馬鈴薯淀汾基生物降解地膜，生物降解是利用自然界中的微生物對降解地膜的作用而達(dá)到的降解，但目前降解膜的價格較高，今后的一段時間內(nèi)很難在國內(nèi)進(jìn)行大面積推廣。

3）機(jī)械化回收。由于人工回收以及降解膜存在著勞動強(qiáng)度大、成本過高等很多缺點，目前國內(nèi)外通常采用機(jī)械化回收方式進(jìn)行殘膜回收作業(yè)，采用機(jī)械化回收殘膜，具有效率高、成本低等優(yōu)點，并且根據(jù)我國目前的科技水平和經(jīng)濟(jì)條件，在很長的時間內(nèi)我國仍然會大量地使用塑料薄膜，所以機(jī)械化殘膜回收是目前切實有效的方法。

2 國內(nèi)殘膜回收機(jī)械發(fā)展現(xiàn)狀

由于種植模式和自然條件的不同，我國使用的地膜比國外使用的地膜厚度薄，強(qiáng)度也低，目前我國殘膜回收機(jī)根據(jù)收膜部件工作原理的不同可分為彈齒式、伸縮桿式、齒鏈?zhǔn)健饬κ?、卷輥式和鏟式等多種形式的殘膜回收機(jī)；根據(jù)作業(yè)時期的不同可分為作物苗期殘膜回收、作物果實收獲后殘膜回收以及春季播種前殘膜回收，殘膜回收效果較好的有以下一些機(jī)型［3］。

1）農(nóng)八師134 團(tuán)和新疆兵團(tuán)農(nóng)機(jī)推廣站設(shè)計的CSM-130B 型齒鏈?zhǔn)绞漳C(jī)。主要是在作物灌頭水之前回收地膜，該作業(yè)機(jī)主要由起膜機(jī)構(gòu)、脫模機(jī)構(gòu)和集膜機(jī)構(gòu)組成。作業(yè)時，由中小型拖拉機(jī)帶動，起膜機(jī)構(gòu)的齒鏈將苗行中的地膜強(qiáng)行抓取，采用無心圓捆卷膜，卸膜方便。

2）新疆農(nóng)科院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所設(shè)計的MSM-3 型苗期殘膜回收機(jī)［4］。主要由起膜輪、送膜葉輪、卷膜輥、收邊膜裝置構(gòu)成，與中小型拖拉機(jī)配套使用。作業(yè)時，由起膜導(dǎo)軌將土壤中的地膜鏟起，隨后起膜輪的輪齒將地膜穿透并將地膜向上輸送，最終將地膜整齊地卷到卷膜輥上，完成收膜作業(yè)。

3）內(nèi)蒙古商都牧機(jī)廠設(shè)計的1MC-70 型地膜回收起茬機(jī)［5］，主要由起膜鏟、輸送帶和滾筒組成。該作業(yè)機(jī)在完成起茬的同時，將土壤中的殘膜一同鏟入旋轉(zhuǎn)滾筒，隨后進(jìn)行土茬分離和膜土分離，最后將根茬和殘膜一起回收，殘膜回收率較高，但回收后的根茬和殘膜不易分離。

4）新疆農(nóng)八師134 團(tuán)設(shè)計的SMJ-2 型地膜回收集條機(jī)［6］。主要由機(jī)架、限深調(diào)節(jié)地輪、松土鏟和摟齒盤組成，由35 kW 左右的拖拉機(jī)懸掛。作業(yè)時，松根鏟將5～10 cm土壤內(nèi)的作物斷根，同時可以進(jìn)行松土作業(yè)將土壤內(nèi)的殘膜和土壤分開，隨后摟齒盤進(jìn)行摟膜作業(yè)，將地膜和作物根茬一同集條，完成殘膜回收作業(yè)。

5）新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械交通學(xué)院楊宛章教授設(shè)計的4MQ-1.5 型氣吸式殘膜回收機(jī)［7］。主要由機(jī)架、行走輪、挑膜彈齒、風(fēng)機(jī)、輸送風(fēng)道和集膜箱構(gòu)成。作業(yè)時，由挑膜彈齒將殘膜從3～6 cm 深的土壤中挑起，隨后由風(fēng)機(jī)將挑起的殘膜吸至輸送風(fēng)道，將殘膜回收至集膜箱，完成殘膜回收作業(yè)。

6）新疆兵團(tuán)科學(xué)院農(nóng)機(jī)化所研制的4FS2 型殘膜聯(lián)合回收機(jī)［8］。由秸稈粉碎部件和殘膜回收部件兩部分組成，同時可以完成秸稈粉碎和殘膜回收兩項作業(yè)。作業(yè)時，先由秸稈粉碎機(jī)高速旋轉(zhuǎn)的甩刀將根莖切斷，切斷的根茬隨慣性甩到一側(cè)，之后由殘膜回收部件將殘膜回收至集膜箱，完成殘膜回收作業(yè)。殘膜回收部件的撿膜機(jī)構(gòu)采用偏心伸縮桿齒結(jié)構(gòu)，回收殘膜效率較高，但機(jī)械傳動比較復(fù)雜。

7）東北農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的QS-2型殘膜回收機(jī)。主要由機(jī)架、收膜鏈輪、纏膜輥筒、地輪和傳動系統(tǒng)構(gòu)成，由中小型拖拉機(jī)牽引。作業(yè)時，它是由作業(yè)機(jī)地輪帶動收膜彈齒工作，結(jié)構(gòu)比較簡單、殘膜回收率高，但該機(jī)有一個便于脫膜的曲線滑道，加工制造成本較高，并且也無法實現(xiàn)殘膜與雜草的分離。

8）中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)院研制了殘膜回收整地聯(lián)合作業(yè)機(jī)。主要由機(jī)架、傳動裝置、撿膜齒桿，偏心脫膜滾筒、驅(qū)膜輪、集膜箱等部件構(gòu)成。與45 kW 左右的輪式拖拉機(jī)配套使用，可以進(jìn)行整地和殘膜回收兩項作業(yè)，整地效果較好、工作效率高，但殘膜回收效果并不理想。

9）新疆農(nóng)墾科學(xué)院和塔里木大學(xué)共同研制的1QZ-3 900 清田整地聯(lián)合作業(yè)機(jī)。主要由機(jī)架、傳動系統(tǒng)、起膜鏟、膜土分離裝置等裝置組成。在春季播種前，一次性可完成殘膜回收和整地兩項作業(yè)。作業(yè)時，起膜鏟將土壤內(nèi)深14 cm 內(nèi)的土壤、根茬和殘膜一同鏟起，由膜土分離裝置的振動篩將殘茬、殘膜與土壤分離并輸送到集膜箱。其缺點是土壤鏟耗費功率較大，與地面機(jī)械沖擊大。

3 目前存在的問題

我國研究殘膜污染治理技術(shù)已有多年，國內(nèi)雖然研制了許多種機(jī)型，但大多數(shù)殘膜回收機(jī)回收殘膜的效果并不盡如人意，不能滿足目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的需求，綜合來看，目前主要存在以下幾個問題［9］。

1）我國目前采用的地膜材料為聚乙烯烴類化合物，厚度很薄，抗拉強(qiáng)度低，容易拉斷，殘膜面積較小，大部分殘膜被埋藏在土壤中或者與作物莖稈、根茬緊密纏繞，殘膜回收作業(yè)難度很大。

2）殘膜回收機(jī)的收膜部件還存在卡頓、殘膜纏繞等問題。無論是挑膜齒挑起送入集膜箱還是卷膜輥卷膜，由于塑料膜的粘附和靜電的作用，都會引起殘膜纏繞。工作時，一旦發(fā)生纏繞，會越纏越多，最終會導(dǎo)致機(jī)具無法正常連續(xù)工作，為了解決卸膜過程中的殘膜纏繞問題，先后出現(xiàn)了十余種解決方案，但在實際使用過程中多數(shù)出故障率高、因結(jié)構(gòu)復(fù)雜等原因沒有得到很好的推廣。

3）主要工作部件的工作性能很難提高，收膜部件容易受到機(jī)械沖擊，也容易出現(xiàn)故障，關(guān)鍵零部件如殘膜挑膜機(jī)構(gòu)、殘膜輸送機(jī)構(gòu)、殘膜與土壤分離機(jī)構(gòu)在耗能、機(jī)械性能上仍需要進(jìn)行更深入的研究。

4）殘膜回收機(jī)械的理論研究也比較薄弱，我國研究殘膜回收機(jī)械的起步較晚，設(shè)計方法與技術(shù)相對比較落后，同時殘膜回收作業(yè)受到季節(jié)性的限制，所以一些高難的技術(shù)性問題始終得不到很好的解決。

保護(hù)農(nóng)田生態(tài)環(huán)境、治理殘膜污染是種植業(yè)可持續(xù)化發(fā)展的關(guān)鍵所在。綜上所述，我國的殘膜回收機(jī)械仍不完善，目前我國北方農(nóng)田的殘膜污染越發(fā)嚴(yán)重，因此，我們?nèi)孕柙谘芯恐卫須埬の廴炯夹g(shù)上做大量工作。

4 國內(nèi)外殘膜回收技術(shù)的發(fā)展趨勢

目前我國機(jī)械化回收殘膜主要是在三個時期：作物苗期殘膜回收、作物果實收獲后殘膜回收以及耕地后，春季播種前殘膜回收。北方種植的棉花、玉米主要在春季播種前進(jìn)行殘膜回收作業(yè)，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)［10］，一次性可完成兩項或多項作業(yè)，通過減少拖拉機(jī)的下地次數(shù)，同時可以減少油耗、降低機(jī)具作業(yè)成本、減少機(jī)具對土壤的壓實以及節(jié)省作業(yè)時間，從而提高作業(yè)機(jī)具的工作效率，爭搶農(nóng)時，有效地提高勞動生產(chǎn)效率。

國外一些國家在20 世紀(jì)50 年代初期就開始研究聯(lián)合作業(yè)機(jī)，剛開始只是將耕地和整地機(jī)械的聯(lián)合，或者將整地和播種機(jī)械的聯(lián)合，作業(yè)機(jī)的結(jié)構(gòu)是將兩個及兩個以上單一的作業(yè)部件組合，作業(yè)機(jī)機(jī)動性能差，體型較大；隨著大功率拖拉機(jī)的出現(xiàn)以及免耕、少耕播種等新技術(shù)的發(fā)展，20 世紀(jì)60 年代初期，聯(lián)合作業(yè)機(jī)開始將多個部件或裝置形成一體。20 世紀(jì)70 年代以后，聯(lián)合作業(yè)機(jī)開始采用驅(qū)動型工作部件，完成兩種及兩種以上作業(yè)的聯(lián)合作業(yè)機(jī)具，并且可以與大型拖拉機(jī)配套。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)計方面，運(yùn)用虛擬樣機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計方法對聯(lián)合作業(yè)機(jī)進(jìn)行創(chuàng)新和改進(jìn)，運(yùn)用機(jī)械虛擬仿真技術(shù)取代傳統(tǒng)的田間試驗，這樣可以大大縮短機(jī)器的開發(fā)時間，降低其研究成本。

［1］ 王獻(xiàn)志，盛祝梅，葉國民，等.農(nóng)田農(nóng)地膜殘留污染現(xiàn)狀及對策［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2003，31（2）：30-31.

［2］ 秦朝明，王序儉.農(nóng)用地膜的回收現(xiàn)狀與思考［J］.農(nóng)牧與食品機(jī)械，1999（4）：1-2.

［3］ 候書林，胡三媛，孔建銘.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，2002，18（3）：186-189．

［4］ 王能勇.SMJ-2 型地膜回收集條機(jī)簡介［J］.新疆農(nóng)墾科技，1999（5）：41-42．

［5］ 張德云，李亞雄.4FS-2 型殘膜聯(lián)合回收機(jī)的改進(jìn)設(shè)計［J］.農(nóng)牧與食品機(jī)械，1994（4）：23-25．

［6］ 張木林，王緯.1MS-800 塑料殘膜回收機(jī)［J］．農(nóng)牧與食品機(jī)械，1992，60（2）：7-11．

［7］ 周智祥，楊志城，楊宛章.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，2005，28（1）：61-65.

［8］ 賈理江，吳兆宗.4CM-150 型齒鏈?zhǔn)綉覓焓漳C(jī)試驗與改進(jìn)［J］.新疆農(nóng)機(jī)化，1997（5）：17．

［9］ 張東興.農(nóng)用殘膜回收問題［J］.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，1998（6）：103-106.

［10］ 王頻.殘膜污染治理的對策和措施［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，1998，14（3）：185-188．

（編輯 立 明）