張璞郝建軍王建合楊欣

1、河北農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院 2、河北省農(nóng)機化技術(shù)推廣服務(wù)總站

棉花殘膜回收機研究現(xiàn)狀與發(fā)展展望

張璞1郝建軍1王建合2楊欣1

1、河北農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院 2、河北省農(nóng)機化技術(shù)推廣服務(wù)總站

結(jié)合地膜帶來的白色污染問題，簡要介紹了殘膜對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的危害以及殘膜回收機研究的重要性，對國內(nèi)外現(xiàn)有幾種典型殘膜回收機的工作原理進行了介紹，指出了在可降解或液體地膜大規(guī)模推廣使用前，應(yīng)該開發(fā)與現(xiàn)階段結(jié)合的殘膜回收機，以便在提高機具作業(yè)效率的前提下最大限度地減少殘膜，并對未來殘膜回收機或殘膜回收的發(fā)展提出建議。

殘膜；殘膜回收機；白色污染

引言

地膜覆蓋技術(shù)自20世紀70年代引入我國以來，以其保溫、保土、增產(chǎn)等顯著特點，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來巨大經(jīng)濟效益，被稱為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的“白色革命”。然而，由于使用過的地膜難以被完整地回收，有很大部分殘膜被翻入土壤逐年累計，破壞了土壤的原有結(jié)構(gòu)和平衡，降低了農(nóng)機具的工作效率和質(zhì)量，減少了農(nóng)作物產(chǎn)量，影響農(nóng)村鄉(xiāng)土風(fēng)貌，危害牲畜的生命健康。有資料表明，連續(xù)3年殘膜沒有清理的地塊小麥均產(chǎn)量下降2%～3%，玉米產(chǎn)量下降10%左右，棉花產(chǎn)量下降10%～15%[1]。因此，殘膜回收迫在眉睫。目前，殘膜回收有人工撿拾和機械回收2種方式，手工清除殘膜時，勞動強度大，費工時且回收率低，撿拾不凈，長年累月造成殘膜的田間積累帶來嚴重的“白色污染”。機械回收殘膜，可以克服人工撿拾的不足，是殘膜回收的有效方法。因此，研制各種經(jīng)濟實用的殘膜回收機對于減少土地污染及保持農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。

1 棉花殘膜回收機類型

1.1 國外棉花殘膜回收機

殘膜回收問題是世界各國都面臨的一個棘手問題。國外殘膜撿拾（回收）機發(fā)展起于20世紀60年代，國外所用的農(nóng)用地膜厚度大約在0.01～0.05 mm左右，其抗拉強度大、不易破碎、易回收且可重復(fù)使用[2]。

日本對廢舊農(nóng)膜的回收處理相對好一些，分析其原因，一是日本覆蓋地膜的土壤主要是火山灰土，土壤疏松，易揭膜；二是地膜強度大，覆蓋期相對較短(1.5～3個月)，清除時刻保持較大片狀；三是采用地膜縫合，鋪地膜時不用土壓膜，以利于收膜。

歐美等國為解決殘膜造成的危害，一方面推廣使用高強度、耐老化地膜，以便于回收，英國主要采用懸掛式回收機，工作時，鏟齒將壓膜土耕松，將薄膜回收到金屬網(wǎng)上，回收后的薄膜經(jīng)清洗干凈后備用，法國主要使用卷筒式回收機，將回收的地膜卷在卷膜筒上，己備后用；另一方面，積極開發(fā)研制新型地膜，如可降解地膜，殘膜經(jīng)一定時期而自動分解，形成無害物質(zhì)而混入土壤之中。

1.2 國內(nèi)殘膜回收機

我國所使用過和理論研究過的殘膜回收機有幾十種，按殘膜回收的時間劃分為3類:苗期殘膜回收機械、秋后作物收獲完成之后的殘膜回收機械、春天播種之前殘膜回收機械。

1.2.1 苗期殘膜回收機

苗期進行殘膜回收，在一些干旱地區(qū)會造成土壤內(nèi)水分的大量蒸發(fā)，縮短灌溉周期3～4天左右。苗期回收機代表機型主要有CSM-130B、MSM-3等。

CSM-130B型齒鏈式懸掛收膜機[3]：該機由起膜、脫膜和集膜三大部分組成。該機具屬于國家專利產(chǎn)品，由兵團農(nóng)機技術(shù)推廣站和農(nóng)八師134團共同研制設(shè)計。其主要用于苗期收膜，工作時地輪壓松邊膜與覆土的黏結(jié)，同時苗行中的地膜在起膜導(dǎo)軌與抓膜齒鏈的配合作用下，被齒鏈強行抓取，并隨抓膜齒鏈的傳動而沿導(dǎo)軌弧面上升。加上殘膜本身的強度，使殘膜被提升的同時從植株上取下，而不破壞植株。但是該機器結(jié)構(gòu)有待進一步簡化、優(yōu)化，廢膜卷中含土量偏大?，F(xiàn)研制單位正在加緊改進以上問題，爭取在不久的將來能拿出新一代的機器以供使用。

MSM-3型苗期殘膜回收機[4]：該機由懸掛主梁、機架、起膜輪、起膜導(dǎo)軌、送膜葉輪、卷膜輥、行走地輪、傳動鏈輪和收邊膜裝置等主要部件組成。該機具在拖拉機的帶動下，起膜輪齒將殘膜挑起，運往收膜裝置。通過刮邊膜壓土—起膜—送膜—卷膜—卸膜卷這種殘膜回收工藝，收取的殘膜能保證良好的整性，且殘膜回收率高。

1.2.2 秋后殘膜回收機

秋后殘膜回收機是在作物收獲后進行殘膜回收，此類回收機適于干旱地區(qū)推廣使用。作物收獲后，此時地膜完整性較差、破壞較為嚴重，加上秸稈等因素限制，容易造成撿拾部件的損壞，加大了回收難度。但是到現(xiàn)在為止秋后殘膜回收機是被農(nóng)民應(yīng)用最多且廣泛接受的機具。代表機型主要有以下幾種。

SMS-1500型秸稈粉碎與殘膜回收機[6]：該回收機（見圖1）由秸稈切碎還田裝置、殘膜回收裝置、殘膜箱、牽引裝置、動力傳遞系統(tǒng)和行走系統(tǒng)等部分組成。作業(yè)時，機組順著膜行前行，扶禾器扶起傾斜或倒伏的作物秸稈，切割器將作物秸稈從根部割下，割下的作物秸稈被橫向輸送裝置輸送至圓盤式切碎器，切碎器上高速旋轉(zhuǎn)的刀盤將輸送過來的作物秸稈切斷，在護罩的遮擋下，切碎的秸稈落到機組一側(cè)，進而使秸稈與待收殘膜分離。松土齒疏松壓在殘膜邊上的土壤，殘膜回收裝置上的鏈齒耙轉(zhuǎn)動，鏈齒耙上的齒桿依次刮過地面時將待收殘膜揭起，揭起的殘膜通過齒桿與底板之間的間隙被輸送至殘膜箱上側(cè)后，在脫膜輪的作用下落入殘膜箱。

圖1 SMS-1500型秸稈粉碎與殘膜回收機

4CM系列殘膜回收整地機[7]：此機具（見圖2）利用掘鏟將土塊、地膜、雜物一并鏟起，土塊被壓碎輥壓碎還田，雜物和地膜被針刺式分離輸送帶運往集膜裝置，在機架底部有碾壓板完成整地。該機型在2011年5月的新疆農(nóng)機博覽會上很受參會人員的青睞。

圖2 4CM系列殘膜回收整地機

1MC-70型地膜回收起茬機[8]：該殘膜回收機是內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)機械化服務(wù)管理局研制的一種新型的殘膜回收機，該機已獲國家專利。該機具采用鏟掘滾篩的原理，可將壓在土壤下的、纏裹于作物根茬上的殘膜連同根茬與地表殘膜一起清理，其作業(yè)效率高，殘膜、殘茬回收率均在80%以上。

1.2.3 春播前殘膜回收機

春播前對殘膜進行回收，此時的殘膜由于在地里時間較長，在風(fēng)沙等因素作用下大部分殘膜成為了小碎片，加上播前整地時間緊，所以此階段殘膜回收作業(yè)難度較大。代表機型主要有夾持式殘膜回收機、CMJ-5型春秋兩用密排彈齒式殘膜回收機等。

夾持式殘膜回收機[9]：該機具主要運用了夾持原理，在拖拉機動力輸出軸及傳遞系統(tǒng)的帶動下，偏心夾持起膜輪帶動夾膜板進行收膜與放膜。這種機械能回收不同大小和強度的殘膜碎片，地表殘膜回收率大于92%。

CMJ-5型春秋兩用密排彈齒式殘膜回收機[10]：該殘膜回收機（回收機構(gòu)見圖3）是與小四輪拖拉機配套的農(nóng)業(yè)機械，主要用途是在播種前對地表5cm以內(nèi)的殘膜進行回收，并能清除雜草，具有一定的碎土作用，以保證地表的清潔。該機主要由機架、前后彈齒組成，機具質(zhì)量小，不需保養(yǎng)，作業(yè)成本低，深受歡迎。

2 現(xiàn)階段殘膜回收存在的問題

2.1 現(xiàn)階段地膜不利于機械化

目前，由于我國生產(chǎn)的農(nóng)膜厚度都非常?。ê穸葹?.006-0.008 mm）[1]，因此膜的抗拉強度不高，不利于殘膜的回收。這樣的膜雖然可以降低一些農(nóng)業(yè)投入成本，但由于過薄的農(nóng)膜給殘膜回收帶來困難并造成對環(huán)境的污染而導(dǎo)致作物減產(chǎn)。比較而言，薄農(nóng)膜實際上是不經(jīng)濟的。目前農(nóng)民使用的農(nóng)膜厚度都是0.008 mm的，即使產(chǎn)品質(zhì)量較好的農(nóng)膜，如遇整地效果不好(如大土塊)、莖稈還田時產(chǎn)生一些較鋒利的莖稈碎茬，以及覆膜后如遇到外力(風(fēng)的擾動)，都會造成膜的破損。為防止膜的破損，要在膜上覆蓋更多的土，這給后期的收膜帶來一定程度的困難。

2.2 回收膜與莖葉等混雜、裹土

機械收膜時，由于地里既有地膜又有植物莖稈、葉片及雜草，且地膜表面又往往覆有或多或少的土壤，這樣在收膜時如何將地膜與上述雜物分離，是一個很重要的問題。地膜收起后，如較干凈，則純凈的地膜可回收再利用，從而提高效益；若收起的地膜較干凈，還可充分減輕機器負荷，提高膜箱的有效容積。收膜時如果將雜物全收進膜箱，則降低了膜箱的有效容積；同時由于地膜中含有雜物，又無法分離，地膜無法再次利用，只能連同雜物一起拋掉，又會給環(huán)境造成二次污染。

2.3 機械化回收成本較高

殘膜回收主要靠種植戶完成，要是采用機械回收，必定產(chǎn)生相對較高的費用，降低農(nóng)戶的收入，因此農(nóng)戶大都不愿花費更大的代價去回收，即使政府給予補貼和較高的回收價格，還是無法抵消回收時耗用的費用。并且殘膜回收的效益不大，設(shè)立的廢舊地膜收購點和加工企業(yè)少，且利潤較低。

2.4 回收技術(shù)不成熟

現(xiàn)有殘膜回收機械不夠完善。回收機具功能單一，機具質(zhì)量有待提高，作業(yè)性能一般，作業(yè)項目單一，殘膜回收率總體較低。當(dāng)前所有殘膜回收機具，都是針對平鋪農(nóng)膜作物設(shè)計的，開溝鋪膜作物不適用回收機具。

3 發(fā)展展望

3.1 新型材料

用可降解地膜來代替塑料地膜。近幾十年來，國內(nèi)外的科技工作者們針對殘膜污染問題開展了廣泛的研究，開發(fā)出了多種新型可降解地膜來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的塑料地膜，主要包括生物降解地膜、光降解地膜、光/生物雙降解地膜和植物纖維地膜等。但是應(yīng)用這些地膜會大大增加農(nóng)民們耕作的成本，所以很少被農(nóng)民們所使用。因此，國家需要出臺扶持政策來推廣可降解地膜。

3.2 規(guī)范國內(nèi)地膜標準

政府相關(guān)職能部門要嚴格執(zhí)法，要按照法律法規(guī)要求地膜生產(chǎn)廠家按照國家的地膜生產(chǎn)標準生產(chǎn)0.01～0.05 mm的塑料地膜，這種標準的地膜會在秋后收膜的時候保留得比較完整。這種地膜一方面提高了回收機械的作業(yè)效率，更重要的是可以減少殘膜的污染。

3.3 加強殘膜回收機的穩(wěn)定、連續(xù)性

目前，我國所使用的殘膜回收機在工作的時候或多或少會出現(xiàn)小的故障，從而使殘膜回收機被迫停車進行檢修，耽誤了殘膜回收作業(yè)的時間。特別是在春播之前收膜，因為春播時間緊、任務(wù)重，如果殘膜回收機出問題，則會給春播雪上加霜。

3.4 提高細小殘膜的回收率

殘膜回收機械往往回收的都是保存完整性比較好的殘膜和大塊的殘膜，在結(jié)束殘膜回收作業(yè)時小的殘膜碎片在耕地里還是到處可見，回收效果較差。殘膜碎片對于環(huán)境的污染和棉花等農(nóng)作物的損害依舊很大，不容小覷。

3.5 加強中、深層殘膜回收

現(xiàn)在用的殘膜回收機都是對地表殘膜、淺耕層殘膜進行回收，對于中耕層和