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(hù)總站，北京 100125；2. 新疆農(nóng)墾科學(xué)院機(jī)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(hù)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(jìn)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(jī)械進(jìn)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(jī)械化回收技術(shù)

地膜回收方法主要有人工和機(jī)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(jī)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(jī)具的研究始于20世紀(jì)80年代末，已開發(fā)研制的機(jī)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(jī)、秋后地膜回收機(jī)和播種前地膜回收機(jī)。

苗期收膜一般是在作物澆頭水前進(jìn)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(jī)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(jī)型主要有MSM-3型卷膜式棉花苗期殘膜回收機(jī)和CSM型齒鏈?zhǔn)綉覓焓漳C(jī)。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(jìn)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(jī)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(jī)，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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)進(jìn)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(jī)與摟膜工作部件進(jìn)行有效集成，秸稈粉碎機(jī)將秸稈粉碎后拋灑到機(jī)具正后方，緊接著摟膜部件進(jìn)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(jī)將秸稈粉碎后拋灑到機(jī)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(jìn)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(jī)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(jī)研究方面也有了一定進(jìn)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(jī)，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(jìn)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(jī)具主要是密排彈齒式摟膜機(jī)、平地?fù)ぢ?lián)合作業(yè)機(jī)和加裝摟膜耙、扎膜輥的整地機(jī)，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(jī)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(jī)和振動篩式播前殘膜回收機(jī)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(jì)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jì)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(jī)械回收與再利用是關(guān)鍵所在。

在地膜機(jī)械化回收技術(shù)方面，一要重視構(gòu)建殘膜回收機(jī)械化“立體”作業(yè)技術(shù)體系，發(fā)展和豐富殘膜回收機(jī)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(jì)效益，而且可減輕機(jī)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(jī)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(jì)上可行是關(guān)鍵所在。

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