國內(nèi)殘地膜回收設(shè)備應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展研究

王偉偉，裴新民 (.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械交通學(xué)院，新疆烏魯木齊830052;2.新疆農(nóng)牧機(jī)械管理局，新疆烏魯木齊830052)

地膜覆蓋種植技術(shù)自20世紀(jì)70年代引入我國以來，便以保墑、保溫、增產(chǎn)、抗旱等優(yōu)點(diǎn)從起先的瓜果、蔬菜類生產(chǎn)到棉花、花生等經(jīng)濟(jì)作物再到玉米、小麥等迅速得到推廣，并作為一項(xiàng)重要農(nóng)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略貫徹落實(shí)。隨著地膜覆蓋技術(shù)的應(yīng)用，殘地膜污染問題隨之而來，歐美、日、法、以等農(nóng)業(yè)化程度較發(fā)達(dá)國家早于20世紀(jì)60年代便開始對殘地膜的回收作初步研究［1］，并取得一定成果。我國農(nóng)業(yè)科技工作者經(jīng)過二十多年來的研究，也開發(fā)出多達(dá)一百余種機(jī)型的殘地膜回收機(jī)具［2］。

1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

國外對殘地膜回收問題的研究起步較早，并且研制了幾種不同類型回收效果較好的殘膜機(jī)具［3－10］。由于國外多采用0.02～0.08 mm厚的地膜，具有強(qiáng)度高、韌性好、周期長等特點(diǎn)，回收機(jī)具主要以卷膜輥機(jī)構(gòu)為主，工作時(shí)由松土部件將地膜上覆土疏松并挑起，再由卷膜輥來卷收殘膜，技術(shù)上的關(guān)鍵是卷膜輥的線速度與機(jī)具作業(yè)前進(jìn)的速度匹配［2］。

我國對殘地膜回收問題的研究開始于20世紀(jì)80年代左右，由于我國地膜厚度較薄(一般為0.006～0.008 mm)以及國家對地膜厚度規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一［2］，其抗老化、抗拉性能和使用周期等性能大大低于國外農(nóng)用地膜性能，再加上我國地域遼闊，各個(gè)地方的土壤、氣候、溫度、農(nóng)藝條件等差異較大，導(dǎo)致國內(nèi)雖然對殘膜回收技術(shù)和裝備研究較廣泛，但開發(fā)的機(jī)型眾多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且大多數(shù)機(jī)型設(shè)計(jì)上未能較好地適應(yīng)回收殘膜和作物農(nóng)藝特性。

2 國內(nèi)殘膜回收機(jī)具工作性能特點(diǎn)

按照時(shí)間和農(nóng)藝特點(diǎn)有苗期揭膜機(jī)械、秋后殘膜回收機(jī)械、(耕后)播前回收機(jī)械;按照收膜主要機(jī)構(gòu)有卷膜輥式、伸縮桿齒式、輪齒式、彈齒式、鏈齒式、釘齒式、滾筒式、氣力式(氣吸式)、鏈扒式、鏟式等［11］。其中，復(fù)式作業(yè)的殘膜回收［0］機(jī)具的研究與推廣取得了顯著成果。

2.1 卷膜輥式 卷膜輥式殘膜回收機(jī)的代表機(jī)型有新疆農(nóng)科院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所研制的MSM-1(3)型殘膜回收機(jī)(如圖1)。該機(jī)型屬于苗期揭膜機(jī)械，主要由起膜、收膜和脫膜三大部件構(gòu)成。其收膜過程為在18.38 kW小四輪拖拉機(jī)牽引下沿膜行前進(jìn)，刮土板清除表面覆土，邊膜桿齒將邊膜鏟起，脫膜輪將地膜與起膜輪分開，最后由卷膜輥將地膜卷起。

性能特點(diǎn):該機(jī)具收膜部件無需動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，卷膜輥可主動(dòng)收集地膜，適用于抗拉強(qiáng)度較好地膜(≥0.01 mm)的回收，采用地輪傳動(dòng)，能提高可靠性能，減少斷膜和停滯現(xiàn)象;可調(diào)整用于不同棉花種植幅寬的殘膜回收作業(yè);與起膜輪反向轉(zhuǎn)動(dòng)的脫膜輪在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中可將雜質(zhì)與膜分離，收集的殘膜干凈無需打包，便于回收再利用。

2.2 伸縮桿齒式 伸縮桿齒式殘膜回收機(jī)構(gòu)大多在秋后回收中應(yīng)用。秋后殘膜回收機(jī)械是近年來研究的重點(diǎn)，新疆、內(nèi)蒙古、甘肅和山西都對其進(jìn)行了相關(guān)設(shè)備的研發(fā)。其中機(jī)型以復(fù)式作業(yè)為主，如新疆農(nóng)機(jī)化所研制的4JSM-1.8(如圖2)。該機(jī)具工作時(shí)，在拖拉機(jī)牽引下前進(jìn)，其粉碎裝置將膜行幅寬內(nèi)的棉稈粉碎后向機(jī)具后上方拋出，梳齒式松土齒將膜下土壤疏松后由弧形挑膜齒將膜挑起向后輸送，脫膜裝置將膜送入集膜箱［12］。

性能特點(diǎn):該機(jī)為棉稈粉碎與殘膜回收聯(lián)合作業(yè)機(jī)，整機(jī)臥式結(jié)構(gòu)，粉碎裝置采用立式水平刀盤，回收裝置采用改進(jìn)后的凸輪圓弧齒偏心滾筒撿拾機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好;輸送裝置將粉碎的秸稈向后拋擲機(jī)具一側(cè)，為撿拾殘膜作業(yè)清理雜質(zhì)，提高工作連續(xù)性。

2.3 (密排)彈齒式 彈齒式殘膜回收機(jī)械在秋后和播前兩個(gè)時(shí)期都有相應(yīng)的機(jī)型，如東北農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的QS-2為秋后殘膜回收機(jī)械;由新疆兵團(tuán)149團(tuán)研發(fā)的CMJ-5為(耕后)播前回收機(jī)械。CMJ-5型密排彈齒式殘膜回收機(jī)械(如圖3)為春秋兩用，工作過程有一定的碎土功能，樓膜齒入土將地表5 cm內(nèi)殘膜樓集成條狀，彈齒掛滿殘膜時(shí)，拖拉機(jī)上液壓裝置提升卸下，再由人工運(yùn)出農(nóng)田［11］。

性能特點(diǎn):主要回收地表5 cm以內(nèi)殘膜，與懸掛式輪式小功率拖拉機(jī)配套作業(yè)，前排100根彈齒將大土塊和秸稈收起，后排200根彈齒將土層5 cm以內(nèi)殘膜回收，每工作幾十米自動(dòng)卸膜［12］。彈齒梳妝結(jié)構(gòu)輕簡可調(diào)、造價(jià)低、易維護(hù)保養(yǎng)，不需外部驅(qū)動(dòng)力;可以添加集膜箱;可根據(jù)實(shí)際情況可調(diào)節(jié)工作幅寬;通過增加彈齒密度和梳妝結(jié)構(gòu)的層數(shù)可提高殘膜收凈率［11］。

2.4 滾筒桿齒式 新疆農(nóng)墾科學(xué)院農(nóng)機(jī)研究所研制的4SJ－1.6(如圖4)為殘膜回收與莖稈粉碎聯(lián)合作業(yè)機(jī)，為秋后殘膜回收復(fù)式作業(yè)機(jī)械，收膜裝置采用滾筒撿拾機(jī)構(gòu)，粉碎裝置采用橫軸錘爪式結(jié)構(gòu)，動(dòng)力由拖拉機(jī)后輸出軸傳遞給莖稈粉碎和輸送絞龍、撿拾滾筒和脫送葉輪。粉碎裝置將莖稈粉碎后輸送給絞龍，再輸送到機(jī)具一側(cè)實(shí)現(xiàn)膜桿分離;起膜梳齒將地表5～10 cm的覆膜圖疏松，撿拾滾筒將地表5 cm內(nèi)的殘膜挑起，滾筒在動(dòng)力驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)將膜卷起，最后由脫送葉輪將殘膜送到集膜箱中［12］。

性能特點(diǎn):該機(jī)構(gòu)以半懸掛方式與小四輪拖拉機(jī)連接;回收地淺層5～10 cm內(nèi)的殘膜;葉輪護(hù)罩的設(shè)置減少了殘膜在輸送過程中纏繞和堵塞現(xiàn)象。

2.5 釘齒式 由新疆葉爾羌農(nóng)機(jī)科技開發(fā)有限公司研制的4CM-120/140/160(如圖5)系列殘膜回收機(jī)為釘齒式結(jié)構(gòu)，主要部件包括松土齒、起土鏟、碾壓輥、收膜釘齒、脫膜刷以及集膜箱等。工作過程為在拖拉機(jī)牽引下，由松土齒松土，起膜鏟將土和殘膜一并鏟起，碾壓輥粉碎較大土塊，碎土由重力落下與膜分離，最后由釘齒將殘膜掛起輸送到集膜箱［12］。

性能特點(diǎn):該機(jī)是集收膜、碎土、平整土地為一體的多功能殘膜回收機(jī)械，配套30～60 kW動(dòng)力的拖拉機(jī)，工作寬幅為1.2～1.6 m，入土深度 14 ～18 cm，作業(yè)效率(0.2 ～0.5 hm2/h)不穩(wěn)定，適用于秋后土壤封凍之前進(jìn)行殘膜回收與整地聯(lián)合作業(yè)。

2.6 鏈耙式 由克拉瑪依五五機(jī)械制造有限公司生產(chǎn)的4CM－2.0型復(fù)式殘膜回收機(jī)是鏈耙式典型代表機(jī)型之一。工作過程為機(jī)具由拖拉機(jī)牽引，前部切割部件完成秸稈粉碎，后由后方起膜部件入土5 cm將膜挑起，再由鏈齒耙輸送裝置將殘膜與雜物一同提升至一定高度，靠重力作用使土壤秸稈與殘膜分離，并掉落到清理輸送帶上。

性能特點(diǎn):該機(jī)具為秸稈粉碎和殘膜回收復(fù)式作業(yè)，殘膜收凈率一般，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較復(fù)雜，殘膜易擁堵，卸膜時(shí)偶有不暢，適用于地表淺層殘膜回收。

3 不同結(jié)構(gòu)殘膜回收機(jī)具的性能對比

由表1中幾種典型殘膜機(jī)械的性能對比分析可知:

(1)MSM-1(3)型卷膜輥式、4JSM-1.8型伸縮桿齒式和密排彈齒式殘膜回收機(jī)的整體結(jié)構(gòu)都相對較簡單，其中前兩者都有一定的作業(yè)和應(yīng)用的局限性，后者雖然效果和應(yīng)用較前兩者好，但機(jī)械化程度低。

(2)4SJ-1.6型滾筒桿齒和4CM-120/140/160型釘齒式都是復(fù)式作業(yè)機(jī)械，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本略高，但作業(yè)效率和工作性能較前三者有很大提高，其關(guān)鍵運(yùn)行機(jī)構(gòu)的緊湊度和功能穩(wěn)定性及復(fù)合性還需進(jìn)一步優(yōu)化和提高。

表1 幾種主要典型機(jī)構(gòu)殘膜機(jī)械的優(yōu)缺點(diǎn)

4 結(jié)論

我國目前殘膜回收機(jī)具類型各異、數(shù)量眾多，但真正推廣應(yīng)用到實(shí)踐中的裝備為數(shù)不多，效果差異較大。從對國內(nèi)幾種典型結(jié)構(gòu)及具有代表性的殘膜回收機(jī)械的工作性能特點(diǎn)對比分析中可知，各項(xiàng)工作和機(jī)構(gòu)性能參數(shù)如作業(yè)速度、傳輸速度、收膜部件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、外形尺寸、重量、制造材料、機(jī)械運(yùn)行連續(xù)性、牽引力匹配性等等都還有待進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化;殘膜回收機(jī)械從原來殘膜回收單一作業(yè)已經(jīng)飛越發(fā)展成到集整地、碎土、殘膜回收、秸稈粉碎為一體多功能復(fù)式作業(yè)機(jī)械裝備。在將來的殘膜回收機(jī)具設(shè)計(jì)研究中應(yīng)在更高的作業(yè)質(zhì)量和殘膜回收率保證前提下，根據(jù)國家對農(nóng)業(yè)面源污染防治出臺(tái)的新政策，將工作重心逐漸轉(zhuǎn)移到對標(biāo)準(zhǔn)膜以及提高邊膜的回收機(jī)具研究設(shè)計(jì)上來，逐步實(shí)現(xiàn)提高回收殘膜真正可再利用的回收機(jī)具的研發(fā)設(shè)計(jì)水平的目標(biāo)。

［1］謝建華，侯書林，劉英超.殘膜清理回收機(jī)具的研究現(xiàn)狀及存在的問題［J］.中國農(nóng)機(jī)化，2012(5):41 －44.

［2］平英華.我國殘膜機(jī)械化回收裝備存在的問題及對策［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，42(22):7678 －7679，7682.

［3］SAWYER A G，ROBERSON R L.Plastic sheet take-up implement:U.S，5236051［P］.1993.

［4］BROOKS T W.Apparatus for removing and baling plastic mulch:U.S，5452652［P］.1995.

［5］PARISH R L.An automated machine for remove of plastic mulch［J］.Transaction of ASAE，1998，42(1):49 －51.

［6］CHRYSLER R W.Apparatus for removing plastic film from raised plant beds:U.S，4796711［P］.1989.

［7］WITTER S H.World-wide use of plastic in horticultural production［J］.Hort Technol，1993，3(1):6 －19.

［8］LAMONT W J.Plastic mulches far the production of vegetable crops［J］.Hort Technol，1993，3(1):35 －39.

［9］BERGLUND R，SVENSSON B，GERTSSON U.Impact of plastic mulch and poultry manure on plant establishment in organic strawberry production［J］.Journal of Plant Nutrition，2006，29:103 －112.

［10］ROCCA A R.Plastic mulch retriever for use by e.g.farmer:Australia，WO2009076729 － A1［P］.

［11］王鵬.新疆兵團(tuán)殘膜回收機(jī)械與政策機(jī)制現(xiàn)狀的分析研究［D］.石河子:石河子大學(xué)，2013:6 －7，20.

［12］李斌.后置鏈齒耙式殘膜回收機(jī)工作機(jī)理研究［D］.石河子:石河子大學(xué)，2013:4－7.