淺談國內外地膜應用及殘膜回收機的研究現狀

王 坤，謝建華，曹曉冉，楊業龍，孫超偉（新疆農業大學機械交通學院，新疆　烏魯木齊 830052）

淺談國內外地膜應用及殘膜回收機的研究現狀

王 坤，謝建華※，曹曉冉，楊業龍，孫超偉
（新疆農業大學機械交通學院，新疆烏魯木齊 830052）

地膜廣泛的應用于農業種植的各個領域，隨著種植年限的不斷增加，殘膜污染問題嚴峻。本文介紹了國內、外地膜的應用情況、可降解地膜的研究現狀及國內、外殘膜回收機具的研究現狀，分析了典型殘膜回收機具的工作原理及存在的問題，為解決殘膜污染問題提出了相關的建議。

殘膜；可降解地膜；殘膜回收機具；對策；建議

0　引言

地膜覆蓋技術是現代農業科學技術發展的里程碑，促使農業生產方式得到改善以及農業生產力得到提高［1］。地膜覆蓋能夠保持土壤溫度，防止天氣變化引起種子出芽率低、爛芽的情況；促進種子細胞中酶的活性；抑制微生物對種子含水量和貯存壽命的影響［2］。地膜覆蓋技術廣泛應用于糧食作物、經濟作物的栽培中。

“白色革命”的興起，致使“白色污染”問題也隨之出現。農用地膜回收通常采用人工撿拾和機械回收兩種方式［3］。人工撿拾殘膜費時費力，且近些年勞作工人的數量得不到保障，人工撿拾成本過高。采用機械回收殘膜的方式，殘膜拾凈率較低。我國殘膜回收機具的研制起步較晚且機械化殘膜回收技術還未成熟，一些關鍵性技術還未突破。目前，解決殘膜污染問題的措施：一方面研發新型、高效的殘膜回收裝備；另一方面從源頭解決問題，研制可降解、無污染的新型地膜。

1　國內外地膜應用現狀

地膜大多數由有機化合物聚合而成。早在50年代初，日本、美國、歐洲等發達國家就已經應用地膜來提高農作物產量。我國在70年代引進地膜覆蓋技術［4］，經過幾年的研究、試驗，因化學性穩定，在自然條件下對作物無害，能大幅度提高農作物產量，在全國范圍內推廣使用。地膜按照材料特性分為不可降解地膜和可降解地膜。

1.1不可降解地膜

不可降解地膜是在主要原料為聚乙烯、聚氯乙烯中加入各種添加劑混合制成。以聚乙烯為主要材料的普通地膜，在土壤中可存在200～400年［5］。目前，我國農田覆蓋的地膜大多采用不可降解地膜。隨著覆膜年限的增加，存留在田間的地膜已經成為影響農業可持續發展的重大難題。

1.2可降解地膜

可降解地膜是在短時間內，利用微生物的生理活動、物質間的化學反應以及紫外光的照射，相互協同、增效，實現無污染降解的一類地膜。如我國用淀粉與聚乙烯醇（PVA）混和制成的可降解地膜，具有與不可降解地膜相同的優點［6］。美國愛荷華州立大學研制的生物可降解地膜聚乳酸（PLA），具有生物相容性和無毒性的特點，可完全分解成CO2和H2O［7］。目前，各國對可降解地膜引起了足夠的重視，但由于生產成本較高，并未得到大面積應用?？山到獾啬た煞殖晒饪山到獾啬?、生物可降解地膜和液態可降解地膜。

1.2.1光可降解地膜

光可降解地膜是把光敏性物質或光敏性基因，穿插在穩定的高分子聚合物鏈條中，通過太陽紫外光的照射，使光敏性物質脫離有序的高分子鏈，進而迫使鏈條斷裂，達到降解的目的。最終光降解地膜被降解為粉末狀物質，由土壤中微生物吸收利用［8］。河南研究院化學研究所研究的光可降解地膜，將超細煤粉作為添加劑加入聚乙烯聚合物中，通過陽光照射使分子鏈斷裂，最終被土壤細菌吞噬［9］。然而，被土壤覆蓋住的地膜未經陽光的直接照射無法降解。因此，使用光降解地膜需考慮應用地區的氣候條件以及光照強度等特殊情況。

1.2.2生物可降解地膜

生物可降解地膜是在一定自然環境下，通過細菌、真菌等微生物侵入地膜中，經過生理活動使其降解的塑料地膜。按照生物可降解地膜的材料來源分為天然型和合成型［10］。天然型生物可降解地膜是以纖維素、甲殼質或淀粉等為材料，通過微生物活動時分泌的酶使有機物化學鍵斷裂，進而達到降解。多倫多大學利用大麻纖維研制的天然高分子型降解地膜［11］。合成型生物可降解地膜又可分為化學合成型和微生物合成型兩種?；瘜W合成型是在分子結構中引入能被微生物分解的含酯基結構的高分子有機物。新疆兵團全面推廣、使用的材料為PBSA的可降解地膜。微生物合成型通過對微生物的培養，使其體內發酵，獲得微生物多糖和聚酯的可降解物質［6］。美國加利福尼亞大學利用活性污泥與聚-β-羥基烷酸（PHAs）混合制成的生物可降解地膜［12］。由于生物降解地膜的力學性能以及耐熱性還需改進，且其成本高，在農用地膜上應用較少。

1.2.3液態可降解地膜

液態可降解地膜是把液態的有機高分子物質均勻的噴灑在地表，使有機高分子物質浸入土層的凹陷，經過水分的蒸發，形成具有拉伸強度的薄膜，經過2～3個月后降解［13］。近年，我國高校以腐殖酸為主要材料研制的可降解液態地膜備受關注。這種液態物質是以秸稈或淀粉、海藻、造紙、釀酒等廢液為原料，通過泥炭、風化煤或褐煤進行改性，再與各種微量元素、添加劑、農藥、除草劑和硅肥混合制成［13］。液態地膜歸為土壤調理劑類，由有機高分子鏈構成，具有較強的脫水性、黏附性。國內液態可降解地膜種類較少，加工設備成本高，并沒有大面積推廣使用。

2　國內外殘膜回收機發展現狀

2.1國外殘膜回收機

國外一般使用抗拉強度較高的厚地膜，厚度在0.015 mm以上，因此，國外的殘膜回收機結構比較簡單，通常使用收卷式殘膜回收機進行回收［14］，由起膜鏟和卷磨輥組成。由于地膜覆蓋周期相對較短，地膜的完整性不被破壞，可連續使用幾年。

2.2國內殘膜回收機

我國在1982年著手研制殘膜回收機［15］，至今已研發殘膜回收機超過百種［16］。由于我國使用的農田覆蓋地膜厚度在0.006～0.008 mm之間［14］，因此，國外的殘膜回收機不適用于我國殘膜的回收。按照整地作業時間，我國的殘膜回收機可分為三類：（1）播前殘膜回收機；（2）苗期殘膜回收機；（3）秋后殘膜回收機。

圖1　氣吹式播前殘膜回收機

2.2.1播前殘膜回收機

播前殘膜回收機是在開春耕完地之后、未播種子之前，對農田地膜進行機械回收。由于地膜在地表鋪設已接近一年，破損嚴重，此時收膜困難，殘膜回收率低。典型的殘膜回收機有新疆農業大學研發的氣吹式播前殘膜回收機，181兵團研發的4CM-5.0型輪齒式殘膜回收機，新疆農墾總局研制的ISM-5型密排彈齒式殘膜回收機，芳草湖總場研制的CM-2.6型半懸掛式殘膜回收機等。圖1為新疆農業大學研發的氣吹式播前殘膜回收機。機具工作時，由傳動裝置帶動卷膜齒高速運轉，把地表殘膜、土礫一起卷離地面，通過風機產生的氣流，流經風道，在膜土分離裝置中，把殘膜吹入收膜箱，土礫則經風道后壁返回地表［17］。由于土礫是靠自身重力返回地表，會帶出一部分殘膜，致使殘膜回收率降低。且機具作業時塵土飛揚、條件惡劣，未得到推廣。

圖2　CSM-130B型苗期殘膜回收機

2.2.2苗期殘膜回收機

苗期殘膜回收機是在澆頭水前揭膜，此時揭膜方便。由于我國推廣采用膜下滴灌農作物的方式，此時不易揭膜，該種機型的工作原理大多采用齒鏈式或懸掛式，相關研究較少。典型的殘膜回收機有新疆兵團研制的CSM-130B型苗期殘膜回收機，兵團農機推廣站研發的4CM-150型齒鏈式懸掛收膜機，石河子農八師134團研發的4CJ型懸掛式殘膜回收機等。圖2為新疆兵團研制的CSM-130B型苗期殘膜回收機［18］。殘膜機工作時，由抓膜齒鏈將地表殘膜抓起，通過起膜導軌運送于脫膜皮輥處，經過皮輥上的膠片強行拍落殘膜，殘膜由于帆布傳送帶的運動，會自發的卷繞成一個無心的圓捆，但須要人工輔助卸膜。

2.2.3秋后殘膜回收機

秋后殘膜回收機是在收獲農作物后、未耕地前使用。通常與整地作業一起進行，提高了時間利用率，節約了農時。由于秋后殘膜回收機具結構簡單，機具工作幅寬較大，工作效率較高［19］，因此該類機具研發品種多，應用廣泛。典型的殘膜回收機有新疆農科院農機化所研制的4JSM-1800A2型秋后殘膜回收機，新疆農墾科學院農機所研發的4SM-2型伸縮扒桿式殘膜回收機，新疆農業大學研發的1MS-1型偏心滾筒桿齒式殘膜回收機，喀什農機研究所研發的SM-1型鏈扒式殘膜回收機等。圖3為新疆農科院農機化所研制的4JSM-1800A2型秋后殘膜回收機。殘膜回收過程：松土齒將膜下土疏松，挑膜齒將殘膜挑起，運輸到脫膜位置，脫模輪從卷筒上將殘膜脫下，輸送入膜箱［20］。此種機具在脫膜過程中，由于膜稈分離率低［19］，會出現殘膜卷繞的情形，影響機具正常工作。

圖3　4JSM-1800A2型秋后殘膜回收機

3　解決殘膜污染問題的建議及對策

近年，我國殘膜污染現象十分嚴峻，尤其在新疆地區，已影響到人們的生產、生活。農田廢舊地膜若得不到及時回收，致使地表層土壤通透性變差，有機物質缺失，造成下一年農作物產量降低。同時，殘膜到處隨風飄蕩，掛落在樹枝上，影響城鎮、鄉村的面貌。對此可以采取以下措施解決殘膜污染問題：

（1）采用高潔、無污染的材料生產地膜。目前，農田覆蓋的地膜材料多為PE，這種材料在自然條件下很難降解，回收難度大。新疆生產建設兵團欲于2016年開始，在全區內推廣、使用生物可降解地膜，地膜為聚丁二酸丁二醇酯-聚已二酸丁二醇酯共聚物（PBSA）復合材料［21］。但可降解地膜存在物理性能差，加工困難，以及生產成本偏高的問題，造成農戶購買可降解地膜的熱情降低，難以規模化推廣。

（2）培養適用于可降解地膜的微生物?？山到獾啬儆诔柈a業，地膜覆蓋技術的發展離不開可降解地膜，而可降解地膜一般需要微生物的活動影響。應著力培養對農作物、生態環境以及人類無危害的綠色微生物，防止微生物的二次污染。

（3）加大新型殘膜回收機具的研發力度。我國對于殘膜回收機的研究，還處于發展階段，學科間的交叉性較弱，有很多先進性技術未應用到殘膜回收機上，造成殘膜回收率不高，研發的機具適應性差。

（4）加大對地膜的補貼力度。目前，我國應用的普通地膜厚度一般在0.006 mm～0.008 mm之間，覆膜費用較少，而新疆規定所有生產地膜的企業只能生產厚度不低于0.01 mm的新標準地膜［16］。這一條例的頒布，對于殘膜回收起到至關重要的作用。地膜厚度加大，提高了機具對殘膜的回收效率，增加了廢舊地膜回收利用的利潤，提升了企業對殘膜回收利用的積極性。但地膜厚度的增加會導致地膜價格上升，政府應該進行相應的補貼政策，促進購買新地膜的積極性。

（5）提高對廢舊地膜的回收再利用。針對臟膜、碎膜制定可行性加工工藝流程圖，保證臟膜的有效利用。目前，由于農戶收集的廢舊地膜數量少，收購價格低，農戶一般采用就地焚燒。我國在各省建成的廢舊地膜回收網點已有多處，但由于殘膜過薄，且多為不連續的片狀或絮狀殘膜，殘膜再加工難度增大，致使殘膜加工企業拒絕接收［22］。因此政府應鼓勵、支持廢膜加工企業的建立，給予相應的優惠、補貼政策等。

4　結論

近年，殘膜污染問題已經引起國內外的重視。雖然我國已經加大了對殘膜回收的研究力度和資金支持，各省份也提出相應的解決措施，但殘膜污染問題并沒有得到徹底解決。盡管各國都致力于研究可降解地膜，但與普通地膜相比，可降解地膜成本過高，未能得到大面積使用［23］。由于我國特殊的國情，在農業生產中，相當長的一段時間內，不可降解地膜仍然占有重要地位。因此，殘膜污染問題的解決辦法，一方面是使用低成本的可降解地膜；另一方面是研究新型的殘膜回收機。

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Research status of Applying Plastic and Polythene Film Collector at domestic and overseas

WANG Kun，XIE Jian-hua※，CAO Xiao-ran，YANG Ye-long，SUN Chao-wei
（Xinjiang Agricultural University，Urumqi 830052，Xinjiang China）

Mulch film is widely used in various fields of farming，with the increasing of planting years，mulch film pollution caused more and more serious.The paper introduced the application of plastic film and the research status of degradable plastic film at home and abroad，discussed the research status of polythene film collectors at domestic and overseas，analyzed the principle of the typical film collectors and pointed out their problems，put forward the relative suggestions of solving mulch film pollution.

Mulch film；Degradable plastic film；Polythene film collector；Suggestions

1007-7782（2016）03-0022-04

10.13620/j.cnki.issn1007-7782.2016.03.008

S223.5

A

2016-04-01

謝建華