耕層殘膜回收機的研究

楊瑩 白圣賀 趙守瑞 周偉權

摘要 地膜覆蓋技術已成為農業(yè)生產中不可或缺的技術，極大地促進了農業(yè)發(fā)展和進步。但是農用的塑料薄膜大都是不可分解的，長時間留在土壤里，不但會對作物造成嚴重的危害，影響作物正常的生長和產量，還會影響機械作業(yè)的質量。要在收獲莊稼后，及時地回收殘膜，避免造成“白色污染”和塑料資源浪費。為此介紹了殘膜回收機在國內外的發(fā)展現(xiàn)狀以及典型的殘膜回收機的結構與工作原理，并提出存在的問題和未來的發(fā)展建議。

關鍵詞 殘膜回收；發(fā)展狀況；地膜覆蓋

中圖分類號 S223.5 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2017）07-0184-03

Study on Soil Residual Film Recycling Machine

YANG Ying， BAI Sheng-he， ZHAO Shou-rui et al

（College of Mechanical and Traffic， Xinjiang Agricultural University， Urumqi， Xinjiang 830052）

Abstract Film mulching technology has become an indispensable technology in agricultural production， greatly promote the development and progress of agriculture. Because most of the agricultural plastic films cannot be decomposed in soil， a long time stay not only can cause serious harm to crops， affect the normal growth and yield of crops， but also affect the quality of equipments. After harvest， residual film must be reclaimed timely to avoid "white pollution" and waste of plastic resources. Therefore this paper introduces the development status of the residual film recycling machine at home and abroad and the structure and working principle of special recycling machine， puts forward existing problems and suggestions about future development.

Key words Residual film recycling；Development status；Plastic mulching

地膜覆蓋技術是現(xiàn)代農業(yè)科學技術發(fā)展的里程碑，促使農業(yè)生產方式得到改善，農業(yè)生產力得到提高[1]。但是地膜覆蓋技術在給農業(yè)帶來巨大發(fā)展的同時，由于使用過的地膜難以被分解，也不能被及時完整地回收，長時間存在土壤中，逐年積累，致使大面積的耕地遭到嚴重破壞，甚至在許多地區(qū)形成了“白色污染”。另外，由于使用的都是無機地膜，積累在土壤中形成了阻隔層，影響了農作物對水分和養(yǎng)分的吸收，影響種子發(fā)芽出苗，造成爛種、爛芽，甚至會導致作物死亡，還會影響農機具的田間作業(yè)質量，也會堵塞田間的溝渠等，因此會對后續(xù)的田間作業(yè)造成很大的影響[2-4]。

由于技術缺乏加上基本國情限制，可降解地膜很難在短時間代替塑料地膜得到廣泛的推廣和使用；同時殘膜回收機的成本高，對殘膜回收機的研發(fā)技術缺乏，以及與收膜有關的問題還沒有得到進一步解決等都影響著地膜覆蓋技術在農業(yè)生產中的應用。因此，采用機械化回收方式回收殘膜不但可滿足基本國情的需要，還可促進當代農業(yè)發(fā)展。

1 殘膜回收機研究現(xiàn)狀

1.1 國內殘膜回收機發(fā)展現(xiàn)狀

目前，我國主要有3種殘膜回收的方式，一是人工撿拾，現(xiàn)在正逐漸被淘汰，這種方式不僅需要大量的勞動力，而且效率低下、作業(yè)范圍受限，更無法對埋藏在深層土壤中的殘膜進行有效回收。二是使用降解膜，是一種新型的環(huán)保地膜，可以極好地分解在土壤中，但這種降解膜成本較高，技術有待成熟，現(xiàn)階段很難得到推廣和使用，不易被廣大農戶尤其是中小農戶所接受。三是機械化回收，具有效率高、成本低的優(yōu)點，很大程度上彌補了人工回收與降解膜2種回收方式存在的缺點[2]。

經過長時間的研究，殘膜回收機得到了巨大的發(fā)展，并對殘膜進行了有效回收，減少了對土壤的污染，其中有部分機型在我國得到了推廣應用。按照農藝要求和作業(yè)時間區(qū)別的劃分，我國殘膜回收機具大致分為三大類：①苗期地膜回收機具，一般用于煙葉和玉米苗期收膜。②秋后殘膜回收機具，多采用復式作業(yè)的方式，可靠性低，結構復雜。③耕后播前殘膜回收機具，通常對地表淺層的殘膜回收效果顯著，對于耕作層大于5 cm的殘膜回收率較低[3-6]。

1.1.1 苗期地膜回收機具。

苗期揭膜主要應用在水量較為富裕的灌區(qū)，是在第1次灌溉前適時揭膜，雖然揭膜容易，并且有利于中耕除草施肥和灌溉，但在頭水前揭膜應注意幾個問題：一是揭膜后必須及時灌水，否則易造成嚴重缺水，影響作物正常生長發(fā)育甚至導致死亡；二是揭膜時，必須采取一定的措施抑制雜草，比如人工除草或噴灑除草劑。

典型的殘膜回收機有以下幾種：

①新疆兵團研制的CSM-130B苗期殘膜回收機[7]。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(fā)地卷繞成一個無心的圓捆，但需要人工輔助卸膜。

②煙田苗期地膜回收機[8]。地膜回收機工作時，動力由耕作管理機驅動輪傳動到動力輸出軸，通過傳動系統(tǒng)最后經雙十字萬向節(jié)實現(xiàn)等速傳動傳遞到卷膜機構上，完成煙田苗期地膜回收機的挑膜、卷膜作業(yè)。

1.1.2 秋后殘膜回收機具。

由于在干旱或水量不富裕的地區(qū)里不能采取上述方式，只有等到作物成熟收獲后才能進行地膜回收。但是由于機械或人為作用將地膜破損的比較嚴重，地膜存在較深的土壤里，造成膜下土壤板結，易造成撿拾機構的損壞，同時作物也會阻礙殘膜的撿拾，這些都加大了秋后機械回收殘膜的難度。作物收獲后，應在耕、整地的同時將田間的殘膜收起或在下茬作物播種前將田間的殘膜收起[9-11]。

典型的殘膜回收機有新疆農業(yè)科學院農機化所研制的4JSM-1800A2型秋后殘膜回收機，新疆農墾科學院農機所研發(fā)的4SM-2伸縮扒桿式殘膜回收機，新疆農業(yè)大學研發(fā)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(fā)的SM-1型鏈扒式殘膜回收機，南通大學研制的以1MCS -100型為代表的鏟篩組合式殘膜回收機以及以1MLC-110型為代表的鏈齒式殘膜回收機等[12]。

圖1為新疆農業(yè)科學院農機化所研制的4JSM-1800A2型秋后殘膜回收機結構簡圖[13]。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?shù)矫撃の恢茫撃］啅木硗采蠈埬っ撓拢斔腿肽は洹４朔N機具在脫膜過程中，由于膜稈分離率低，會出現(xiàn)殘膜卷繞的情形，影響機具正常工作。

1MCS-100型鏟篩組合式殘膜回收機主要由挖掘鏟、振動篩及集膜筐3部分組成，如圖2所示。其工作原理及工作過程：殘膜回收機懸掛于拖拉機的后部，由拖拉機動力輸出軸通過萬向節(jié)傳送到收獲機，經變速箱輸出軸帶動偏心凸輪與連桿機構運動，由連桿機構帶動振動篩振動；工作中，挖掘鏟將挖起的膜土向后輸送至振動篩，振動篩進行膜土分離，同時將分離后的殘膜向后輸送至集膜筐內，完成收膜。

由于篩面采用鋸齒條加桿條的結構形式，振動篩的松破土、輸膜性能好，膜土分離效果也好，不易壅土，工作可靠性高；收獲后的殘膜易于回收利用。該機型結構緊湊、工作穩(wěn)定、適應性強、操作使用方便、撿拾效率高，符合殘膜回收機作業(yè)質量要求。

2MCL-150型殘膜回收機為鏟鏈組合式殘膜回收機，主要由挖掘鏟、輸送鏈桿及集膜筐3部分組成，如圖3所示。其工作原理及工作過程：殘膜回收機懸掛于拖拉機后方，由拖拉機動力輸出軸通過萬向節(jié)傳送到收獲機，經過變速箱輸出軸帶動帶輪傳動，從而帶動鏈桿傳動。工作中，輸送鏈桿將挖掘鏟挖起的膜土向上輸送，在輸送過程中利用鏈桿間距進行膜土分離，同時利用擊振裝置進行進一步的膜土分離，分離好的殘膜經鏈桿輸送至集膜筐內，完成收膜。

在彈齒入土拾膜過程中，漏膜現(xiàn)象比較嚴重，帆布在一定程度上可防止掉膜現(xiàn)象，但是壅土、帶土，工作不夠穩(wěn)定；脫膜輥在脫膜過程中形成自纏繞現(xiàn)象，而且彈齒在回轉運動過程中回帶脫膜輥上的膜，收獲后的殘膜含土率高，回收利用率低。該機型殘膜拾凈率不高，作業(yè)效率低，適應性一般。

1.1.3 耕后播前殘膜回收機具。

播前殘膜回收是在開春耕完地之后，播種之前，對土地里的殘膜進行機械回收。但因開春時氣候多變、機力緊張、時間短，加上殘膜在地表覆蓋將近1年，破損嚴重，此時回收殘膜也具有一定難度。典型的殘膜回收機有以下幾種：

①新疆農業(yè)大學研發(fā)的氣吹式播前殘膜回收機[14]，由于土砥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(yè)時塵土飛揚、條件惡劣，未得到推廣[15]。

②新疆農墾總局研制的ISM-5型密排彈齒式殘膜回收機，只能回收大塊殘膜，對碎膜則無能為力。

1.2 國外殘膜回收機發(fā)展狀況

目前，殘膜回收問題是各個國家的難題，國外的地膜厚度為0.02～0.05 mm，其抗拉強度比較大，可連續(xù)使用2～3年，因此主要采取收卷式回收地膜，有半機械化和全機械化的殘膜回收2種方式。國外應用廣泛的殘膜回收方式是半機械化作業(yè)，屬于秋后殘膜回收方式，但是該機具只是單單地把地膜挑起來，最后還得需要大量的勞動力進行撿拾回收，因此相對工作效率較低，但該機具結構簡單，制造成本低，并且工作幅寬可以進行調整，所以目前得到了極好的推廣和應用。

全機械化殘膜回收，該類殘膜回收機是靠拖拉機進行牽引來作業(yè)，而卷膜輥的轉速是受液壓控制，根據(jù)殘膜的數(shù)量及時調整，來保證卷膜輥轉速與撿拾速度的協(xié)調性。另外，一些國家一方面推廣使用高強度、耐老化地膜；另一方面積極研發(fā)可降解地膜，使殘膜經一定時間后形成無害物質溶入土壤中[3-6]。

2 目前殘膜回收機具存在的問題

2.1 殘膜回收機具功能單一

由于單一功能的殘膜回收機非但不能給農民帶來直接的利益，反而要增大成本，因此農民對此機械積極性不高。單一功能的農業(yè)機械功率消耗大，效率低下，受益差，因此目前傳統(tǒng)的單項作業(yè)正在向復式作業(yè)轉變，將殘膜回收功能融入耕整地、播種施肥、作物收獲、秸稈還田等作業(yè)裝備中，將是殘膜回收機械的一個主要發(fā)展方向[16]。

2.2 殘膜回收與農藝之間的矛盾

對于部分農作物來說，在苗期揭膜會造成土壤水分蒸發(fā)過快，如棉花滴水周期會縮短 3～4 d，故在滴灌棉花頭水前不宜揭膜。對于秋后拾膜，農作物回收完畢后，緊接著要進行秋耕，殘膜還未撿拾就被翻入耕層，還有些地區(qū)因農作物收獲較晚，還未秋耕就進入了冬季，殘膜只能等到來年春耕時再進行處理[17]。

2.3 農膜質量及規(guī)格問題

目前，由于國情及技術方面缺乏，我國大部分農民仍然使用厚度薄、抗拉強度低的地膜，這樣的地膜不僅給前期覆膜工作帶來各種問題，同時也給后續(xù)收膜工作帶來了各種不便，使各種類型的殘膜回收機無法發(fā)揮最大的效能。

2.4 殘膜回收機造價高

農業(yè)是國家的根本，我國十分重視農業(yè)的發(fā)展，投入大量的精力和資金，動員很多科研人員進行農機具的研制。殘膜回收機也不例外，但是其高額的成本使農民更愿意靠自己手工撿拾殘膜，造成殘膜回收不徹底，遺留在土壤中較多，導致“白色污染”愈加嚴峻。

3 結論

目前國內有關殘膜回收機的設計和制造，主要集中在對傳統(tǒng)機具的借鑒和改造上，主要將當年留置地表較為完整的殘膜作為對象，但土壤中殘留多年的殘膜并未得到回收。因此，現(xiàn)有機具應用并不理想。多數(shù)的研究是局部的、個案的，有關土壤中殘留的薄膜進行回收的殘膜回收機的研究文獻較少，特別是對較小片的、不易被發(fā)現(xiàn)的殘膜回收等方面的研究缺乏，而針對清除土壤中較小片以及不易被發(fā)現(xiàn)的殘膜有很重要的意義，需要深入的探索。雖然目前國內已研制出較多收膜機具，但其中僅有少部分殘膜回收機型比較成熟。任何一種機型，都有各自的優(yōu)勢和不足，開發(fā)和研制適宜的殘膜回收機械還需進一步努力。

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