殘膜回收機在新疆地區的應用現狀研究

邢劍飛 王旭峰,2 王 龍,2*

（1塔里木大學機械電氣化工程學院，新疆 阿拉爾 843300）

（2新疆維吾爾自治區普通高等學校現代農業工程重點實驗室，新疆阿拉爾843300）

農用地膜主要是指耕地表面覆蓋的農膜，目前應用最廣泛的是石油化工產物中的聚氯乙烯產品，為透明和黑色的PE薄膜。地膜覆蓋栽培不僅可以提高地溫、保水、調光，還能起到防蟲、防旱的作用［1］。70年代初為了糧食蔬菜的生產，就在蔬菜和棉花栽培中進行小面積試驗，地膜覆蓋栽培效果很好，但是由于經濟發展的原因，沒有進行大面積推廣［2］。1978年通過對外科技交流，中國農牧漁業部從日本引進地膜覆蓋栽培技術，與中國傳統農業種植過程相結合，經過了多年的生產改進與實踐應用，形成了具有區域特色的地膜應用技術體系，在全國范圍內進行應用［3］。

棉花是中國主要的覆膜種植作物之一。2018年我國棉花種植面積為3 195千公頃（國家統計局），新疆棉花種植面積就達到2 217.47千公頃，占全國棉花播種面積的69.4%。隨著地膜覆蓋栽培技術的使用和發展，使用的地膜回收的不及時和不徹底，造成農田地膜殘留增加，對環境及農作物造成的土地污染問題也越來越嚴重。地膜作為高分子化合物，分解時間要300年以上才能完全分解。殘留地膜對植物根系生長有阻礙作用，且地膜含量較多的土壤中會形成滯水層，使土壤蓄水能力降低，土壤含水率下降，造成農作物減產。Richard等人的相關研究表明，播種時若種子覆在膜上，種子腐爛率達到8.2%，爛芽率達5.6%［4,5］。歐美等發達國家在20世紀中期就意識到這個問題，并開始進行殘膜回收機具的研究制造，使用殘膜回收機具進行地膜回收工作，從而避免了農田遭受殘膜污染。

為了減少棉田殘膜污染，保證農業的綠色協調可持續發展，針對農田殘膜污染問題，國內外學者及各科研單位也開展了殘膜回收機具相關方面的應用研究，通過闡述相關方面研究，了解新疆殘膜回收機現階段存在問題并進行分析。

1 國外發展研究現狀

在上世紀50年代，覆膜栽培技術就開始在歐、美、日等國開始使用，經濟效益十分顯著。隨著國外政府對環境污染問題的重視，60年代就開始研發殘膜回收機具，效果也較為滿意。Sawyer、Roerson是美國殘膜回收機研發的代表人物，1993年他們利用卷膜輥的速度來匹配回收機作業速度將地膜回收。1995-1997年Brooks研發了機械振動式殘膜回收機將地膜與土壤分開。1998年R.L.parish主要研究操控液壓電動機來控制卷膜輥的轉速與回收機速度相匹配，達到回收地膜目的［6］。英國、俄羅斯利用的是懸掛式殘膜回收機，松土鏟安裝在機械前側用來將土和膜鏟松，隨后膜纏繞在羊皮網或者金屬網后人工卸下，卸下的膜含雜少，可以再次利用。日本土地資源較少，地塊面積不大，使用高強度地膜，回收機械較為簡單。法國使用卷筒式收殘膜回收機，通過人力把膜纏繞在滾筒上，然后滾筒旋轉進行收膜。以色列等中東國家，土壤為沙土性質，A.V.I公司根據當地條件、研發制作了收卷式殘膜機，使用液壓電機作為動力帶動收卷膜工作構件，收卷膜構件和回收機速度相匹配進行運轉，作業效果好，機器穩定性和回收率高［7］。

近兩年國外政府加大環保力度，投資開發研究出了可降解地膜，分解后對農田土壤沒有污染，從而減少了農田殘膜污染的問題，但是可降解膜的制造成本高，因此售價比普通地膜貴。

由于上述這些國家使用的地膜的厚度大多為0.012-0.015 mm之間，具有較好的抗拉性能和力學性能，并且使用周期長，因此歐美、日等地區的收膜方式也比較簡單，回收機具是主要是由起膜鏟、卷膜輥構成的卷膜輥式殘膜回收機，回收機作業時是由起膜鏟插入土中將膜和土翻起后再利用卷膜輥進行卷膜收膜工作，他們的核心研究工作為拖拉機前進時速和卷膜輥的線速度進行匹配［8-10］。此外由于國外政府大力提倡降解膜，因此也大大減輕了殘膜回收的負擔。

2 國內發展研究現狀

20世紀80年代，在地膜覆膜技術推廣使用后，我國開始研究殘膜回收機械，運用于棉花、玉米等作物。新疆、甘肅、內蒙是應用地膜覆蓋栽培技術的主要省區。新疆殘膜回收機特點為幅寬大，以大型機械為主，主要應用在棉田地膜回收。而甘肅省及內蒙古自治區回收機具作業幅寬小，以小型機械為主，主要用于玉米、花生、馬鈴薯等農作物的地膜回收。由于有段時期使用地膜厚度在0.006-0.008 mm之間，其力學性能較差，經過長時間腐蝕，破損較為嚴重，回收難度大，國外卷膜輥式回收機械不適用國內地膜回收。根據農藝工序和作業時期，我國殘膜回收作業機械可分為3大類：苗期殘膜回收機、秋后殘膜回收機、耕后播前殘膜回機［11］。

苗期殘膜回收機主要運用機構類型為卷膜輪式。如MS-2型玉米收膜中耕聯合作業機為卷膜輪式，代表機型由東北農業大學研發制造，將切膜、起土、收膜結合，此機械配合18 KW以上的拖拉機進行使用，由于在靠近苗行內側安裝了護板，減少了對玉米的傷苗率，傷苗率僅為2.1%，拾膜可靠回收率達到85%。秋后殘膜回收機按殘膜撿拾機構類型可分為彈齒式、伸縮桿式和鏈齒式殘膜回收機。其中，彈齒式殘膜回收機就是彈齒排布在輸送帶上，通過彈齒齒尖的挑膜作用將表層膜挑起，然后傳送到后方的集膜箱，回收效率在90%以上，回收效果佳。耕后播前殘膜回機主要運用的機構類型是氣吸式和鏈齒式殘膜回收，如新疆農業大學研發的4MQ-1.5型氣吸式殘膜回收機，利用負壓使膜進入集膜箱［12］。

國內殘膜回收機的撿拾機構主要有鏈齒式、彈齒式、伸縮桿式、卷膜輪式等幾種類型。鏈齒式收膜效率高，適合撿拾破碎成度低的膜；彈齒式收集簡單，但是彈齒部件易磨損，易變形，不牢靠；伸縮桿式工作效率高、但是結構復雜、容易使膜破碎，而且制造成本高，且田間作業環境惡劣；釘齒式設計簡單緊湊，但是回收膜中雜質較多、回收效率低。

新疆是國內最大的覆膜技術應用省份，不僅覆膜面積全國第一，年使用地膜量也是全國第一。2018年新疆覆膜面積達到3 542.03千公頃，棉花覆膜占62.6%。新疆為典型的溫帶大陸性氣候，冬冷夏熱、晝夜溫差大，日照豐富，南北疆土壤性質不同，因此，對于新疆來說，研發出適合新疆使用的殘膜回收機的難度較大，現針對新疆苗期、秋后、耕后播前殘膜回收機具進行分析。

2.1 新疆苗期殘膜回收機械

苗期是指作物出苗至現蕾期間，這個階段是土壤含水量較為豐富的時期，而且地膜使用時間不長，附著力和黏土力不高，且農作物對地膜的破壞量少，所以揭膜容易，需要注意的就是揭膜后要注意作物補水除草工作。新疆地區苗期殘膜回收機的主要機型及特點如表1所示。

表1 新疆苗期殘膜回收機械

上述的兩種機具結構簡單，穩定性可靠，使用調節便利，回收率高且幼苗傷害率低。但是由于新疆農作物苗期干旱少雨，利用滴灌帶進行滴管，為了保證農田土壤含水率，保證作物生長，苗期揭膜不適宜，因此苗期殘膜回收機具應用較少［13］。

2.2 新疆秋后殘膜回收機械

秋后殘膜回收機械是指作物成熟并進行收獲以后進行殘膜回收作業的農業機械。這個階段地膜使用時間長，其附著力和黏土力較高，所以秋后地膜回收比苗期地膜回收困難。隨著地膜的長年使用，且每年回收不積極，經過農用機械和人工撿拾后碎片化嚴重，導致農田耕層膜污染嚴重。秋后地膜經風吹日曬其力學性能減化嚴重，因此殘膜回收難度較高，此階段回收地膜需要保證的就是地膜的完整性。新疆地區秋后殘膜回收機主要機型及特點如表2所示。

表2 新疆秋后殘膜回收機械

由表2可以看出，新疆秋后殘膜回收機械種類較多，其結構類型有伸縮桿式、彈齒、鏈齒式、氣力式。新疆秋后殘膜回收機主要集秸稈粉碎和殘膜回收兩種功能為一體，在回收殘膜之前可以將秸稈打碎還田。相比較先進行秸稈粉碎還田后進行殘膜回收大大提高了效率，降低了成本。該類型殘膜回收機回收的主要是表層膜，效率和效果都符合標準，但作業時間不長，可靠性不是很高。典型的新疆秋后殘膜回收機械如圖1所示。

圖1 典型的新疆秋后殘膜回收機械

2.3 新疆耕后播前殘膜回收機械

耕后播前指作物收獲以后對土地進行耕作修整至下次播種前的階段，這個時間段主要是將農田耕層破碎地膜和表層殘留地膜進行再次回收作業，并且進行整地，機具相比聯合作業機結構簡單，新疆耕后播前殘膜回收機型如表3所示。

表3 新疆耕后播前殘膜回收機械

由表3中列舉的新疆耕后播前殘膜回收機特點：耕后播前主要回收的是耕地后的表層殘膜和耕層殘膜，此時機械主要作用就是將農田剩余殘膜再次清理，以減少殘膜對土壤的污染及影響，使殘膜量達到最低，但播前回收效率不是很理想。典型的耕后播前殘膜回收機械如圖2所示。

圖2 旋耕齒釘式耕層殘膜回收機

3 新疆殘膜回收機存在問題

（1）新疆苗期、秋后、耕后播前殘膜回收機的研究單位多，研究機具種類各式各樣，起膜結構多種多樣。目前根據農藝要求來看，能夠穩定運行、高效率使用及推廣的機型的研發技術尚未成熟。

（2）殘膜回收機幅寬沒有規定標準，幅寬在1.5-2.2 m殘膜回收機械種類多，殘膜回收機不能很好的解決邊膜回收問題，導致邊膜殘留成為主要殘留［22］。

（3）表層殘膜回收機具研制較為普遍、且種類較多，回收率不高。耕層殘膜回收機研制難度大、種類較少，目前對耕層殘膜回收機研究仍需要深入推進。

（4）由于新疆各地區土壤性質的差異，導致膜對土壤的粘附效果不同，不同類型殘膜回收機對不同土壤性質所覆蓋地膜回收效果不同，因此對不同的土壤性質應該如何選擇殘膜回收機的種類，使收膜效果達到最佳，無相關的研究結論［23-26］。

4 新疆殘膜回收機發展趨勢

4.1 技術方面

（1）研究出多種功能為一體的殘膜回收機，具備耙地、收表層膜、耕層膜和整地為一體的機具，添加液壓自動控制系統，根據農田實際情況調節殘膜回收機入土深度，可以滿足秋后和耕后播前的收膜需求，并且適用多種覆膜作物。

（2）簡化收膜結構，降低制造成本，提高機具穩定性，使殘膜回收機具有經濟性和可靠性，讓使用者操作方便，使用便捷，更容易接受。

（3）運用智能控制系統，根據農田土壤性質和農田大環境，自動確定轉速、行駛速度，使工作效率達到最佳。

（4）加大農用地膜的研究力度，繼續開展降解膜的研究，驗證降解后沒有二次污染。研發應用韌性、強度及耐候性較高的膜，方便機械回收和資源化利用。

4.2 政策方面

（1）政府需要加大推廣殘膜回收機和殘膜污染治理的力度，讓農民認識到、接觸到、了解到殘膜回收機的使用對農田環境的益處。

（2）通過農田治理專項現場會或培訓教育班，擴大宣傳力度，讓老百姓意識到殘膜污染問題的嚴重性，普及殘膜污染知識和殘膜回收知識。

（3）推廣實行降解膜和大于0.01 mm的地膜，統一地膜買賣，規范產品質量，成立殘膜回收和資源化利用工廠，給予殘膜回收處理和資源化利用補貼提高農民回收殘膜的積極性。

（4）建立健全殘膜污染環保法律體系，對地膜“白色污染”進行規定和控制，嚴格要求農田地膜殘留量，并治定超標整治措施，嚴格法制管理。

總之，在地膜普遍的應用且為農民增收的前提下，新疆殘膜污染農田土壤、降低農作物產量這方面問題也必須重視起來，解決殘膜回收問題刻不容緩，減少殘膜污染就是減少白色污染。一方面研發制造殘膜回收機是解決新疆殘膜污染問題的有效途徑之一，以此減少殘膜對農作物和環境的污染；另一方面還要大力研發低成本可降解的地膜，符合降解后對土壤和植物沒有影響的條件。因此新疆要解決農田殘膜污染問題，就要從殘膜本身屬性和殘膜回收機械入手，發展制造符合新疆實際環境狀況的殘膜回收機，必須科學合理的設計回收機構，增加智能控制系統，從而提高適用性和穩定性。還要積極主動配合國家相關政策，促進新疆地區殘膜機械化水平的不斷進步，提升我國殘膜回收機發展質量。