殘膜與土壤分離裝置研究

靳 偉

（1.新疆農業大學機電工程學院，新疆 烏魯木齊 830052；2.新疆農業工程裝備創新設計實驗室重點實驗室，新疆 烏魯木齊 830052）

地膜覆蓋技術具有保濕、保溫、預防病蟲害等作用，已經被廣泛應用于多種農作物的種植，提高了農作物產量，增加了農戶的經濟收益，尤其在干旱、半干旱地區應用得最為廣泛[1-2]。但至今仍沒有一種有效的方法解決殘膜回收與循環利用時污染土壤、水資源和空氣的難題。目前，土壤中含有大量的殘膜，嚴重影響農作物的播種、出苗、管理、收獲等環節[3-4]。

現階段研制出的生物地膜在土壤中可自然降解，但生產成本較高，還未大面積推廣與應用[5]。國外使用的地膜較厚且使用周期較短，利用回收機構卷收殘膜，回收的殘膜較干凈、機械強度較高，為其后續循環利用提供了有利條件。如今，已經研制出的100 多種殘膜回收機對土壤表層殘膜回收率較高，機具工作性能較好，基本解決了土壤表層殘膜回收難題，但對耕層殘膜回收機的研究還不夠深入，對殘膜與土壤分離、殘膜資源循環再利用等問題的研究較少，回收的殘膜含雜質較多，還沒有一種成熟的方法能對其進行有效處理和再利用[6]。

1 殘膜與土壤分離裝置研究現狀

1.1 自動卸膜式殘膜與土壤分離裝置

殘膜積累在土壤中，致使農業生態環境遭到嚴重破壞，目前的殘膜回收機不能滿足農業生產的要求，存在回收率低、適應性差、工作不可靠、工作不連續等問題[7]。為了使殘膜回收機能夠連續工作，解決殘膜纏繞工作部件的問題，提高殘膜回收機的工作效率，新疆農業大學設計了自動卸膜式殘膜與土壤分離裝置，可被廣泛用于耕后殘膜回收作業。該裝置的結構如圖1 所示，由機架、殘膜回收箱、刷膜輥、鏈傳動、中心軸、滾筒、滑槽板、緊固螺栓、連桿、卸膜板、撿拾齒、液壓油缸、懸掛機構組成[8-9]。

由圖1 可知，連桿與滑槽板上的滑槽孔通過螺栓鉸接，滑槽板圓周均布、焊接于中心軸的表面，液壓油缸通過撥叉與中心軸鉸接，可將中心軸的水平往復運動轉化為連桿的垂直往復運動。該裝置可掛接于整地機械、收獲機械等，構成多功能、復合作業裝備，撿拾齒與滾筒固定連接，隨滾筒做圓周轉動的同時入土撿拾殘膜碎片；待撿拾齒扎滿殘膜時，啟動液壓油缸進行自動卸膜，通過中心軸推拉作用將滑槽板的水平運動變換為連桿的上下運動，通過連桿的傳動作用，卸膜板在撿拾齒上做上下往復運動，殘膜被推送并接觸刷膜輥時，可被刷至回收箱中，重復撿拾殘膜、推膜、刷膜、收集殘膜的過程。該裝置解決了土壤表面及耕層內破碎殘膜回收率低的問題，但存在工作不可靠、阻力較大等問題。

圖1 自動卸膜式殘膜與土壤分離裝置

1.2 凸輪軌道式殘膜與土壤分離裝置

新疆棉花、番茄、辣椒等特色作物均采用膜下滴灌高產種植技術，針對耕整地后土壤中面積較小的殘膜碎片回收困難的問題，新疆農業大學與阿拉爾天典農機制造有限責任公司聯合研制了釘齒式殘膜與土壤分離裝置，如圖2所示，以解決殘膜混合物分離困難、面積較小的殘膜碎片回收率低的難題[10]。目前，中國研制的殘膜與土壤分離裝置可分為人工分選方式、篩分方式、逆向分離方式等，以上殘膜與土壤分離方式主要針對耕層殘膜回收作業；查閱相關文獻，地表殘膜回收主要采用釘齒式、鏈齒式、桿齒式等殘膜撿拾機構，撿拾殘膜的同時完成殘膜土壤的分離作業，回收的殘膜含土壤的量較少，但殘膜中含大量的秸稈、根茬等雜質[11-12]。

2 殘膜回收再利用存在的問題

1）農戶使用的地膜厚度較薄，機械強度較差，并且使用周期長，導致地膜在回收時已經老化、破碎，機械化回收殘膜難度較大，導致土壤中的殘膜含量急劇增加，影響農作物的生長。由于回收殘膜帶來的生產效益在短期內不明顯，因此有的農戶不回收殘膜，直接將土壤表層的殘膜翻耕到土壤耕層中，致使土壤耕層中殘膜碎片的含量逐年上升[13]。經過多次耕整地作業，殘膜被進一步破碎，現有的殘膜撿拾機回收土壤中的小塊殘膜很困難。

2）目前，回收的殘膜夾雜大量的秸稈和土壤等雜質，并被丟棄在溝壑與田間地頭，無法及時回收再利用。現有的塑料制品回收、再利用技術和方法比較成熟，對于殘膜回收、再利用方法可以借鑒塑料制品處理技術，但塑料制品表面一般比較清潔，殘膜表面含有大量的土壤和秸稈等雜質，不能完全借鑒資源化處理塑料制品技術和方法，需對現有的技術和方法進行改進和優化[14-15]。

3）殘膜與雜質分離技術研究較少，科研主要集中在殘膜回收裝置的研制方面，對于殘膜與雜質分離、殘膜循環利用、無害化處理等方面研究得不夠深入[16]。現有的殘膜與土壤分離裝置存在能耗較大、結構復雜、容易堵塞、分離不徹底、工作不可靠等問題，還沒有一種成熟的方法能進行殘膜與雜質分離。目前，殘膜再造顆粒技術需對殘膜進行清洗，預處理需要消耗大量的水資源和能源，成本較高，不適用殘膜資源化處理。回收的殘膜缺少固定的回收放置點，直接被堆放在田間地頭或者溝壑中，易造成資源浪費和二次污染。

圖2 凸輪軌道式殘膜與土壤分離裝置

3 建議

1）制定相關法律，規范地膜生產標準、使用規范、回收流程等，從源頭上解決殘膜污染環境，提升農戶和地膜生產企業保護環境的意識，實現地膜使用、回收再利用全過程閉環管理。殘膜回收、再利用是一個復雜的系統工程，其中生產、銷售、使用、回收、運輸、處理、再利用等每個環節均需制定相應的規范和標準，相關部門需給予農戶一定的地膜使用和回收補貼，促進加厚地膜廣泛的應用。

2）目前，對殘膜循環利用技術的研究較少、不夠深入，缺少新方法、新技術處理殘膜。在殘膜提純技術、高溫裂解處理方法、再造顆粒等方面，需要深入研究，加強對殘膜循環利用技術的研究，探索殘膜無害化處理方法，減少殘膜無害化處理及利用成本，亟須創新殘膜循環利用技術。