淺議地膜機械化回收

李 偉，廖培旺，于家川，禚冬玲，張愛民

（濱州市農業機械化科學研究所，山東 濱州 256600）

地膜覆蓋栽培技術具有增溫保墑、抑制雜草、抑制鹽堿等改善農作物生長環境的功能，20 世紀70 年代末被引入中國，經過40 多年發展，已被廣泛應用于玉米、棉花、花生、蔬菜、煙草等作物種植，大幅度提高了作物產量和品質，經濟效益顯著，為農業增產和農民增收作出了突出貢獻［1-3］，但地膜長期應用卻得不到及時有效的回收，其危害已逐漸顯現，如今人們提及更多的是“白色污染”，地膜污染應盡快治理。

近年來，地膜污染問題引起高度重視，2016 年國務院發布的《土壤污染防治行動計劃》明確了地膜回收利用目標，2017 年農業農村部印發的《農膜回收行動方案》提出了農膜污染治理區域重點和技術措施，2018 年實施的強制性國家標準《聚乙烯吹塑農用地面覆蓋薄膜》（GB13735—2017）提高了地膜的厚度、機械強度和耐候性要求。2020 年中央一號文件再次關注了農膜回收利用問題，作為目前殘膜污染治理最主要手段的機械化回收也引起了國內學者更多的關注。本研究介紹了農田地膜覆蓋及污染現狀、農田殘膜回收作業機具、地膜質量的重要性、機收殘膜的儲運、資源化利用問題等，以期闡明地膜機械化回收工作的重要性，為地膜機械化回收的廣泛應用提供參考。

1 農田地膜覆蓋及污染現狀

中國農村統計年鑒數據顯示，中國地膜年使用量整體呈增長態勢（圖1），長期以來都是地膜使用量最多的國家，2014 年至2018 年地膜使用量已連續5 年在140 萬t 以上，主要以聚乙烯地膜為主。聚乙烯地膜分子結構穩定，自然條件下很難降解，長期使用卻得不到有效回收和再利用，大量殘留于土壤耕層，對土壤毛管系統形成物理阻隔，導致水肥運移不暢，同時土壤團粒結構形成受抑制，土壤孔隙度下降，透氣性降低，微生物活性受抑制，養分轉化、分解、釋放受到影響，造成土壤肥力降低，作物減產［4，5］。有研究表明，當耕層地膜殘留量達58.5 kg/hm2時，玉米減產11%～23%，小麥減產9%～16%，蔬菜減產14.6%～59.2%［6］。資料顯示，殘留地膜主要分布在0～30 cm 的耕層中，大致規律是覆膜年限越長，地膜殘留越多，深層殘膜所占比例越大，殘留于土壤耕層的殘膜會堵塞、纏繞作業機械的工作部件，影響機械化作業［7-9］。

國內相關研究人員調查數據顯示，中國地膜回收率不足60%，平均殘留量為60 kg/hm2，越來越多的地膜殘留于土壤耕層中，西北內陸地膜污染最為嚴重，新疆、內蒙古西部長期覆膜農田平均殘膜量200 kg/hm2以上，其中新疆地膜污染最為嚴重，新疆棉田地膜平均殘留量達260 kg/hm2，最高達585 kg/hm2，土壤殘膜污染已成為困擾中國農業發展的重要問題［10，11］。

圖1 1992—2018 年中國農用地膜使用量

2 機械化回收是中國當前地膜污染防治的最主要手段

地膜污染防治，目前主要是通過地膜人工回收、地膜減量化應用、可降解膜替代PE 地膜、殘膜機械化回收等方式開展［12，13］。

人工回收地膜作業環境差、勞動強度高、作業效率低、用工成本高，且僅適于回收地表殘膜，有效回收率低，缺點顯而易見［13-15］。

地膜減量化應用主要是通過一膜多用技術和無膜栽培技術達到地膜減量應用的目的［16，17］。一膜多用技術是選用機械強度好、抗老化的耐厚地膜經一年使用后次年直接在上面打孔免耕播種，以減少地膜使用，但依然會有殘膜污染產生，后期需要進行地膜回收；采用無膜栽培技術和覆膜種植相比，目前在經濟效益、雜草防控、肥水控制等方面還有差距，暫時不具備大規模推廣應用的條件。

可降解地膜可從根本上解決殘膜污染問題，使用可降解地膜替代聚乙烯地膜是農業綠色發展的必然選擇，近年來，中國在可降解農用地膜研發方面也有了長足進步，降解材料合成技術、設備和工藝都取得突破，主要生物降解材料（PBAT、PLA、PPC 等）與國際水平基本一致［17-20］，但由于以下原因，可降解膜暫時無法取代聚乙烯地膜在中國農業生產中的地位。一是可降解地膜與聚乙烯地膜相比價格上處于劣勢；二是由于基礎材料特性差異，可降解地膜的機械強度弱于聚乙烯地膜，機械化覆膜性能不及聚乙烯地膜；三是可降解地膜增溫效果和保墑效果弱于聚乙烯地膜，限制了其在干旱地區和寒冷地區的應用；四是可降解地膜降解的可控性差，棉花等覆膜期較長作物隨著地膜的提前降解會出現雜草得不到控制等問題?？山到獾啬们熬皬V闊，已在煙草等典型作物上試驗［21］，但要實現廣泛應用尚需要在材料、工藝和應用技術方面進一步突破，降低生產成本，作為殘膜污染治理的主要手段時機尚不成熟，PE 地膜一段時期內仍將大量使用，PE 地膜污染的防治壓力依然很大。

自20 世紀80 年代至今，中國研制殘膜回收機具已百余種［22］，田間作業機具的作業性能、可靠性、適用性都有所提高，機械化回收殘膜作業效率高，可有效降低勞動強度，與以上3 種治理措施相比，具有突出的優勢，已經成為現階段殘膜污染治理的最主要手段。

3 地膜機械化回收機具

中國的殘膜回收機種類繁多，下面僅對已在農業生產中應用較多的一些代表性機型進行簡要介紹，對氣力式、火焰式等機型不作介紹。

按照作業時間不同，中國殘膜回收機械可分為播前殘膜回收機械、苗期揭膜回收機械、秋后殘膜回收機械［23］。

1）播前殘膜回收機械。播前殘膜回收機械主要是在土地耕整后、播種作業前進行地膜回收作業的機具，可通過對耕層殘膜進行回收提供良好的播種環境，減少耕層殘膜對種子發育和作物生長的影響，使用較多的機型有密排彈齒摟膜機、彈齒鏈扒式地膜回收機、整地與清膜聯合作業機等。

密排彈齒摟膜機代表機型，如4CM-4.0 密排彈齒摟膜機，具有結構簡單、重量輕、作業效率高、易維護、造價低等優點（圖2），得到了比較廣泛的應用，缺點是該機型彈齒纏繞的地膜較多時，彈齒的工作性能會急劇下降，影響殘膜回收率，需要頻繁停機進行人工卸膜作業［24］。

圖2 4CM-4.0 密排彈齒摟膜機

彈齒鏈扒式殘膜回收機代表機型，如1SM-2.0型自卸式彈齒摟膜機（圖3），該機有自動脫膜裝置和集膜箱，可將彈齒收起的殘膜自動卸模到集膜箱，減少了人工卸模工序，實現機具更長距離的連續作業，提高了殘膜回收效率，緩解了春播期間的用工及農時壓力［25］。

整地與清膜聯合作業機代表機型，如1QZ-5.4清膜整地聯合作業機（圖4），一次進地即可完成碎土整地、殘膜回收2 道作業工序，可減少機具進地次數，降低作業費用，提高作業效率，節約農時，缺點是需人工卸膜且卸膜比較困難［26］。

圖3 1SM-2.0 型自卸式彈齒摟膜機

圖4 1QZ-5.4 清膜整地聯合作業機

此外，為實現更深層殘膜的回收，還出現了振動篩分式播前殘膜回收機，為多年連續覆膜地區深耕層殘膜污染清理提供了作業機具。

2）苗期地膜回收機械。由于回收時鋪膜時間短，地膜仍有較強的抗拉強度，膜上積土少，苗期地膜回收機大多是采用邊膜鏟將邊膜覆土疏松后，采用卷收裝置進行地膜回收，地膜回收率較高，但苗期地膜回收后，水分蒸發加快，雜草需要進行人工控制或噴施除草劑，與滴灌技術的普及也存在矛盾，中國苗期地膜回收機具的使用和研究越來越少，苗期殘膜回收典型作業機具，如MSM-3 型苗期地膜回收機（圖 5）［27］。

圖5 MSM-3 型苗期地膜回收機

3）秋后殘膜回收機械。秋后殘膜回收機械是在作物收獲后、耕整地前進行收膜作業的機具。由于地膜經歷了風吹、日曬、雨淋、機械田間作業等，破損比較嚴重，機械強度也有所下降，同時地膜與土壤緊密黏連，再加上農作物秸稈或根茬的影響，秋后殘膜回收難度較大，但此時回收不會影響農作物生長，既可以采用單項作業方式，也可以采用秸稈還田與殘膜回收聯合作業方式、根茬起拔與殘膜回收聯合作業方式、作物收獲與殘膜回收聯合作業方式等，因而秋后殘膜回收模式得到了廣泛應用。秋后殘膜回收機具應用較多的機型有摟集式、伸縮桿齒式、鏈扒式、鏟篩式、卷收式等［1，23］。

摟集地膜回收機代表機型，如1LM-5.0 立桿式摟膜機（圖6），機具結構簡單，作業速度高，但因不具備殘膜收集裝置，作業行程較短，需要對彈齒脫下的殘膜進行二次收集后轉運。

圖6 1LM-5.0 立桿式摟膜機

伸縮桿齒式收膜機殘膜回收率較高且便于脫膜，工作效率高，膜土分離效果較好，便于殘膜后期處理，缺點是制作工藝復雜，機具造價高，為便于推廣使用，大多為秸稈粉碎還田與殘膜回收聯合作業機，代表機型如4JSM-2100 型棉秸稈粉碎還田殘膜回收聯合作業機（圖7）。

圖7 4JSM-2100 型棉秸稈粉碎還田殘膜回收聯合作業機

鏈扒式殘膜回收機代表機具，如4JMS-2.0 殘膜回收與秸桿還田聯合作業機（圖8），該機采用彈齒鏈扒式撿拾機構，配置了專門針對殘膜回收的秸稈粉碎還田機，處理秸稈同時能清除掉落在膜面上的雜物，其撿拾鏈扒上加裝了去雜絞龍，回收地膜含雜量低，采用大容積集膜箱，保證了可長時間連續作業。

鏟篩式地膜回收機典型作業機具，如1MC-70型起茬殘膜回收機，利用鏟掘篩分原理，根茬和地膜在前部起土鏟的作用下進入篩分機構，與土壤分離，最后進入后部集膜機構，這種機型結構簡單緊湊、膜土分離效果較好，缺點是幅寬較小，作業效率不高（圖9）。

圖8 4JMS-2.0 殘膜回收與秸稈還田聯合作業機

圖9 1MC-70 型起茬殘膜回收機

秋后地膜卷拾機械對地膜強度有一定要求，卷膜機構卷膜速度與機具前進速度的匹配是關鍵，卷收殘膜雜質含量少，利于回收后的資源化利用，代表機具如4UF-110 馬鈴薯挖掘電動廢膜卷拾一體機，可實現馬鈴薯收獲與地膜回收聯合作業（圖10）。

圖10 4UF-110 馬鈴薯挖掘電動廢膜卷拾一體機

4 地膜質量是機械化回收的基礎

地膜質量是地膜機械化回收的基礎，地膜的物理機械性能明顯影響殘膜機械化回收作業的效果，機械性能越好，殘膜回收率越高，機械作業效果越好，對殘膜回收機結構的要求也越低，因而地膜質量對于殘膜回收機械設計和殘膜回收作業有至關重要的影響。相關研究表明，相同材質情況下，地膜厚度是地膜機械性能的重要影響因素，地膜的屈服拉力、抗拉強度隨地膜厚度增加而增加［28，29］。

有關資料顯示，中國殘膜回收機械研發處于世界領先水平，但地膜機械化回收的效果卻不理想，很大程度上與使用地膜機械強度弱有關。長期以來，受限于地膜機械性能和耐候性，殘留地膜很難在作物收獲后通過卷膜方式進行整膜卷收，盡管國內科技工作者研制了多種結構復雜的機具，但殘膜回收率不高，含雜量高，導致大量破碎殘膜殘留于土地耕層，回收殘膜因含雜量高資源化利用也成為難題，造成了嚴重的殘留地膜污染。

中國現行國家標準《聚乙烯吹塑農用地面覆蓋薄膜》（GB13735—2017），地膜厚度下限為0.01 mm，僅為日本現行地膜標準（JIS K 6784，1994）厚度下限的50%，而一些生產企業為迎合使用者降低覆蓋成本的要求，生產地膜厚度不達標，一些地區甚至還大量使用厚度為0.004～0.008 mm 的地膜，使用地膜的機械性能和耐候性更是達不到中國現行國家標準的要求，地膜回收過程中易被撕裂導致殘膜回收率下降，所以地膜質量需要有法律法規強制保障，需要監管部門加強對地膜生產使用環節的監管，這樣才能為地膜機械化回收和資源化利用創造條件。

5 做好機收殘膜運輸、儲存，避免二次污染

目前，國內使用的大部分殘膜回收作業機具，無論是否具有集膜裝置直接卸模的機具，或是有集膜箱的機具，卸模后的殘膜大都呈松散狀態，密度低，占用空間大，堆積在田間地頭易被大風吹散，形成二次污染，造成安全隱患，向殘膜回收點運輸會增加人力、物力投入。為更好地進行殘膜儲運，國內研究人員進行了機收殘膜體積壓縮的相關研究，主要是通過殘膜打包、打捆等方式實現回收殘膜壓縮［30，31］，避免二次污染，其中新疆農墾科學院機械裝備研究所和新疆科神農業裝備科技開發股份有限公司聯合研制的CMJY-1500 型殘膜撿拾打包聯合作業機（圖11）設計了液壓驅動式電控打包機構，殘膜經打包壓縮成形后平均密度達167.4 kg/m3，大幅度壓縮了回收殘膜體積，更便于回收后殘膜的裝載、運輸和儲存［31］。

6 機收殘膜資源化利用

殘膜資源化利用主要是指將回收后的農用殘膜進行清洗、破碎、塑化及添加一定量的新原料或添加劑，進行重新造粒生成新的可利用的母料或產品的過程。

圖11 CMJY-1500 農田殘膜撿拾打包聯合作業機

目前，中國地膜機械化回收以秋后殘膜回收和播前殘膜回收為主，機收殘膜含雜量高，通過初清理實現膜雜分離是殘膜資源化利用的基礎。但從可查閱到的資料來看，國內專門針對殘地膜資源化利用的研究還較少，主要有離心式分離法、振動篩選法、浮力飄選法等。離心式分離法主要根據物料密度差異通過離心風力進行膜雜分離；振動篩選法主要是利用殘膜和雜質在振動篩表面的不同運動進行膜雜分離；浮力飄選法主要是利用地膜和雜質在液體中的浮力差異進行膜雜分離［32-34］。

機收殘膜由于膜稈相互纏繞，常用的離心式分離法、振動篩選法、浮力飄選法等物料分離方法都難以將膜雜較好分離，目前初清理環節基本采用的是人工分揀，分揀成本高、效率低，后續還要經過破碎、水洗、擠干脫水、物料熔融、擠出冷卻、切削制粒等加工流程后才能用于包裝膜、滴灌帶等低端塑料產品的生產制造，工藝過程復雜、利潤空間有限，現有地膜回收加工企業普遍面臨回收利用成本高、收益差等問題，這就造成殘地膜資源化利用的市場推動困難［35，36］，殘膜回收點缺乏，大量機收殘膜因找不到回收點而被廢棄，而地膜機械化回收又會產生回收作業成本，這嚴重影響農民進行殘膜機械化回收的積極性，同時收而不用，大量機收的殘膜被棄在田間地頭焚燒或填埋，造成二次污染問題。機收殘膜的資源化利用是不可回避的重要問題，有必要加快對地膜資源化利用支持性政策的建立完善和實施，采取安排專項資金對殘膜資源化利用進行補助或通過貼息等優惠政策支持殘膜資源化利用。

耐候地膜成本僅高出普通地膜15%～20%，與回收殘膜余值相當。為降低機收地膜含雜率，陳學庚院士團隊對耐候地膜秋后整膜卷收技術進行了研究，研制的3 種機具很好地實現了棉田地膜秋后整膜卷收，一次作業可以完成棉花秸稈的粉碎還田、殘膜的撿拾、清雜及卷收作業，回收殘膜含雜率明顯降低，這將為機收殘膜資源化利用創造條件。

此外，聚乙烯等材料與秸稈等廢植物纖維混合，木塑制粒后再成形生產出的板材或型材，將含秸稈的回收地膜發展木塑制粒經濟效益高于普通切削造粒，得到了廣泛認可，該資源化利用技術降低了清雜要求，為更好實現殘膜資源化利用開辟了一條具有更廣闊前景的途徑。

7 小結

中國地膜污染形勢嚴峻，機械化回收是當前中國農田殘膜治理的最主要途徑，地膜的機械化回收工作是涉及到地膜生產、使用、回收、儲運和資源化利用全產業鏈的綜合性工作，需要加強頂層設計，從地膜質量抓起，做好標準、政策、法規的制定和執行，搞好回收機具研發與機械化作業技術推廣應用的同時，重視機收地膜的出路問題，搞好機收地膜資源化利用工作，因地制宜地形成地膜使用、回收、儲運、資源化利用在內的機械化回收技術體系，以回收后殘地膜資源化、無害化處理為基本原則，推進地膜產品標準化、殘膜撿拾機械化、殘膜收儲運專業化，降低農用殘地膜對土壤環境的污染。