趙 巖 陳學庚 溫浩軍 鄭 炫 牛 琪 康建明,3

(1.新疆農墾科學院機械裝備研究所， 石河子 832000； 2.中國農業(yè)大學工學院， 北京 100083；3.中國農業(yè)機械化科學研究院， 北京 100083)

農田殘膜污染治理技術研究現(xiàn)狀與展望

趙 巖1陳學庚1溫浩軍1鄭 炫1牛 琪2康建明1,3

(1.新疆農墾科學院機械裝備研究所， 石河子 832000； 2.中國農業(yè)大學工學院， 北京 100083；3.中國農業(yè)機械化科學研究院， 北京 100083)

地膜覆蓋栽培在農業(yè)生產中已被廣泛應用，我國地膜覆蓋種植面積超過2 000萬hm2，為作物增產增收和保障我國糧食安全提供了重要支撐。隨著覆膜年數(shù)和覆膜面積的不斷增加，廢舊地膜在土壤中的殘留量逐步增多，殘膜污染已嚴重威脅到農業(yè)生產和自然環(huán)境，成為影響我國農業(yè)生產可持續(xù)發(fā)展的突出問題。本文對現(xiàn)階段國內外殘膜回收技術及裝備進行了分析，總結歸納了播前、苗期和秋后收膜的代表機型及其優(yōu)缺點，最后概述了國外關于農膜回收和治理的政策法規(guī)，簡述了國家和部分省區(qū)的殘膜污染治理政策，對目前本領域的研究特點和發(fā)展趨勢進行了總結和展望，提出了適應我國國情的殘膜污染治理技術及方案。

殘膜； 污染； 治理

引言

地膜覆蓋是一種農業(yè)栽培技術，具有增溫保墑、防病抗蟲、抑制雜草，促進作物根系發(fā)育、改善作物品質等功能[1-2]。早期利用砂、瀝清紙、油紙、甘蔗渣、樹葉、紙漿、殘茬、秸稈等物覆蓋于農田土面，以改善農田土壤環(huán)境[3-4]。歐美各國采用地膜覆蓋已有300多年的歷史，1955年日本首次對覆膜栽培下的作物生長規(guī)律進行研究，隨后法國、美國、意大利和前蘇聯(lián)等國也相繼對覆膜栽培下的作物生長周期、水肥運移、作物產量進行試驗和研究[5-8]。目前使用的農用地膜主要分為聚乙烯材料制成的普通地膜和可降解材料地膜，普通地膜在自然條件下降解時間為200～400年。目前，國內外農業(yè)生產中仍以使用普通地膜為主[9-11]。

地膜覆蓋技術于20世紀70年代引入我國，應用區(qū)域已從北方干旱、半干旱區(qū)域擴展到南方高山、冷涼地區(qū)，覆蓋作物種類也從經濟作物擴大到大宗糧食作物[12-15]。過去30多年來，地膜覆蓋技術的規(guī)模應用對我國農業(yè)產生了巨大影響，使得農業(yè)生產方式和區(qū)域種植結構發(fā)生了革命性的變化。地膜年使用量1981年為0.6萬t，2015年為145.5萬t，約占世界地膜使用總量近90%。地膜覆蓋面積由1981年1.5萬hm2增加至2015年的1 833萬hm2以上[16-25]，但農田地膜回收率不足60%。隨著地膜覆蓋面積的不斷增大和單位面積地膜投入量的增加，地膜覆蓋栽培技術在助力農作物優(yōu)質高產的同時，也給自然環(huán)境和農業(yè)生產的可持續(xù)發(fā)展帶來了一系列問題，如技術泛用和濫用，地膜殘留導致的“白色污染”等[26-35]。文獻[36-45]對我國不同區(qū)域地膜殘留調查的結果表明，新疆長期覆膜棉田地膜殘留量在42～540 kg/hm2之間，平均殘留量在200 kg/hm2以上，甘肅省大部、內蒙東部、東北風沙區(qū)、山西北部、河北北部平均殘留量在100 kg/hm2以上。農田殘膜污染對農業(yè)生產造成巨大影響，大量地膜殘留在土壤耕層，阻隔水肥運移、惡化土壤結構、影響種子發(fā)芽和作物根系生長、損壞農機部件，殘膜混入籽棉造成棉花品質降低，混入飼料引發(fā)動物誤食死亡[46-62]。農田殘膜污染引起國家的高度重視，殘膜污染治理工作刻不容緩。農業(yè)部提出“一控、兩減、三基本”和《關于打好農業(yè)面源污染防治攻堅戰(zhàn)的實施意見》，農田殘膜污染治理是其中的一個重要方面。從我國國情分析，聚乙烯材料制成的地膜在一定時期內仍將繼續(xù)使用，農田殘膜人工撿拾效率低、成本高，機械化回收成為解決殘膜污染問題的有效手段。

本文通過梳理國內外典型殘膜回收技術的發(fā)展情況，分析典型機械的結構特點和適用條件，歸納國內外政府推行農膜應用和污染治理的政策法規(guī)，對我國殘膜污染治理關鍵技術研究進行展望，提出我國農田殘膜污染綜合治理建議，以期為解決我國農田“白色污染”提供參考。

1 國內外殘膜回收裝備特點

國外地膜回收機械研究始于20世紀初，我國始于20世紀80年代。由于使用地膜的厚度和強度的不同，國內外殘膜回收機械研究方向區(qū)別較大：國外使用地膜厚度大于0.20 mm，其原理主要利用地膜自身的拉伸力實現(xiàn)地膜與土壤的分離，研究重點是卷收機構和清理機構[63]。國內使用的地膜厚度小，回收時地膜拉伸強度低、膜面破損嚴重，因此，國內殘膜回收機械研究重點圍繞起膜、收膜、脫膜、集膜等關鍵部件，還包括膜土分離部件和膜雜分離機構的研究。我國地域廣闊，農業(yè)技術措施地區(qū)差別大，開展研究的機具種類多，地域特點明顯。我國地膜覆蓋種植面積最大的地區(qū)為新疆、甘肅和內蒙古，其中新疆是殘膜污染最為嚴重的區(qū)域，機械化殘膜回收也主要應用于新疆、甘肅和內蒙古地區(qū)。新疆使用的殘膜回收機具以寬幅、大型為主，主要應用于地膜覆膜栽培的棉田；甘肅和內蒙古主要以小型機械為主，應用于玉米、馬鈴薯等作物種植農田的殘膜回收[64]。

根據(jù)不同特征殘膜回收機可分成不同類型。根據(jù)農藝作業(yè)時間的不同，可分為苗期地膜回收機、秋后殘膜回收機和播前殘膜回收機[65]，其中秋后回收作業(yè)機應用最廣泛；按機具不同作業(yè)形式，可分為單項作業(yè)機和聯(lián)合作業(yè)機，其中聯(lián)合作業(yè)機包括秸稈粉碎還田殘膜回收聯(lián)合作業(yè)和整地殘膜回收聯(lián)合作業(yè)；按工作部件入土深度不同，可以分為表層殘膜回收機和耕層殘膜回收機；按關鍵收膜部件的不同，可分為滾筒式、彈齒式、齒鏈式、滾筒纏繞式等，其中滾筒式收膜部件主要依靠偏心機構、凸輪或滑道實現(xiàn)撿膜彈齒的伸縮，完成殘膜的撿拾與脫送，整機結構復雜，成本高；彈齒式收膜部件結構簡單、造價低，在新疆地區(qū)廣泛使用，但殘膜回收率低。我國西北地區(qū)采用的殘膜回收機械主要機型見表1[66-68]。

2 播前殘膜回收機械

播前殘膜回收作業(yè)是指土地耕翻和平整作業(yè)后、播種作業(yè)前進行殘膜回收作業(yè)。播前收膜可有效提高出苗率，目前在生產中廣泛應用。運用的機具主要是密排彈齒式摟膜機、平地摟膜聯(lián)合作業(yè)機和加裝摟膜耙、扎膜輥的整地機，此時殘膜主要以碎片狀形式分布在耕層，回收難度大，主要采用摟、扎的方式回收，作業(yè)深度在5 cm以內，殘膜回收率不超過50%，一般需要人工卸膜[69-71]。該類機具作業(yè)幅寬大，作業(yè)效率高。播前回收殘膜多為片狀，彈齒式摟膜機具收集的殘膜要及時處理，否則遇大風天氣易被吹散；聯(lián)合整地機上齒釘輥齒釘與殘膜結合緊密，需要人工清理，清除難度大，影響作業(yè)效率。

表1 中國典型殘膜回收機具

為減少人工卸膜時間，目前機具優(yōu)化的重點是研究適應于摟膜和扎膜自動脫膜機構。隨著殘膜污染的加劇，收膜深度和卸膜方便性等問題均受到重視，出現(xiàn)了彈齒鏈耙式播前殘膜回收機和振動篩式播前殘膜回收機等新機型。此外，新疆地區(qū)春季多風，為防止地膜堆放在田間產生二次污染，便于將其收集、轉運及存放，國內研究開發(fā)了地膜撿拾打包機、地膜撿拾壓縮車等機具，開展了試驗示范；廢膜再利用方面，開始關注回收后地膜與雜質的分離問題，目前已驗證、提出了風選法和篩選法相結合的解決思路，部分企業(yè)還研發(fā)出無水清理技術，并應用到生產中。

3 苗期地膜回收技術與裝備

苗期地膜回收主要采用地膜卷收技術，地膜卷收技術是基于地膜強度能滿足膜土分離的拉伸條件，主要應用于國外蔬菜地膜和我國苗期地膜的回收。國外早期研制機型多為半自動化回收機，由機架、地輪、切刀、起膜鏟以及切斷圓盤等組成。工作時切刀將雜草、根莖切斷，起膜鏟沿行間兩側起膜，并抖落地膜上的覆土、雜草等，最后由切斷圓盤將地膜由中部切開，以便人工撿拾殘膜，工作效率較低。近些年，國外逐步研制出全機械化殘膜回收機具，利用卷膜輥將地膜卷起，回收效率高，適用于苗期地膜回收。國外較為典型的殘膜回收機具見表2。

國外針對卷收機具持續(xù)開展了試驗研究，1993年， SAWYER等[72]發(fā)明了地膜卷收設備，松土機構先將農膜起松并與土壤分離，由液壓馬達驅動卷膜輥將地膜卷收，實現(xiàn)起膜和收膜的聯(lián)合作業(yè)。1995年，BROOKS[73]發(fā)明了地膜回收和壓縮打包裝置，首先將地膜從種床上移除，通過機械振動清理地膜上的土壤和雜草，隨后通過壓縮打包裝置將回收后的地膜成捆成型，便于田間轉運。1998年，PARISH通過控制液壓馬達轉速，實現(xiàn)了地膜卷收速度實時調節(jié)，改善了地膜卷收機具工作的連續(xù)性和穩(wěn)定性。ROCCA[74]發(fā)明了不同作業(yè)幅寬的地膜卷收機，松土機構開松地膜周圍的土壤，再由柵條式輸送鏈清理地膜上的土壤和雜草，由卷收機構將地膜纏繞。LAVO[75]發(fā)明了卷筒式收膜機，起膜鏟翻松土壤起出地膜，機組前進時卷膜輥旋轉卷收地膜，中部液壓驅動毛刷輥將膜上泥土等雜質清除，清理后的地膜卷在卷膜輥上。

以色列的地膜覆蓋技術多用于大田作物，地膜在田間停留時間較短，作物出苗后即開始收膜，地膜厚度大于0.015 mm，強度高，收卷時地膜不容易破碎。代表機型為A.V.I公司研制的收卷式回收機，利用液壓馬達驅動收卷工作部件并控制其轉速與拖拉機行進速度相適應，1個作業(yè)行程同時回收4幅地膜。英國和俄羅斯主要采用懸掛式收膜機，工作時松土鏟先將壓膜土耕松，然后將殘膜收卷到羊皮網或金屬網上。日本是將地膜覆蓋在土質疏松的火山灰土上，地膜強度大，覆蓋期1.5～3個月，時間短，不用土壓膜，地膜老化程度及破碎程度較低，回收時地膜完整，收膜機構簡單[76]。

我國苗期收膜主要是在作物澆頭水前進行，此時地膜使用時間較短，完整性較好，相對容易回收。此類機具的設計基本上采用的是先起膜再卷膜的工作方法，工作時依靠地輪提供動力驅動卷膜作業(yè)，結構簡單，工作可靠，地膜收凈率一般在85%以上[77]。代表機型主要有新疆地區(qū)曾應用的MSM-3型卷膜式棉花苗期殘膜回收機和CSM型齒鏈式懸掛收膜機。機具研發(fā)方面，有早期兵團第八師和兵團農機技術推廣站聯(lián)合研制的CSM-130型苗期殘膜回收機，東北農業(yè)大學研制的MS-2型玉米苗期收膜中耕聯(lián)合作業(yè)機，新疆農業(yè)科學院農機化研究所研制的MSM-1型苗期殘膜回收機和中國農業(yè)大學張東興等研制的一種柔性彈齒起膜輪[78]。苗期收膜會導致作物灌水量增加，與我國北方旱作農業(yè)區(qū)大面積推廣的膜下滴灌技術要求不相適應，目前已很少應用。

綜上所述，國外使用地膜厚度大，拉伸強度好，地膜回收機械多采用卷收原理，或者采用起膜機具與卷收機具相結合的方式，收膜機構相對簡單，回收率較高。其中，卷膜機構多采用液壓機構驅動，控制系統(tǒng)技術含量較高，可以實現(xiàn)卷膜速度與機具前進速度的自動匹配。

4 秋后殘膜回收技術與機械

秋后收膜是在作物收獲后、耕地前進行，主要回收當年鋪設的地膜。該時期進行殘膜回收不會對農作物收獲和產品質量造成影響，是目前較為廣泛使用的殘膜回收方式。此時地膜處于地表，有一定程度的破損，膜土結合力較強，還需要考慮與秸稈還田等協(xié)調作業(yè)，回收有一定難度。但是，在苗期揭膜受到制約的情況下，秋后是回收殘膜的最佳時機，因此，秋后殘膜回收機是目前研究的熱點，重點針對的覆膜作物是棉花(平作)、玉米和馬鈴薯(壟作)。

表2 國外典型殘膜回收機

4.1 秋季殘膜回收機研究進展

秋季回收的殘膜主要為當季使用的地膜，此時薄膜老化嚴重，作物秸稈影響部件作業(yè)，故秋后殘膜回收難度較大。秸桿還田后的棉田存在大量棉桿根茬，殘膜很容易黏附在根茬末端，這部分殘膜的尺寸一般都很小，很難回收。有些地區(qū)采用先拔棉桿再收殘膜的方式，減少殘膜在根茬的纏繞，但由于棉花的根系比較發(fā)達，拔棉桿時根系帶出大量的泥土，這些泥土大部分散落在未撿拾的地膜上，也加大了后續(xù)殘膜回收的難度。根據(jù)作業(yè)功能不同，秋后殘膜回收機主要分為單項作業(yè)機具和聯(lián)合作業(yè)機具。

單項作業(yè)機具只具備回收殘膜的功能，應用最多的是彈齒式立稈摟膜機，與51.5～66.2 kW拖拉機配套使用，一次作業(yè)可完成摟膜、脫膜、卸膜等工序。此種機型對殘膜的回收率較低，但結構簡單，造價低，作業(yè)效率高，在新疆、甘肅和內蒙古地區(qū)得到了廣泛使用。中國農業(yè)大學早期開發(fā)了1MS-I型地膜回收機，在改進的基礎上又研發(fā)了1MS-II型地膜回收機[79]。新疆農業(yè)大學研發(fā)了一種卷膜式殘膜回收機[80]，該機對回收地膜的強度有一定要求，卸膜過程繁瑣、機具作業(yè)效率較低，目前處于研發(fā)試驗階段。

聯(lián)合作業(yè)機分為莖稈粉碎還田與殘膜回收聯(lián)合作業(yè)和根茬起拔與殘膜回收聯(lián)合作業(yè)2種方式。早期代表機型為新疆農墾科學院農機研究所研制的4SJ-1.6型[81]和4SJ-2.0型殘膜回收與莖稈粉碎聯(lián)合作業(yè)機[82]，以及內蒙古農牧機械化服務管理局等單位研制的1MC-70型起茬殘膜回收機。在新疆地區(qū)，秸稈粉碎還田后進行殘膜回收作業(yè)，殘膜與秸稈混合在一起，為后期分離帶來困難。秸稈粉碎還田殘膜回收復式作業(yè)減少了作業(yè)工序，可以減少秸稈對殘膜回收的干擾，但機具結構相對復雜，造價偏高。秸稈粉碎還田要求作業(yè)速度高，但高速作業(yè)會影響殘膜回收效果，同時，因作業(yè)系統(tǒng)復雜影響了機具作業(yè)可靠性。因此，如何保證秸稈粉碎還田效果和殘膜回收率，保證機具作業(yè)效率和可靠性是聯(lián)合作業(yè)機研究重點和難點。

隨著新疆地區(qū)棉花種植模式的變化，近些年，有許多新機型應用于生產試驗。新疆農墾科學院機械裝備研究所研制的4JSM-2000型秸稈還田彈齒摟膜聯(lián)合作業(yè)機[83]，摟膜機構單獨仿形，通過液壓元件實現(xiàn)自動卸膜，粉碎的秸稈由輸送器輸送到側邊或后部[84]。該機具摟膜部件與秸稈還田機的作業(yè)速度相匹配，工作效率高。新疆農業(yè)科學院農機研究所研制的4JSM-2100型秸稈粉碎還田殘膜回收聯(lián)合作業(yè)機[85-88]，收膜部件采用弧形往復式挑膜齒殘膜清理滾筒機構，挑膜齒伸出用于撿膜， 挑膜齒縮回用于脫膜，設計的刀片在粉碎秸稈的同時產生風力，將粉碎秸稈由輸送管道吹送到機具后部。該機具作業(yè)效率高，可靠性好，回收殘膜含秸稈和土雜較少。但工作時刀片產生的風力易將地膜掀起后與秸稈一起粉碎，同時會產生大量粉塵，殘膜回收率低。烏蘇鵬程植保機械廠研制的4JSM-2200型秸稈還田地膜回收聯(lián)合作業(yè)機，摟膜齒入土深度采用液壓油缸控制，有兩組摟膜齒處于浮動狀態(tài)，作業(yè)效率和殘膜回收率較高，但作業(yè)產生粉塵較大，收集殘膜中混雜有大量土壤和秸稈。石河子大學機械電氣工程學院研制了SMS-1500型秸稈粉碎和殘膜回收機和夾指鏈式殘膜回收機，并進行了關鍵機構運動分析和性能試驗[89-93]。甘肅農業(yè)大學提出了與馬鈴薯挖掘聯(lián)合作業(yè)的技術方案，并對樣機進行了初步田間試驗[94-95]。

我國科研院校和生產企業(yè)針對殘膜機械化回收技術開展的研究還有很多，其他如氣力式、抖動鏈式、火焰式等，這些機型均因結構復雜、作業(yè)效率低、使用成本高、回收率低或可靠性差等原因，未在生產中得到推廣應用。

4.2 秋后殘膜回收農藝措施

在新疆覆膜種植的棉區(qū)，目前采用的殘膜回收農藝措施主要有以下幾種：

(1)秸稈粉碎之前立稈摟膜集條作業(yè)：首先采用秸稈還田機在垂直于棉行方向上作業(yè)出間距30～50 m的卸膜通道，然后利用立稈摟膜機將地膜摟集到卸膜通道，最后利用鏟車等將地膜清理出田間，目前已大面積應用。

(2)棉桿(茬)起拔與摟膜集條分段作業(yè)：第一步由拔稈起膜機的刀輥入土將棉桿(茬)拔起鋪放在地表并完成膜土分離，第二步利用指盤式摟草機進行集條，最后進行人工分揀，主要在新疆南部部分地區(qū)使用。

(3)秸稈粉碎還田與摟膜集條聯(lián)合作業(yè)：該技術將秸稈粉碎還田機與摟膜工作部件進行有效集成，工作時秸稈粉碎還田機先將粉碎的秸稈拋撒到機具后方，緊接著摟膜部件摟膜，一般每隔30～50 m距離卸膜一次，最后在橫向方向形成條狀卸膜帶。

(4)秸稈粉碎還田與殘膜撿拾裝箱聯(lián)合作業(yè)：該工藝采用臥式秸稈粉碎還田機將棉花秸稈粉碎后拋撒到機具后方，然后運用撿拾部件撿膜脫膜并將殘膜輸送到集膜箱，在地頭進行卸膜。

(5)根茬翻埋與殘膜撿拾裝箱聯(lián)合作業(yè)：該工藝先采用旋耕機將棉桿根茬翻埋入土并將地膜打碎成片狀，然后運用鏈齒式撿拾部件撿膜并在氣力作用下脫膜入箱。

近幾年，我國在壟作作物的田間收膜技術研究方面也有了一定進展，研發(fā)出了鏈條導軌式、鏟鏈式、鏟篩式、齒鏈式與鏟掘篩分式等多種形式的殘膜回收機。

5 農田殘膜污染治理政策分析與建議

歐美和日本比我國較早使用地膜覆蓋技術，但不存在殘膜污染問題，除土地私有化和先進技術等因素外，嚴格的法律制度約束也是杜絕殘膜污染的一個重要原因[96-99]。殘膜回收作業(yè)需要投入物力和人力成本，中國土地屬于集體所有制，同塊土地的使用者也經常更換，農田殘膜污染治理完全靠使用者的自覺是不可行的，需要政府推動。因此，分析國內外現(xiàn)有農膜使用的法律法規(guī)，對我國農田殘膜污染治理的政府決策具有重要的借鑒作用。

5.1 國外農膜污染治理相關的措施

歐美和日本等發(fā)達國家采用高強度地膜、可降解地膜，同時配套嚴格的地膜回收處理法律法規(guī)，從源頭上杜絕了地膜殘留污染的發(fā)生。美國采取2種措施防治殘膜危害：一是積極研制新型可降解地膜，用于經濟價值較高的蔬菜等作物；二是推廣使用高強度、耐老化的地膜，采用卷收設備進行回收。日本要求聚乙烯地膜厚度必須在0.02 mm以上，否則被視為不合格產品；在地膜回收處理方面，《日本廢棄物處理及清掃法》規(guī)定地膜使用后不能私自扔掉、焚燒和填埋，否則將會被處以高額罰款；殘膜回收流程為：農民對使用后地膜進行回收、清洗，按質量付費交給產業(yè)廢物管理公司，公司對回收地膜進行再處理，制成燃料塊后銷售給有關能源企業(yè)。歐洲《農業(yè)廢棄物填埋條例》和《農業(yè)廢棄物焚燒條例》對廢棄農膜回收處理進行了明確規(guī)定。意大利通過立法的形式，將農膜生產者、經營者以及使用者結合在一起，保證農用塑料廢棄物安全回收和處理。法國環(huán)保部2003年出臺農業(yè)塑料廢棄物回收和利用法律條文，對農用薄膜回收利用進行規(guī)范。

在國外回收地膜處理方式主要有3種：①填埋，但由于殘膜不易腐爛終將污染環(huán)境，而應用越來越少。②把地膜燃燒產生的熱能用于發(fā)電或其他方面。③通過分解回收乙烯或提煉石油制品或制成塑料制品。在法國、德國、意大利和西班牙，農田殘膜回收循環(huán)利用率可以達到20%～30%，日本和德國建有廢塑料處理工廠。國外的經驗表明，避免農田殘膜污染，嚴格的法律管控是必要手段，完備的農膜使用和處理技術體系是基本條件。

5.2 國內農田殘膜污染相關的政策措施

農田殘膜污染問題已經引起政府高度關注，我國2014—2017年中央一號文件均明確指出加大農業(yè)面源污染防治力度，推廣高標準農膜和殘膜回收等試點，加強農業(yè)生態(tài)治理，開展農田殘膜回收區(qū)域性示范。國務院制定了《土壤污染防治行動計劃》，明確了農用地膜的回收和再利用目標。農業(yè)部提出“力爭到2020年，殘膜回收率基本達到80%以上”。

農膜應用重點省區(qū)建立殘膜污染治理相關政策法規(guī)規(guī)范農膜應用和回收。新疆修訂了《聚乙烯吹塑農用地面覆蓋薄膜》標準，強制推廣厚度為0.010 mm以上的地膜。甘肅省頒布了《甘肅省人民政府辦公廳關于集中治理殘留廢舊農膜的通知》、《甘肅省廢舊農膜回收利用條例》和《甘肅省農牧廳關于切實加強當前廢舊農膜回收利用工作的緊急通知》等政策法規(guī)，寧夏、內蒙古、山東等省區(qū)也頒布了相關的政策法規(guī)。甘肅省農民地膜回收和再利用工作執(zhí)行較好，新疆地區(qū)兵團范圍內農膜回收工作執(zhí)行較好。

殘膜污染治理工作是公益性屬性較強的工作，30多年的實踐證明，靠技術人員研發(fā)機具讓農民自發(fā)使用的辦法不可行。要解決農膜污染，需要政府通過法律法規(guī)約束、政策引導、項目推動，完善頂層設計，由科研院校牽頭，研究形成適應不同區(qū)域的殘膜污染治理技術方案，在重點區(qū)域開展試驗示范，為農民提供成熟的成套技術體系，由上而下進行推進。

5.3 治理農田殘膜污染的建議

解決我國農田殘膜污染問題，一是使用可降解地膜替代不可降解地膜；二是做好普通聚乙烯地膜的回收和處理工作。歐洲地膜覆蓋種植面積總量47～56萬hm2，卻不存在地膜污染土地的問題，原因是嚴格的法律制度約束條件，歐洲土地屬農民私有，土地保護是農民發(fā)自內心的自覺行動。我國土地屬于集體所有，部分地區(qū)農民承包的土地也經常變換，農民對土地的使用是掠奪式的，秋季農時季節(jié)緊張，有的地方不進行殘膜回收，這是造成殘膜污染土地加劇的重要原因。我國開始推廣地膜覆蓋種植技術時，地膜厚度0.012～0.014 mm。隨著工業(yè)技術的進步，農民為節(jié)約生產成本、商家為贏得市場，農用地膜產品越來越薄，個別地區(qū)使用地膜厚度甚至小于0.005 mm。地膜厚度小、老化速度快，秋后破損程度嚴重，強度差，人工回收非常困難，機械回收難度大且回收率低。要解決我國農田殘膜污染，根本問題在于“膜”，關鍵環(huán)節(jié)在于回收機械。

5.3.1 用降解膜替代普通不可降解地膜

降解地膜主要有生物降解地膜、光降解地膜、紙地膜、液態(tài)噴灑式地膜、麻地膜等，德國、美國、日本等國家在新型地膜材料方面有較早的研究。我國山東、廣東、江蘇等地也開展了生物降解材料的研究，形成一些產品[100-105]。嚴昌榮等[99]試驗研究表明，部分降解膜產品能夠滿足農業(yè)生產的需要，尤其是在手工操作的區(qū)域，或需要地膜覆蓋時間比較短的作物，如西南地區(qū)的煙草、蔬菜等。兵團農業(yè)技術推廣站曾對國內外主要公司生產的可降解地膜進行了試驗，2014年試驗面積達到3 720萬hm2。試驗表明，由于降解時間受光、熱、微生物等多種因素影響，目前降解地膜在性能穩(wěn)定性、價格、使用可靠性及降解后產物對農作物生長的影響方面還有待進一步研究[106-111]。

降解膜應用研究關注以下問題：使用材料是否能真正降解，降解后不可在土壤中留下新的污染；使用增產效果應達到或接近普通地膜的效果；使用成本要使農民能夠接受。目前，降解膜技術在部分地區(qū)的部分經濟作物已得到應用，如云南地區(qū)的煙草，山東地區(qū)的花生、馬鈴薯，新疆地區(qū)的加工番茄等。由于會產生殘膜異纖[112]，目前的降解膜產品不適宜新疆的棉花生產。

5.3.2 做好普通地膜的機械化回收

我國農業(yè)生產中，可降解膜和普通地膜將會有一個相當長的共存期。因此，做好普通地膜的回收工作是當務之急，做到“不欠新帳，逐步還老帳”：即當年新覆地膜回收率應達到80%以上，逐年回收土壤耕層中的往年殘膜。農田地膜機械化回收技術是一項系統(tǒng)工程，前后諸多環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣，需要緊密銜接。從技術發(fā)展趨勢來看，需要重視以下問題：

(1)發(fā)展和豐富殘膜回收機具的種類和功能，讓生產中適宜收膜的時節(jié)和表層耕層收膜都有機具可以使用，并相互補充。在機具本身的性能方面，一是因地制宜，農機農藝技術相融合，重點發(fā)展和應用秋后殘膜回收機械化技術；二是繼續(xù)攻克瓶頸，重點突破膜雜分離、邊膜回收和耕層殘膜回收等技術難點，以提高殘膜回收率等性能指標；三是注重提高作業(yè)效率，特別是作業(yè)速度的提升，需要不斷創(chuàng)新收膜機構和技術應用模式。

(2)建立殘膜回收機械化技術體系。一是創(chuàng)造機械化回收的基礎條件，提升地膜回收時的拉伸強度，滿足機械化作業(yè)要求，改進農藝作業(yè)措施，減少膜面破損和碾壓；二是發(fā)展殘膜撿拾壓縮及裝運技術[113]，減少地膜轉運出田間的勞動強度，以提高儲運效率和便捷性，防止殘膜二次污染[114]；三是打通殘膜再利用渠道，開拓殘膜變廢為寶的途徑[115-119]。創(chuàng)新焚燒發(fā)電和再生利用技術，回收機械田間作業(yè)清雜效果有限，發(fā)展場上預處理技術，清除回收殘膜的雜物。

總之，要解決我國農田殘膜污染問題，必須堅持3個原則：研究農用地膜滿足機械回收的強度指標，通過法律法規(guī)約束不可降解農用地膜的性能標準，為機械化回收創(chuàng)造基本條件；確立“誰使用誰回收”的原則，嚴格規(guī)定當年新鋪地膜的殘膜回收率，地膜加厚補貼在秋后殘膜回收達標驗收合格后執(zhí)行，達不到回收標準的，應用經濟手段予以處罰；針對殘膜治理制定相應政策和法規(guī)，構建政府、科研單位、企業(yè)和農民多家單位利益相關的體系，使殘膜污染治理成為全民的自覺行為。

6 結論

(1)通過研究我國覆蓋栽培地膜回收機械的發(fā)展可以看出，近三四十年，殘膜回收機械的研究是伴隨著地膜覆蓋栽培技術在我國的應用產生的，國內科研院校針對主要地膜應用區(qū)域的重點作物，開展了播前、苗期和秋后等不同時期的殘膜回收機械研究，設計原理和核心部件結構隨著農作物種植模式和農藝要求及技術措施的變化而不斷改變，積累了豐富的基礎性研究資料。

(2)盡管殘膜回收機械的研究比較充分，但農民耕地保護意識不到位、作業(yè)成本增加和回收殘膜附加值低，導致殘膜回收的主動性不高。農用地膜厚度和強度達不到機械全回收的技術條件，田間秸稈、殘茬干擾收膜部件作業(yè)，土壤條件差異性大，不能滿足機械化回收的基本條件。在目前的發(fā)展水平下，生產中投入使用的機型主要是結構簡單、成本低的彈齒式摟膜機具，無法實現(xiàn)高效率、高回收率、低成本、輕簡化的生產目標。

(3)提出解決目前我國農田殘膜污染問題的解決方案：不欠新賬，逐步還老賬。即分區(qū)域、分作物采用機械回收或采用可降解地膜，減少新地膜進入土壤的量；通過耕后和播前進行機械化耕層清理，逐年減少往年殘膜的含量。要保證新覆地膜當年秋季回收率達到90%以上，采用聚乙烯地膜的地區(qū)和作物要使用抗老化能力強和拉伸強度大的地膜；對于殘膜回收難度大的作物，如花生、煙草、加工番茄等，應采用降解膜替代技術。

(4)農田殘膜污染治理與防控應該從全產業(yè)鏈考慮。目前我國正在解決的是回收問題，還應考慮使用農膜的強度和回收殘膜如何處理的問題。目前來看，回收殘膜清洗造粒技術成本高，企業(yè)入不敷出，如果沒有政府支持將難以為繼；作為生物質燃料燃燒發(fā)電，需增加助燃劑，生產成本高，殘膜含土量大，會導致燃燒爐使用壽命短。因此，需要開展回收殘膜的再處理創(chuàng)新技術研究。

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Research Status and Prospect of Control Technology for Residual Plastic Film Pollution in Farmland

ZHAO Yan1CHEN Xuegeng1WEN Haojun1ZHENG Xuan1NIU Qi2KANG Jianming1,3

(1.MechanicalEquipmentResearchInstitute，XinjiangAcademyofAgriculturalandReclamationScience，Shihezi832000，China2.CollegeofEngineering,ChinaAgriculturalUniversity,Beijing100083,China3.ChineseAcademyofAgriculturalMechanizationSciences,Beijing100083,China)

Plastic film mulching cultivation has been widely used in agricultural production due to the benefits such as increasing soil temperature, reducing weed pressure and certain insect pest and improving crop yields. The plastic film mulching area in China is more than 20 million hm2and this technology provides significant support for the crop yield improvement and food security. Residual plastic film in soil is increased in quantity with the increase of mulching duration and area, and the residual plastic film pollution had seriously threatened agricultural production and natural environment, which has become a prominent problem affecting the sustainable development of agricultural production in China. The technology and equipment of residual plastic film at home and abroad was reviewed, the representative model and structure of residual plastic film collecting machine which used in different periods, including pre-sowing stage, seeding stage and autumn film collection stage were summarized in detail, and their merits and demerits were analyzed. Then the foreign policies and regulations on the collection and management of agricultural plastic film and domestic policies for residual plastic film pollution control were systematically summarized. Finally, the current research feature in this field was summarized and future development direction was shown clearly based on policy, technology and demand of agricultural sustainable development. Corresponding technology and scheme of residual plastic film control for China’s national conditions were proposed as following: replacing ordinary non-degradable film with degradable film; guaranteeing the mechanized collection of ordinary plastic film, especially establishing the completely mechanized collection system for residual plastic film; opening up the new channel for reusing residual plastic film. In conclusion, development of the residual plastic film collecting machine with good quality and high reliability is important guarantees to control residual plastic film pollution, and research on innovative reuse technology of residual film is an inevitable trend.

residual plastic film; pollution; control

10.6041/j.issn.1000-1298.2017.06.001

2017-05-22

2017-06-01

公益性行業(yè)(農業(yè))科研專項(201503105)和中國工程院咨詢項目(2017-XZ-18)

趙巖(1983—)，男，副研究員，主要從事棉花生產機械化和殘膜污染治理研究，E-mail： zhaoyan2542@qq.com

陳學庚(1947—)，男，中國工程院院士，研究員，主要從事棉花生產機械化和殘膜污染治理研究，E-mail： chenxg130@sina.com

S604.3

A

1000-1298(2017)06-0001-14