劉建華

(山西省農業(yè)機械發(fā)展中心，山西 太原 030012)

0 引言

被稱為“白色革命”的地膜覆蓋技術具有保墑、保溫、減少病害、抑制雜草、延長作物生長期、促進作物生長、降低自然災害給作物帶來的不利影響等顯著特點，給農業(yè)生產帶來巨大的經濟效益，自20世紀70年代引入我國以來，得到迅速推廣，每年用量達數萬噸而且呈不斷增長趨勢。由于殘膜回收技術的不成熟，造成了大量的殘膜碎片滯留在土壤中，日積月累，在土壤之中形成了阻隔層，導致土壤的物理結構層發(fā)生改變，不僅影響了農作物對水分、養(yǎng)分的吸收，而且會造成爛種爛芽，影響種子的發(fā)芽和出苗，帶來耕地土壤質量逐漸下降、作物減產以及農事操作受阻、次生環(huán)境污染等一系列問題。有資料表明：連續(xù)三年殘膜沒有清理的地塊，小麥產量下降2%～3%，玉米產量下降10%左右。

殘膜污染已成為農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重大隱患，2017年5月農業(yè)部提出“力爭到2020年，殘膜回收率基本達到80%以上”的目標；2018年農業(yè)農村部《農業(yè)綠色發(fā)展技術導則(2018年—2030年)》指出要重點研發(fā)農田殘膜污染綜合治理配套技術。因此，作為綜合治理環(huán)節(jié)中的重要一環(huán)，研制推廣高效先進適用的殘膜回收機械迫在眉睫。

1 發(fā)達國家殘膜回收技術發(fā)展現狀

歐美等發(fā)達國家研究殘膜回收技術較早，始于20世紀初。一方面推廣使用高強度、耐老化地膜，國際農用地膜厚度推薦標準為0.012 mm以上，歐美等國家生產的地膜厚度一般要求為0.02 mm，日本為0.015 mm，抗拉強度高，不易破碎，使用期限短，故采用卷繞方式回收，故其研究重點側重于收膜機構、除膜機構及牽引機械與起收膜機構速度匹配，回收機械結構簡單，并且使用后實行強制回收，因此，農田的殘膜污染風險得到了有效的控制。另一方面積極開發(fā)研制新型地膜，如可降解地膜，殘膜經一定時期可自動分解，形成無害物質而混入土壤中，但因其價格偏高、降解不完全等原因，目前還不能推廣應用于大田作物，僅在經濟價值較高的蔬菜等作物中應用，另外殘膜經降解后對土壤有無危害及危害大小目前尚有爭論。

2 我國殘膜回收目前發(fā)展情況

我國地膜厚度在0.005 mm～0.008 mm之間，許多地膜生產企業(yè)為降低生產成本，獲得更大的經濟利益和迎合農民的心理和需求，生產銷售的地膜厚度大多為0.005 mm～0.006 mm，甚至更薄，導致地膜強度低，易老化破碎，回收十分困難。由于價格便宜，且作物通過自身生長即可頂破地膜，不需人工捅口，超薄地膜受到農民青睞，得到大量使用。該類地膜經一季使用過后，大多以碎片的形式爛在地里。對于大量的殘膜，農民也意識到問題的嚴重性，所以每年在播種前都會回收殘膜，回收方法是人工撿拾、摟耙摟和機器撿拾，由于殘留量太多、太碎，因此主要方式是使用殘膜回收機?；诘啬ひ灼茡p成小碎片，抗拉伸強度差，難以通過卷繞方式回收，故國內重點圍繞鏟膜、起膜、集膜、卸膜、膜雜分離關鍵環(huán)節(jié)展開研究。

3 國內殘膜回收機的現狀及近期研發(fā)成果案例

3.1 殘膜回收機的分類

按殘膜回收時間，國內殘膜回收機分為苗期殘膜回收機、收獲后殘膜回收機、播前殘膜回收機；按作業(yè)形式可分為單一作業(yè)與聯合作業(yè)；按工作方式可分為摟集型殘膜回收機、篩土型殘膜回收機、撿拾型殘膜回收機以及與其他農機具搭配的復合型設備。

3.2 殘膜回收機的撿拾部件分析

3.2.1 伸縮桿齒式撿拾滾筒

該部件包括伸縮齒、滾筒和偏心滾筒。滾筒與地膜之間不存在相互運動，可解決超薄地膜回收時易碎問題，也不會發(fā)生壅土現象，其工作可靠，殘膜收凈率高，但由于靜電作用，易發(fā)生將膜帶入滾筒內的現象，雜質難分離，仿形能力差，且該機構的結構復雜，造價偏高。

3.2.2 彈齒式拾膜部件

(1) 凸輪滑道彈齒式。該部件包括彈齒輪、彈齒軸、滑道和彈齒。由地輪帶動彈齒同向運動，其結構簡單，殘膜收凈率較高，但仿形效果較差，遇到硬物易發(fā)生彈跳或變形，造成漏撿，嚴重時無法正常工作，且無法撿拾破損較重的殘膜，難以實現膜雜分離。為了便于脫膜，機構中需要一個曲線軌跡滑道控制收膜彈齒工作位置，制造困難相對加大。

(2) 密排彈齒式。該部件由彈齒和機架組成，結構簡單、造價低、不易產生壅土現象，在平整地形效率較高。入土深度為30 mm～50 mm，每隔一段時間需要人工輔助卸膜，遇硬物易產生變形或跳動，發(fā)生漏撿現象，且易撕碎地膜，增加回收難度。

3.2.3 鏟式起茬收膜部件

該部件包括起膜鏟、輸送帶和滾筒。起膜鏟是將根茬、殘膜及其他雜物一并鏟起，經輸送帶送入鼠籠式旋轉滾筒，利用離心力甩出土塊，回收根茬殘膜。其結構簡單，工作可靠，收凈率高，但土壤性能影響回收效果，沙土地效果較好，濕度大的土地相對較差，且回收時塵土飛揚，操作環(huán)境不佳，回收的殘膜、根茬及未清理掉的土壤混雜，給殘膜的再生利用增加了難度。

3.2.4 輪齒式收膜部件

該部件的拾膜齒均勻分布在收膜輪外表面，收膜輪與地輪同向轉動，依靠地面的摩擦力轉動收膜。其結構簡單，收起的殘膜比較干凈，利于殘膜回收再利用，特別適宜玉米、高粱等有硬根茬地的秋后殘膜回收，對于0.008 mm以上破損不嚴重的殘膜收凈率比較高，實際操作過程中易發(fā)生撿拾不均勻且機具運動過快產生拉扯地膜現象。

3.2.5 齒鏈式收膜部件

該部件包括齒鏈彈齒、控制滑道、膜箱及托膜齒。其結構簡單、緊湊，加工制造方便，苗期秋后均可收膜，該結構的最大特點是布局靈活，依據不同工作環(huán)境可前置、后置及縱向布置，利于綜合作業(yè)，在適當條件下殘膜回收率大于90%。但由于無法抓取碎膜，以及傳送過程中易灑落，故對碎膜回收效果不理想。另外，收集的殘膜中夾雜雜物，給膜雜分離帶來困難。

3.3 國內殘膜回收機近期研發(fā)成果案例

(1) 新疆農業(yè)大學機電工程學院張學軍團隊研發(fā)的鏈齒式殘膜回收機，在速度、振動、彈齒密度上進行了優(yōu)化，采用“鏟刀+鏈耙+彈齒”的主動殘膜回收方式，使用多級鏈耙的方式對地表150 mm以下耕層土壤進行殘膜碎片回收，采用氣力對膜土進行高效分離，有效地提高了殘膜及殘膜碎片的拾凈率。殘膜回收后，由氣力將殘膜碎片送入打包網袋，再將網袋中裝滿的殘膜碎片從膜箱后部取出，進行打包處理，有效防止了殘膜的二次污染。采用鏈耙振動和風力雙重膜土分離方式，網袋集膜，大大提高了殘膜拾凈率。耕層內殘膜及殘膜碎片的拾凈率可達到81%以上，最小撿拾碎片可降低到25 mm×25 mm。

(2) 彈齒耙式殘膜回收機由巴彥淖爾市農牧業(yè)科學研究院和山東福生金地農業(yè)裝備公司聯合研制而成，巴彥淖爾市農牧業(yè)科學研究院擁有《向日葵、玉米等大根茬類殘膜回收機》的自主知識產權。該機主要由破茬、起膜、拾膜、集膜、卸膜裝置等組成。機具由拖拉機后動力輸出軸驅動，通過限深輪調節(jié)彈齒入土深度，一次作業(yè)可以完成根茬破碎、殘膜撿拾、輸送、存儲和自動卸膜等工序，不僅適用于向日葵、玉米等大根茬類作物田地膜的回收，更適用于葫蘆、番茄、棉花、辣椒等小根茬類作物，通過現場作業(yè)測試，回收率可達85%以上。

4 殘膜治理建議

(1) 完善制度，強化監(jiān)管。加快制定相關法律法規(guī)，強化市場監(jiān)管，嚴格推廣生產使用符合國家標準的農用地膜，因勢利導，設立殘膜污染綜合治理補貼專項資金，加大對合理使用地膜和有效回收殘膜的政策支持力度，調整補貼方向和范圍，建立全程監(jiān)管體系，明確各主體責任，加大殘膜回收整治力度，減少農業(yè)污染。

(2) 推廣使用可降解地膜。與傳統地膜相比，降解地膜在作物生長期可充分發(fā)揮地膜覆蓋效應，在作物收獲期地膜在各種因素作用下經過一定的時間自動降解為對環(huán)境無污染的小分子物質，從而可以防止殘膜對農田環(huán)境的污染。長遠來看，為杜絕農田白色污染，從根本上解決廢棄農膜回收問題，全生物降解地膜更加適應現代農業(yè)發(fā)展的需求，終將逐步取代傳統地膜，掀起一場盛大的“綠色革命”。

(3) 加大殘膜回收機研發(fā)力度。由于技術及成本等原因，傳統地膜仍然會大量使用，人工回收費時費力，機械化回收是大勢所趨，應重點提升回收機械的殘膜回收率，解決殘膜的纏繞和反帶問題，提高膜雜分離率，采用智能技術提升回收機具識別仿形能力，而研發(fā)耕地與收膜一體化聯合作業(yè)機可節(jié)約成本，提高機具利用率，減少作業(yè)次數。