石 鑫，楊豫新，牛長(zhǎng)河

（新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，新疆 烏魯木齊830091）

0 引言

目前我國(guó)地膜覆蓋栽培面積居世界之首，新疆屬干旱地區(qū)，棉花、工業(yè)番茄、色素辣椒等作物地膜覆蓋率接近100%，玉米種植覆膜率超過80%，全區(qū)每年地膜總用量達(dá)40萬t以上。大量使用過的地膜沒有回收，年復(fù)一年累積在土壤中，導(dǎo)致耕地和農(nóng)村環(huán)境遭到嚴(yán)重的殘膜污染[1-4]。

圖1 廢舊地膜對(duì)農(nóng)田和農(nóng)村環(huán)境造成嚴(yán)重污染

治理“白色污染”存在的問題：以棉田為例，全疆棉花種植約246.67萬hm2，采棉機(jī)保有量約6 000余臺(tái)，日作業(yè)效率20 hm2以上，尚不能滿足全疆棉花的機(jī)械化采收，而以新疆農(nóng)科院農(nóng)機(jī)化所和科神農(nóng)機(jī)股份有限公司為代表研制的秸稈還田及殘膜回收聯(lián)合作業(yè)機(jī)市場(chǎng)保有量不足300臺(tái)，加上摟耙式的簡(jiǎn)易殘膜回收機(jī)，可正常用于機(jī)械化地膜回收的機(jī)具不足1 000臺(tái)，且作業(yè)效率和作業(yè)連續(xù)性低于采棉機(jī)。通過對(duì)比分析，全疆棉田機(jī)殘膜械化回收率非常低，大量廢舊地膜未得到有效回收，且仍然以每年數(shù)十萬噸的數(shù)量激增。

農(nóng)民愿意購(gòu)置數(shù)百萬的采棉機(jī)而不愿購(gòu)買十多萬的殘膜回收機(jī)，其原因在于：（1）殘膜回收無法給農(nóng)戶帶來直接經(jīng)濟(jì)效益；（2）機(jī)械化回收的地膜包含大量雜質(zhì)，再利用成本遠(yuǎn)大于廢地膜本身價(jià)值；（3）殘膜回收機(jī)效率和可靠性特別是智能化水平較低，仍然需加大投入科研經(jīng)費(fèi)和研發(fā)力量。因此需通過田間機(jī)械化殘膜回收和回收后廢膜綜合利用兩個(gè)方面開展聯(lián)合研究，制定解決殘膜污染和再利用的方案。

1 當(dāng)前殘膜回收機(jī)械存在的主要技術(shù)問題

（1）“苗期揭膜”技術(shù)不適應(yīng)于灌溉條件較差的棉區(qū)，特別是河灌區(qū)下游的干旱缺水地區(qū)，按農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)要求，苗期作物一旦揭膜，必須盡快灌溉，否則農(nóng)作物會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的“溫差早衰”現(xiàn)象。在灌溉條件較差的農(nóng)區(qū)，一般是無法按時(shí)按量保證正常供水的。特別是多年來推廣的膜下滴灌技術(shù)，管道布置在地膜下面，作物在整個(gè)生育期內(nèi)不能揭膜。

（2）耕后耕作層的殘膜回收。耕后殘膜回收會(huì)壓實(shí)已耕松的農(nóng)田，并且由于此時(shí)農(nóng)時(shí)季節(jié)短，因此耕后耕作層殘膜回收技術(shù)只能作為一種補(bǔ)充。

（3）耕前殘膜回收有利于作物生長(zhǎng)期的保墑，減少水分蒸發(fā)，節(jié)約用水。但耕前收膜，作物的秸稈對(duì)殘膜回收影響很大，由于機(jī)械或人為作用，加上老化導(dǎo)致地膜強(qiáng)度下降[5]，地膜極易破損。此外，北疆農(nóng)區(qū)收獲后到封凍的時(shí)間較短，這些都是耕前收膜機(jī)械作業(yè)的不利因素。另外，由于噴灑脫葉劑及機(jī)采過程中使地表殘留大量落葉、棉鈴殼及細(xì)果枝，造成待收膜面雜物多，回收殘膜雜質(zhì)含量高，由于現(xiàn)有拖拉機(jī)輪距與機(jī)采棉種植模式不符，導(dǎo)致大量棉秸稈被壓倒，造成還田機(jī)無法粉碎還田，直接與殘膜一起被回收，造成回收殘膜含雜高，因此如何解決回收過程中的膜雜分離，是耕前殘膜回收急需解決的問題。

2 建議

針對(duì)上述問題，經(jīng)過實(shí)際調(diào)研，擬定采用兩步走的技術(shù)路線，通過“控增量，減存量”方法，使農(nóng)田地膜殘留量達(dá)到指標(biāo)閾值。

2.1 耕前殘膜回收技術(shù)

在農(nóng)作物收獲結(jié)束后，使用現(xiàn)有秸稈粉碎及殘膜回收聯(lián)合作業(yè)機(jī)進(jìn)行作業(yè)，對(duì)當(dāng)年新鋪地膜進(jìn)行回收，殘膜回收率達(dá)到80%以上，通過秸稈粉碎還田同步作業(yè)，最大限度保持待收膜面干凈，盡量提高回收地膜潔凈度，以達(dá)到回收再利用目標(biāo)；同時(shí)采用田間移動(dòng)式打包裝備及技術(shù)對(duì)所回收地膜及時(shí)進(jìn)行打包和碼放，避免出現(xiàn)二次污染，然后通過運(yùn)輸車輛運(yùn)往廢舊塑料加工廠進(jìn)行處理加工。

圖2 耕前殘膜回收及再利用技術(shù)應(yīng)用

2.2 耕層殘膜回收技術(shù)

以新疆兵團(tuán)為例，2017年兵團(tuán)以團(tuán)場(chǎng)為單位全面開展農(nóng)田殘膜污染調(diào)查，查清農(nóng)田殘膜污染面積、程度、分布等基本情況如下：

圖3 2017年團(tuán)場(chǎng)農(nóng)田殘膜污染面積、程度、分布情況

南北疆由于耕作模式和農(nóng)藝方式的不同，其殘膜在耕層中的分布情況也不同，從圖中可以看出，北疆棉區(qū)耕層中的地膜殘留量平均值高于南疆，約為南疆植棉區(qū)的1.87倍，是污染治理的重點(diǎn)區(qū)域。從整體上來看，南北疆均為土壤越深，殘膜越少：殘膜在耕層主要分布在0～20 cm的土層中，約占72%，因此加大農(nóng)田0～20 cm的土層中殘膜清理的力度，對(duì)治理殘膜污染至關(guān)重要。

建議采用耕層殘膜回收機(jī)械每隔2年對(duì)0～20 cm的土層開展“篩土式”作業(yè)，同時(shí)每年在播種以前使用播前殘膜回收機(jī)械對(duì)地表的殘留地膜進(jìn)行回收，通過以上兩項(xiàng)作業(yè)，達(dá)到逐年降低農(nóng)田地膜殘留的目的，但無論是耕層內(nèi)殘膜回收或是播前殘膜回收，都必須在耕翻后或播前作業(yè)。

由于耕層殘膜回收主要針對(duì)往年陳舊膜及當(dāng)年部分未回收地膜，再加上經(jīng)過耕翻，殘膜大部分與土壤或作物根茬纏繞在一起，后續(xù)處理困難且成本高，基本無使用價(jià)值，因此建議進(jìn)行工廠無害化處理。

2.3 廢地膜綜合利用技術(shù)

僅從機(jī)械化回收角度無法從根本上治理殘膜污染，因此回收后的廢舊地膜能否有效再利用是解決這一問題的關(guān)鍵，傳統(tǒng)的焚燒、填埋、廢棄等處置方式不但會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染，還會(huì)造成資源的極大浪費(fèi)。

圖4 焚燒回收的廢舊地膜造成二次污染

廢舊地膜回收利用符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)“資源—產(chǎn)品—再生資源”的反饋式流程，是塑料產(chǎn)業(yè)中資源循環(huán)利用的重要組成部分，應(yīng)多項(xiàng)舉措并舉。目前了解到廢舊地膜處理再利用途徑主要有以下三個(gè)方面：

2.3.1 加工再生顆粒

優(yōu)點(diǎn)：中國(guó)是全球最大的塑料消耗國(guó)，全球每年3億t塑料消耗量，僅中國(guó)就消耗1億t以上，對(duì)再生顆粒的需求量非常大，塑料加工企業(yè)的利潤(rùn)主要來自新舊顆粒的比例；以目前我國(guó)蓬勃發(fā)展的快遞行業(yè)為例，2019年312.8億件快遞，使用150萬t塑料包裝袋，而這種包裝袋不像食品、醫(yī)療上使用的標(biāo)準(zhǔn)高，基本采用60%以上的再生料制作。2017年4月18日，中央出臺(tái)“禁止進(jìn)口洋垃圾”的改革實(shí)施方案，從以往中國(guó)再生塑料加工企業(yè)為全球處理塑料垃圾，到目前僅可處理國(guó)內(nèi)塑料垃圾，原料嚴(yán)重短缺，所以采用農(nóng)膜作為再生顆粒原料，其產(chǎn)品市場(chǎng)空間非常巨大。

缺點(diǎn)：機(jī)械化回收的地膜包含大量雜質(zhì)，無法直接生產(chǎn)再生顆粒，分離出可用的干凈地膜，拉運(yùn)費(fèi)等中間環(huán)節(jié)需要投入大量成本，導(dǎo)致造粒成本幾乎接近甚至高于新料價(jià)格，尤其2020年國(guó)際油價(jià)大跌，塑料作為石油副產(chǎn)物，價(jià)格也相應(yīng)下跌，塑料制品加工企業(yè)采用新料的成本較低，對(duì)再生顆粒需求量也相應(yīng)減少。

建議：在南北疆各選幾個(gè)典型的承擔(dān)“農(nóng)業(yè)清潔生產(chǎn)示范項(xiàng)目”的企業(yè)開展調(diào)研工作，了解企業(yè)訴求；針對(duì)利用廢舊地膜生產(chǎn)再生顆粒的企業(yè)，政府應(yīng)適當(dāng)減免水電費(fèi)、廠房租賃費(fèi)等，提供免稅、補(bǔ)貼等政策，降低企業(yè)運(yùn)行成本；加大田間地膜處理技術(shù)與裝備的研發(fā)力度，將機(jī)械化回收的地膜就地分離，或者在鄉(xiāng)鎮(zhèn)設(shè)立地膜回收網(wǎng)點(diǎn)，在回收網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行地膜與雜質(zhì)分離，將較為干凈的地膜通過打包機(jī)進(jìn)行打包，降低運(yùn)輸成本[6-7]。

2.3.2 高溫?zé)o氧干餾裂解

高溫?zé)o氧干餾技術(shù)是全球最受推崇的固體廢棄物處理技術(shù)，利用固體有機(jī)廢棄物中有機(jī)物的熱不穩(wěn)定性，在無氧條件下對(duì)其加熱，當(dāng)達(dá)到一定的溫度后，組成有機(jī)物的大分子結(jié)構(gòu)中碳鍵和氫鍵發(fā)生斷裂，經(jīng)重新組合形成小分子的可燃?xì)怏w（甲、乙、丙、丁烷、CO和氫氣）、可凝可揮發(fā)的油以及碳。

殘膜經(jīng)田間收集后，經(jīng)滾筒篩分打包后，細(xì)土還田處理，地膜運(yùn)輸至廠區(qū)儲(chǔ)存，經(jīng)破碎機(jī)破碎，干化處理后，進(jìn)入干餾設(shè)備進(jìn)行高溫?zé)o氧裂解產(chǎn)生反應(yīng)，產(chǎn)生可燃?xì)怏w和炭；可燃?xì)饨?jīng)過除塵、冷卻、脫硫等一系列凈化處理后，進(jìn)行儲(chǔ)存，一部分供干餾設(shè)備加熱使用、多余可燃?xì)夤┲苓叞l(fā)電或以燃?xì)怃N售方式再利用；氣體凈化產(chǎn)生的焦油、飛灰等回干餾設(shè)備處理；氣體凈化后產(chǎn)生的水內(nèi)含有木醋液，可濃縮儲(chǔ)存供種植、綠化、改善土壤還田使用。

2.3.3 填埋

機(jī)械化回收地膜包含大量雜質(zhì)，秸稈、根茬與地膜相互纏繞，很難分離，可以采用直接填埋的方式，同時(shí)噴撒菌劑使秸稈快速分解，而聚乙烯材料的地膜難以分解，掩埋一定時(shí)間后，分解后的秸稈不再與地膜纏繞，降低了分離難度，可通過滾筒篩等方式進(jìn)行快速分離，建議組織相關(guān)科研單位進(jìn)行試驗(yàn)研究。