耕層殘膜回收機(jī)的研究

楊瑩 白圣賀 趙守瑞 周偉權(quán)

摘要 地膜覆蓋技術(shù)已成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的技術(shù)，極大地促進(jìn)了農(nóng)業(yè)發(fā)展和進(jìn)步。但是農(nóng)用的塑料薄膜大都是不可分解的，長(zhǎng)時(shí)間留在土壤里，不但會(huì)對(duì)作物造成嚴(yán)重的危害，影響作物正常的生長(zhǎng)和產(chǎn)量，還會(huì)影響機(jī)械作業(yè)的質(zhì)量。要在收獲莊稼后，及時(shí)地回收殘膜，避免造成“白色污染”和塑料資源浪費(fèi)。為此介紹了殘膜回收機(jī)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀以及典型的殘膜回收機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理，并提出存在的問(wèn)題和未來(lái)的發(fā)展建議。

關(guān)鍵詞 殘膜回收；發(fā)展?fàn)顩r；地膜覆蓋

中圖分類號(hào) S223.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2017）07-0184-03

Study on Soil Residual Film Recycling Machine

YANG Ying， BAI Sheng-he， ZHAO Shou-rui et al

（College of Mechanical and Traffic， Xinjiang Agricultural University， Urumqi， Xinjiang 830052）

Abstract Film mulching technology has become an indispensable technology in agricultural production， greatly promote the development and progress of agriculture. Because most of the agricultural plastic films cannot be decomposed in soil， a long time stay not only can cause serious harm to crops， affect the normal growth and yield of crops， but also affect the quality of equipments. After harvest， residual film must be reclaimed timely to avoid "white pollution" and waste of plastic resources. Therefore this paper introduces the development status of the residual film recycling machine at home and abroad and the structure and working principle of special recycling machine， puts forward existing problems and suggestions about future development.

Key words Residual film recycling；Development status；Plastic mulching

地膜覆蓋技術(shù)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的里程碑，促使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式得到改善，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力得到提高[1]。但是地膜覆蓋技術(shù)在給農(nóng)業(yè)帶來(lái)巨大發(fā)展的同時(shí)，由于使用過(guò)的地膜難以被分解，也不能被及時(shí)完整地回收，長(zhǎng)時(shí)間存在土壤中，逐年積累，致使大面積的耕地遭到嚴(yán)重破壞，甚至在許多地區(qū)形成了“白色污染”。另外，由于使用的都是無(wú)機(jī)地膜，積累在土壤中形成了阻隔層，影響了農(nóng)作物對(duì)水分和養(yǎng)分的吸收，影響種子發(fā)芽出苗，造成爛種、爛芽，甚至?xí)?dǎo)致作物死亡，還會(huì)影響農(nóng)機(jī)具的田間作業(yè)質(zhì)量，也會(huì)堵塞田間的溝渠等，因此會(huì)對(duì)后續(xù)的田間作業(yè)造成很大的影響[2-4]。

由于技術(shù)缺乏加上基本國(guó)情限制，可降解地膜很難在短時(shí)間代替塑料地膜得到廣泛的推廣和使用；同時(shí)殘膜回收機(jī)的成本高，對(duì)殘膜回收機(jī)的研發(fā)技術(shù)缺乏，以及與收膜有關(guān)的問(wèn)題還沒(méi)有得到進(jìn)一步解決等都影響著地膜覆蓋技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。因此，采用機(jī)械化回收方式回收殘膜不但可滿足基本國(guó)情的需要，還可促進(jìn)當(dāng)代農(nóng)業(yè)發(fā)展。

1 殘膜回收機(jī)研究現(xiàn)狀

1.1 國(guó)內(nèi)殘膜回收機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀

目前，我國(guó)主要有3種殘膜回收的方式，一是人工撿拾，現(xiàn)在正逐漸被淘汰，這種方式不僅需要大量的勞動(dòng)力，而且效率低下、作業(yè)范圍受限，更無(wú)法對(duì)埋藏在深層土壤中的殘膜進(jìn)行有效回收。二是使用降解膜，是一種新型的環(huán)保地膜，可以極好地分解在土壤中，但這種降解膜成本較高，技術(shù)有待成熟，現(xiàn)階段很難得到推廣和使用，不易被廣大農(nóng)戶尤其是中小農(nóng)戶所接受。三是機(jī)械化回收，具有效率高、成本低的優(yōu)點(diǎn)，很大程度上彌補(bǔ)了人工回收與降解膜2種回收方式存在的缺點(diǎn)[2]。

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的研究，殘膜回收機(jī)得到了巨大的發(fā)展，并對(duì)殘膜進(jìn)行了有效回收，減少了對(duì)土壤的污染，其中有部分機(jī)型在我國(guó)得到了推廣應(yīng)用。按照農(nóng)藝要求和作業(yè)時(shí)間區(qū)別的劃分，我國(guó)殘膜回收機(jī)具大致分為三大類：①苗期地膜回收機(jī)具，一般用于煙葉和玉米苗期收膜。②秋后殘膜回收機(jī)具，多采用復(fù)式作業(yè)的方式，可靠性低，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。③耕后播前殘膜回收機(jī)具，通常對(duì)地表淺層的殘膜回收效果顯著，對(duì)于耕作層大于5 cm的殘膜回收率較低[3-6]。

1.1.1 苗期地膜回收機(jī)具。

苗期揭膜主要應(yīng)用在水量較為富裕的灌區(qū)，是在第1次灌溉前適時(shí)揭膜，雖然揭膜容易，并且有利于中耕除草施肥和灌溉，但在頭水前揭膜應(yīng)注意幾個(gè)問(wèn)題：一是揭膜后必須及時(shí)灌水，否則易造成嚴(yán)重缺水，影響作物正常生長(zhǎng)發(fā)育甚至導(dǎo)致死亡；二是揭膜時(shí)，必須采取一定的措施抑制雜草，比如人工除草或噴灑除草劑。

典型的殘膜回收機(jī)有以下幾種：

①新疆兵團(tuán)研制的CSM-130B苗期殘膜回收機(jī)[7]。殘膜機(jī)工作時(shí)，由抓膜齒鏈將地表殘膜抓起，通過(guò)起膜導(dǎo)軌運(yùn)送于脫膜皮輥處，經(jīng)過(guò)皮輥上的膠片強(qiáng)行拍落殘膜，殘膜由于帆布傳送帶的運(yùn)動(dòng)，會(huì)自發(fā)地卷繞成一個(gè)無(wú)心的圓捆，但需要人工輔助卸膜。

②煙田苗期地膜回收機(jī)[8]。地膜回收機(jī)工作時(shí)，動(dòng)力由耕作管理機(jī)驅(qū)動(dòng)輪傳動(dòng)到動(dòng)力輸出軸，通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)最后經(jīng)雙十字萬(wàn)向節(jié)實(shí)現(xiàn)等速傳動(dòng)傳遞到卷膜機(jī)構(gòu)上，完成煙田苗期地膜回收機(jī)的挑膜、卷膜作業(yè)。

1.1.2 秋后殘膜回收機(jī)具。

由于在干旱或水量不富裕的地區(qū)里不能采取上述方式，只有等到作物成熟收獲后才能進(jìn)行地膜回收。但是由于機(jī)械或人為作用將地膜破損的比較嚴(yán)重，地膜存在較深的土壤里，造成膜下土壤板結(jié)，易造成撿拾機(jī)構(gòu)的損壞，同時(shí)作物也會(huì)阻礙殘膜的撿拾，這些都加大了秋后機(jī)械回收殘膜的難度。作物收獲后，應(yīng)在耕、整地的同時(shí)將田間的殘膜收起或在下茬作物播種前將田間的殘膜收起[9-11]。

典型的殘膜回收機(jī)有新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)機(jī)化所研制的4JSM-1800A2型秋后殘膜回收機(jī)，新疆農(nóng)墾科學(xué)院農(nóng)機(jī)所研發(fā)的4SM-2伸縮扒桿式殘膜回收機(jī)，新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)研發(fā)的1MS-1型偏心滾筒桿齒式殘膜回收機(jī)，喀什農(nóng)機(jī)研究所研發(fā)的SM-1型鏈扒式殘膜回收機(jī)，南通大學(xué)研制的以1MCS -100型為代表的鏟篩組合式殘膜回收機(jī)以及以1MLC-110型為代表的鏈齒式殘膜回收機(jī)等[12]。

圖1為新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)機(jī)化所研制的4JSM-1800A2型秋后殘膜回收機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖[13]。殘膜回收過(guò)程：松土齒將膜下土疏松，挑膜齒將殘膜挑起，運(yùn)輸?shù)矫撃の恢?，脫模輪從卷筒上將殘膜脫下，輸送入膜箱。此種機(jī)具在脫膜過(guò)程中，由于膜稈分離率低，會(huì)出現(xiàn)殘膜卷繞的情形，影響機(jī)具正常工作。

1MCS-100型鏟篩組合式殘膜回收機(jī)主要由挖掘鏟、振動(dòng)篩及集膜筐3部分組成，如圖2所示。其工作原理及工作過(guò)程：殘膜回收機(jī)懸掛于拖拉機(jī)的后部，由拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸通過(guò)萬(wàn)向節(jié)傳送到收獲機(jī)，經(jīng)變速箱輸出軸帶動(dòng)偏心凸輪與連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，由連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)振動(dòng)篩振動(dòng)；工作中，挖掘鏟將挖起的膜土向后輸送至振動(dòng)篩，振動(dòng)篩進(jìn)行膜土分離，同時(shí)將分離后的殘膜向后輸送至集膜筐內(nèi)，完成收膜。

由于篩面采用鋸齒條加桿條的結(jié)構(gòu)形式，振動(dòng)篩的松破土、輸膜性能好，膜土分離效果也好，不易壅土，工作可靠性高；收獲后的殘膜易于回收利用。該機(jī)型結(jié)構(gòu)緊湊、工作穩(wěn)定、適應(yīng)性強(qiáng)、操作使用方便、撿拾效率高，符合殘膜回收機(jī)作業(yè)質(zhì)量要求。

2MCL-150型殘膜回收機(jī)為鏟鏈組合式殘膜回收機(jī)，主要由挖掘鏟、輸送鏈桿及集膜筐3部分組成，如圖3所示。其工作原理及工作過(guò)程：殘膜回收機(jī)懸掛于拖拉機(jī)后方，由拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸通過(guò)萬(wàn)向節(jié)傳送到收獲機(jī)，經(jīng)過(guò)變速箱輸出軸帶動(dòng)帶輪傳動(dòng)，從而帶動(dòng)鏈桿傳動(dòng)。工作中，輸送鏈桿將挖掘鏟挖起的膜土向上輸送，在輸送過(guò)程中利用鏈桿間距進(jìn)行膜土分離，同時(shí)利用擊振裝置進(jìn)行進(jìn)一步的膜土分離，分離好的殘膜經(jīng)鏈桿輸送至集膜筐內(nèi)，完成收膜。

在彈齒入土拾膜過(guò)程中，漏膜現(xiàn)象比較嚴(yán)重，帆布在一定程度上可防止掉膜現(xiàn)象，但是壅土、帶土，工作不夠穩(wěn)定；脫膜輥在脫膜過(guò)程中形成自纏繞現(xiàn)象，而且彈齒在回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中回帶脫膜輥上的膜，收獲后的殘膜含土率高，回收利用率低。該機(jī)型殘膜拾凈率不高，作業(yè)效率低，適應(yīng)性一般。

1.1.3 耕后播前殘膜回收機(jī)具。

播前殘膜回收是在開(kāi)春耕完地之后，播種之前，對(duì)土地里的殘膜進(jìn)行機(jī)械回收。但因開(kāi)春時(shí)氣候多變、機(jī)力緊張、時(shí)間短，加上殘膜在地表覆蓋將近1年，破損嚴(yán)重，此時(shí)回收殘膜也具有一定難度。典型的殘膜回收機(jī)有以下幾種：

①新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)研發(fā)的氣吹式播前殘膜回收機(jī)[14]，由于土砥是靠自身重力返回地表，會(huì)帶出一部分殘膜，致使殘膜回收率降低，且機(jī)具作業(yè)時(shí)塵土飛揚(yáng)、條件惡劣，未得到推廣[15]。

②新疆農(nóng)墾總局研制的ISM-5型密排彈齒式殘膜回收機(jī)，只能回收大塊殘膜，對(duì)碎膜則無(wú)能為力。

1.2 國(guó)外殘膜回收機(jī)發(fā)展?fàn)顩r

目前，殘膜回收問(wèn)題是各個(gè)國(guó)家的難題，國(guó)外的地膜厚度為0.02～0.05 mm，其抗拉強(qiáng)度比較大，可連續(xù)使用2～3年，因此主要采取收卷式回收地膜，有半機(jī)械化和全機(jī)械化的殘膜回收2種方式。國(guó)外應(yīng)用廣泛的殘膜回收方式是半機(jī)械化作業(yè)，屬于秋后殘膜回收方式，但是該機(jī)具只是單單地把地膜挑起來(lái)，最后還得需要大量的勞動(dòng)力進(jìn)行撿拾回收，因此相對(duì)工作效率較低，但該機(jī)具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低，并且工作幅寬可以進(jìn)行調(diào)整，所以目前得到了極好的推廣和應(yīng)用。

全機(jī)械化殘膜回收，該類殘膜回收機(jī)是靠拖拉機(jī)進(jìn)行牽引來(lái)作業(yè)，而卷膜輥的轉(zhuǎn)速是受液壓控制，根據(jù)殘膜的數(shù)量及時(shí)調(diào)整，來(lái)保證卷膜輥轉(zhuǎn)速與撿拾速度的協(xié)調(diào)性。另外，一些國(guó)家一方面推廣使用高強(qiáng)度、耐老化地膜；另一方面積極研發(fā)可降解地膜，使殘膜經(jīng)一定時(shí)間后形成無(wú)害物質(zhì)溶入土壤中[3-6]。

2 目前殘膜回收機(jī)具存在的問(wèn)題

2.1 殘膜回收機(jī)具功能單一

由于單一功能的殘膜回收機(jī)非但不能給農(nóng)民帶來(lái)直接的利益，反而要增大成本，因此農(nóng)民對(duì)此機(jī)械積極性不高。單一功能的農(nóng)業(yè)機(jī)械功率消耗大，效率低下，受益差，因此目前傳統(tǒng)的單項(xiàng)作業(yè)正在向復(fù)式作業(yè)轉(zhuǎn)變，將殘膜回收功能融入耕整地、播種施肥、作物收獲、秸稈還田等作業(yè)裝備中，將是殘膜回收機(jī)械的一個(gè)主要發(fā)展方向[16]。

2.2 殘膜回收與農(nóng)藝之間的矛盾

對(duì)于部分農(nóng)作物來(lái)說(shuō)，在苗期揭膜會(huì)造成土壤水分蒸發(fā)過(guò)快，如棉花滴水周期會(huì)縮短 3～4 d，故在滴灌棉花頭水前不宜揭膜。對(duì)于秋后拾膜，農(nóng)作物回收完畢后，緊接著要進(jìn)行秋耕，殘膜還未撿拾就被翻入耕層，還有些地區(qū)因農(nóng)作物收獲較晚，還未秋耕就進(jìn)入了冬季，殘膜只能等到來(lái)年春耕時(shí)再進(jìn)行處理[17]。

2.3 農(nóng)膜質(zhì)量及規(guī)格問(wèn)題

目前，由于國(guó)情及技術(shù)方面缺乏，我國(guó)大部分農(nóng)民仍然使用厚度薄、抗拉強(qiáng)度低的地膜，這樣的地膜不僅給前期覆膜工作帶來(lái)各種問(wèn)題，同時(shí)也給后續(xù)收膜工作帶來(lái)了各種不便，使各種類型的殘膜回收機(jī)無(wú)法發(fā)揮最大的效能。

2.4 殘膜回收機(jī)造價(jià)高

農(nóng)業(yè)是國(guó)家的根本，我國(guó)十分重視農(nóng)業(yè)的發(fā)展，投入大量的精力和資金，動(dòng)員很多科研人員進(jìn)行農(nóng)機(jī)具的研制。殘膜回收機(jī)也不例外，但是其高額的成本使農(nóng)民更愿意靠自己手工撿拾殘膜，造成殘膜回收不徹底，遺留在土壤中較多，導(dǎo)致“白色污染”愈加嚴(yán)峻。

3 結(jié)論

目前國(guó)內(nèi)有關(guān)殘膜回收機(jī)的設(shè)計(jì)和制造，主要集中在對(duì)傳統(tǒng)機(jī)具的借鑒和改造上，主要將當(dāng)年留置地表較為完整的殘膜作為對(duì)象，但土壤中殘留多年的殘膜并未得到回收。因此，現(xiàn)有機(jī)具應(yīng)用并不理想。多數(shù)的研究是局部的、個(gè)案的，有關(guān)土壤中殘留的薄膜進(jìn)行回收的殘膜回收機(jī)的研究文獻(xiàn)較少，特別是對(duì)較小片的、不易被發(fā)現(xiàn)的殘膜回收等方面的研究缺乏，而針對(duì)清除土壤中較小片以及不易被發(fā)現(xiàn)的殘膜有很重要的意義，需要深入的探索。雖然目前國(guó)內(nèi)已研制出較多收膜機(jī)具，但其中僅有少部分殘膜回收機(jī)型比較成熟。任何一種機(jī)型，都有各自的優(yōu)勢(shì)和不足，開(kāi)發(fā)和研制適宜的殘膜回收機(jī)械還需進(jìn)一步努力。

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