机械化回收与再利用技术，推动地膜清洁生产

2017-01-31薛颖昊曹肆林居学海张霁萱徐志宇

蔬菜 2017年8期

薛颖昊，曹肆林，贾涛，靳拓，居学海，习斌，张霁萱，徐志宇*

（1.农业部农业生态与资源保护总站，北京 100125；2. 新疆农垦科学院机械装备研究所，新疆石河子 832000；3.农业部农膜污染防控重点实验室，北京 100081；4.中国农业生态环境保护协会，北京 100125）

地膜是继种子、农药、化肥之后的第四大农业生产资料，地膜覆盖技术应用极大地促进了农业产量和效益的提高，地膜应用技术“装满了米袋子、丰富了菜篮子”，带动了中国农业生产方式的改变和农业生产力的快速发展[1]。2015年全国地膜用量达145.5万t，覆盖面积超过1 800万hm2[2]，地膜覆盖已广泛经应用到全国，尤其是北方干旱、半干旱和南方的高山冷凉地区，且呈现持续增长的态势[3]。随着地膜应用量和使用年限的不断增加，长期重使用、轻回收造成的“白色污染”问题凸显，地膜回收利用问题一直没有得到很好的解决，成为制约地膜可持续应用的“症结”[4]。残留地膜破坏了土壤结构，造成土壤板结和肥力下降，影响作物出苗，阻碍根系生长，导致农作物减产；地膜残留降低播种质量，阻止农作物根系生长，影响水分和养分吸收，导致作物产量下降，效益降低[5-7]。中国对地膜残留污染的解决方式尚缺乏深入研究，残膜回收主要依靠人工和简单机械进行回收，回收劳动强度大，回收率低，无法满足农业生产实际需要[8]。因此，在农田残膜污染呈日趋严峻的态势下，用好地膜、治理污染是农业绿色发展的题中之义，是农业面源污染治理的重要内容，如何加强地膜的回收与再利用，已经成为中国农业实现可持续发展的重要问题。

1 地膜机械化回收技术

地膜回收方法主要有人工和机械回收2种，目前废旧农膜的捡拾基本上是以人工为主，但人工作业回收率低，作业效果差，劳动强度较大。机械回收在农场和土地集约化经营的组织中应用较广泛，节约劳动力，并能将回收的废旧农膜再生利用。地膜回收机具的研究始于20世纪80年代末，已开发研制的机具达百余种[9]，主要类型包括弹齿式、卷膜辊式、伸缩杆齿式、链耙式、铲筛式、夹指链式等[9-12]。按照农艺要求和作业时间可以分为苗期地膜回收机、秋后地膜回收机和播种前地膜回收机。

苗期收膜一般是在作物浇头水前进行，此时地膜使用时间较短，完整性较好，相对容易回收。此类机具采用起膜后再卷膜的工作方法，结构简单，工作可靠，地膜收净率一般在85%以上[13]。代表机型主要有MSM-3型卷膜式棉花苗期残膜回收机和CSM型齿链式悬挂收膜机。由于苗期收膜会导致作物灌水量增加，与中国北方旱作区农业生产不相适应，已很少应用。

秋后收膜则是在作物收获后、耕地前进行，由于地膜在农田中经历了一个作物生长季，地膜存在不同程度的破损，以及地膜与土壤紧密粘连等，加之农作物秸秆尚存于农田中，回收难度较大。但优势是此时回收不会影响农作物，因此，秋后残膜回收机也是研究的一个热点，且开发出大量针对特定作物和种植方式的地膜回收机，形成了比较系统的作业体系。如（1）秸秆粉碎之前立秆搂膜集条作业体系，首先用秸秆还田机在垂直于作物种植行方向构建一条30～50 m宽的卸膜道，然后用立秆搂膜机将地膜搂集到卸膜通道，最后用铲车等将地膜清理出田间。（2）作物秸秆（茬）起拔与搂膜集条分段作业体系，先采用特定的拔秆起膜机刀辊入土将秆（茬）拔起铺放在地表并完成膜土分离，然后用指盘式搂草机进行集条，最后采用人工分拣地膜与秸秆。（3）秸秆粉碎还田与搂膜集条联合作业体系，将秸秆粉碎还田机与搂膜工作部件进行有效集成，秸秆粉碎机将秸秆粉碎后抛洒到机具正后方，紧接着搂膜部件进行搂膜作业。（4）秸秆粉碎还田与残膜捡拾装箱联合作业，采用卧式秸秆粉碎还田机将秸秆粉碎后抛洒到机具后方，然后运用捡拾部件捡膜、脱膜并将残膜输送到集膜箱，在地头进行卸膜。（5）根茬翻埋与残膜捡拾装箱联合作业，先采用旋耕机将作物根茬翻埋入土并将地膜打碎成片状，然后运用链齿式捡拾部件捡膜，并在气力作用下脱膜入箱[14-17]。近几年，中国在垄作作物的田间收膜机研究方面也有了一定进展，如研发了链条导轨式、铲链式、铲筛式、齿链式与铲掘筛分式等多种残膜回收机，并形成了比较合理的技术方案[18-21]。

播种前收膜一般是在土地耕翻和平整后进行，此时残膜主要以碎片状形式分布在耕层，回收难度大，残膜回收率有限。播种前收膜可有效提高出苗率，目前在生产中广泛应用，运用的机具主要是密排弹齿式搂膜机、平地搂膜联合作业机和加装搂膜耙、扎膜辊的整地机，都采用搂或扎的方式回收，作业深度5 cm以内，残膜回收率50%，一般需要人工卸膜，存在作业效率较低、劳动强度大等问题，研究的重点是搂膜和扎膜自动脱膜机构、收膜深度和卸膜方便性等，比较成熟的有弹齿链耙式播前残膜回收机和振动筛式播前残膜回收机等[22-24]。

2 地膜再利用技术

地膜再生加工利用技术是在农业循环经济理念的指导下，采取有效措施加大废旧农膜回收再利用，使其变废为宝、化害为利。废旧地膜作为一种可再生利用资源如不加以有效回收利用，不但造成资源的极大浪费，而且焚烧、填埋等处置方式也对环境造成污染，对农业的可持续发展构成威胁[3]。废旧农膜资源再生产业是以资源回收、综合利用和形成新的资源为主要内容的产业链，从产业组织上看，包括废旧物资回收、加工处理、再利用等主要环节。

目前，回收地膜再利用已经形成了各具特色的利用形式，主要包括：一是将回收的废旧地膜进行粉碎、清洗后，通过晾晒、粉碎、漂洗、甩干、挤出生产再生塑料颗粒，利用再生颗粒进行深加工，因其依旧保持着塑料原料的化学特性和良好的综合材料性能，可满足吹膜、拉丝、拉管、注塑、挤出型材等技术要求，用于加工各种膜、管等制品。这是中国目前最普遍的技术，废旧地膜再生加工站通过引进破碎效率高、清洗及干燥能力强、再生颗粒质量高的塑料薄膜清洗脱水干燥后再造粒的生产设备，有效实现资源循环再利用。二是将回收的废旧地膜直接粉碎，混合一定比例的矿渣加工生产下水井圈、井盖、城市绿化用树篦子等再生产品。三是无需对回收的废旧农膜进行洗净等处理，节省水资源，用干洗、减容等专利技术设备，制造木塑板。木塑板是以锯末、木屑等初级生物质材料为主要原料，利用高分子界面化学原理和塑料填充改性的特点，配混一定比例的塑料基料，经特殊工艺处理后加工成型。木塑板可塑性大，用途广，形态结构多样，耐腐蚀、耐虫蛀、坚硬、耐磨，使用寿命长，不会因为太阳曝晒而开裂变形、维修成本低，应用于室外景观（休闲椅、垃圾箱）、包装材料（包装箱、托盘）等。四是作为路面铺设材料。20世纪80年代初，一些发达国家开始研究利用废弃塑料作为道路的建筑材料，如英国的MacRebur公司用于打造塑料道路的MR6新材料，是用100%可回收废旧塑料材料制成的。MR6是一种更环保的替代品，比标准沥青强度高60%，使用寿命增加10倍。塑料道路使用MR6代替道路中的沥青，较传统道路而言，强度更高，寿命更长，更加耐磨耐破裂，也更便宜。五是用于燃料提取。将回收来的残膜风选、清洗、破碎、打包或造粒，然后通过高温催化裂解等技术处理，从中获取汽油、柴油等可用燃料，该技术仅在石油价格高位的环境下具有一定的经济效益和环境效益[25-29]。

3 地膜回收与再利用的对策建议

由于中国地膜覆盖技术应用的广泛性和重要性，地膜污染治理必然也面临着巨大挑战，机械回收与再利用是关键所在。

在地膜机械化回收技术方面，一要重视构建残膜回收机械化“立体”作业技术体系，发展和丰富残膜回收机具的种类和功能，满足种植模式和收膜时间多样性的要求；二要考虑残膜与茎秆、叶片、杂草混杂及裹土问题，如果能使其分离，干净的地膜可以回收再利用，从而提高经济效益，而且可减轻机具作业的负荷，提高集膜箱的有效容积；三是要注意缠绕问题，应尽量使各工作部件表面光滑，同时应在易发生缠绕处放置刮刀和卸膜机构，以便及时刮断缠绕的残膜，将收起的残膜卸掉，送入集膜箱，这些措施都可以有效防止残膜的缠绕和返带。

在残膜再利用技术方面，一要科学制定生产标准，提高地膜质量，降低回收难度；二要注重水资源的循环再利用，考虑到回收残膜中会夹杂茎秆、土等杂物，清洗步骤必不可少，需要在废旧地膜再生加工站建设之初设计好循环水利用系统；三要积极争取地方增值税和电价补贴，受到近年来国际石油价格大幅下跌影响，废旧地膜再生产品价格大幅下降，经济上可行是关键所在。

[1]严昌荣,刘恩科,舒帆,等.我国地膜覆盖和残留污染特点与防控技术[J].农业资源与环境学报,2014,31(2):95-102.

[2]国家统计局农村社会经济调查司.中国农村统计年鉴[J].北京:中国统计出版社,2016:50.

[3]严昌荣,何文清,刘爽,等.中国地膜覆盖及残留污染防控[M].北京:科学出版社,2015:76-86.

[4]汤秋香,何文清,王亮,等.地膜覆盖应用及残留污染防控概述[J].新疆农机化,2016(5):5-7.

[5]高青海,陆晓民.残留地膜对番茄幼苗形态和生理特性的影响[J]. 热带亚热带植物学报,2011,19(5):425-429.

[6]解红娥,李永山,杨淑巧,等.农田残膜对土壤环境及作物生长发育的影响研究[J].农业环境科学学报,2007,26(增刊1):153-156.

[7]董合干,刘彤,李勇冠,等.新疆棉田地膜残留对棉花产量及土壤理化性质的影响[J].农业工程学报,2013,29(8):91-99.

[8]何文清,严昌荣,赵彩霞,等.我国地膜应用污染现状及其防治途径研究[J].农业资源与环境学报,2009,28(3):533-538.

[9]曹肆林,王序俭,沈从举,等.残膜回收机械化技术的专利分析研究[J].中国农机化,2009(4):48-50.

[10]谢建华,侯书林,付宇,等.残膜回收机弹齿式拾膜机构运动分析与试验[J].农业机械学报,2013,44(增刊1):94-99.

[11]王吉亮,王敏,营雨琨,等.链耙式残膜回收与茎秆粉碎联合作业机设计[J].广东农业科学,2013,40(5):189-190,194.

[12]段文献,王吉奎,李阳,等.夹指链式残膜回收装置的设计及试验[J].农业工程学报,2016,32(19):35-42.