残膜回收机在新疆地区的应用现状研究

邢剑飞 王旭峰,2 王 龙,2*

（1塔里木大学机械电气化工程学院，新疆 阿拉尔 843300）

（2新疆维吾尔自治区普通高等学校现代农业工程重点实验室，新疆阿拉尔843300）

农用地膜主要是指耕地表面覆盖的农膜，目前应用最广泛的是石油化工产物中的聚氯乙烯产品，为透明和黑色的PE薄膜。地膜覆盖栽培不仅可以提高地温、保水、调光，还能起到防虫、防旱的作用［1］。70年代初为了粮食蔬菜的生产，就在蔬菜和棉花栽培中进行小面积试验，地膜覆盖栽培效果很好，但是由于经济发展的原因，没有进行大面积推广［2］。1978年通过对外科技交流，中国农牧渔业部从日本引进地膜覆盖栽培技术，与中国传统农业种植过程相结合，经过了多年的生产改进与实践应用，形成了具有区域特色的地膜应用技术体系，在全国范围内进行应用［3］。

棉花是中国主要的覆膜种植作物之一。2018年我国棉花种植面积为3 195千公顷（国家统计局），新疆棉花种植面积就达到2 217.47千公顷，占全国棉花播种面积的69.4%。随着地膜覆盖栽培技术的使用和发展，使用的地膜回收的不及时和不彻底，造成农田地膜残留增加，对环境及农作物造成的土地污染问题也越来越严重。地膜作为高分子化合物，分解时间要300年以上才能完全分解。残留地膜对植物根系生长有阻碍作用，且地膜含量较多的土壤中会形成滞水层，使土壤蓄水能力降低，土壤含水率下降，造成农作物减产。Richard等人的相关研究表明，播种时若种子覆在膜上，种子腐烂率达到8.2%，烂芽率达5.6%［4,5］。欧美等发达国家在20世纪中期就意识到这个问题，并开始进行残膜回收机具的研究制造，使用残膜回收机具进行地膜回收工作，从而避免了农田遭受残膜污染。

为了减少棉田残膜污染，保证农业的绿色协调可持续发展，针对农田残膜污染问题，国内外学者及各科研单位也开展了残膜回收机具相关方面的应用研究，通过阐述相关方面研究，了解新疆残膜回收机现阶段存在问题并进行分析。

1 国外发展研究现状

在上世纪50年代，覆膜栽培技术就开始在欧、美、日等国开始使用，经济效益十分显著。随着国外政府对环境污染问题的重视，60年代就开始研发残膜回收机具，效果也较为满意。Sawyer、Roerson是美国残膜回收机研发的代表人物，1993年他们利用卷膜辊的速度来匹配回收机作业速度将地膜回收。1995-1997年Brooks研发了机械振动式残膜回收机将地膜与土壤分开。1998年R.L.parish主要研究操控液压电动机来控制卷膜辊的转速与回收机速度相匹配，达到回收地膜目的［6］。英国、俄罗斯利用的是悬挂式残膜回收机，松土铲安装在机械前侧用来将土和膜铲松，随后膜缠绕在羊皮网或者金属网后人工卸下，卸下的膜含杂少，可以再次利用。日本土地资源较少，地块面积不大，使用高强度地膜，回收机械较为简单。法国使用卷筒式收残膜回收机，通过人力把膜缠绕在滚筒上，然后滚筒旋转进行收膜。以色列等中东国家，土壤为沙土性质，A.V.I公司根据当地条件、研发制作了收卷式残膜机，使用液压电机作为动力带动收卷膜工作构件，收卷膜构件和回收机速度相匹配进行运转，作业效果好，机器稳定性和回收率高［7］。

近两年国外政府加大环保力度，投资开发研究出了可降解地膜，分解后对农田土壤没有污染，从而减少了农田残膜污染的问题，但是可降解膜的制造成本高，因此售价比普通地膜贵。

由于上述这些国家使用的地膜的厚度大多为0.012-0.015 mm之间，具有较好的抗拉性能和力学性能，并且使用周期长，因此欧美、日等地区的收膜方式也比较简单，回收机具是主要是由起膜铲、卷膜辊构成的卷膜辊式残膜回收机，回收机作业时是由起膜铲插入土中将膜和土翻起后再利用卷膜辊进行卷膜收膜工作，他们的核心研究工作为拖拉机前进时速和卷膜辊的线速度进行匹配［8-10］。此外由于国外政府大力提倡降解膜，因此也大大减轻了残膜回收的负担。

2 国内发展研究现状

20世纪80年代，在地膜覆膜技术推广使用后，我国开始研究残膜回收机械，运用于棉花、玉米等作物。新疆、甘肃、内蒙是应用地膜覆盖栽培技术的主要省区。新疆残膜回收机特点为幅宽大，以大型机械为主，主要应用在棉田地膜回收。而甘肃省及内蒙古自治区回收机具作业幅宽小，以小型机械为主，主要用于玉米、花生、马铃薯等农作物的地膜回收。由于有段时期使用地膜厚度在0.006-0.008 mm之间，其力学性能较差，经过长时间腐蚀，破损较为严重，回收难度大，国外卷膜辊式回收机械不适用国内地膜回收。根据农艺工序和作业时期，我国残膜回收作业机械可分为3大类：苗期残膜回收机、秋后残膜回收机、耕后播前残膜回机［11］。

苗期残膜回收机主要运用机构类型为卷膜轮式。如MS-2型玉米收膜中耕联合作业机为卷膜轮式，代表机型由东北农业大学研发制造，将切膜、起土、收膜结合，此机械配合18 KW以上的拖拉机进行使用，由于在靠近苗行内侧安装了护板，减少了对玉米的伤苗率，伤苗率仅为2.1%，拾膜可靠回收率达到85%。秋后残膜回收机按残膜捡拾机构类型可分为弹齿式、伸缩杆式和链齿式残膜回收机。其中，弹齿式残膜回收机就是弹齿排布在输送带上，通过弹齿齿尖的挑膜作用将表层膜挑起，然后传送到后方的集膜箱，回收效率在90%以上，回收效果佳。耕后播前残膜回机主要运用的机构类型是气吸式和链齿式残膜回收，如新疆农业大学研发的4MQ-1.5型气吸式残膜回收机，利用负压使膜进入集膜箱［12］。

国内残膜回收机的捡拾机构主要有链齿式、弹齿式、伸缩杆式、卷膜轮式等几种类型。链齿式收膜效率高，适合捡拾破碎成度低的膜；弹齿式收集简单，但是弹齿部件易磨损，易变形，不牢靠；伸缩杆式工作效率高、但是结构复杂、容易使膜破碎，而且制造成本高，且田间作业环境恶劣；钉齿式设计简单紧凑，但是回收膜中杂质较多、回收效率低。

新疆是国内最大的覆膜技术应用省份，不仅覆膜面积全国第一，年使用地膜量也是全国第一。2018年新疆覆膜面积达到3 542.03千公顷，棉花覆膜占62.6%。新疆为典型的温带大陆性气候，冬冷夏热、昼夜温差大，日照丰富，南北疆土壤性质不同，因此，对于新疆来说，研发出适合新疆使用的残膜回收机的难度较大，现针对新疆苗期、秋后、耕后播前残膜回收机具进行分析。

2.1 新疆苗期残膜回收机械

苗期是指作物出苗至现蕾期间，这个阶段是土壤含水量较为丰富的时期，而且地膜使用时间不长，附着力和黏土力不高，且农作物对地膜的破坏量少，所以揭膜容易，需要注意的就是揭膜后要注意作物补水除草工作。新疆地区苗期残膜回收机的主要机型及特点如表1所示。

表1 新疆苗期残膜回收机械

上述的两种机具结构简单，稳定性可靠，使用调节便利，回收率高且幼苗伤害率低。但是由于新疆农作物苗期干旱少雨，利用滴灌带进行滴管，为了保证农田土壤含水率，保证作物生长，苗期揭膜不适宜，因此苗期残膜回收机具应用较少［13］。

2.2 新疆秋后残膜回收机械

秋后残膜回收机械是指作物成熟并进行收获以后进行残膜回收作业的农业机械。这个阶段地膜使用时间长，其附着力和黏土力较高，所以秋后地膜回收比苗期地膜回收困难。随着地膜的长年使用，且每年回收不积极，经过农用机械和人工捡拾后碎片化严重，导致农田耕层膜污染严重。秋后地膜经风吹日晒其力学性能减化严重，因此残膜回收难度较高，此阶段回收地膜需要保证的就是地膜的完整性。新疆地区秋后残膜回收机主要机型及特点如表2所示。

表2 新疆秋后残膜回收机械

由表2可以看出，新疆秋后残膜回收机械种类较多，其结构类型有伸缩杆式、弹齿、链齿式、气力式。新疆秋后残膜回收机主要集秸秆粉碎和残膜回收两种功能为一体，在回收残膜之前可以将秸秆打碎还田。相比较先进行秸秆粉碎还田后进行残膜回收大大提高了效率，降低了成本。该类型残膜回收机回收的主要是表层膜，效率和效果都符合标准，但作业时间不长，可靠性不是很高。典型的新疆秋后残膜回收机械如图1所示。

图1 典型的新疆秋后残膜回收机械

2.3 新疆耕后播前残膜回收机械

耕后播前指作物收获以后对土地进行耕作修整至下次播种前的阶段，这个时间段主要是将农田耕层破碎地膜和表层残留地膜进行再次回收作业，并且进行整地，机具相比联合作业机结构简单，新疆耕后播前残膜回收机型如表3所示。

表3 新疆耕后播前残膜回收机械

由表3中列举的新疆耕后播前残膜回收机特点：耕后播前主要回收的是耕地后的表层残膜和耕层残膜，此时机械主要作用就是将农田剩余残膜再次清理，以减少残膜对土壤的污染及影响，使残膜量达到最低，但播前回收效率不是很理想。典型的耕后播前残膜回收机械如图2所示。

图2 旋耕齿钉式耕层残膜回收机

3 新疆残膜回收机存在问题

（1）新疆苗期、秋后、耕后播前残膜回收机的研究单位多，研究机具种类各式各样，起膜结构多种多样。目前根据农艺要求来看，能够稳定运行、高效率使用及推广的机型的研发技术尚未成熟。

（2）残膜回收机幅宽没有规定标准，幅宽在1.5-2.2 m残膜回收机械种类多，残膜回收机不能很好的解决边膜回收问题，导致边膜残留成为主要残留［22］。

（3）表层残膜回收机具研制较为普遍、且种类较多，回收率不高。耕层残膜回收机研制难度大、种类较少，目前对耕层残膜回收机研究仍需要深入推进。

（4）由于新疆各地区土壤性质的差异，导致膜对土壤的粘附效果不同，不同类型残膜回收机对不同土壤性质所覆盖地膜回收效果不同，因此对不同的土壤性质应该如何选择残膜回收机的种类，使收膜效果达到最佳，无相关的研究结论［23-26］。

4 新疆残膜回收机发展趋势

4.1 技术方面

（1）研究出多种功能为一体的残膜回收机，具备耙地、收表层膜、耕层膜和整地为一体的机具，添加液压自动控制系统，根据农田实际情况调节残膜回收机入土深度，可以满足秋后和耕后播前的收膜需求，并且适用多种覆膜作物。

（2）简化收膜结构，降低制造成本，提高机具稳定性，使残膜回收机具有经济性和可靠性，让使用者操作方便，使用便捷，更容易接受。

（3）运用智能控制系统，根据农田土壤性质和农田大环境，自动确定转速、行驶速度，使工作效率达到最佳。

（4）加大农用地膜的研究力度，继续开展降解膜的研究，验证降解后没有二次污染。研发应用韧性、强度及耐候性较高的膜，方便机械回收和资源化利用。

4.2 政策方面

（1）政府需要加大推广残膜回收机和残膜污染治理的力度，让农民认识到、接触到、了解到残膜回收机的使用对农田环境的益处。

（2）通过农田治理专项现场会或培训教育班，扩大宣传力度，让老百姓意识到残膜污染问题的严重性，普及残膜污染知识和残膜回收知识。

（3）推广实行降解膜和大于0.01 mm的地膜，统一地膜买卖，规范产品质量，成立残膜回收和资源化利用工厂，给予残膜回收处理和资源化利用补贴提高农民回收残膜的积极性。

（4）建立健全残膜污染环保法律体系，对地膜“白色污染”进行规定和控制，严格要求农田地膜残留量，并治定超标整治措施，严格法制管理。

总之，在地膜普遍的应用且为农民增收的前提下，新疆残膜污染农田土壤、降低农作物产量这方面问题也必须重视起来，解决残膜回收问题刻不容缓，减少残膜污染就是减少白色污染。一方面研发制造残膜回收机是解决新疆残膜污染问题的有效途径之一，以此减少残膜对农作物和环境的污染；另一方面还要大力研发低成本可降解的地膜，符合降解后对土壤和植物没有影响的条件。因此新疆要解决农田残膜污染问题，就要从残膜本身属性和残膜回收机械入手，发展制造符合新疆实际环境状况的残膜回收机，必须科学合理的设计回收机构，增加智能控制系统，从而提高适用性和稳定性。还要积极主动配合国家相关政策，促进新疆地区残膜机械化水平的不断进步，提升我国残膜回收机发展质量。