残膜机械化治理及展望

刘建华

(山西省农业机械发展中心，山西 太原 030012)

0 引言

被称为“白色革命”的地膜覆盖技术具有保墒、保温、减少病害、抑制杂草、延长作物生长期、促进作物生长、降低自然灾害给作物带来的不利影响等显著特点，给农业生产带来巨大的经济效益，自20世纪70年代引入我国以来，得到迅速推广，每年用量达数万吨而且呈不断增长趋势。由于残膜回收技术的不成熟，造成了大量的残膜碎片滞留在土壤中，日积月累，在土壤之中形成了阻隔层，导致土壤的物理结构层发生改变，不仅影响了农作物对水分、养分的吸收，而且会造成烂种烂芽，影响种子的发芽和出苗，带来耕地土壤质量逐渐下降、作物减产以及农事操作受阻、次生环境污染等一系列问题。有资料表明：连续三年残膜没有清理的地块，小麦产量下降2%～3%，玉米产量下降10%左右。

残膜污染已成为农业可持续发展的重大隐患，2017年5月农业部提出“力争到2020年，残膜回收率基本达到80%以上”的目标；2018年农业农村部《农业绿色发展技术导则(2018年—2030年)》指出要重点研发农田残膜污染综合治理配套技术。因此，作为综合治理环节中的重要一环，研制推广高效先进适用的残膜回收机械迫在眉睫。

1 发达国家残膜回收技术发展现状

欧美等发达国家研究残膜回收技术较早，始于20世纪初。一方面推广使用高强度、耐老化地膜，国际农用地膜厚度推荐标准为0.012 mm以上，欧美等国家生产的地膜厚度一般要求为0.02 mm，日本为0.015 mm，抗拉强度高，不易破碎，使用期限短，故采用卷绕方式回收，故其研究重点侧重于收膜机构、除膜机构及牵引机械与起收膜机构速度匹配，回收机械结构简单，并且使用后实行强制回收，因此，农田的残膜污染风险得到了有效的控制。另一方面积极开发研制新型地膜，如可降解地膜，残膜经一定时期可自动分解，形成无害物质而混入土壤中，但因其价格偏高、降解不完全等原因，目前还不能推广应用于大田作物，仅在经济价值较高的蔬菜等作物中应用，另外残膜经降解后对土壤有无危害及危害大小目前尚有争论。

2 我国残膜回收目前发展情况

我国地膜厚度在0.005 mm～0.008 mm之间，许多地膜生产企业为降低生产成本，获得更大的经济利益和迎合农民的心理和需求，生产销售的地膜厚度大多为0.005 mm～0.006 mm，甚至更薄，导致地膜强度低，易老化破碎，回收十分困难。由于价格便宜，且作物通过自身生长即可顶破地膜，不需人工捅口，超薄地膜受到农民青睐，得到大量使用。该类地膜经一季使用过后，大多以碎片的形式烂在地里。对于大量的残膜，农民也意识到问题的严重性，所以每年在播种前都会回收残膜，回收方法是人工捡拾、搂耙搂和机器捡拾，由于残留量太多、太碎，因此主要方式是使用残膜回收机。基于地膜易破损成小碎片，抗拉伸强度差，难以通过卷绕方式回收，故国内重点围绕铲膜、起膜、集膜、卸膜、膜杂分离关键环节展开研究。

3 国内残膜回收机的现状及近期研发成果案例

3.1 残膜回收机的分类

按残膜回收时间，国内残膜回收机分为苗期残膜回收机、收获后残膜回收机、播前残膜回收机；按作业形式可分为单一作业与联合作业；按工作方式可分为搂集型残膜回收机、筛土型残膜回收机、捡拾型残膜回收机以及与其他农机具搭配的复合型设备。

3.2 残膜回收机的捡拾部件分析

3.2.1 伸缩杆齿式捡拾滚筒

该部件包括伸缩齿、滚筒和偏心滚筒。滚筒与地膜之间不存在相互运动，可解决超薄地膜回收时易碎问题，也不会发生壅土现象，其工作可靠，残膜收净率高，但由于静电作用，易发生将膜带入滚筒内的现象，杂质难分离，仿形能力差，且该机构的结构复杂，造价偏高。

3.2.2 弹齿式拾膜部件

(1) 凸轮滑道弹齿式。该部件包括弹齿轮、弹齿轴、滑道和弹齿。由地轮带动弹齿同向运动，其结构简单，残膜收净率较高，但仿形效果较差，遇到硬物易发生弹跳或变形，造成漏捡，严重时无法正常工作，且无法捡拾破损较重的残膜，难以实现膜杂分离。为了便于脱膜，机构中需要一个曲线轨迹滑道控制收膜弹齿工作位置，制造困难相对加大。

(2) 密排弹齿式。该部件由弹齿和机架组成，结构简单、造价低、不易产生壅土现象，在平整地形效率较高。入土深度为30 mm～50 mm，每隔一段时间需要人工辅助卸膜，遇硬物易产生变形或跳动，发生漏捡现象，且易撕碎地膜，增加回收难度。

3.2.3 铲式起茬收膜部件

该部件包括起膜铲、输送带和滚筒。起膜铲是将根茬、残膜及其他杂物一并铲起，经输送带送入鼠笼式旋转滚筒，利用离心力甩出土块，回收根茬残膜。其结构简单，工作可靠，收净率高，但土壤性能影响回收效果，沙土地效果较好，湿度大的土地相对较差，且回收时尘土飞扬，操作环境不佳，回收的残膜、根茬及未清理掉的土壤混杂，给残膜的再生利用增加了难度。

3.2.4 轮齿式收膜部件

该部件的拾膜齿均匀分布在收膜轮外表面，收膜轮与地轮同向转动，依靠地面的摩擦力转动收膜。其结构简单，收起的残膜比较干净，利于残膜回收再利用，特别适宜玉米、高粱等有硬根茬地的秋后残膜回收，对于0.008 mm以上破损不严重的残膜收净率比较高，实际操作过程中易发生捡拾不均匀且机具运动过快产生拉扯地膜现象。

3.2.5 齿链式收膜部件

该部件包括齿链弹齿、控制滑道、膜箱及托膜齿。其结构简单、紧凑，加工制造方便，苗期秋后均可收膜，该结构的最大特点是布局灵活，依据不同工作环境可前置、后置及纵向布置，利于综合作业，在适当条件下残膜回收率大于90%。但由于无法抓取碎膜，以及传送过程中易洒落，故对碎膜回收效果不理想。另外，收集的残膜中夹杂杂物，给膜杂分离带来困难。

3.3 国内残膜回收机近期研发成果案例

(1) 新疆农业大学机电工程学院张学军团队研发的链齿式残膜回收机，在速度、振动、弹齿密度上进行了优化，采用“铲刀+链耙+弹齿”的主动残膜回收方式，使用多级链耙的方式对地表150 mm以下耕层土壤进行残膜碎片回收，采用气力对膜土进行高效分离，有效地提高了残膜及残膜碎片的拾净率。残膜回收后，由气力将残膜碎片送入打包网袋，再将网袋中装满的残膜碎片从膜箱后部取出，进行打包处理，有效防止了残膜的二次污染。采用链耙振动和风力双重膜土分离方式，网袋集膜，大大提高了残膜拾净率。耕层内残膜及残膜碎片的拾净率可达到81%以上，最小捡拾碎片可降低到25 mm×25 mm。

(2) 弹齿耙式残膜回收机由巴彦淖尔市农牧业科学研究院和山东福生金地农业装备公司联合研制而成，巴彦淖尔市农牧业科学研究院拥有《向日葵、玉米等大根茬类残膜回收机》的自主知识产权。该机主要由破茬、起膜、拾膜、集膜、卸膜装置等组成。机具由拖拉机后动力输出轴驱动，通过限深轮调节弹齿入土深度，一次作业可以完成根茬破碎、残膜捡拾、输送、存储和自动卸膜等工序，不仅适用于向日葵、玉米等大根茬类作物田地膜的回收，更适用于葫芦、番茄、棉花、辣椒等小根茬类作物，通过现场作业测试，回收率可达85%以上。

4 残膜治理建议

(1) 完善制度，强化监管。加快制定相关法律法规，强化市场监管，严格推广生产使用符合国家标准的农用地膜，因势利导，设立残膜污染综合治理补贴专项资金，加大对合理使用地膜和有效回收残膜的政策支持力度，调整补贴方向和范围，建立全程监管体系，明确各主体责任，加大残膜回收整治力度，减少农业污染。

(2) 推广使用可降解地膜。与传统地膜相比，降解地膜在作物生长期可充分发挥地膜覆盖效应，在作物收获期地膜在各种因素作用下经过一定的时间自动降解为对环境无污染的小分子物质，从而可以防止残膜对农田环境的污染。长远来看，为杜绝农田白色污染，从根本上解决废弃农膜回收问题，全生物降解地膜更加适应现代农业发展的需求，终将逐步取代传统地膜，掀起一场盛大的“绿色革命”。

(3) 加大残膜回收机研发力度。由于技术及成本等原因，传统地膜仍然会大量使用，人工回收费时费力，机械化回收是大势所趋，应重点提升回收机械的残膜回收率，解决残膜的缠绕和反带问题，提高膜杂分离率，采用智能技术提升回收机具识别仿形能力，而研发耕地与收膜一体化联合作业机可节约成本，提高机具利用率，减少作业次数。