覆膜花生秧膜回收利用技术模式研究

2024-04-11张相松房晓燕王献杰张凯彭强吉

山东农机化 2024年1期

张相松房晓燕王献杰张凯彭强吉

农用地膜覆盖具有良好的增温、保墒、控草等性能［1］，已成为我国农业生产上不可或缺的农艺措施，为作物增产增收和保障中国粮食安全作出了巨大贡献［2］。随着地膜使用年限和使用量的增加，污染问题日趋严重。特别是覆膜花生产区，因花生特殊的生长发育和产地环境特点，对地膜依赖性大，部分区域农田土壤地膜残留量超过了75kg·hm-2的阈值，覆膜花生产区已成为地膜污染防治的重点和难点。

《中华人民共和国土壤污染防治法》《农用薄膜管理办法》《山东省土壤污染防治条例》均规定：农业投入品生产者、销售者和使用者应当及时回收农用薄膜；鼓励研发、推广农用薄膜回收技术与机械，开展废旧农用薄膜再利用。2023年将“建立健全秸秆、农膜、农药包装废弃物、畜禽粪污等农业废弃物收集利用处理体系”写入中央一号文件。《聚乙烯吹塑农用地面覆盖薄膜》（GB 13735-2017）将地膜厚度下限由0.008mm提高到0.01mm，提高了對地膜机械强度的要求，有利于地膜机播作业和回收［3］。改进地膜质量、提高其可回收性是地膜污染防控的一种重要措施［4］。

本文分析了覆膜花生产区地膜残留和回收现状，研究标准地膜应用、花生机械收获、摘果及花生秧膜分离等环节关键技术，构建覆膜花生秧膜回收利用技术模式，有效解决覆膜花生秧膜分离回收和资源化利用难题。

一、覆膜花生产区秧膜残留和回收利用现状

近年来，花生种植中采用地膜覆盖技术越来越普遍，尤其华北地区的山东省和河北省以及东北地区，地膜覆盖使花生单产增加20%～30%。据估算，花生覆膜种植面积占全国花生总播种面积的27%左右，面积大概在1866万亩［5］，单山东省覆膜花生面积达800万亩。覆膜花生产地大多位于北方丘陵坡地和干旱区域，气候和土壤干旱、无霜期短、春季气温回升慢［6］，需采取覆膜措施，提早播期、增加生育期积温。

2011～2014年，河南省农科院联合国内其他花生科研单位，采用问卷与实地调查相结合的方法，分别对我国东北、华北、黄淮海三个地区典型花生覆膜田块的地膜使用、回收与残膜污染现状进行了调研与分析。调查结果表明，北方花生田地膜残留量为20.08～99.45kg·hm-2，平均约为53.3kg·hm-2［7］。其中，华北地区农田土壤耕层（0～20cm）的地膜残留强度平均为26.8kg·hm-2，其分布范围在0.2～82.2kg·hm-2之间，花生的地膜残留强度最高为32.0kg·hm-2，地膜残留系数为9.7%［8］；山东省10个调查地块的土壤耕层地膜残留量范围介于5.33～46.99 kg·hm-2，平均23.91 kg·hm-2，花生的地膜残留系数分别为8.56%［9］；河南省花生、棉花覆膜种植区土壤耕地地膜残留量为6.8～37.3kg·hm-2，平均值为20.4kg·hm-2，其中花生地块地膜平均残留量为24.9kg·hm-2，地膜残留系数为0.71%［10］。

受地膜价格等因素影响，花生所用地膜厚度多为0.004～0.006mm；农户多采用人工捡拾的方式回收花生田残膜，回收率一般在60%～70%，由于缺少地膜再利用企业，85%以上农户采用堆置田间地头、沟渠，或焚烧或填埋的处置方式；覆膜5年、10年和15年的残留量分别达到15.0、26.9、40.0kg·hm-2。吉林省扶余县监测覆膜3、5、7和10年花生地地膜残留量分别为1.84、5.83、8.72kg·hm-2和15.95kg·hm-2［11］。

依靠人工捡拾回收，费工费时，农户主动回收地膜的积极性不高。即使经过捡拾，又因废旧地膜含杂率超过70%以上，基本无再生利用价值，导致农户、回收站点和再利用企业均无利润，地膜回收利用产业市场化运行难度大［12］。回收站点建设需要土地指标，建设、管理、贮运以及废旧地膜处理所需费用完全靠财政投入，难以持续运作。

二、覆膜花生秧膜回收利用技术模式构建

针对覆膜花生产区残膜和花生秧回收利用难题，通过农机农艺融合，对覆膜花生秧膜回收利用关键技术和装备进行集成，构建适应覆膜花生产区“花生覆膜栽培—机械收获—机械摘果—秧膜机械分离—残膜分类利用”全程机械化技术模式，有效解决覆膜花生秧膜分离回收和资源化利用难题。其主要技术要点如下：

（一）基本要求

适宜机械作业的地块应交通方便、地势平坦或缓坡地（坡度≤10°）、集中连片、排灌良好；土质为砂土、砂壤土或轻壤土。播种前应精细整地，做到耕层细碎平整、上松下实，无石块等杂物。机具应满足当地生产条件要求，功能齐全、性能可靠，并获得农业机械推广许可证；所选拖拉机功率、轮距、作业宽幅应与地块、种植模式等农艺措施相匹配。

（二）机械播种覆膜

采用先播种后覆膜或先覆膜后膜上打孔播种的方式，花生播种机作业质量应符合《花生播种机作业质量》（NY/T 3660-2020）的要求［13］；选择宽度90cm、厚度0.01mm、透明度高、耐老化的聚乙烯地膜，所用地膜质量应符合《聚乙烯吹塑农用地面覆盖薄膜》（GB 13735-2017）的要求［14］。

（三）收获离田

采用分段式收获方式，选用花生挖掘式条铺机进行花生挖掘、抖土、铺放等作业，花生整株在田间晾晒3～5 d后，收集离田。花生收获机作业质量应符合《花生收获机作业质量》（NY/T 502-2016）的要求［15］。

（四）果秧分离

采用摘果机进行果秧分离。摘果机作业质量要求：花生损失率＜1%、花生含杂率＜2%、花生破碎率＜3%、工作效率≥0.267 hm2/h（干果时）或≥0.133 hm2/h（湿果时）。荚果含水量晾晒至≤10%时，存放仓储设施。

（五）秧膜分离

花生秧自然晾晒至含水率＜13%，采用除膜揉切机加工花生秧，分离残膜。除膜揉切机作业质量要求：花生秧切段长度1～3 cm占比90%以上、除膜率＞95%、花生秧损失率＜10%，工作效率≥1 t/h。

（六）残膜分类利用

废旧地膜回收再利用方式主要有三类：一是清洗后生产塑料再生颗粒，再加工成滴灌带、育秧盘等；二是粗选后加工成特制塑料制品，例如木塑、井盖等；三是焚烧发电作能源化利用。

一般情况下，含杂率≤50%的废旧地膜，有再生利用价值，剔除杂质后交售回收企业处理，清洗后造粒；含杂率＞50%的废旧地膜，基本无再生利用价值，可用于生产生物质颗粒燃料或焚烧发电。因花生秧除膜揉切分离的残膜中含杂率＞70%，再生利用价值低，可用于生产生物质颗粒燃料或焚烧发电。

三、关键技术指标测评

（一）标准地膜覆盖春花生应用效果

应用0.01mm厚度标准地膜覆盖花生可使膜下10cm土壤最高温度和最低温度均可提高约3℃，有效增加花生生育期内积温和水分利用率。标准地膜对花生下针有一定影响，可采取加大破膜孔径和提高膜上种行覆土质量等措施，促进花生下针和产量形成，产量比普通地膜（0.004mm）略有增产。分析原因：一是花生基部侧枝上的早、中期花其果针大多可通过破膜孔入土，成果率高；中上部侧枝上的花其果针较长，因不易入土而逐渐枯萎，即使勉强入土也难以形成饱果；二是厚地膜阻碍了无效果针下扎，减少了秕果数量和养分消耗；三是覆膜既可起到增加营养生长的效果，还可促进生殖生长，覆膜越厚越有利于干物质向生殖器官积累。

（二）地膜回收率

人工收获方式下，不同厚度PE地膜花生秧夹带离田和农田遗留地膜比例约为3∶7；采用挖掘式条铺机收获方式下，随着地膜厚度的增加，地膜被花生秧夹带离田比例由68.80%提高到97.60%。其中，0.01mm及以上厚度地膜被花生秧夹带离田比例达到90%以上，有效减少了农田地膜残留量（表1）。标准地膜破裂程度轻、耐拉伸，可显著降低在土壤中的残留量。

除膜揉切机利用分离系统纵置协同技术、两级离心风机与振动筛气动耦合技术和重力差异旋风分离技术等关键技术，实现花生秧切碎，分离残膜和土等杂质。测评结果表明，参试除膜揉切设备残膜除净率达到95.4%，实现了花生秧膜有效分离回收。

（三）经济效益分析

该模式每公顷可节本增效约10500元。一是推广应用花生播种覆膜一体机、挖掘式条铺收获机、摘果机和除膜揉切机等机具，提高了花生生产机械化率，农机手可获机械作业费约3000元·hm-2，农户每公顷可节省人工成本约7500元（表2）；二是农户用花生秧冲抵摘果加工费，摘果加工点销售花生秧每公顷可收入约2000元；三是秧膜分离加工商加工花生秧作饲料每公顷可收入约1000元；四是摘果和秧膜分离加工站点可利用农闲地块作临时场地，不改变土地性质，不影响作物播种。该模式以农户节省人工成本投入、农机手赚取机械作业费和花生秧加工饲料等为利润点，契合市场需求，解决生产问题，经济效益显著。

通过调研，建设一处机械摘果和秧膜分离加工站点建设内容明细见表3。因花生收获期相对集中（约15d），每个花生摘果加工站点可配置2台摘果机，可对约30hm2花生进行摘果作业，销售花生秧收益约6万元；花生秧加工一般采用流动作业方式，作业周期长，每年可加工约1000t花生秧，辐射300hm2花生地，加工费收益约30万元；另外，还可以加工小麦秸秆等。综上，建设站点费用22万～26万元，当年收益约36万元。

四、结论与建议

花生覆盖0.01mm厚度标准地膜，需人工辅助破膜清棵，避免高温灼苗；标准地膜对花生下针有一定影响，建议采取加大破膜孔径和提高膜上种行覆土质量等措施，促进花生下针和产量形成。

覆膜花生秧膜回收利用技术模式的研究应用，一是解决了覆膜花生产区地膜污染问题。一方面，应用标准地膜有效增加花生生育期内积温和水分利用率，从源头上提高了废旧地膜的可回收性；另一方面，通过挖掘式条铺机收获花生，90%以上地膜可被花生秧夹带离田，再利用除膜揉切机实现秧膜有效分离，避免了残膜回收机二次下地作业；第三，分离回收的废旧地膜可通过生产生物质颗粒燃料或者焚烧发电实现资源化利用。二是促进了花生秧的资源化利用。通过秧膜分离，残膜除净率达95%以上，提高了花生秧饲用质量，在保护畜禽动物健康的同时，大大降低了微塑料进入食物链和随动物粪便再次还田的风险。三是提高了花生生产机械化率，每公顷可节本增效约10500元，有利于农机化社会服务组织的发展壮大。

下一步，一是加大标准地膜、挖掘式条铺机、除膜揉切机等农资机具补贴力度，鼓励除膜揉切加工站点建设。二是强化执法监管。一方面加强对地膜市场的监管和执法检查力度，禁止生产、销售、采购不合格地膜；另一方面加强地膜使用和回收环节执法，提高地膜使用者回收地膜的责任感和自觉性；第三，完善对机械收获、摘果和除膜揉切等作业环节的环保执法，及时收集残膜，避免二次污染。三是加强膜上打孔播种机的研发和应用。该机型可解决人工破膜放苗问题，但存在排种稳定性差、容易撕膜窜膜、对土壤的耕整及墒情要求高等缺点。需加大覆膜打孔技术的研究，加强鸭嘴式排种器的改进创新。

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