国内外地膜应用及残膜回收机具的研究现状

PAGE新疆农业大学机械交通学院农业机械化工程专题课程（设计）论文题目：国内外地膜应用及残膜回收机具的研究现状姓名与学号：指导教师：年级与专业：所在学院：机械交通学院课程评分：

国内外地膜应用及残膜回收机具的研究现状摘要：地膜广泛的应用于农业种植的各个领域，随着种植年限的不断增加，残膜污染问题严峻。本文介绍了国内、外地膜的应用情况以及可降解地膜的研究现状，论述了国内、外残膜回收机具的研究现状，分析了典型残膜回收机具的工作原理及存在的问题，为解决残膜污染问题提出了相关的建议及对策。关键词：残膜污染；可降解地膜；残膜回收机具；对策中图分类号：S-1文献标识码：AResearchstatusofApplyingPlasticandPolytheneFilmCollectoratdomesticandoverseasWANGKun，XIEJian-hua*，CAOXiao-yan，YANGYe-long，SUNChao-wei（XinjiangAgriculturalUniversity,

Urumqi,Xinjiang830052,China）Abstract:Mulchfilmiswidelyusedinvariousfieldsoffarming,withtheincreasingofplantingyears,mulchfilmpollutioncausedmoreandmoreserious.Thepaperintroducedtheapplicationofplasticfilmandtheresearchstatusofdegradableplasticfilmathomeandabroad,discussedtheresearchstatusofpolythenefilmcollectorsatdomesticandoverseas,analyzedtheprincipleofthetypicalfilmcollectorsandpointedouttheirproblems,putforwardtherelativesuggestionsandcountermeasuresofsolvingmulchfilmpollution.Keywords:mulchfilmpollution;degradableplasticfilm;polythenefilmcollector;countermeasure引言地膜覆盖技术是现代农业技术发展的里程碑，促使农业生产方式得到改善以及农业生产力得到提高[1]。地膜覆盖能够保持土壤温度，防止天气变化引起种子出芽率低、烂芽的情况；促进种子细胞中酶的活性；抑制微生物对种子含水量和贮存寿命的影响[2]。地膜覆盖技术广泛应用于粮食作物、经济作物的栽培。“白色革命”的兴起，致使“白色污染”问题也随之出现。农用地膜回收通常采用人工捡拾和机械回收两种方式[3]。人工捡拾残膜费时费力，且近些年劳作工人的数量得不到保障，人工捡拾成本过高。采用机械回收残膜的方式，残膜拾净率较低。我国残膜回收机具的研制起步较晚且机械化残膜回收技术还未成熟，一些关键性技术还未突破。目前，解决残膜污染问题的措施：一方面研发新型、高效的残膜回收装备；另一方面从源头解决问题，研制可降解、无污染的新型地膜。1国内外地膜应用现状地膜材料大多数由有机化合物聚合而成。早在50年代初，日本、美国、欧洲等发达国家就已经应用地膜来提高农作物产量。我国在70年代引进地膜覆盖技术[4]，经过几年的研究、试验，因化学性稳定，在自然条件下对作物无害，能大幅度提高农作物产量，因此，在全国范围内推广使用。地膜按照材料特性可分为不可降解地膜和可降解地膜。1.1不可降解地膜不可降解地膜是在主要原料为聚乙烯、聚氯乙烯中加入各种添加剂混合制成，在短时间内不可降解的地膜。以聚乙烯为主要材料的普通地膜，在土壤中可存在200~400年[5]。目前，我国农田覆盖的地膜大多采用不可降解地膜。随着覆膜年限的增加，存留在田间的地膜已经成为影响农业可持续发展的重大难题。1.2可降解地膜可降解地膜是在短时间内，利用微生物的生理活动、物质间的化学反应、以及紫外光的照射，相互协同、增效，实现无污染降解的一类地膜。如我国用淀粉与聚乙烯醇（PVA）混和制成的可降解地膜，具有与不可降解地膜相同的优点[6]。美国爱荷华州立大学研制的生物可降解地膜聚乳酸（PLA），具有生物相容性和无毒性的特点，可完全分解成CO2和H2O[7]。目前，各国对可降解地膜引起了足够的重视，但由于生产成本较高，并未得到大面积应用。可降解地膜可分成光可降解地膜、生物可降解地膜和液态可降解地膜。1.2.1光可降解地膜光可降解地膜是把光敏性物质或光敏性基因，穿插在稳定的高分子聚合物链条中，通过太阳紫外光的照射，使光敏性物质脱离有序的高分子链，进而迫使链条断裂，达到降解的目的。最终光降解地膜被降解为粉末状物质，由土壤中微生物吸收利用[8]。如广东甘蔗糖业研究所研制的光可降解地膜，通过调整光敏剂和有关助剂的用量控制地膜的降解速度[9]。然而，被土壤覆盖住的地膜未经阳光的直接照射无法降解。因此，使用光降解地膜需考虑应用地区的气候条件以及光照强度等特殊情况。1.2.2生物可降解地膜生物可降解地膜是在一定自然环境下，通过细菌、真菌等微生物侵入地膜中，经过生理活动使其降解的塑料地膜。按照生物可降解地膜的材料来源分为天然型和合成型[10]。天然型生物可降解地膜是以纤维素、甲壳质或淀粉等为材料，通过微生物活动时分泌的酶使有机物化学键断裂，进而达到降解。如多伦多大学利用大麻纤维研制的天然高分子型降解地膜[11]。合成型生物可降解地膜又可分为化学合成型和微生物合成型两种。化学合成型是在分子结构中引入能被微生物分解的含酯基结构的高分子有机物。如新疆兵团全面推广、使用的材料为PBSA可降解地膜。微生物合成型通过对微生物的培养，使其体内发酵，获得微生物多糖和聚酯的可降解物质[6]。如美国加利福尼亚大学利用活性污泥与聚-β-羟基烷酸（PHAs）混合制成的生物可降解地膜[12]。由于生物降解地膜的力学性能以及耐热性还需改进，成本高，在农用地膜上应用较少。1.2.3液态可降解地膜液态可降解地膜是把液态的有机高分子物质均匀的喷洒在地表，使有机高分子物质浸入土层的凹陷，经过水分的蒸发，形成具有拉伸强度的薄膜，经过2~3个月后降解[13]。近年，我国高校以腐殖酸为主要材料研制的可降解液态地膜备受关注。这种液态物质是以秸秆或淀粉、海藻、造纸、酿酒等废液为原料，通过泥炭、风化煤或褐煤进行改性，再与各种微量元素、添加剂、农药、除草剂和硅肥混合制成[13]。液态地膜归为土壤调理剂类，由有机高分子链构成，具有较强的脱水性、黏附性。国内液态可降解地膜种类较少，加工设备成本高，并没有大面积推广使用。2国内外残膜回收机具发展现状2.1国外残膜回收机具国外一般使用抗拉强度较高的厚地膜，厚度在0.015mm以上，因此，国外的残膜回收机具结构比较简单，通常使用收卷式残膜回收机具进行回收[14]，由起膜铲和卷磨辊组成。由于地膜覆盖周期相对较短，地膜的完整性不被破坏，可连续使用几年。2.2国内残膜回收机具我国在1982年着手研制残膜回收机具[15]，至今已研发残膜回收机具超过百种[16]。因为我国使用的农田覆盖地膜厚度在0.006~0.008mm之间[14]，因此，国外的残膜回收机具不适用于我国残膜的回收。按照整地作业时间，我国的残膜回收机具可分为三类：一是播前残膜回收机具；二是苗期残膜回收机具；三是秋后残膜回收机具。1.行走轮2.传动机构3.风机4.工作部件5.机架6.输送风道7.压实轮图1播前残膜回收机具Fig.1Beforesowingpolythenefilmcollector2.2.1播前残膜回收机具播前残膜回收机具是在开春耕完地之后、未播种子之前，对农田地膜进行机械回收。由于地膜在地表铺设已接近一年，经过风吹日晒、雨雪侵蚀，破损严重，此时收膜困难，残膜回收率低。图1为新疆农业大学研发的气吹式播前残膜回收机具。机具工作时，由传动装置带动卷膜齿高速运转，把地表残膜、土砾一起卷离地面，通过风机产生的气流，流经风道,在膜土分离装置中，把残膜吹入收膜箱，土砾则经风道后壁返回地表[17]。由于土砾是靠自身重力返回地表，势必会带出一部分残膜，致使残膜回收率降低。且机具作业时尘土飞扬、条件恶劣，未得到推广使用。1.四连杆机构2.抓膜齿链3.大导轮4.地轮5.机架6.起膜导轨7.集膜车架8.集膜车轮9.传动机构10.链条帆布传送带11.废膜捆12.脱膜皮辊13.小导轮14.链传动图2CSM-130B型苗期残膜回收机具Fig.2CSM-130Bseedlingpolythenefilmcollector2.2.2苗期残膜回收机具苗期残膜回收机具是在浇头水前揭膜，此时揭膜方便。由于我国推广采用膜下滴灌农作物的方式，此时不易揭膜，致使该种机型不符合我国国情，研究较少。图2为新疆兵团研制的CSM-130B型苗期残膜回收机具[18]。残膜机工作时，由抓膜齿链将地表残膜抓起，通过起膜导轨运送于脱膜皮辊处，经过皮辊上的胶片强行拍落残膜，残膜由于帆布传送带的运动，会自发的卷绕成一个无心的圆捆，但须要人工辅助卸膜。1.牵引架2.棉秸秆粉碎后抛送式还田机3.传动系统4.机架5.边摸产6.行走系统7.挑膜滚筒8.脱送装置9.松土齿10.膜箱图34JSM-1800A2型秋后残膜回收机具Fig.34JSM-1800A2autumnpolythenefilmcollector2.2.3秋后残膜回收机具秋后残膜回收机具是在收获农作物后、未耕地前使用。通常与整地作业一起进行，提高了时间利用率，节约了农时。由于秋后残膜回收机具结构简单，机具工作幅宽较大，工作效率较高[19]，因此研发该类机具的品种多，应用广泛。图3为新疆农科院农机化所研制的4JSM-1800A2型秋后残膜回收机具。残膜回收过程：松土齿将膜下土疏松，挑膜齿将残膜挑起，运输到脱膜位置，脱模轮从卷筒上将残膜脱下，输送入膜箱[20]。此种机具在脱膜过程中，由于膜杆分离率低[19]，会出现残膜卷绕的情形，影响机具正常工作。3解决残膜污染问题的建议及对策近年，我国残膜污染现象十分严峻，尤其在新疆地区，已影响到人们的生产、生活[21]。农田废旧地膜若得不到及时回收，致使地表层土壤通透性变差，有机物质缺失，造成下一年农作物的产量降低。同时，残膜到处随风飘荡，挂落在树枝上，影响城镇、乡村的新面貌。因此，可以采取以下措施解决残膜污染问题。1）采用高洁、无污染的材料生产地膜。目前，农田覆盖的地膜材料多为PE，这种材料在自然条件下很难降解，回收难度大。新疆生产建设兵团欲于2016年开始,在全区内推广、使用生物可降解地膜，地膜为聚丁二酸丁二醇酯-聚已二酸丁二醇酯共聚物（PBSA）复合材料[22]。但可降解地膜存在物理性能差，加工困难，以及生产成本偏高的问题。对于小规模种植农作物的农民，种植成本增加是他们不愿看到的，造成农户购买可降解地膜的热情降低，难以规模化推广。2）培养适用于可降解地膜的微生物。可降解地膜属于朝阳产业，地膜覆盖技术的发展离不开可降解地膜，而可降解地膜一般需要微生物的活动影响。着力培养对农作物、生态环境以及人类无危害的绿色微生物，防止微生物的二次污染。3）加大新型残膜回收机具的研发力度。我国对于残膜回收机的研究，还处于发展阶段，学科间的交叉性较弱，有很多先进性技术未应用到残膜回收机具上，造成机具的回收率不高，研发的机具不符合实际情况。4）加大对地膜的补贴力度。目前，我国应用的普通地膜厚度一般在0.006mm～0.008mm之间[16]，覆膜费用较少，而新疆省规定所有生产地膜的企业只能生产厚度不低于0.01mm的新标准的地膜。这一条例的颁布，对于残膜回收起到至关重要的作用。地膜厚度加大，提高了机具对残膜的回收效率，提高了废旧地膜回收利用的利润，提高了企业对残膜回收利用的积极性。但地膜厚度的增加会提高每公斤的价钱，政府应该进行相应的补贴政策，促进购买新地膜的积极性。5）提高对废旧地膜的回收再利用。针对脏膜、碎膜制定可行性加工工艺流程图，保证脏膜的有效利用。目前，由于农户收集的废旧地膜数量少，收购价格低，农户一般采用就地焚烧。我国在各省建成的废旧地膜回收网点已有多处，但由于残膜过薄，且多为不连续的片状或絮状残膜，残膜再加工难度增大，致使残膜加工企业拒绝接收[23]。因此政府应鼓励、支持废膜加工企业的建立，给予相应的优惠、补贴政策等。4结论近年，残膜污染问题已经引起国内外的重视。虽然我国已经加大了对残膜回收的研究力度和资金支持，各省份也提出相应的解决措施，但残膜污染问题并没有得到彻底解决。尽管各国都致力于研究可降解地膜，但与普通地膜相比，可降解地膜成本过高。由于我国特殊的国情，在农业生产中，相当长的一段时间内，不可降解地膜仍然占有重要地位。因此，残膜污染问题的解决办法,一方面是使用低成本的可降解地膜；另一方面是研究新型的残膜回收机具。参考文献：[1]严昌荣,何文清,刘恩科,等.作物地膜覆盖安全期概念和估算方法探讨[J].农业工程学报,2015,31(9):1-4.[2]李青军.土壤残膜对棉花生长及土壤微生物活性的影响[D].石河子:石河子大学机械电气工程学院,2008.[3]侯书林,胡三媛,孔建铭,等.国内残膜回收机研究的现状[J].农业工程学报,2002,18(3):186-190.[4]张佳喜,王学农,张丽,等.农田地膜拉伸性能变化对缠绕式回收的影响[J].农业工程学报,2015,31(20):41-47.[5]张佳喜,谢建华,薛党勤,等.国内外地膜应用及回收装备的发展现状[J].农机化研究,2013,(12):237-240.[6]黎先发.可降解地膜材料研究现状与进展[J].塑料,2004,33(1):76-81.[7]Vanstrom,JosephR.Mechanicalcharacterizationofcommercialbiodegradableplasticfilms[D].USA：IowaStateUniversity,AgriculturalandBiosystemsEngineering,2012.[8]金维续,程桂荪,张文群,等.光降解地膜的农业效果与降解过程（1）[J].农业环境保护,1995,14(4):162-166.[9]陈明周.浅谈影响甘蔗光降解地膜降解的因素[J].甘蔗糖业,2000,(3):15-21[10]虞利俊,徐磊,唐玉邦,等.3种可降解地膜的合成及应用展望[J].江苏农业科学,2013,41(10):10-11.[11]Zarei,Ali.CharacterizationofSzego-milledHempFibers[D].Canada,UniversityofToronto,2010.[12]Tuna,Eda.ProducingBiodegradablePlasticsUsingActivated-SludgePolyhydroxyalkanoatesinMixedComposition[D].USA:UniversityofCalifornia,Civ