残膜与土壤分离装置研究

靳 伟

（1.新疆农业大学机电工程学院，新疆 乌鲁木齐 830052；2.新疆农业工程装备创新设计实验室重点实验室，新疆 乌鲁木齐 830052）

地膜覆盖技术具有保湿、保温、预防病虫害等作用，已经被广泛应用于多种农作物的种植，提高了农作物产量，增加了农户的经济收益，尤其在干旱、半干旱地区应用得最为广泛[1-2]。但至今仍没有一种有效的方法解决残膜回收与循环利用时污染土壤、水资源和空气的难题。目前，土壤中含有大量的残膜，严重影响农作物的播种、出苗、管理、收获等环节[3-4]。

现阶段研制出的生物地膜在土壤中可自然降解，但生产成本较高，还未大面积推广与应用[5]。国外使用的地膜较厚且使用周期较短，利用回收机构卷收残膜，回收的残膜较干净、机械强度较高，为其后续循环利用提供了有利条件。如今，已经研制出的100 多种残膜回收机对土壤表层残膜回收率较高，机具工作性能较好，基本解决了土壤表层残膜回收难题，但对耕层残膜回收机的研究还不够深入，对残膜与土壤分离、残膜资源循环再利用等问题的研究较少，回收的残膜含杂质较多，还没有一种成熟的方法能对其进行有效处理和再利用[6]。

1 残膜与土壤分离装置研究现状

1.1 自动卸膜式残膜与土壤分离装置

残膜积累在土壤中，致使农业生态环境遭到严重破坏，目前的残膜回收机不能满足农业生产的要求，存在回收率低、适应性差、工作不可靠、工作不连续等问题[7]。为了使残膜回收机能够连续工作，解决残膜缠绕工作部件的问题，提高残膜回收机的工作效率，新疆农业大学设计了自动卸膜式残膜与土壤分离装置，可被广泛用于耕后残膜回收作业。该装置的结构如图1 所示，由机架、残膜回收箱、刷膜辊、链传动、中心轴、滚筒、滑槽板、紧固螺栓、连杆、卸膜板、捡拾齿、液压油缸、悬挂机构组成[8-9]。

由图1 可知，连杆与滑槽板上的滑槽孔通过螺栓铰接，滑槽板圆周均布、焊接于中心轴的表面，液压油缸通过拨叉与中心轴铰接，可将中心轴的水平往复运动转化为连杆的垂直往复运动。该装置可挂接于整地机械、收获机械等，构成多功能、复合作业装备，捡拾齿与滚筒固定连接，随滚筒做圆周转动的同时入土捡拾残膜碎片；待捡拾齿扎满残膜时，启动液压油缸进行自动卸膜，通过中心轴推拉作用将滑槽板的水平运动变换为连杆的上下运动，通过连杆的传动作用，卸膜板在捡拾齿上做上下往复运动，残膜被推送并接触刷膜辊时，可被刷至回收箱中，重复捡拾残膜、推膜、刷膜、收集残膜的过程。该装置解决了土壤表面及耕层内破碎残膜回收率低的问题，但存在工作不可靠、阻力较大等问题。

图1 自动卸膜式残膜与土壤分离装置

1.2 凸轮轨道式残膜与土壤分离装置

新疆棉花、番茄、辣椒等特色作物均采用膜下滴灌高产种植技术，针对耕整地后土壤中面积较小的残膜碎片回收困难的问题，新疆农业大学与阿拉尔天典农机制造有限责任公司联合研制了钉齿式残膜与土壤分离装置，如图2所示，以解决残膜混合物分离困难、面积较小的残膜碎片回收率低的难题[10]。目前，中国研制的残膜与土壤分离装置可分为人工分选方式、筛分方式、逆向分离方式等，以上残膜与土壤分离方式主要针对耕层残膜回收作业；查阅相关文献，地表残膜回收主要采用钉齿式、链齿式、杆齿式等残膜捡拾机构，捡拾残膜的同时完成残膜土壤的分离作业，回收的残膜含土壤的量较少，但残膜中含大量的秸秆、根茬等杂质[11-12]。

2 残膜回收再利用存在的问题

1）农户使用的地膜厚度较薄，机械强度较差，并且使用周期长，导致地膜在回收时已经老化、破碎，机械化回收残膜难度较大，导致土壤中的残膜含量急剧增加，影响农作物的生长。由于回收残膜带来的生产效益在短期内不明显，因此有的农户不回收残膜，直接将土壤表层的残膜翻耕到土壤耕层中，致使土壤耕层中残膜碎片的含量逐年上升[13]。经过多次耕整地作业，残膜被进一步破碎，现有的残膜捡拾机回收土壤中的小块残膜很困难。

2）目前，回收的残膜夹杂大量的秸秆和土壤等杂质，并被丢弃在沟壑与田间地头，无法及时回收再利用。现有的塑料制品回收、再利用技术和方法比较成熟，对于残膜回收、再利用方法可以借鉴塑料制品处理技术，但塑料制品表面一般比较清洁，残膜表面含有大量的土壤和秸秆等杂质，不能完全借鉴资源化处理塑料制品技术和方法，需对现有的技术和方法进行改进和优化[14-15]。

3）残膜与杂质分离技术研究较少，科研主要集中在残膜回收装置的研制方面，对于残膜与杂质分离、残膜循环利用、无害化处理等方面研究得不够深入[16]。现有的残膜与土壤分离装置存在能耗较大、结构复杂、容易堵塞、分离不彻底、工作不可靠等问题，还没有一种成熟的方法能进行残膜与杂质分离。目前，残膜再造颗粒技术需对残膜进行清洗，预处理需要消耗大量的水资源和能源，成本较高，不适用残膜资源化处理。回收的残膜缺少固定的回收放置点，直接被堆放在田间地头或者沟壑中，易造成资源浪费和二次污染。

图2 凸轮轨道式残膜与土壤分离装置

3 建议

1）制定相关法律，规范地膜生产标准、使用规范、回收流程等，从源头上解决残膜污染环境，提升农户和地膜生产企业保护环境的意识，实现地膜使用、回收再利用全过程闭环管理。残膜回收、再利用是一个复杂的系统工程，其中生产、销售、使用、回收、运输、处理、再利用等每个环节均需制定相应的规范和标准，相关部门需给予农户一定的地膜使用和回收补贴，促进加厚地膜广泛的应用。

2）目前，对残膜循环利用技术的研究较少、不够深入，缺少新方法、新技术处理残膜。在残膜提纯技术、高温裂解处理方法、再造颗粒等方面，需要深入研究，加强对残膜循环利用技术的研究，探索残膜无害化处理方法，减少残膜无害化处理及利用成本，亟须创新残膜循环利用技术。