农田残膜捡拾机试验研究

张　平，翟改霞，李凤鸣，王全喜

(中国农业机械化科学研究院 呼和浩特分院，呼和浩特　010020)



农田残膜捡拾机试验研究

张平，翟改霞，李凤鸣，王全喜

(中国农业机械化科学研究院 呼和浩特分院，呼和浩特010020)

摘要：选用1FMJSC-80型农田残膜捡拾机，对厚度分别为0.008mm和0.013mm的普通地膜进行田间残膜回收试验，测定残膜捡拾率及缠绕率，对比分析试验数据，得出不同厚度对残膜回收的影响程度。同时，进行了地膜田间监测，测定残膜自然风化率，了解不同时间段内0.008mm、0.013mm普通地膜和可降解地膜的可降解程度，分析得到3种厚度地膜降解程度随时间变化的趋势。通过田间试验，检验1FMJSC-80型农田残膜捡拾机、1FMJ-1000型耙齿式田间残膜捡拾机、横向搂齿式农田残膜回收机及指盘式农田残膜搂集机的田间残膜回收能力，并对比分析4种机型残膜回收效率及优缺点。

关键词：残膜回收机；捡拾；缠绕率；风化率

0引言

目前，国外地膜回收技术的应用还远没有我国研究得深入。国外的地膜使用及回收多以综合治理为主，如采用厚度、抗拉强度较大的塑料薄膜，厚度一般为国内地膜的5～10倍，有利于机械作业及回收，回收后的地膜还可重复利用；除此之外，国外大量使用可降解、无毒害地膜，对生态环境影响很小[1]。然而，国内外的经济基础不同，国外的地膜敷设模式并不适于我国国情。在国内，农田残膜回收机可分为两大类：苗期残膜回收机和收获后残膜回收机[2]。

本文主要对玉米收获后残膜回收进行试验及分析研究，因此采用收获后残膜回收机。这类机型的特点是针对作物收获后(即在耕、整地或播种前)的地膜回收。在国内此类机型的研究较为广泛，根据捡拾结构的不同，主要分为以下5种：伸缩杆齿式捡拾机构、弹齿式捡拾机构、铲式起茬滚筛捡拾机构、轮齿式捡拾机构及齿链式捡拾机构[3]。目前，国内针对此5种捡拾结构研制的残膜回收机具[4-5]主要有：中国农大开发的1ZSM-Ⅱ型残膜回收机、新疆农科院研制的QSM-Ⅱ型残膜回收机及4JSM-1800型秸秆切碎残膜回收联合作业机、新疆兵团研制的4FS2秸秆切碎残膜回收联合作业机、新疆农机局开发的QMB-1500型后置式起膜回收机、内蒙古赤峰市农业局农机推广站研发的1FMJSC-80型农田残膜捡拾机、指盘式农田残膜搂集机、SMJ-1型地膜集条机、1FMJ-1000型耙齿式田间残膜捡拾机和横向搂齿式农田残膜回收机等。

1试验设备

1.1　1FMJSC-80型农田残膜捡拾机结构及参数

1FMJSC-80型农田残膜捡拾机是为了解决农村玉米、高粱等农作物收割后留在地里的茬子问题，尤其是覆膜地残留的塑料薄膜，通过翻地、旋耕无法彻底打碎和清除，对耕地造成污染，影响农作物生产。该机由调节地轮、圆形割刀、输送钢辊、输送链、松土犁铧、旋转筛、收集筐及传动装置组成。设备的主要技术参数如表1所示，设备整机如图1所示。

表1　设备主要技术参数

图1　1FMJSC-80型农田残膜捡拾机

1.2　工作原理

1FMJSC-80型农田残膜捡拾机是通过拖拉机的牵引力和后输出动力来完成起茬-除膜-输送-净土-收集-堆放。具体工作流程是：

1)通过农田残膜捡拾机最前端的两幅刀口相对的圆形割刀，将农作物茬子从地面以下15cm左右割出，同时将塑料残膜挑起；利用机具前进的惯力，通过焊接在割刀后面的输送钢辊，将残膜堆放在输送链上，割刀的入地深度可以通过调整前后两端的调节地轮高度来完成。

2)割掉的农作物茬子、挑起的塑料残膜及附着其上泥土，通过输送链被传送到旋转筛中进行净土，茬子及塑料残膜滚落到收集筐。输送链的传动和旋转筛的旋转动力，由拖拉机的后输出供给，当残膜达到一定量时，通过连接在驾驶员驾驶部位及收集筐间传动装置将筐翻转，把茬子和残膜堆放在地面上。

3)当土地较硬时，可以通过焊接在输送链和旋转筛中间横梁上的松土犁铧对土壤进行松土，从而达到直接播种的效果。

2田间试验及分析

2.1　试验条件

田间农膜监测及1FMJSC-80型农田残膜捡拾机田间试验选定在内蒙古赤峰市松山区当铺地满族乡南平房村试验地进行，试验地地块面积0.66hm2，划分为3个试验区，铺设厚度分别为0.008、0.013mm的地膜及可降解地膜3种；土壤质地为沙壤土，种植作物玉米，由旋耕播种铺膜施肥一体机完成铺放地膜；种植方式采用一膜双行，膜上玉米种植行距400mm。试验区划分情况及机具试验过程照片如图2所示。

图2　试验区划分情况及机具试验过程

2.2　试验方法

对上述已经划分好的3个试验区，在每块试验区内选定2个测区，每个测区面积要求：长度100m，宽度4m。由1FMJSC-80型农田残膜捡拾机进行田间残膜回收作业，测定机具的地膜拾净率及缠膜率。同时，对大田农膜进行监测，测定地膜自然风化率。具体试验步骤如下：

1)测区内测定点的确定[6]。在每个测区内，采用“五点法”选定5个测定点，即从测区4个地角沿对角线，在1/4～1/8对角线长度范围内，随机确定4个测定点的位置，再加上该对角线的交点，作为残膜回收机作业前的5个测点；然后在作业前的5个测点附近但不重叠的区域再选定5个测点，作为作业后的5个测点。

2)地表残膜捡净率的测定[6]。分别将测区内作业前后的各5个测试点上表层残膜分别取出，将地膜分别洗净、晒干、称重，按下式求得表层残膜捡净率，并求其平均值，则有

(1)

式中J—捡净率(%)；

w—残膜回收作业后表层残地膜质量(g)；

w0′—残膜回收作业前表层残地膜质量(g)。

3)机具缠膜率的测定[6]。通过测区内时，收集机具回收的残膜与机具上缠绕的残膜，洗净、晒干、称重后，将测区内作业前后的各5个测试点上表层残膜分别取出，将地膜分别洗净、晒干、称重，按下式求得机具缠膜率，并求其平均值，即

(2)

式中C—缠膜率(%)；

m1—测区内机具上缠绕的残膜质量(g)；

m2—测区内机具回收的残膜质量(g)。

4)地膜自然风化率的测定。地膜自然风化率测定方法与残膜拾净率测定方法相近，同样对测点采用五点法进行测量，将各测点残膜去尘土和水分后称其质量，求平均值，并按下式求得自然风化率，即

(3)

式中F—自然风化率(%)；

w0—残膜回收作业前表层残地膜质量(g)；

m0—地膜刚敷设完成后表层地膜质量(g)。

2.3　试验结果与分析

2.3.1两种厚度普通地膜(0.008mm和0.013mm)田间残膜回收对比试验

使用1FMJSC-80型农田残膜捡拾机，对厚度分别为0.008mm和0.013mm的田间残膜进行回收作业，测定两种厚度地膜的拾净率及缠绕率，试验对比数据如表2和表3所示。

表2　残膜拾净率测定对照表

表3　残膜缠绕率测定表

试验结果表明：两种不同厚度分别为0.008mm及0.013mm地膜，机具的残膜拾净率最大值分别为89.5%及91.5%，平均值分别为88.8%及90.1%。数据呈现趋势：地膜厚度越大，残膜拾净率越高，残膜回收效果越好。根据试验过程中残膜捡拾实际情况，分析影响地膜回收的主要原因如下：

1)残膜膜面破口的越大，割刀不容易捡拾残膜，会导致残膜回收效率低下；

2)膜面上堆积的土块过多或者土壤板结，残膜回收效率越低；

3)地面平整度会影响设备运行平稳性，从而影响残膜回收效率。

试验结果表明：对于两种不同厚度分别为0.008mm及0.013mm地膜，机具1FMJSC-80型农田残膜捡拾机的缠膜率分别为2.17%及2.30%。数据表明，随着地面厚度越厚，残膜缠绕率越高，机具出现故障的可能性越大，运行平稳性越差。

通过上述两项试验数据分析得出：地膜厚度会直接影响地膜自身的塑性及抗拉强度，从而影响残膜膜面破口的大小及机具回收过程中地膜的破损情况，也会影响残膜的回收效率及机具运行稳定性。

2.3.23种厚度地膜(0.008、0.013mm和可降解地膜)农膜风化监测数据对比

现委托赤峰市水利科学院对试验区内0.008、0.013mm厚地膜和可降解地膜进行了田间农膜降解程度(即农膜自然风化率)定期监测，监测时间间隔为1个月。通过汇总监测数据，分析得到3种厚度地膜降解程度随时间变化趋势，如图3所示。3种不同厚度地膜自然条件风化6个月后测定的自然风化率对照表如表4所示。

图3　3种厚度地膜降解程度随时间变化趋势图

试验编号自然风化率/%0.008mm0.013mm可降解119.421.765.3221.715.159.8325.820.563.2422.018.663.9523.823.068.7平均值22.519.864.2

通过数据对比分析得出：经过6个月的自然降解，3种地膜的自然风化率分别是：可降解地膜64.2%、0.008mm地膜22.5%、0.013mm地膜19.8%；可降解地膜的自然风化率明显高于另外两种普通地膜。根据图3可以看出：随着时间的变化，3种地膜的自然风化率整体呈现上升趋势。5-7月期间，3种地膜的降解程度相差不大，均在10%以下；7-10月期间，可降解地膜的风化率呈现明显的上升趋势，而另外两种普通地膜风化率上升不显著；10-11月期间，3种地膜风化率均呈现出较快上升态势，降解程度变化显著；11-12月，可降解地膜仍呈现较快的降解趋势，而另两种地膜风化率变化趋于平缓。

34种农田残膜回收机试验对比分析

本次主要对1FMJSC-80型农田残膜捡拾机、指盘式农田残膜搂集机、1FMJ-1000型耙齿式田间残膜捡拾机和横向搂齿式农田残膜回收机4种机型进行了残膜回收及缠绕率的对比性能试验。划定4个试验区，每种机型一个试验区，在每块试验区内选定两个平行测区，具体测区的选定要求同上述试验测区要求一样。试验数据如表5所示。

表5　4种机型农田残膜回收对照表

分析数据可知：4种残膜回收机中，1FMJSC-80型农田残膜捡拾机的残膜回收效果最好。试验过程中，1FMJSC-80型农田残膜捡拾机可以将残膜及玉米根茬一起收集成堆，不仅将附着在玉米根茬上的残膜一并回收，提高残膜回收效率，同时又去除了地下的玉米根茬，减少了种植前再次旋耕，提高了生产效率。但在试验过程中，也暴露出一些缺点：①旋耕刀两侧出现夹膜夹杆，影响机具运行平稳性；②残膜与根茬一并回收，机具需要较大配套动力等。相比之下，横向搂齿式农田残膜回收机的回收效果最差，对于0.008mm地膜的残膜捡拾率只有78.9%，还不到80%，同时弹簧搂齿易将地膜打击成碎片，给后期清理工作带来困难。但此机型的优势在于：不需要动力驱动，结构简单，使用调整方便，造价低廉。另外两种机型的回收效果适中，捡拾率均在85%左右。指盘式农田残膜搂集机的突出优点是将残膜搂集成条状，易于后续清理及回收再利用，缺点是对弹簧搂齿的有较高的强度及弹性要求，造价较高。1FMJ-1000型耙齿式田间残膜捡拾机优势在于可以调整起膜高度，对地表及浅层残膜均可进行回收。缺点是：①易出现夹膜夹秆；②针对浅层残膜回收时，土块根茬多，造成壅土量过大，壅土形成土包，给后期处理带来不便。

从机具缠绕的情况来看，1FMJSC-80型农田残膜捡拾机及1FMJ-1000型耙齿式田间残膜捡拾机的缠绕率较高。原因是：这两种机型相较另外两个机型的结构复杂，各机构间的缝隙容易夹杂残膜，且呈现出的规律是破损程度较大的薄残膜越容易夹杂到机具缝隙中。但4种机型的缠膜率均在3%以下，都符合规定要求，不会影响机具运行的平稳及可靠性。图4为4种机型进行回收试验的照片，除了指盘式农田残膜搂集机将残膜收集成条状外，其他3种机型均将残膜收集成堆状。

图4　4种机型回收对比试验照片

4结论

1)进行了两种不同厚度的地膜回收试验，结果表明：地膜厚度是机具残膜回收的一个重要影响因子。随着地膜厚度越厚，地膜自身韧性越强；残膜回收过程中，膜面破口越小，残膜拾净率越高。

2)地膜的自然风化程度越大，膜面破损程度越大，会影响残膜回收的效率。呈现趋势：地膜风化率越大，膜面破口越大，残膜回收效率越低。

3)缠膜率是影响设备运行稳定性的一个重要因子。试验数据表明：试验所用4种机具的缠膜率均符合设备的设计要求，不会影响设备的残膜回收效率。

4)通过对不同厚度地膜的田间监测，分析数据得出：6个月内，可降解地膜的自然风化率远远大于普通地膜的自然风化率，且持续呈现上升趋势，田间地膜残留量显著减少，大大提高了田间生态效益。

5)通过对4种机型的田间对比试验可知：1FMJSC-80型农田残膜捡拾机的捡拾率最高，回收效果最好，综合性能最优，改进后便于大量推广。

参考文献：

[1]华英杰,李贵荣,熊骏华,等.农田残膜捡拾(回收)机发展现状及其在云南中的应用[J].安徽农业科学,2014,42(6):1895-1897.

[2]杨丽,张东兴,侯书林,等.玉米苗期地膜回收机结构参数分析与试验[J].农业机械学报,2010,41(12)：29-34.

[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]娄秀华,张东兴,耿端阳,等.残膜回收机起膜器的设计与试验研究[J].农业工程学报,2002,18(6):88-99.

[5]张东兴.残膜回收机的设计[J].中国农业大学学报,1999,4(6):41-43.

[6]新疆维吾尔自治区农牧业机械试验鉴定站.GB/T 25412-2010 残地膜回收机[S]. 北京:中国标准出版社,2010.

Experiment of Farmland Plastic Film Collector

Zhang Ping， Zhai Gaixia， Li Fengming， Wang Quanxi

(Hohhot Branch of Chinese Academy of Agricultural Mechanical Sciences, Hohhot 010010, China)

Abstract：The farmland plastic film recycling experiment of 1 FMJSC - 80 type of farmland plastic film collector was carried out on common ground film with thickness of 0.008mm and 0.013mm respectively. The film collecting rate and enwinding rate were measured.The influence of different film thickness on the residual film recycling was gained by comparing with experimental data. The residual film natural weathering rates was measured through mulch field monitoring.The biodegradable degree of common plastic film with the thickness of 0.008mm and 0.013mm and degradable plastic film at the different period were known. Then the changed trend of three different thickness of the biodegradable degree over time was analyzed. Finaly,throgh field experiment, The farmland plastic film recycling capacity of 1 FMJSC - 80 type of farmland residual film collector,1 FMJ - 1000 type of rake tooth field residual film collector, and horizontal arm type of farmland residual film collector and finger-wheel farmland residual film collector was checked. And plastic film recycling efficiency and characteristic of four kinds of models were analyzed.

Key words：plastic film collector; collecting rate; enwinding rate; weathering rate

中图分类号：S223.5

文献标识码：A

文章编号：1003-188X(2016)08-0164-05

作者简介：张平(1983-),男,内蒙古扎兰屯人,工程师,硕士, (E-mail)zhangping11112007@163.com。

基金项目：内蒙古新增4个千万亩节水灌溉工程科技支撑项目(20121036)

收稿日期：2015-07-16