甘肃废旧地膜机械化综合治理体系构建探析

王一珺

（甘肃省农业机械化技术推广总站，甘肃 兰州 730000）

甘肃省十年九旱，旱地面积375×104hm2，占全省总耕地的71.98%，年降水量＜400 mm的耕地185.8×104hm2，占全省总耕地的35.66%；全年降水的60%集中在7月—9月，春夏连旱常年发生，造成春季作物无法播种，播种后不能正常出苗，缺水是制约甘肃省粮食生产的主要瓶颈。地膜覆盖栽培技术的推广应用，对于全省粮食增产增收，保障粮食安全，促进绿色农业可持续发展具有重要的意义。但随之而来的面源污染也日渐严重，为此，甘肃省农技推广总站结合农田残膜机械化捡拾技术推广项目的实施，组织专业技术团队开展了废旧地膜机械化综合治理体系构建研究。

1 近10年地膜使用量及覆盖面积

由表1可知，近10年来，地膜使用量和地膜覆盖种植面积呈现出上升趋势，2019年甘肃地膜使用量是2010年的1.51倍，地膜覆盖面积是2010年的1.31倍；2019年甘肃地膜使用量占全国的8%，地膜覆盖面积占全国的7.4%。覆盖作物已由过去单一的玉米、蔬菜、瓜果、棉花，扩展到小麦、马铃薯、蚕豆、高粱、谷子等粮食作物和油料、中药材、花卉等经济作物。

表1 2010年—2019年甘肃省及全国地膜使用情况Tab.1 Using of plastic film from 2010 to 2019

2 地膜覆盖主要方式

甘肃地膜覆盖栽培主要有半膜覆盖、全膜覆盖2种方式。

2.1 半膜覆盖方式

这种方式推广应用的技术主要有小麦、玉米、马铃薯及棉花、瓜菜、中药材、甜菜、烟草、林木苗等30余种作物半膜垄侧沟播（侧播）或平铺膜播种技术。

2.2 全膜覆盖方式

这种方式推广应用的面积最大，主推技术主要有小麦全膜覆土穴播技术和玉米、马铃薯、蚕豆、高粱、谷子等作物全膜双垄沟播技术。2020年—2021年全省继续推广全膜双垄沟播100×104hm2以上。其特点是在种沟内播种作物，地膜由半膜覆盖改为全膜覆盖，覆盖时间由与播种同时进行改为秋季覆膜和春季顶凌覆膜，种植方式由平铺播种改为起垄沟播，集雨抗旱保墒增产效果十分明显。覆盖作物已由过去单一的玉米、蔬菜、瓜果、棉花，扩展到小麦、马铃薯、蚕豆、高粱、谷子等粮食作物和油料、中药材、花卉等经济作物上。

3 废旧地膜去向研究

甘肃省自2014年以来，地膜覆盖面积在133.33×104hm2左右，每年地膜总用量达到10×104t以上，使用按常用的0.008 mm聚乙烯农用地膜计算，每年可产生的废旧农膜高达6.5×104t以上。据调查，这些地膜机械或人工捡拾后，主要去向有：焚烧、地边沟渠丢弃、回收加工以及土壤残留。据试验测试，甘肃李店祁咀邢河种植全膜双垄沟播玉米5年的土地中，地膜残留2.93 kg/0.067 hm2，平均每年残留0.586 kg/0.067 hm2，每年残留占覆膜总量的9.77%。

4 全覆盖期地膜力学性能研究

4.1 研究内容

检测秋覆膜、春季顶凌覆膜、两年用膜（两茬玉米）的最大拉伸负荷、断裂伸长率等力学性能指标。

4.2 检测依据

GB/T 1040.1-2006塑料拉伸性能的测定第1部分：总则和GB 13735-1992聚乙烯吹塑农用地面覆盖薄膜。

4.3 试验设备

HS-3000B拉力测试机。

4.4 检测样品

4.4.1 取样地点

甘肃省会宁县中川镇高陵村王河社。

4.4.2 样品厚度

样品厚度为0.01 mm。

4.4.3 取样方法

采用单对角线取样方法，在田块的一条对角线上中点及距中点20 m处取样0.5 m×0.5 m。

4.4.4 检测样品数量

在每点所取0.5 m×0.5 m的样品上，按标准规定的几何尺寸切取3个式样，即秋覆膜、春季顶凌覆膜、两年用膜每个力学性能指标检测样品数量为9个。

4.5 检测结果

取9个试样检测检测结果的平均值。

4.5.1 最大拉伸负荷检测结果

最大拉伸负荷检测结果，见图1。

图1 最大拉伸负荷检测结果Fig.1 Maximum tensile load test results

4.5.2 断裂伸长率检测结果

断裂伸长率检测结果，见图2。

图2 断裂伸长率检测结果Fig.2 Test results of elongation at break

由检测结果可知：4月—9月，最大拉伸负荷、断裂伸长率缓慢降低；至9月收获时，2年用膜的最大拉伸负荷和断裂伸长率分别为8.13N和232.44%，分别比当年春季顶凌所覆地膜降低25.82%和52.86%。说明2年用膜仍有一定的强度和韧性，但韧性降低较大。

5 土壤物理性质的跟踪检测

5.1 研究内容

检测秋覆膜、春季顶凌覆膜、两年用膜（两茬玉米）的土壤含水率和土壤密度等指标。

5.2 检测依据

GB/T 5262-2008农业机械试验条件测定方法的一般规定。

5.3 试验设备

取土环、烘箱、电子天平。

5.4 检测样品

5.4.1 取样地点

甘肃省会宁县中川镇高陵村王河社。

5.4.2 取样深度

取样深度为0~5 mm、0~5 mm、5~10 mm。

5.4.3 取样方法

采用单对角线取样方法，在田块的一条对角线上中点及距中点20 m处取样。

5.4.4 检测样品数量

在每点0~5 mm、5~10 mm、10~15 mm分层取样，即秋覆膜、春季顶凌覆膜、两年用膜每个取样点取样数量为9个。

5.5 检测结果

取9个土样试样检测结果的平均值。

5.5.1 土壤密度检测结果

土壤密度检测结果见图3。

图3 土壤密度检测结果Fig.3 Test resultsof soil density

5.5.2 土壤含水率检测结果

土壤含水率检测结果见图4。

图4 土壤含水率检测结果Fig.4 Test resultsof soil moisture content

由检测结果可知：9月收获时，秋覆膜、春季顶凌覆膜、两年用膜（两茬玉米）的土壤容重分别为1.12 g/cm3、1.21 g/cm3、1.16 g/cm3，变化不大。

5月播种时，秋覆膜、春季顶凌覆膜、两年用膜（两茬玉米）的土壤含水率分别为11.80%、5.87%、15.21%，两年用膜（两茬玉米）分别比秋覆膜、春季顶凌覆膜高22.42%和61.41%。说明两年用膜（两茬玉米）由于不动土覆盖过冬，具有较强的过冬保水效果，有利于播种。

8月持续干旱时，秋覆膜、春季顶凌覆膜、两年用膜（两茬玉米）的土壤含水率分别为7.06%、7.19%、5.27%，两年用膜（两茬玉米）分别比秋覆膜、春季顶凌覆膜低25.35%和26.70%。说明两年用膜（两茬玉米）由于破损，地表裸露较秋覆膜和春季顶凌覆膜大，保墒效果有所降低。

6 产量测定

6.1 采用理论测产法

6.1.1 取样方法

根据地块的自然分布将每个万亩（1亩=0.067 hm2）示范片平均划分为30个测产单元，每个单元随机取1个地块，每个地块随机取1个样点，每个样点量10个行距，在10行之中选取有代表性的20 m双行，计数株数和穗数，并计算亩穗数；在每个测定样段内每隔5穗收取1个果穗，共计收获20穗作为样本测定穗粒数。

6.1.2 产量计算

理论产量（kg/0.067 hm2）=单位面积穗数×穗粒数×百粒质量（被测定品种前三年平均数）×10-5×0.85。

6.2 基本数据

基本数据见表2。

表2 基本数据Tab.2 Basic data

6.3 产量结果分析

由计算结果可知：产量由高到低的排序为：秋覆膜＞春季顶凌覆膜大于一膜两年用；产量最低的一膜两年用与最高的秋覆膜比较，产量降低幅度为11.03%。

7 地膜捡拾机械技术研究方案

7.1 针对强度和韧性较好的平覆膜捡拾方案

工艺路线：玉米收获+秸秆直立或收割留茬覆盖过冬→机械化捡膜。

配套机具：耙齿式残膜捡拾机，其工作原理是作业时作业时弹性耙齿将残膜挂起运输至地头，通过拖拉机上的气压系统带动卸膜机构转动清膜，完成残膜的回收作业；伸缩齿废膜捡拾机，其工作原理是作业时拖拉机牵引机具前进，灭茬铲切断根系，起膜铲拱起地膜，由传动系统带动滚筒转动挑膜，挑起的地膜转动到滚筒上方时，被梳膜器推到集膜箱中，机具作业到地头，提升起机具，打开集膜箱拉杆，翻转集膜箱，倒出废膜；振动筛废膜捡拾机，其工作原理是作业时，铲总成入土作业，将地表50~100 mm的土壤、残膜和残茬铲起，伴随着拖拉机的前进，而进入振动筛，进入振动筛的大部分土通过筛孔，在振动的作用下流入地表，小部分土和全部残膜及残茬通过振动作用和刮板总成的配合，被运送到机具尾筛中，进一步将混入到残膜和残茬中的土进行分离，最后地表50~100 mm内残膜和残茬集中在集杂箱内，完成捡膜作业。

7.2 有一定强度和韧性的垄覆膜、平覆膜的捡拾方案

工艺路线：玉米收获+秸秆直立或收割留茬覆盖过冬→机械化捡膜。

配套机具：升运链卷轴式废膜捡拾机，其工作原理作业时采用螺旋式滚筒快速缠膜紧膜装置，使废膜紧密缠绕在膜棍上，运用液压快速卸膜方式，残膜卷到卷筒器上达到设定尺寸后，实现快速卸棍，大幅提高残膜捡拾量。