现状及存在问题

第一章研究现状及存在问题

1.1研究的目的和意义

地膜覆盖种植技术从五十年代起在欧洲、美国和日本开始使用，目前已在世界上得到广泛应用。我国七十年代末引入该技术，逐步推广到了三十多个省、市和自治区的四十多个农作物品种上。地膜覆盖种植技术增加了有效积温，相对延长了作物的生长期，可以广泛用于中晚熟品种，使产品的产量大幅提高，同时，使各种作物的适种面积扩大，有效利用国土资源。地膜覆盖的保墒效果，使作物根系扎深，也是一种抗旱措施，对于有效利用水资源，发展我国的旱地农业有着重要的战略意义。据统计，1986年我国地膜覆盖种植面积已跃居世界第一位[25]。目前，仅新疆铺地膜种植棉花面积已近2000万亩。

地膜覆盖技术带来显著经济效益的同时，也带来环境污染问题。由于使用过的地膜难以被完整地回收，有很大一部分地膜被翻入土壤，逐年累积，致使大面积的耕地遭到严重污染，在许多地区已形成白色污染。根据调查测算，连续使用地膜三年以上的棉田，地表每平方米至少有小碎片47.3块，折算每公顷有残膜52.1kg，耕层30cm内每平方米有残膜56.6块，折算每公顷57.9kg，两者合计每公顷有残膜110kg[2]。大量残膜存在土壤中不但破坏了农田的土壤结构，形成阻隔带（层），影响种子发芽、出苗，造成烂种、烂芽，使幼苗黄瘦甚至死亡，而且影响作物根系的发育和均匀分布，阻碍了作物对水分和养分的吸收，降低了作物产量。由于塑料地膜中含有聚乙烯、氯乙烯等大量有毒物质，可抑止土壤微生物的生长，影响农产品的质量。残膜破坏土壤的物理和化学结构，使土壤的透气性、蓄水性变差，使作物吸收水分、养分的能力降低，最终导致难以发芽出苗，根系难以下扎。据统计，连续覆膜3～5年的土壤，种小麦产量降低2％～3％，种玉米产量下降10％左右，种棉花下降10％～23％，连续覆膜时间越长，地膜残留量就越多，对作物产量的影响就越大[2]。残膜能否得到回收直接关系到后续农艺措施的实施。同时，土壤中的残膜也会影响机械作业，只有残膜及时回收后

才能进行整地作业，否则会影响整地机械的正常工作。残膜对农业生态的污染后果严重，如不及早治理，我们赖以生存的土地将不再有丰收，我们的子孙将面临一场灾难。

新疆是我国主要产棉区，棉花种植面积近2000万亩，产量占全国30％以上。棉花收获后，棉秆仍然留在地里。大量棉秆留在地里对来年的耕作造成很大影响，为了第二年的农业生产，须对棉秆进行适当处理。目前对棉秆的处理方法主要有以下四种：（1）将棉秆直接翻入土壤中；（2）将棉秆粉碎还田；（3）应用拔棉秆机械将棉秆拔出，运到田外；（4）人工拔棉秆。将棉秆直接翻入土壤中，棉秆不易腐烂，耕地时大量棉秆堆积，将极大的增加机具牵引阻力。棉秆粉碎还田目前应用最广泛，但是采用棉秆粉碎还田后，由于棉根仍留在棉田内，播种时容易插入穴播器，造成播种孔阻塞，影响播种质量。人工拔棉秆每0.06hm2用工0.5个，费时费力效率很低，只能适用于小块棉田[7]。

本课题的目的在于将拔棉秆技术与残膜回收技术相结合，生产一种一机多用的农业机械，从而减少农机下地次数，降低棉田作业成本，最终达到提高生产效率的目的。

1.2 田间地膜特性分析

秋后地膜在田间分布情况如图1-1所示，在地表分布的情况主要包括以下两种：一种是相对比较完整的地膜（序号2），这部分地膜为压在两边土壤中的部分。铺膜时

1、土壤

2、压入土壤中地膜

3、根茬

4、根茬周围地膜

5、根茬间地膜

图1-1 地表残膜分布图

为了使整个地膜固定，将两边地膜压入土中，这部分地膜避免了阳光照射与风化，所以秋后收膜时，这部分地膜的强度依然很好，抗拉性较强，比较容易收起来。另一部分地膜为地表残膜，包括根茬周围地膜（序号4）和根茬间地膜（序号5）。这部分地膜由于暴露在地表，经过较长时间的阳光照射，风化严重比较脆弱，抗拉性较差，容易破碎。尤其是根茬周围地膜，存在破裂口，地膜受拉后容易从该处开始撕裂。

1.3 国内机械化收膜发展现状

由于特殊国情，我国地膜应用存在两个特点：一是地膜厚度一般在0.005～0.008mm之间，成本较低，强度较差；二是多数地区是作物收获后收膜，地膜在田间停留时间较长，长时间氧化后易破碎，为机械化收膜增加了难度。

从八十年代应用地膜技术起，我国农机工作者就开始了对残膜回收机械的研制，先后研制成残膜回收类机械多达三十多种。主要代表机型有以下几种。

（1）卷膜筒式残膜回收机，如：新疆研制的MSM－3、4MSM－3型苗期残膜回收机和东北农业大学研制的MS－2型玉米苗期收膜机等。苗期残膜回收机在玉米、棉花等作物中耕作业时揭膜回收，此时，由于地膜使用时间短，破损不严重，有利于收膜，残膜收起后，同时进行中耕作业。两种机具残膜回收率均在85％以上，单机生产率在0.3hm2/h，伤苗率在1％以下，配套动力18.38kw，小四轮拖拉机就可满足条件。这两种机型均是利用轮上带齿的卷膜辊将起膜铲铲起的残膜挑起收集。其收膜工作部件不需动力驱动，结构简单、使用调整方便、工作可靠、伤苗率低。工作中，在地头需要人工卷膜和人工脱膜，因此收膜效率较低。

（2）偏心弹齿残膜回收机，如1SM－II型，该机存在碎膜现象较为严重，膜与杂质混收，脱膜需停机等缺点。

（3）弹齿式残膜回收机，如3JM-100型，该机与小四轮配套，该类残膜回收机的特点是依靠固定在皮带上的弹齿捡膜，但弹齿式残膜回收机制造困难，需要解决的技术难题集中在将残膜与弹齿分离。

（4）气吸式残膜回收机，如4MQ－1.5型，该机回收率高且不伤苗，但需要用四轮拖拉机输出动力带动风机及一些关键部件，成本较高，农民无法接受，不符合中国国情。

1.4 残膜回收工艺分析

1.4.1苗期收膜工艺与机具

苗期揭膜是在浇头水前揭去地膜，此时揭膜容易，且有利于中耕和施肥，但不适于滴灌的地块。揭膜后由于水分蒸发过大造成干旱，使棉花滴水周期缩短3～4天，所以滴灌棉花头水前不宜揭膜。近年来，膜下滴灌技术的推广面积在不断扩大，苗期收膜工艺已基本不被棉农所采用。

苗期残膜回收机具代表机型有：新疆农科院农机化所研制的MSM－3型苗期残膜回收机、新疆兵团农机推广站和兵团农八师134团研制的CSM－130B型齿链式悬挂收膜机等。这几种机具残膜回收率均在85％以上，单机生产率0.3hm2/h，伤苗率1％以下，配套动力为18.38kW小四轮拖拉机。这几种机型均是利用轮上带齿的卷膜轮将起膜铲铲起的残膜挑起收集。其收膜工作部件不需动力驱动，结构简单、使用调整方便、工作可靠、伤苗率低、收净率和生产率较高。

1.4.2耕后的残膜回收工艺与机具

耕后的残膜回收可分为耕层内残膜回收与播前整地残膜回收二种。

耕层内回收残膜是对苗期或秋后没有回收干净的残膜或历年累积的残膜进行清捡。目前这种残膜回收工艺主要有：

（1）钉齿式残膜清捡机和犁配套使用，这种清捡装置结构简单、成本低，可在犁地的同时回收耕层内的残膜，适用于沙土或沙壤土。但捡拾的残膜缠绕在钉