自然基金

项目类别 报审学科组 面上项目 C

黑龙江省自然科学基金

面上项目申请书

（附 表） 2011年度

项目名称：洋葱地膜回收的基础理论研究

学科代码1：C110105-农业系统工程

学科代码2：C110202-作物栽培与耕作学

学科代码3：E0506-机械设计学

申报日期：2011-03-23

黑龙江省自然科学基金委员会

一、项目研究意义及同类研究工作国内外研究现状与存在问题(附主要的参考文献及出处)

项目研究意义： 洋葱是百合科属中以肉质鳞片和鳞芽构成鳞径的二年生草本植物,别名玉葱、葱头、圆葱。具有降血压、降血脂、舒张血管和抑制癌症等作用,是理想的保健型蔬菜,有“蔬菜皇后”的美誉。黑龙江省是洋葱的主要产区之一，其种植模式主要为畦作地膜覆盖技术，地膜覆盖技术具有保温、保墒、除草等功能，是农业生产取得高产、稳产的重要措施之一，但是农用塑料薄膜主要是聚乙烯烃类化合物，自然条件下极难降解，在土壤中可存在200-400年，残膜积累在土壤中致使农业环境遭到严重污染，破坏了农田的生态环境，形成了阻隔层，影响农作物对水分和养分的吸收，也影响了种子发芽和出苗，特别是由于其易缠绕，影响农业机械的作业质量，妨碍农业机械化的推广和应用。我国洋葱产量占全球的35%，种植面积居世界第一。近年来，其为农村调整产业结构，帮助农民增收发挥了重要作用，但我国洋葱生产机械化程度偏低，造成这一结果的一个主要原因是由于洋葱采用地膜覆盖技术，其残膜回收费时、费力，严重制约着收获过程机械化。 我省是洋葱的主要产区之一，其洋葱主要出口到俄罗斯、韩国，南亚等国，我省密植小型洋葱以其硬度高、球型好、耐储性强等优点，市场认可度高，其出口规模逐年增加，该项目的研究对于促进洋葱生产机械化发展，推动洋葱产业化发展具有重要意义。 国内外现状： 国外 残膜回收是世界各国都面临的一个棘手问题。英国和前苏联采用悬挂式收膜机，工作时松土铲将压膜土耕松，然后将薄膜收卷到羊皮网或金属 网上。收下的膜清洗干净卷净备用。 日本对残膜的回收处理相对好一些，主要原因一是日本覆盖地膜的土壤主要是火山灰土，土壤疏松易揭膜；二是地膜较厚、强度大，覆盖期相对

较短，回收时可保持较大片块。 欧美等国家为解决残膜造成的危害，一方面推广使用高强度、耐老化地膜；另一方面积极开发研制新型地膜，如可降解地膜等，残膜经一定时期而自动分解，形成无害物质而混入土壤中，但其价格偏高或其它原因， 目前还不能推广应用于大田作物，仅在经济价值较高的蔬菜等作物中应 用。 在以色列、法国等国家已研制和推广可控光降解地膜，但此方法对于埋 入土层内的残膜难以光解释，目前尚未得到普遍应用。 国内 国内残膜回收机具按照残膜回收时间分为：苗期揭膜机械、秋后残膜回收机械、播前残膜回收机械等类型。 存在问题： 现有残膜回收机械不够完善。从我国已有机型来看，苗期揭膜只适用于水源较充足地区的部分作物，而我国北方大部分地区为干旱少雨区，耕层内残膜回收机和播前耕整地残膜回收机虽然结构简单、成本低，但残膜回收率不高。 洋葱由于采用覆膜移栽农艺生产周期短，且其为根茎类蔬菜，所以为保证后序的机械化收获作业，必须在收获之前进行地膜回收。因此现有国内外残膜回收设备不适合i洋葱地膜的回收作业。 参考文献： “残膜机械化回收对策及建议”《农村牧区机械化》2009-3、19-22 “常用的地膜覆盖机和残膜回收机”《农业科技》1996-6、25-26 “农田农地膜残留污染现状及对策”《安徽农业科学》2003-31、 330—331 “残膜回收机发展现状及存在问题” 《农机化》2007-4、18～19

二、项目的研究内容和拟解决的关键问题 项目研究的内容： 该项目主要进行洋葱地膜回收的基础理论研究，通过对洋葱地膜随时间变化的上、下屈服强度、抗拉强度、抗压强度、100%定伸强度、300%定伸强度、弹性模量、延伸率等材料力学特性的变化趋势分析，以及洋葱收获农艺的研究确定最佳洋葱地膜回收时间；从而进行地膜回收技术和工艺的理论研究，确定地膜回收的工艺路线和相关配套结构形式。 拟解决的问题： 拟解决我国洋葱种植生产中目前普通使用的0.007～0.008mm超薄膜回收易破损、回收率低、二次污染严重的问题。研究在洋葱收获前地膜回收的基础理论研究，从而进行洋葱地膜回收技术和工艺和相关结构的研究，解决洋葱收获前无法进行地膜回收的难题。

三、项目的研究方法、技术路线及可行性分析 项目研究方法、技术路线 市场调研→确定研究目标→进行洋葱地膜随时间、温度等环境影响材料力学的变化特性→进行洋葱种植农艺的基础研究→确定地膜回收时间→进行地膜回收工艺的理论研究→进行地膜回收工艺的设计→相关结构的研究→相关结构的设计、试验→确定洋葱地膜回收工艺和相关设备 可行性分析 由于地膜残留的问题，洋葱一直无法进行机械化收获，地膜覆盖栽培技术是农业生产取得高产、稳产的重要栽培措施之一。但造成的土地污染后果是极其严重。据调查，连续3～5年残膜不回收，会导致玉米减产11%～28%。 而我国洋葱种植大规模采用地膜覆盖栽培技术,且其地膜采用厚度仅为0.007～0.008mm超薄膜,远远低于国际上通用的0.014～0.06mm薄膜，导致其回收困难,破损率高，因此对洋葱地膜回收研究的要求十分迫切。 该项目通过对洋葱地膜材料力学特性变化趋势的研究结合洋葱农艺的研究，根据理论计算和试验研究确定洋葱地膜回收工艺和配套结构研究，技术可行性合理。

四、项目学术思想及创新之处 项目的学术思想： 我国是洋葱种植面积和产量最多的国家，但是我国的洋葱种植还完全停留在人力劳作上，生产效率低下，种植成本高；且现在大多采用覆膜栽培，残膜回收困难，环境污染严重。而现今适合洋葱地膜的研究还处在空白阶段，并且由于洋葱地膜与洋葱贴在一起，因此如果进行机械化收获必须先对洋葱地膜进行回收，减少因地膜缠绕造成无法进行收获的难题。该项目针对洋葱收获前的地膜物理特性进行研究，从而结合洋葱的农艺特性，对洋葱的地膜回收工艺和相关结构进行理论研究和试验分析设计。 创新点： 我省洋葱主要为畦作覆膜栽培，本项目结合地膜物理特性和洋葱农艺特性研究，研究一种新型洋葱地膜收获机，该项目采用挑膜--去杂--送膜--卷膜的设计工艺，填补了洋葱地膜回收的空白。该项目采用卷膜辊主动收集废膜，卷膜辊与地轮间采用交叉变速，设计有同步转数结构，保证了随卷膜辊筒直径加大，卷膜滚筒与地轮之间线速度保持一致。该项目进行洋葱地膜物理特性与洋葱农艺特性的分析研究，对洋葱地膜回收技术和工艺及配套结构进行理论性的研究。

五、项目研究所涉及的学科交叉情况 该项目以农业机械学科为主结合洋葱种植的农学、栽培学，地膜的材料力学研究，共同完成。

六、项目研究的预期目标

项目预期技术目标： 该项目根据洋葱地膜物理特性、强度的变化趋势、洋葱农艺要求特性的研究，进行洋葱地膜回收技术工艺和相关结构设备的基础理论研究，使洋葱地膜回收达到以下指标： 拾 净 率：85～94% 损 伤 率：≤1% 项目预期经济目标: 通过该项目的研究,可极大的解决地膜残留造成的粮食减产问题,每亩可增收15%,可增加收入90元,以30万亩计算,可增收2700万元，经济效益巨大。 项目预期环境和社会目标: 因为使用过的地膜难以被完整的回收，有很大部分残膜被翻入土壤逐年累计，造成土地的严重污染。从而残膜影响作物根系的生长，阻碍作物对水分和养分的吸收，使棉花等作物的产量下降。有资料表明：连续三年残膜没有清理的地块，小麦产量下降2%～3%；玉米产量下降10%左右；棉花产量下降10%～15%。棉花减产20%～30%。该项目的研究可以对于治理残膜污染保护农田的生态环境和保持农业可持续发展具有重要意义。 我国洋葱生产主要以人力为主，该项目的研究对于促进洋葱种植机械化的研究，推动洋葱产业化的发展具有重要作用。

七、预期成果及后续发展潜力 项目完成后可形成完整的洋葱地膜回收技术和工艺文件以及洋葱地膜回收设备相关结构的基础理论研究参数，以及与之配套的专利和论文。项目的研究也为后序的洋葱回收机械的研究做了基础性研究。同时我们下一步将对洋葱收获机械的研究进行进一步的研究和试验。我省是洋葱的主要产区，该项目的完成对于推动我省洋葱产业化发展，增加农业收入具有重要意义。

八、项目的前期研究基础工作(申请人、课题组分开写) 申请人 在前期已经做了市场调研和洋葱的生产农艺研究，并结合洋葱收获机械的研究以及国内外相关研究和地膜特性确定了洋葱地膜回收工艺，并就核心部件进行了研究和试验。 课题组 在前期就洋葱的生产农艺进行了研究，并亲自种植了洋葱，从而全面了解洋葱的生产过程。查找了国内外同类研究资料，对核心部件进行了研究和试验。

九、经费预算 1、经费来源预算 年度 项目 省基金资助额 单 位 匹 配 自 筹 经 费 其 它 合 计 2、经费支出预算 科 目 一、研究经费 1、科研业务费 ⑴测试/计算/分析非 ⑵能源/动力费 ⑶会议费/差旅费 ⑷出版物/文献/信息传播费 ⑸其它 2、实验材料费 ⑴原材料/试剂/药品购置费 ⑵其它 3、仪器设备费 4、实验室改装费 5、协作费 二、管理费 合 计 注：课题管理费低于总经费的5% 。 金额单位：万元

2011年 2.0000 2.5000 0.0000 0.0000 4.5000 2012年 3.0000 2.5000 0.0000 0.0000 5.5000 备 注 总 计 5.0000 5.0000 0.0000 0.0000 10.0000 经费支出预算金额 总金额 其中省拨款 9.5000 6.3000 2.0000 1.2000 1.8000 0.8000 0.5000 1.7000 1.0000 0.7000 0.4000 0.1000 1.0000 0.5000 10.0000 5.0000 4.2000 1.5000 1.2000 1.5000 0.0000 0.0000 0.6000 备注计算依据于说明 相关设计试验费用 试验用燃油费用、动力电费 进行相关调研、研究差旅费用 文献出版、专利申请等费用 购置相关书籍、查询等费用 0.6000 购置洋葱籽、农药、地膜等相关费用 0.0000 0.0000 0.0000 0.2000 0.0000 5.0000 雇用拖拉机、劳作人员等相关费用 购置地膜抗拉强度测定仪 相关专家协作费用 说明：材料中不得出现申请人的姓名、工作单位及相关信息