南疆风沙作用下塑料地膜破损机理及防治策略研究

目前新疆地膜种植棉花面积超过170万公顷，占全国棉花种植面积的1/3，但是由于南疆塔里木盆地春季和夏初风沙大，对塑料地膜破坏严重，重新覆膜率高，造成人力财力严重损失。且由于残膜不能及时全部回收，耕地遭到严重的残膜污染。本项目针对塑料地膜遭受风沙作用破损进行研究，对地膜破损过程的力学特性进行分析，确定风沙对地膜破损的力学性能与几何特征的关系，给出地膜受风沙破损模型；对地膜受风沙破损进行有限元仿真模拟，对不同风沙程度的地膜破损进行预测，以开展田间观测和风洞实验进行验证，提出适合南疆地区的最优覆膜方式和地膜破损防治策略，同时研究一种加强筋地膜，该地膜在保持原有透光保温条件下既能防风沙破损，又能方便残膜回收，为新疆种植作物地膜技术提供理论指导，提高地膜的有效利用率。

南疆地区棉田地处沙漠边缘，春秋季节受风沙影响较大，田间农用地膜在风沙作用下破损严重，影响了覆膜播种作业及棉花作物的生长。本项目针对南疆地区棉田的覆膜播种模式，对地膜破损过程的力学特性进行分析，确定风沙对地膜破损的力学性能与几何特征的关系，建立地膜受风沙破损模型；对地膜受风沙破损进行有限元仿真模拟，对不同风沙程度的地膜破损进行预测，以开展田间观测和风洞实验进行验证；经过研究，测量了塑料地膜几何特性和力学特性等参数，包括地膜的宽度和长度之间的关系，地膜厚度及破损的形状变化，地膜的弹性模量、撕裂强度等力学参数特征，建立了力学性能与几何特征的关系；对侧边揭膜而破损、风沙撞击地膜表面而破损、风沙进入膜孔导致破损几种情形，分别进行了田间试验与风洞试验，在动力学分析的基础上，结合塑料地膜的几何特征，获取了塑料地膜受风沙载荷的震动频率、风载作用等参数影响下的破损机理，当风速越高时，风对地膜的作用力越大，对地膜的破损时间越短；风向角度对地膜破损时间有显著影响，当风向角度为45º时，风力对地膜作用力最大，达到2.29N，此时地膜从边膜种孔处揭出，发生破损；覆土厚度值增大时，地膜的风阻增大，抗风能力增加。利用试验结果，建立了地膜破损的数学模型，根据模拟分析，所建立的模型能较好的预测8m/s—17m/s风速作用下的地膜破损力学特性值。最后，在试验数据与田间测试的基础上，提出了增加覆土厚度、增大边膜入土深度、改变覆膜播种方向、改变播种时种孔打孔形状等具体的风沙作用下塑料地膜破损的防治措施，提出了适合南疆地区的最优地膜方式。同时，研发了一种新型的加强筋地膜，该地膜有足够强度，采光效果好，既能防风沙破损，又能方便残膜回收，为新疆种植作物地膜技术提供理论指导，提高地膜的有效利用率。