機械式苗間除草裝置與技術(shù)研究

廊坊市農(nóng)機安全檢驗鑒定站 馬克明

農(nóng)田中的雜草，吸取了土壤中的大量營養(yǎng)物質(zhì)，影響了農(nóng)作物的健康成長，所以鏟除雜草是農(nóng)業(yè)種植的一種保護手段，傳統(tǒng)的除草方式是人工除草，而現(xiàn)代農(nóng)業(yè)種植使用的是化學(xué)除草，長時間使用化學(xué)除草，會增強雜草的抗藥性，使人們不得不改變農(nóng)藥的種類，或者是加大藥量，從而造成農(nóng)作物和環(huán)境的進一步污染，所以迫切需要綠色生態(tài)化的除草方式。

1 機械式苗間除草裝置現(xiàn)狀

農(nóng)業(yè)種植過程中，除草是必不可少的植保環(huán)節(jié)，農(nóng)田除草一直是國內(nèi)外相關(guān)研究人員關(guān)注的重點問題，目前常用的除草方式主要有人工、化學(xué)、機械除草，人工除草勞動量大、效率低，化學(xué)除草存在有毒殘留問題，影響食品安全，由于蔬菜類農(nóng)作物表面沒有任何保護措施，不能使用化學(xué)除草，一般使用的是人工除草或機械除草，然而，人工除草的效率低，并且除草成本過高，所以機械除草成為首選。一般的機械除草方式是行間除草，并不能完全除掉農(nóng)作物周邊的雜草，這些雜草在農(nóng)作物的影響下，間斷分布，需要使用智能化的機械除草方式。

普通的除草裝置是行間除草，而農(nóng)作物與雜草混在一起，使得行間除草裝置的除草率降低，所以傳統(tǒng)的苗間除草主要使用的是人工除草。機械式苗間除草裝置的應(yīng)用，使得除草更加高效化，且智能技術(shù)的運用，使得除草裝置可以區(qū)分農(nóng)作物和雜草，使苗間除草更加準確和環(huán)保，對農(nóng)作物幾乎沒有任何損害，但是當下，機械式苗間除草裝置與技術(shù)研究面臨著三大難點：第一，苗間除草裝置對農(nóng)作物的準確區(qū)分，也就是分類技術(shù)的研究；第二，除草裝置的定位技術(shù)有待研究人員進一步的深入研究；第三，智能化的控制技術(shù)，苗間除草裝置需要具有靈活的避苗功能，從而保證除草裝置除草的高效化。目前機械式苗間除草裝置使用的技術(shù)主要有GIS、傳感器、圖像處理技術(shù)等，這些技術(shù)在除草裝置中的應(yīng)用，促進了機械式苗間除草裝置智能化的發(fā)展和應(yīng)用。

機械式除草裝置在行間除草中得到了一定的應(yīng)用，并取得良好的除草效果，行間除草技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成熟。而苗間除草對除了草裝置的技術(shù)有更高的要求，還需要對機械裝置更加智能化，可以準確區(qū)分雜草和農(nóng)作物，并在除草過程中避讓苗禾。現(xiàn)階段機械式苗間除草的方法主要有三種：第一，使用田間土壤覆蓋法；第二，切斷雜草根莖的方法；第三，連根拔起，將雜草徹底鏟除。這三種去除雜草的方法，都必須要求苗間除草裝置具有定位和避苗的功能，這也是苗間除草裝置技術(shù)研究的重點，需要研究人員在技術(shù)重點上下功夫，以促進機械式苗間除草裝置技術(shù)的發(fā)展，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供高效的機械除草裝置。

2 傳統(tǒng)的機械式苗間除草裝置分析

傳統(tǒng)的機械式苗間除草裝置沒有智能技術(shù)的應(yīng)用，使用的制造工藝主要是機械技術(shù)，苗間除草裝置的結(jié)構(gòu)比較特殊，只是單純意義上的除草機，比如，指形除草機，扭桿除草機，其不具備自動識別功能，而且在實際的應(yīng)用中，需要配合其他除草機械進行除草，在聯(lián)合除草的過程中，很容易損傷苗禾。后來研發(fā)出刷狀除草機，按照方向分為兩種類型：一種是水平刷狀除草機，主要用于行間除草；另一種是垂直刷狀除草機，是水平刷狀除草機的升級，既可以行間除草，也可以苗間除草，但是有非常明顯的除草劣勢，其損傷率較高，并且在苗間除草之前，需要做較多的前期準備工作。

對行間除草裝置進行改造，從而制造出傳統(tǒng)的苗間除草裝置，比如國外的研究人員，研發(fā)制造了旋轉(zhuǎn)鋤和裂根鋤，都具有很好的除草效果，對田間土壤有很好的適應(yīng)性，在壓實或者濕度較大的土壤下，也可進行有效的苗間除草，主要的不足是需要借助拖拉機，除草的效率較低，并增加了勞動量。南京農(nóng)業(yè)機械化研究所研發(fā)制造了除草性能較好的苗間除草裝置，叫作2BYS-6型水田中耕除草機，經(jīng)過實踐檢驗，其除草率為79%，苗禾損傷率不到7%中耕深度可達4.4cm。

3 國外機械式苗間除草裝置與技術(shù)研究情況

國外苗間除草裝置的研究較早，在20 世紀50 年代就已開始了相關(guān)研究，所以國外的除草裝置與技術(shù)已經(jīng)發(fā)展得較為成熟，并具有了一系列的耕作機械裝置。根據(jù)農(nóng)業(yè)種植的特點分為水田種植和旱田種植，以下針對水田和旱田進行國外除草裝置的分析。第一種，旱田苗間除草裝置，如玉米、大豆、小麥等農(nóng)作物，主要應(yīng)用的國家是美國、澳大利亞；第二種，水田苗間除草裝置，其典型代表是日本的水稻種植。

3.1 旱田機械式苗間除草裝置與技術(shù)

3.1.1 旋轉(zhuǎn)閥掰鋤除草裝置

該除草裝置由Dedousis 等研制，圍繞中心點轉(zhuǎn)動，與農(nóng)作物保持一定的距離，在鏟除雜草時，由于除草盤上部切除一部分，形成了農(nóng)作物的保護區(qū)，鋤體鏟除農(nóng)作物周邊雜草時，只是破壞周邊土壤鏟除雜草，不會在除草過程中損傷農(nóng)作物。經(jīng)過多次田間試驗，得出了準確的除草試驗數(shù)據(jù)，使用除草盤直徑為1.75m，切除了155°的除草盤，鋤體入土0.15m 的情況下，除草效果非常明顯。

3.1.2 傳感器的應(yīng)用

該裝置由Vale.s 等研制，在苗間除草裝置中安裝了紅外線傳感器，使其具有了檢測功能，傳感器檢測到農(nóng)作物后，將獲取的信息傳遞給控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)發(fā)出控制指令，應(yīng)用避苗技術(shù)，防止除草裝置損傷農(nóng)作物。傳感器除草裝置的高度為5cm，安裝8 個葉片，通過在白菜田中的實際檢測，證明其具有很好的使用性能。

3.1.3 激光控制技術(shù)的應(yīng)用

該裝置由C.Cordill 和T.E.Grift 研發(fā)制造，在除草裝置上應(yīng)用了4 組激光發(fā)射器，及4 組接收器，由激光發(fā)射器發(fā)出脈沖掃描農(nóng)作物和雜草，接收器接收脈沖，當脈沖接收器接到4 組脈沖后，可以分辨出前方的物體為農(nóng)作物。激光除草裝置在玉米田中進行實踐檢驗，證實了除草裝置應(yīng)用的環(huán)境不同，損傷率也有所不同，以3 行玉米為例，其傷苗率如表1 所示。

表1 不同操作環(huán)境下激光除草裝置的傷苗率

3.2 水田機械式苗間除草裝置與技術(shù)

日本農(nóng)業(yè)種植的機械化水平較高，苗間除草裝置技術(shù)水平處于領(lǐng)先地位，并經(jīng)過多年的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用，除草裝置和技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成熟。由日本公司研制的SJ-8 型、MSJ-4 型、LYW-8 型苗間除草機，在日本水稻種植中應(yīng)用比較普遍，具體性能如表2 所示。

表2 日本水田除草裝置的性能

4 國內(nèi)機械式苗間除草裝置與技術(shù)研究情況

我國已經(jīng)意識到化學(xué)殘留對食品安全和生態(tài)環(huán)境的影響，并盡可能地控制化學(xué)除草在農(nóng)業(yè)種植中的應(yīng)用，研究人員不斷加大對機械式苗間除草裝置與技術(shù)的研究力度，并取得了非常好的研究成果。

4.1 利用機械原理改造除草裝置

利用機械學(xué)原理，應(yīng)用軌道變換滑塊改造除草裝置，使除草鏟可以自由運動，并在螺旋軌道上安裝套管，幫助除草鏟齒轉(zhuǎn)軸運轉(zhuǎn)，從而控制鏟齒躲避農(nóng)作物，降低除草過程中的傷苗率，該裝置是由張鵬舉等研制。通過在實驗室的土槽試驗，得出了改造后除草裝置的性能狀況，當株距大于0.3 米時，損傷率在9%以內(nèi)，除草率為50%。

4.2 國內(nèi)3ZCF-7700 型中耕除草機

該除草裝置是由韓豹等研制，在苗間除草時，除草裝置動力驅(qū)動梳齒組件運行，推動除草盤轉(zhuǎn)動，除草裝置按照設(shè)定的作業(yè)速度進行除草，裝置中的梳齒組件向內(nèi)旋轉(zhuǎn)，梳理苗帶，在梳齒梳理之后，使整個苗帶形成了網(wǎng)格狀的梳理痕跡，苗帶土壤被翻轉(zhuǎn)和位移，深度大概為1.4～2.5，該裝置依據(jù)農(nóng)作物與雜草扎根深度進行除草，草根的深度較淺，通過梳齒的梳理，破壞雜草的根系，并通過翻壟破壞雜草的生存環(huán)境，從而使雜草被晾曬至死。通過試驗獲取該裝置的使用數(shù)據(jù)，當梳齒之間的距離為5cm時，轉(zhuǎn)速為180r/min,作業(yè)速度為2.4m/s 時，除草率為88%，損傷率為2.8%，苗間除草效果良好。

4.3 3ZFC-7 型除草裝置

該裝置使用了單組仿形螺旋梳齒，可以進行全方位的苗間除草，由車剛等研制。在實際的操作中，使用兩個地輪進行裝置的作業(yè)操作，帶動鏈條驅(qū)動傳動軸，然后動力被分配給各個除草螺旋梳齒，以及裝置底部的排肥器，同步進行除草和追肥作業(yè)，通過在大豆田中的實際應(yīng)用，其損傷率在4%以內(nèi)，除草率達到了75.9%。

5 結(jié)語

農(nóng)業(yè)經(jīng)濟綠色生態(tài)化的發(fā)展，已經(jīng)成為當下農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要方向，并促進了當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境保護的建設(shè)，而在農(nóng)業(yè)綠色種植過程中，化學(xué)除草逐漸被種植戶所摒棄，新的綠色生態(tài)化的除草方式受到種植戶的廣泛關(guān)注?，F(xiàn)階段國內(nèi)的行間除草裝置整體除草效率良好，而苗間除草裝置與技術(shù)還有待進一步研究，尤其是在除草的精確控制上，需要引起研究人員的重視，需要結(jié)合國外除草裝置技術(shù)上的優(yōu)勢，以及農(nóng)業(yè)種植的實際需要，對國內(nèi)的除草裝置進行升級和改造，應(yīng)用先進的智能技術(shù)，實現(xiàn)除草裝置性能的提升以及智能化的發(fā)展。