国内外机械式苗间除草装备与技术的研究概况及趋势

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1、国内外机械式苗间除草装备与技术的研究概况及趋势　　引言　　农田杂草是农业生态系统中的一个组成部分，它直接或间接影响农业生产，若不将其除去，势必与农作物争夺养分、水分、光照和空间，传染病虫害，影响农作物生长发育，进而造成作物减产、品质降低。据联合国粮农组织(FAO)报道，世界粮食产量因遭受草害平均损失10%左右，损失粮食为2．9亿t。我国因杂草引起的粮食损失也约占总产量的10%，每年损失粮食就有上百亿千克。化学药剂除草是目前应用最广泛的一种除草方式，具有快速、高效、经济等特点，85%～100%的作物生产

2、中使用了除草剂。然而，20世纪80年代以来，世界范围内除草剂的大量使用带来了生态环境污染、杂草抗药性增强、生物多样性减少等诸多问题。由于人们对环境保护意识的增强及对食品质量安全问题的重视，一些国家政府做出了限制使用化学除草的规定。例如，欧盟2092/91条例明确规定，有机农田中只能使用非化学方法除草，如人工除草、机械方法除草等。由于人工除草工作效率低、劳动强度大，而机械方法除草工作效率高、对环境污染小，符合绿色农业的发展需要，故机械除草被视为有机农业种植过程中最佳的除草方式。　　机械除草作业是农业可持

3、续发展的一项关键性生产技术。目前，传统方法可以除去80%的行间杂草，但苗间杂草对作物的生长发育有更大的影响，而杂草控制的最大难点也在于苗间杂草的防除。本文将介绍国内外机械式苗间除草装备与技术的研究现状，并指出我国苗间除草装置研究的发展趋势。　　1国外苗间除草装置研究现状　　作为保护性耕作的关键技术，国外从20世纪50年代就开始了对机械除草技术的研究。经过多年的研究改进，目前已经形成了一整套成熟的保护性耕作农机具。由于在耕作方式、生理特征等方面旱田作物和水田作物有很大差别，因此本文将国外苗间机械除草装置

4、分为两类介绍:一类适用于旱田作物(如小麦、玉米、大豆等)，此类机械在美国、加拿大及欧洲国家发展迅速;另一类适用于水田作物(如水稻)，水田除草机械日本发展水平最高。这些机具经过多年的研究和生产运用，基本上能够满足作业要求。　　　　1．1旱田苗间除草装置研究现状　　Dedousis等人设计了一种控制苗间杂草的旋转阀掰锄，如图1所示。【图1】　　　　其旋转中心沿与作物行有一定距离且与作物行平行的直线移动，锄上切除部分使锄通过作物时避免与作物接触，而锄体在通过苗间区域时破坏土壤，从而达到保护作物除去杂草的目的

5、。田间试验表明，选用直径175mm、切除部分156°的圆盘和约15mm的入土深度能取得较好效果。另外，在机器前行速度0．5m/s的情况下，该机构除草率超过87%。　　Vale．S等人研制的苗间除草装置利用红外线传感器检测作物，当检测到作物时，信号传输至计算机，计算机通过控制命令驱动执行机构将锄刃离开作物以避免对其损伤，之后又回到原位进行除草作业。　　据报道，此装置在高达5cm、8个叶片、株距在17～18cm的生菜田间进行试验，性能良好。同样利用红外线传感器检测作物，荷兰瓦格宁根大学研究的苗间除

6、草系统中，两条或多条除草刀装在垂直旋转的圆盘上，当检测目标为杂草时，圆盘高速旋转，除草刀展开伸出至作物苗间将杂草切断;当目标位作物时，转速降低收回除草刀，避免除草刀与作物接触而损伤作物。C．Cordill和T．E．Grift研制了一种利用激光控制的用于玉米苗间除草的装置。该装置由4组激光发射器和相应数量的、与之有一定距离的接收器组成。4组激光发射器与接收器均平行于地面且处于垂直地面的平面上，当玉米茎和杂草位于发射器和接收器之间时会产生二进制的脉冲，累积脉冲达到4组时即可判断此组脉冲对应的是玉米茎，其余

7、为杂草。该装置在不同条件下伤苗率不同。田间试验分析表明，在3行玉米苗间无草、3行玉米苗间充满阔叶杂草、3行玉米苗间充满禾本科杂草的情况下，伤苗率分别为8．8%、23．7%、23．7%，更深入的研究尚在进行。　　德国波恩大学开发了一种苗间除草系统，如图2所示。该系统由执行机构、速度检测器、数据采集单元和作物识别系统等组成。控制软件根据株距、当前锄臂位置对数据采集单元所收集的作物识别、机器前进速度、电机旋转速度等相关数据进行实时计算，进而调整执行机构的旋转速度。据报道，该系统可用于缺苗、株距不一致等情况，

8、但至2007年仅在虚拟环境中实现。　　一种基于GPS的苗间除草实时控制系统由M．Pérez－Ruiz等人研制成功，它由苗间除草刀、GPS及实时控制系统(RTK)组成。当监测系统RTK－GPS确定当前的植物为作物时，苗间除草刀自动张开以避免损伤作物，随后关闭进行苗间杂草控制作业。对682颗番茄田间试验表明，前进速度为0．8、1．6km/h情况下，没有伤苗出现。据报道，此技术可行，将来的研究工作在于评价此技术是否具有实在的经济价值。　　欧美地区