農(nóng)田雜草機(jī)械化控制技術(shù)現(xiàn)狀與特點(diǎn)

李姝然

(哈爾濱市呼蘭區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，哈爾濱 150500)

0 引言

對(duì)于農(nóng)田中的雜草處理工作是農(nóng)作物植保作業(yè)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，同樣，也是全世界各國專業(yè)技術(shù)人員的研究熱點(diǎn)[1]。針對(duì)農(nóng)田雜草的處理，按照作業(yè)方式可分為化學(xué)除草、人工除草及機(jī)械除草三類。化學(xué)除草是過去農(nóng)戶常用的一類農(nóng)田雜草處理方法，由于其使用成本較低，對(duì)于經(jīng)濟(jì)收入較少的農(nóng)戶來說，是選擇除草的好辦法，但是，該類除草方法采用的化學(xué)藥劑不僅對(duì)雜草產(chǎn)生殺傷力，對(duì)農(nóng)田土壤來說同樣具有較大的損害，對(duì)環(huán)境會(huì)造成極大的污染，嚴(yán)重的甚至還會(huì)直接對(duì)人體健康造成危害。人工除草方法主要用于傳統(tǒng)農(nóng)作物種植作業(yè)，化學(xué)除草藥劑出現(xiàn)前，只能采用人工進(jìn)行田間除草，雖然此種除草方式不會(huì)對(duì)人體健康、農(nóng)田土壤及生態(tài)環(huán)境造成損害，但是該種方法的除草效率極低，除草周期較長，對(duì)人工勞動(dòng)力的浪費(fèi)較大，使用成本較高[2]。針對(duì)人們?nèi)粘Ｊ秤玫氖卟斯瞎愞r(nóng)作物，無法采用化學(xué)藥劑對(duì)農(nóng)田雜草進(jìn)行控制處理，只能采用人工除草或者是機(jī)械除草方式[3]。隨著人工智能和信息技術(shù)的迅速發(fā)展，智能化機(jī)械除草技術(shù)成為了農(nóng)戶新的選擇，利用機(jī)械化除草技術(shù)可以智能識(shí)別農(nóng)作物和雜草，保證在進(jìn)行雜草處理時(shí)，不會(huì)對(duì)農(nóng)作物造成損傷，做到精確除草。

機(jī)械化除草已經(jīng)產(chǎn)生逐漸取代化學(xué)除草和人工除草的發(fā)展趨勢(shì)，越來越多的專業(yè)科研人員將研究成果轉(zhuǎn)化到農(nóng)業(yè)實(shí)際操作中，使機(jī)械化除草技術(shù)變得越來越成熟，如圖1所示為機(jī)械化除草田間作業(yè)狀態(tài)。采用機(jī)械化除草作業(yè)最常見有3種方法：1)利用機(jī)械翻耕農(nóng)田土壤，將雜草直接進(jìn)行覆蓋掩埋，防止雜草進(jìn)一步生長；2)直接將雜草根莖切斷，阻止雜草繼續(xù)生長；3)利用機(jī)器將雜草從農(nóng)田土壤中完全拔出，從根本上阻止雜草再生。需要注意的是，在進(jìn)行雜草清理作業(yè)時(shí)，首先，要完成對(duì)雜草和農(nóng)作物的區(qū)分定位，避免出現(xiàn)將農(nóng)作物當(dāng)作雜草進(jìn)行處理的情況[4]。在進(jìn)行除草時(shí)，一定要避開農(nóng)作物，這是當(dāng)前機(jī)械化除草技術(shù)所要攻克的重點(diǎn)難題，也是機(jī)械化除草技術(shù)發(fā)展緩慢的重要原因之一，所以，需要更多的專業(yè)技術(shù)人員對(duì)此項(xiàng)技術(shù)展開更加深入的研究。

圖1 機(jī)械化除草田間作業(yè)

1 農(nóng)田雜草機(jī)械化控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 除草方式方面

對(duì)于眾多機(jī)械化除草方式中，當(dāng)前常用的保護(hù)性耕作農(nóng)田雜草控制方法使用較單一，該類農(nóng)田雜草控制方法主要在農(nóng)作物生長時(shí)期進(jìn)行機(jī)械化除草，需要注意的是應(yīng)該針對(duì)農(nóng)作物生長期和非生長期均進(jìn)行機(jī)械化除草，能夠最有效地控制農(nóng)田雜草生長情況，為農(nóng)作物更好的種植生長提供便利條件。

1.2 除草方法方面

由于個(gè)別地區(qū)農(nóng)田中的雜草相對(duì)較多，我國對(duì)于農(nóng)田雜草的控制方法主要采用化學(xué)除草、人工除草和機(jī)械除草3種。隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化技術(shù)的發(fā)展越來越成熟，對(duì)于農(nóng)田雜草的控制主要是利用機(jī)械化除草來完成的，針對(duì)個(gè)別雜草較多較難處理的地區(qū)，可以將機(jī)械化除草與農(nóng)作物輪作相結(jié)合，這樣可以最有效地對(duì)農(nóng)田雜草進(jìn)行防治處理。

1.3 機(jī)具選型方面

由于我國大部分地區(qū)采用的是一家一戶的農(nóng)作物種植模式，農(nóng)作物的種植生產(chǎn)也逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樾∞r(nóng)戶種植經(jīng)營模式，該類農(nóng)作物種植模式不適合應(yīng)用大型除草機(jī)械進(jìn)行作業(yè)，為了便于農(nóng)田除草機(jī)械更好地使用，應(yīng)加大研發(fā)力度，研發(fā)制造出更適合一家一戶小規(guī)模農(nóng)作物種植的農(nóng)田除草機(jī)械[3]。

1.4 農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝結(jié)合方面

由于農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝之間的溝通交流較少，導(dǎo)致研發(fā)制造出的除草機(jī)械對(duì)于農(nóng)田雜草的控制處理效果較差，為了解決這一問題，需要提高對(duì)農(nóng)田土壤、農(nóng)作物種植生長狀態(tài)、環(huán)境的基礎(chǔ)性研究，將各個(gè)影響因素綜合考慮，以便于更好地解決機(jī)械除草作業(yè)中遇到的問題。

1.5 化學(xué)除草劑品種方面

對(duì)農(nóng)田雜草進(jìn)行機(jī)械化處理作業(yè)時(shí)，針對(duì)個(gè)別地區(qū)的雜草較多、較難處理等問題，在利用機(jī)械除草作業(yè)的同時(shí)，還會(huì)配備少量化學(xué)藥劑對(duì)雜草進(jìn)行消滅處理，由于使用的化學(xué)藥劑較少，對(duì)于農(nóng)田環(huán)境造成的污染也就較少。從目前來看，滅草效果好、污染少的化學(xué)除草劑品種較少，針對(duì)某一農(nóng)作物專用的化學(xué)除草劑品類不多。針對(duì)以上問題，可以與除草劑制造商合作，研發(fā)出相對(duì)更加高效、低污染的農(nóng)田除草劑。

1.6 配套技術(shù)和手段方面

利用農(nóng)業(yè)機(jī)械進(jìn)行除草作業(yè)時(shí)，可在農(nóng)作物生長時(shí)期進(jìn)行除草作業(yè)，部分除草機(jī)械是在農(nóng)作物播種時(shí)直接進(jìn)行除草作業(yè)，比如說常見的保護(hù)性耕作技術(shù)。但是，從目前來看，無論是在農(nóng)作物種植時(shí)期還是生長時(shí)期進(jìn)行機(jī)械除草作業(yè)，都缺乏合理的配套使用技術(shù)，為了解決此類問題，需要加大農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝的結(jié)合力度，提高對(duì)農(nóng)作物播種時(shí)間、除草時(shí)間、機(jī)械選擇等各項(xiàng)配套技術(shù)的研究。

1.7 農(nóng)戶方面

由于農(nóng)戶對(duì)于機(jī)械化除草技術(shù)的了解不夠深入，擔(dān)心使用后的作業(yè)效果不好，而且農(nóng)戶擔(dān)心除草機(jī)械在作業(yè)過程中，會(huì)對(duì)農(nóng)作物幼苗造成碾壓損傷或者錯(cuò)把農(nóng)作物幼苗當(dāng)作雜草處理，從而會(huì)對(duì)農(nóng)作物收獲產(chǎn)量造成一定程度的影響，個(gè)別農(nóng)戶寧可使用化學(xué)藥劑進(jìn)行除草，也不愿意選擇使用除草機(jī)械。

1.8 種植結(jié)構(gòu)方面

個(gè)別地區(qū)的農(nóng)戶為了追求最大化的經(jīng)濟(jì)收益，每年選擇種植作物時(shí)，不會(huì)考慮到輪作問題，只會(huì)選擇經(jīng)濟(jì)收益更高的品種，導(dǎo)致出現(xiàn)農(nóng)田中雜草數(shù)量越來越多的問題，不進(jìn)行輪作會(huì)增加農(nóng)作物伴生雜草數(shù)量，嚴(yán)重的還會(huì)出現(xiàn)寄生雜草混交生長。選擇農(nóng)作物合理輪作可以有效避免以上問題，機(jī)械化除草作業(yè)效果也會(huì)更好，在一定程度上還可以有效減少病蟲害的發(fā)生，為了更好地推進(jìn)農(nóng)作物輪作，可以引進(jìn)適合當(dāng)?shù)厣L環(huán)境的新品種，加大輪作補(bǔ)貼政策，鼓勵(lì)農(nóng)戶更換農(nóng)作物種植品種，保證農(nóng)戶的經(jīng)濟(jì)收益。

1.9 科研資金方面

從目前來看，我國對(duì)于機(jī)械化除草技術(shù)的研發(fā)正處于上升階段，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)取得了良好的成果，但是，對(duì)于一項(xiàng)技術(shù)的研究開發(fā)還需要多年的積累，如果在某一時(shí)間點(diǎn)科研資金投入不足，將會(huì)使該項(xiàng)技術(shù)的研發(fā)擱置，需要政府給予大力支持，保證機(jī)械化除草技術(shù)的持續(xù)研發(fā)。

2 存在的問題

2.1 科研成果難以應(yīng)用于實(shí)際

我國對(duì)于機(jī)械化除草技術(shù)的研發(fā)力度較大，但是，真正能夠投入到實(shí)際生產(chǎn)使用的成果相對(duì)較少，從目前各項(xiàng)研究成果來看，很多研究不成體系，多是針對(duì)某一技術(shù)難點(diǎn)的研究，無法將科研成果良好的形成一個(gè)整體，因此，為實(shí)際應(yīng)用造成了一定的困難。

2.2 不能區(qū)分作物和雜草

利用除草機(jī)械進(jìn)行作業(yè)時(shí)，最重要的是如何區(qū)分作物和雜草，這也是當(dāng)前機(jī)械化除草技術(shù)所要攻克的重點(diǎn)難題之一。由于作物在種植作業(yè)時(shí)無法保證是在同一條直線上，而且各品種的株距也不完全相同，每個(gè)作物的個(gè)體生長情況更存在明顯差異，所以，作物識(shí)別定位就成為了機(jī)械化除草作業(yè)中的一大難題。解決該問題的方法可以利用傳感器、機(jī)器視覺識(shí)別技術(shù)或者GPS定位技術(shù)等，但是，無論是哪一種技術(shù)都無法保證做到100%地區(qū)分作物和雜草，這也造成了機(jī)械化除草作業(yè)質(zhì)量難以提升。

2.3 無法用于高稈作物

目前，我國研制的除草機(jī)械多數(shù)是用于低矮的農(nóng)作物當(dāng)中，針對(duì)高稈作物無法直接進(jìn)行有效作業(yè)，這就對(duì)不同品種作物的除草作業(yè)產(chǎn)生了一定的限制。

3 農(nóng)田雜草機(jī)械化控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

3.1 智能機(jī)械除草技術(shù)

智能機(jī)械除草技術(shù)相比于傳統(tǒng)除草機(jī)械具有智能識(shí)別功能，不僅能夠準(zhǔn)確區(qū)分作物和雜草，還能檢測(cè)到雜草的分布、生長情況，根據(jù)識(shí)別到的雜草分布情況發(fā)出指令完成除草作業(yè)，雖然我國針對(duì)機(jī)器視覺技術(shù)識(shí)別雜草的研究較多，但與國外發(fā)達(dá)國家仍存在一定差距。如果遇到枝葉較大的農(nóng)作物，可能會(huì)將葉下的雜草覆蓋，利用機(jī)器視覺技術(shù)識(shí)別雜草時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)遺漏，針對(duì)該類情況，需要研發(fā)出一種新型智能識(shí)別技術(shù)來解決此類問題。例如研發(fā)出一種新型的機(jī)器觸覺技術(shù)，用來感知雜草和作物的分布情況，可以補(bǔ)充機(jī)器視覺無法看到的位置，進(jìn)而有效提高農(nóng)田雜草的識(shí)別精度。近年來，國外發(fā)達(dá)國家開始嘗試研發(fā)智能除草機(jī)器人，目的是為了實(shí)現(xiàn)全程智能化自動(dòng)除草，提高除草作業(yè)效率。

3.2 仿生機(jī)械除草技術(shù)

近年來，仿生機(jī)械除草技術(shù)被科研人員所提出，該類技術(shù)是模仿食草的土壤動(dòng)物的生活習(xí)性，將其行為特征巧妙的運(yùn)用到機(jī)械化除草作業(yè)當(dāng)中。大自然中的各類生物通過多年的不斷進(jìn)化，掌握了最適應(yīng)大自然生活的本領(lǐng)，例如在土壤內(nèi)部生活居住的生物，可以做到遇土而不粘身，部分食草生物可以做到只吃草而不吃作物的特殊習(xí)性，將其運(yùn)用到除草機(jī)械上，可以有效增強(qiáng)除草作業(yè)效果，降低能耗，提高除草作業(yè)效率。

3.3 多技術(shù)聯(lián)合除草

隨著農(nóng)田雜草數(shù)量變得越來越多，機(jī)械化除草作業(yè)并不能達(dá)到百分百除草效果，相關(guān)研究人員提出利用多項(xiàng)技術(shù)聯(lián)合除草作業(yè)，就是將機(jī)械、化學(xué)、生物除草技術(shù)結(jié)合在一起，以此提高除草作業(yè)效果。例如在農(nóng)作物行間采用機(jī)械化除草，在農(nóng)作物株間選用化學(xué)除草，既提高了除草作業(yè)效果，又降低了環(huán)境污染，所以，合理地將各類除草技術(shù)相結(jié)合使用，可以達(dá)到最好的除草效果，且不會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。

4 結(jié)論

綜上所述，針對(duì)農(nóng)田雜草處理，我國使用最多的還是機(jī)械化除草方法，由于化學(xué)除草劑對(duì)于農(nóng)田和環(huán)境的污染較重，逐漸不被農(nóng)戶所采用，為了使除草效果達(dá)到最好，可以將機(jī)械化除草技術(shù)與化學(xué)除草技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合使用，在不影響農(nóng)田環(huán)境的同時(shí)，最大化地提高除草作業(yè)效率。由于我國對(duì)于除草機(jī)械技術(shù)的研發(fā)尚處于發(fā)展階段，要想使機(jī)械化除草作業(yè)可以完全替代化學(xué)藥劑的使用，還需要繼續(xù)加大研究力度，做到農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展。