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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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。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，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。

欧美地区发达国家研制的苗间除草装置所用技术先进，而由于经济发展、土地条件等因素不

同，我国仍需结合本国国情、因地制宜地研究本国当地所需的机械除草装置与技术。【图 2】

1 ．2 水田苗间除草装置研究现状

日本的水田除草机研究水平较高，市场上常见的机具有久保田公司生产的 SJ－8N 型水田除草

机和同产业研制的 MSJ－4 型水稻田间除草机等，其性能如表1所示。【表 1】

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摘要：

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...

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