水稻機(jī)械除草機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀及技術(shù)措施建議

金曉剛，劉偉華

（上海市農(nóng)業(yè)機(jī)械鑒定推廣站，上海市 201601）

0 引言

水稻是我國的主要糧食作物，水稻種植面積達(dá)2 032.56萬hm左右。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國部分水稻種植區(qū)已經(jīng)在耕整地、插秧、噴藥、收獲等環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，進(jìn)一步推動了水稻種植的規(guī)?；?、精細(xì)化和節(jié)約型發(fā)展。雜草能夠搶占農(nóng)作物生長發(fā)育的空間，從而抑制作物生長，且能夠?yàn)椴∠x、害蟲提供適宜環(huán)境，是造成水稻產(chǎn)量下降和品質(zhì)降低的主要原因之一。每年由草害引起的水稻損失率約為15%。與此同時(shí)，農(nóng)田雜草經(jīng)過長期的自然選擇，適應(yīng)性極強(qiáng)，難以根除。因此，雜草會增加地塊用工，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，降低農(nóng)作物產(chǎn)量。有效地防控稻田雜草對提高水稻產(chǎn)量具有重要意義。

1 概述

除草劑對雜草具有殺滅和抑制作用，除草劑用量在全球的農(nóng)藥用量占比中比重依然居高不下，是最為重要的農(nóng)藥品種之一，在水稻種植領(lǐng)域，目前除草劑的使用量大占農(nóng)藥的40%左右，是我國目前采用的主要除草手段，近年來我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中除草劑的使用量仍然在逐年增大，很多地區(qū)濫用農(nóng)藥現(xiàn)象較為嚴(yán)重?；瘜W(xué)除草劑的過量使用會造成一系列不可挽回后果，其弊端主要包括化學(xué)藥劑除草會造成一系列的雜草抗藥性、作物藥害、環(huán)境污染等問題，嚴(yán)重影響著農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量和生態(tài)環(huán)境安全。除草劑殘留在農(nóng)作物中，其中的有害化學(xué)成分對人類健康都有直接或間接的影響。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和模式的轉(zhuǎn)變，全社會的環(huán)境保護(hù)和食品安全意識不斷加強(qiáng)，使得環(huán)保治理要求和力度日益提高，除草劑的使用問題受到大眾的關(guān)注度也日益提升。日前，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部印發(fā)《到2025年化學(xué)農(nóng)藥減量化行動方案》的通知，提出到2025年，建立健全環(huán)境友好、生態(tài)包容的農(nóng)作物病蟲害綜合防控技術(shù)體系，化學(xué)農(nóng)藥使用強(qiáng)度方面，水稻、小麥、玉米等主要糧食作物化學(xué)農(nóng)藥使用強(qiáng)度力爭比“十三五”期間降低5%；到2025年化學(xué)農(nóng)藥減量化行動必然要求適度減少。尤其近年來“優(yōu)質(zhì)、高效、綠色”的發(fā)展理念的興起，消費(fèi)者對有機(jī)作物的需求量開始提升?？刂瞥輨┑氖褂昧浚菩芯G色防控措施，勢在必行。為減少除草劑的使用，采用機(jī)械除草成為最經(jīng)濟(jì)和省力的方式，同時(shí)除草機(jī)械的缺乏，也制約著水稻生產(chǎn)全程機(jī)械化建設(shè)目標(biāo)的達(dá)成。

2 發(fā)展現(xiàn)狀

世界范圍歐美等國家水稻種植多采用飛機(jī)撒播技術(shù)，稻苗無序生長，植保機(jī)具難以下田，田間雜草防治多以化學(xué)防治為主，少見機(jī)械除草方式。日本作為水稻機(jī)械化技術(shù)的先驅(qū)，在水稻機(jī)械化除草機(jī)的研發(fā)和應(yīng)用方面處于領(lǐng)先地位。多年來有機(jī)農(nóng)業(yè)在日本發(fā)展迅速，有機(jī)稻米頗受消費(fèi)者的青睞，因此，根據(jù)市場的需求以及有機(jī)稻栽培的生產(chǎn)要求，一些研究機(jī)構(gòu)和農(nóng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)開發(fā)了水田機(jī)械除草機(jī)，目前已經(jīng)在全國范圍內(nèi)推廣和應(yīng)用。經(jīng)過二十多年的研究和開發(fā)，日本除草機(jī)行間除草主要通過拔出、掩埋、碾壓、割斷，利用隔絕空氣的方法使其枯死。目前的主要的形式主要有以下幾類：耙齒式，旋轉(zhuǎn)割刀式，米字輪式等。株間除草的原理基本利用常見雜草和水稻根系的深度差異，通過除草部件有效去除雜草，而不傷害水稻秧苗的根系。主要有以下幾類：傘形除草盤、梳刷式、擺動往復(fù)式等。

多年來，國內(nèi)水稻除草機(jī)械的研制基本處于空白階段，人工除草一直是我國主要的除草方式。采用人工手動切割雜草的方式，存在作業(yè)效率低、適應(yīng)性差、草害損失大等問題。在20世紀(jì)90年代，大力推廣化學(xué)除草劑的使用，提高了除草效率和作業(yè)速度。但隨著產(chǎn)業(yè)政策的調(diào)整，綠色防控措施的推行，水稻機(jī)械化除草在水稻生產(chǎn)環(huán)節(jié)也逐漸受到重視。通過近幾年的發(fā)展和應(yīng)用，小型手扶式3行以下的除草機(jī)已得到部分地區(qū)應(yīng)用，目前生產(chǎn)企業(yè)不多，生產(chǎn)量較少，機(jī)具簡單，配套動力較小，勞動強(qiáng)度大，作業(yè)環(huán)境惡劣，效力低，應(yīng)用局限性大，發(fā)展受到以上制約，阻礙了大面積發(fā)展，難于推廣。大型機(jī)械除草的研制剛起步，部分企業(yè)針對日本機(jī)械除草機(jī)的仿制生產(chǎn)，使用中存在地形適應(yīng)性、除草率低，傷苗埋苗等嚴(yán)重現(xiàn)象。另外，一些研究機(jī)構(gòu)，通過課題等通過課題形式進(jìn)行了機(jī)械除草機(jī)的研究，取得了一定的成效，但離實(shí)際水田生產(chǎn)應(yīng)用有一定距離，主要是生產(chǎn)量有限，機(jī)具可靠性有待進(jìn)一步考察。

3 技術(shù)措施建議

隨著農(nóng)業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式的不斷轉(zhuǎn)變，水稻機(jī)械除草機(jī)的應(yīng)用對于提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益，解決一系列生態(tài)環(huán)境問題都有積極的影響，我們可以采取一系列的技術(shù)措施，使水稻機(jī)械除草機(jī)械盡快在水稻作業(yè)全程機(jī)械化過程中發(fā)揮作用。

3.1 適應(yīng)性機(jī)構(gòu)改造

國外先進(jìn)的除草機(jī)具在我國直接應(yīng)用歷史經(jīng)驗(yàn)證明存在多重問題。應(yīng)了解本地農(nóng)業(yè)環(huán)境，農(nóng)作物種植方式、土壤特點(diǎn)、氣候條件等因素。同時(shí)，也要了解當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的需求，包括工作量、作業(yè)方式、經(jīng)濟(jì)條件等方面的情況。通過通盤考慮，借鑒外國先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)對機(jī)具進(jìn)行適應(yīng)本地作業(yè)環(huán)境需求的適應(yīng)性機(jī)構(gòu)改造。如對行走輪改為四輪驅(qū)動、四輪可動，減小轉(zhuǎn)彎半徑、保持前后輪行徑路線完全一致，減少對土壤壓力，避免打滑現(xiàn)象。最大程度保證去除雜草減少秧苗傷害。另外，我國地域遼闊，不同地區(qū)雜草的種類也廣泛不同，如我國廣泛分布的莎草類雜草，根莖較發(fā)達(dá)，采取掩埋，隔絕空氣等手段難以杜絕其生長。其塊莖、根莖、鱗莖和種子都能繁殖。在合適的溫度、濕度下一周左右就能產(chǎn)生新的塊莖。此類種子可以在土壤中存活5年左右的時(shí)間，只能采取高溫暴曬的方式才能完全將其殺死，可見防治難度較大。因此，國內(nèi)各農(nóng)機(jī)科研單位和制造廠應(yīng)有針對性設(shè)計(jì)出適合我國工作條件的國產(chǎn)除草機(jī)。一是改進(jìn)除草機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)：優(yōu)化除草機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，提高除草機(jī)的除草效果，同時(shí)降低對水稻的損傷。二是開發(fā)多模式除草系統(tǒng)：根據(jù)不同的水稻生長階段和雜草類型，開發(fā)出多重模式的除草系統(tǒng)，以提高除草效果。

3.2 引入智能監(jiān)控與控制技術(shù)

一是通過引入物聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對水稻除草作業(yè)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和智能控制，通過傳感器、攝像頭、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航等系統(tǒng)和設(shè)備，實(shí)時(shí)采集水田雜草生長情況等信息，系統(tǒng)對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)雜草生長趨勢，為除草作業(yè)提供大數(shù)據(jù)支撐。便于除草機(jī)構(gòu)作業(yè)。二是基于智能監(jiān)控與控制系統(tǒng)地除草機(jī)具，能夠根據(jù)監(jiān)測到的雜草生長情況，精準(zhǔn)控制行距和苗距，自動調(diào)整除草機(jī)構(gòu)作業(yè)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)精確作業(yè)，使其在復(fù)雜的水稻田間作業(yè)也具有良好的作業(yè)性能，提高除草效果。三是智能調(diào)整與優(yōu)化。通過智能控制系統(tǒng)自主學(xué)習(xí)能力，能夠根據(jù)不同地域、氣候條件和水稻品種，自主調(diào)整除草策略。在保證除草效果的同時(shí)，降低對水稻生長的影響[1]。

3.3 探索全新的物理除草方式

近年來，隨著科技的進(jìn)步，一些新型的水稻機(jī)械除草機(jī)悄然興起。我國也應(yīng)吸取國外除草經(jīng)驗(yàn)，在現(xiàn)有除草原理除草機(jī)具的基礎(chǔ)上，探索全新的物理除草方式。例如，小型船式除草機(jī)，尾部安裝一定數(shù)量的鐵鏈，鐵鏈尾端安裝三角叉，機(jī)具可在秧苗生長初期水田飛馳作業(yè)，雜草被尾端三角叉連根拔出。同時(shí)，通過不斷往復(fù)行駛，不斷起漿也起到隔絕光照，抑制雜草生長的作用。另外，通過機(jī)器視覺和深度學(xué)習(xí)技術(shù)，前期通過圖像識別機(jī)器人自動識別雜草和作物，后期利用高壓脈沖電流的方式精準(zhǔn)電擊殺死雜草的除草機(jī)器人也已經(jīng)投入應(yīng)用。

3.4 高精度平整機(jī)械的應(yīng)用

適宜的地塊條件也是除草機(jī)能高效率運(yùn)行的必要條件，平整的地塊不僅農(nóng)作物的生長環(huán)境更加適宜，能夠減少病蟲害的發(fā)生和傳播，更是機(jī)械除草機(jī)能正常作業(yè)的重要要求。目前，我國大量投入使用的整地機(jī)械較為粗放，高精度的衛(wèi)星平地機(jī)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中較少投入使用，在灌溉時(shí)造成水和肥料流失的現(xiàn)象的同時(shí)，先進(jìn)的除草機(jī)械也難以高效運(yùn)行，土地不平整導(dǎo)致露出地塊就難以利用隔絕空氣的方法讓雜草完全枯死。其他如船式除草機(jī)也難以在這樣的地塊行駛使用。因此，應(yīng)加強(qiáng)推廣高效平整地機(jī)械在水稻種植中的應(yīng)用。

3.5 統(tǒng)一的作業(yè)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)

農(nóng)業(yè)農(nóng)機(jī)的主管部門應(yīng)盡快牽頭形成行業(yè)統(tǒng)一的作業(yè)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)加以推廣。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范可以促進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定提升，減少低質(zhì)量產(chǎn)品，從而提高整個(gè)行業(yè)的競爭力。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的統(tǒng)一，可以促進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新，提供更好的互操作性，推動行業(yè)內(nèi)各方合作與交流，促進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。同時(shí)，可以減少重復(fù)工作和資源浪費(fèi)，提高資源利用效率，降低成本。減少產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程中的錯誤和重復(fù)工作，這對于推動行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和整體進(jìn)步非常重要。

4 效益分析

4.1 水稻機(jī)械除草機(jī)的推廣使用可以帶來巨大的社會效益

首先，機(jī)械除草機(jī)可以顯著提高水稻種植的效率。傳統(tǒng)的人工除草需要大量的人力和時(shí)間，而機(jī)械除草機(jī)可以自動化地完成除草任務(wù)，這不僅減輕了農(nóng)民的勞動壓力，還提高了作業(yè)效率，使農(nóng)田能夠更好地進(jìn)行種植和管理。此外，機(jī)械除草機(jī)的廣泛應(yīng)用還可以促進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。機(jī)械化除草為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了更多的技術(shù)手段和創(chuàng)新方向，推動了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的改進(jìn)和提升。同時(shí)，機(jī)械除草機(jī)的使用也對農(nóng)機(jī)制造業(yè)帶來了市場需求，提高行業(yè)的競爭力，提供就業(yè)機(jī)會，刺激相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的增長，促進(jìn)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，刺激了農(nóng)機(jī)制造業(yè)的發(fā)展和創(chuàng)新。

4.2 水田機(jī)械除草機(jī)的推廣使用可以帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益

機(jī)械除草機(jī)的使用可以降低農(nóng)藥和勞動力的使用成本。傳統(tǒng)的除草方法往往需要大量的農(nóng)藥和人工來控制雜草，這增加了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的成本。機(jī)械除草機(jī)通過物理或機(jī)械方式去除雜草，節(jié)省了大量相關(guān)費(fèi)用，降低了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本。此外，機(jī)械除草機(jī)的廣泛應(yīng)用還可以促進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展。隨著機(jī)械除草機(jī)需求的增加，制造商將投入更多的資源和技術(shù)來生產(chǎn)高效、節(jié)能的除草機(jī)。這將帶動農(nóng)業(yè)機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的繁榮。機(jī)械除草機(jī)的推廣使用還可以提高農(nóng)田的產(chǎn)量和質(zhì)量，從而增加農(nóng)民的收入。雜草對水稻的生長和產(chǎn)量有一定的影響，機(jī)械除草機(jī)可以有效去除雜草，為水稻提供更好的生長環(huán)境，提高水稻產(chǎn)量和質(zhì)量。這將增加農(nóng)民的收入，改善他們的經(jīng)濟(jì)狀況。這些經(jīng)濟(jì)效益將對農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展作出積極貢獻(xiàn)，并推動農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

4.3 水稻機(jī)械除草機(jī)的推廣使用能夠帶來顯著的生態(tài)效益

首先，機(jī)械除草機(jī)的機(jī)械化作業(yè)可以減少對化學(xué)農(nóng)藥的使用。機(jī)械除草機(jī)通過物理或機(jī)械方式去除雜草，減少了對農(nóng)藥的依賴，降低了農(nóng)藥的使用量，從而減少了對土壤、水源的污染風(fēng)險(xiǎn)。其次，機(jī)械除草機(jī)的使用可以改善水田的生態(tài)系統(tǒng)。雜草對水稻的生長和發(fā)育造成競爭，會影響水稻產(chǎn)量和品質(zhì)。機(jī)械除草機(jī)可以有效去除雜草，為水稻提供更好的生長環(huán)境，有利于水稻的根系發(fā)達(dá)和養(yǎng)分吸收。這能夠改善農(nóng)田的生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性，提高農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的功能和自主調(diào)控能力。傳統(tǒng)的除草方法可能會破壞水田周圍的生態(tài)環(huán)境，影響相關(guān)生物物種的棲息地和生存條件。而機(jī)械除草機(jī)能夠選擇性地去除雜草，同時(shí)保留農(nóng)田周圍的自然植被和生物棲息地，有利于保護(hù)和維護(hù)生物多樣性。

5 結(jié)語

通過對水稻機(jī)械除草機(jī)的調(diào)查研究，分析了水稻機(jī)械除草機(jī)應(yīng)用的重要意義和發(fā)展現(xiàn)狀，提出一系列技術(shù)改進(jìn)措施建議。水稻機(jī)械除草機(jī)在提高除草效率、降低勞動強(qiáng)度、保障環(huán)境生態(tài)安全等方面具有顯著優(yōu)勢，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了有力支持。未來，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，水稻機(jī)械除草機(jī)有望進(jìn)一步優(yōu)化性能，降低成本，提高市場競爭力，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和生態(tài)效益。