水田除草机苗间除草装置除草率与伤苗率的实验研究

高明宇

(哈尔滨市农业科学院，哈尔滨 150070)

0 引言

稻田杂草是影响水稻生长的重要有害因素，有机稻田的除草是水稻种植生产的重要环节之一。现有的除草方式主要分为人工除草、生物除草、化学除草、机械除草四大类，由于化学除草引起土壤环境破坏以及草种抗药性的原因，已被有机稻田所禁止；人工除草效果最为理想，但由于成本高、效率低，难以在大面积稻田展开；生物除草是指在稻田中应用虾蟹除草、养鸭除草等方式，其除草效果不稳定，资金投入量大，规模受到限制；机械除草在消灭杂草、疏松土壤方面优势明显，除草效率高且成本低，但作业过程中存在一定伤秧的情况，由于人工、化学、生物除草均存在较大的局限性，所以采用机械除草的方式可以满足有机稻生产的需要。机械除草方式不仅顺应了当前有机农业的发展趋势，同时也可以获得较大的经济效益。

1 机构原理

目前，市场经营的水田除草机普遍无苗间除草装置，其原因主要是苗间除草装置对稻苗有一定伤害，故苗间除草且不伤稻苗成为研究难点。本研究所设计的苗间除草工作部件解决了这个问题。

苗间除草机构原理：汽油机连接蜗轮蜗杆减速器带动钢丝软轴转动，软轴另一端带动弹齿法兰转动，弹齿法兰与弹齿焊合在一起，弹齿旋转旋入土壤，把苗间杂草从根部挑出，完成除草作业。水田除草作业一般选择在插秧7～15天这段期间，在这期间稻苗的根系比杂草根深，长势比杂草发达，故在除草的过程中不会将稻苗带出土壤，但也会有稍许伤苗现象出现。除草机苗间除草机构如图1所示。

1.软轴连接轴；2.升降连接板；3.轴承座；4.弹齿法兰；5.弹齿

避苗机构原理：该机构利用凸轮往复运动、弹簧回弹的原理，通过苗间除草机构的升降与快速回位实现避苗功能。作业时，减速器的输出轴与避苗机构的凸轮通过链轮链条传动带动凸轮转动，凸轮每转动至凸点与滑块接触点接触时，滑块便沿滑道上升，除草部件的连接板与滑块焊接，弹齿法兰与连接板通过螺栓连接，故带动除草机构上提；凸轮转过滑块接触点的同时，滑块达到上止点，弹簧预紧力达到最大，在弹簧的作用下滑块带动除草机构迅速回至下止点位置。整个运动过程实现了对稻苗的躲避，防止弹齿伤到稻苗根部，同时快速回弹保证作业过程中不漏耕杂草，实现了提高除草率、降低伤苗率的功能。机构往复运动的速率由蜗轮蜗杆减速器与升降机构的链轮齿比来调节，保证作业过程中装置抬起的位置与稻苗的位置相吻合。该机构如图2所示，机具作业的避苗原理如图3所示。

1.轴承座版；2.链轮；3.轴；4.凸轮；5.升降连接板；6.限位缓冲垫；7.弹簧；8.固定滑道；9.滑块；10.固定限位块

图3 机具作业的避苗过程示意图

2 田间实验

2.1 试验条件以及装备的选取

试验的地点为哈尔滨市农业示范园区有机稻试验田，作业面积1000 m2，试验时间为插秧后的第15天，秧苗秧龄38天，平均株高125 mm，杂草以稗草为主，除草前稻田灌水，水面高度为8 cm。装置装配的机具为手扶式两行水田除草机，工作指标为：除草深度 20～40 mm、作业行数2行。

2.2 试验参数与目标数据的选定

苗间除草机构的除草效果判定主要是通过除草率与伤苗率这两个因素来衡量，因此目标数据确定为除草率与伤苗率，除草率指测区内除草量与杂草量比值，伤苗率指测区内伤苗数与总苗数的比值。试验参数选择机具前进速度、除草弹齿的转速、除草深度为关键参数。通过机具行间除草部件的转速推测苗间除草部件的转速范围在150～ 250 r·min-1之间，机具作业速度控制在 0.3～0.6 m·s-1的试验范围，作业时杂草根系长度在20～35 mm，因此除草深度选择在20～45 mm，保证其根除苗间杂草。

2.3 装置试验性能的评价指标计算

除草率取水田内苗间杂草和稻苗两侧50 mm的杂草为样本区域，区域内除草数与原有杂草数量的比值即为除草率，除草数可由除草前后的杂草数量差得到。伤苗率是样本区域内除草后损伤秧苗数与除草前秧苗数量的比值，损伤秧苗指弹齿抛出的、折断的、掩埋的秧苗，其数值可由除草前后秧苗数量差得到。

2.4 试验研究、结果与分析

机具作业速度、除草深度、弹齿盘转速会直接影响除草效果以及秧苗损伤情况，本试验把弹齿盘转速、机具前进速度、除草深度三个因素各平均取5个数值，所得到的除草率、伤苗率数值如表1所示。

表1 参数组合方案

从表中可以看出，第三组方案为最优组合，即机具作业速度0.46 m·s-1,弹齿盘转速200 r·min-1,除草深度3.2 cm。

3 结论

在装置田间作业的过程中，机具作业速度、弹齿盘转速、除草深度均对除草效果及秧苗损伤有显著影响；避苗机构对降低伤苗率有显著作用，对除草率影响不大；通过实验验证，机具作业速度0.46 m·s-1,弹齿盘转速200 r·min-1,除草深度3.2 cm的工作参数组合为作业最优组合，在此工作参数下的除草率为78%，伤苗率为2.3%。通过试验验证，本装置作业效果良好，具有推广价值。