机械式苗间除草装置与技术研究

廊坊市农机安全检验鉴定站 马克明

农田中的杂草，吸取了土壤中的大量营养物质，影响了农作物的健康成长，所以铲除杂草是农业种植的一种保护手段，传统的除草方式是人工除草，而现代农业种植使用的是化学除草，长时间使用化学除草，会增强杂草的抗药性，使人们不得不改变农药的种类，或者是加大药量，从而造成农作物和环境的进一步污染，所以迫切需要绿色生态化的除草方式。

1 机械式苗间除草装置现状

农业种植过程中，除草是必不可少的植保环节，农田除草一直是国内外相关研究人员关注的重点问题，目前常用的除草方式主要有人工、化学、机械除草，人工除草劳动量大、效率低，化学除草存在有毒残留问题，影响食品安全，由于蔬菜类农作物表面没有任何保护措施，不能使用化学除草，一般使用的是人工除草或机械除草，然而，人工除草的效率低，并且除草成本过高，所以机械除草成为首选。一般的机械除草方式是行间除草，并不能完全除掉农作物周边的杂草，这些杂草在农作物的影响下，间断分布，需要使用智能化的机械除草方式。

普通的除草装置是行间除草，而农作物与杂草混在一起，使得行间除草装置的除草率降低，所以传统的苗间除草主要使用的是人工除草。机械式苗间除草装置的应用，使得除草更加高效化，且智能技术的运用，使得除草装置可以区分农作物和杂草，使苗间除草更加准确和环保，对农作物几乎没有任何损害，但是当下，机械式苗间除草装置与技术研究面临着三大难点：第一，苗间除草装置对农作物的准确区分，也就是分类技术的研究；第二，除草装置的定位技术有待研究人员进一步的深入研究；第三，智能化的控制技术，苗间除草装置需要具有灵活的避苗功能，从而保证除草装置除草的高效化。目前机械式苗间除草装置使用的技术主要有GIS、传感器、图像处理技术等，这些技术在除草装置中的应用，促进了机械式苗间除草装置智能化的发展和应用。

机械式除草装置在行间除草中得到了一定的应用，并取得良好的除草效果，行间除草技术已经发展成熟。而苗间除草对除了草装置的技术有更高的要求，还需要对机械装置更加智能化，可以准确区分杂草和农作物，并在除草过程中避让苗禾。现阶段机械式苗间除草的方法主要有三种：第一，使用田间土壤覆盖法；第二，切断杂草根茎的方法；第三，连根拔起，将杂草彻底铲除。这三种去除杂草的方法，都必须要求苗间除草装置具有定位和避苗的功能，这也是苗间除草装置技术研究的重点，需要研究人员在技术重点上下功夫，以促进机械式苗间除草装置技术的发展，为农业生产提供高效的机械除草装置。

2 传统的机械式苗间除草装置分析

传统的机械式苗间除草装置没有智能技术的应用，使用的制造工艺主要是机械技术，苗间除草装置的结构比较特殊，只是单纯意义上的除草机，比如，指形除草机，扭杆除草机，其不具备自动识别功能，而且在实际的应用中，需要配合其他除草机械进行除草，在联合除草的过程中，很容易损伤苗禾。后来研发出刷状除草机，按照方向分为两种类型：一种是水平刷状除草机，主要用于行间除草；另一种是垂直刷状除草机，是水平刷状除草机的升级，既可以行间除草，也可以苗间除草，但是有非常明显的除草劣势，其损伤率较高，并且在苗间除草之前，需要做较多的前期准备工作。

对行间除草装置进行改造，从而制造出传统的苗间除草装置，比如国外的研究人员，研发制造了旋转锄和裂根锄，都具有很好的除草效果，对田间土壤有很好的适应性，在压实或者湿度较大的土壤下，也可进行有效的苗间除草，主要的不足是需要借助拖拉机，除草的效率较低，并增加了劳动量。南京农业机械化研究所研发制造了除草性能较好的苗间除草装置，叫作2BYS-6型水田中耕除草机，经过实践检验，其除草率为79%，苗禾损伤率不到7%中耕深度可达4.4cm。

3 国外机械式苗间除草装置与技术研究情况

国外苗间除草装置的研究较早，在20 世纪50 年代就已开始了相关研究，所以国外的除草装置与技术已经发展得较为成熟，并具有了一系列的耕作机械装置。根据农业种植的特点分为水田种植和旱田种植，以下针对水田和旱田进行国外除草装置的分析。第一种，旱田苗间除草装置，如玉米、大豆、小麦等农作物，主要应用的国家是美国、澳大利亚；第二种，水田苗间除草装置，其典型代表是日本的水稻种植。

3.1 旱田机械式苗间除草装置与技术

3.1.1 旋转阀掰锄除草装置

该除草装置由Dedousis 等研制，围绕中心点转动，与农作物保持一定的距离，在铲除杂草时，由于除草盘上部切除一部分，形成了农作物的保护区，锄体铲除农作物周边杂草时，只是破坏周边土壤铲除杂草，不会在除草过程中损伤农作物。经过多次田间试验，得出了准确的除草试验数据，使用除草盘直径为1.75m，切除了155°的除草盘，锄体入土0.15m 的情况下，除草效果非常明显。

3.1.2 传感器的应用

该装置由Vale.s 等研制，在苗间除草装置中安装了红外线传感器，使其具有了检测功能，传感器检测到农作物后，将获取的信息传递给控制系统，由控制系统发出控制指令，应用避苗技术，防止除草装置损伤农作物。传感器除草装置的高度为5cm，安装8 个叶片，通过在白菜田中的实际检测，证明其具有很好的使用性能。

3.1.3 激光控制技术的应用

该装置由C.Cordill 和T.E.Grift 研发制造，在除草装置上应用了4 组激光发射器，及4 组接收器，由激光发射器发出脉冲扫描农作物和杂草，接收器接收脉冲，当脉冲接收器接到4 组脉冲后，可以分辨出前方的物体为农作物。激光除草装置在玉米田中进行实践检验，证实了除草装置应用的环境不同，损伤率也有所不同，以3 行玉米为例，其伤苗率如表1 所示。

表1 不同操作环境下激光除草装置的伤苗率

3.2 水田机械式苗间除草装置与技术

日本农业种植的机械化水平较高，苗间除草装置技术水平处于领先地位，并经过多年的农业生产应用，除草装置和技术已经发展成熟。由日本公司研制的SJ-8 型、MSJ-4 型、LYW-8 型苗间除草机，在日本水稻种植中应用比较普遍，具体性能如表2 所示。

表2 日本水田除草装置的性能

4 国内机械式苗间除草装置与技术研究情况

我国已经意识到化学残留对食品安全和生态环境的影响，并尽可能地控制化学除草在农业种植中的应用，研究人员不断加大对机械式苗间除草装置与技术的研究力度，并取得了非常好的研究成果。

4.1 利用机械原理改造除草装置

利用机械学原理，应用轨道变换滑块改造除草装置，使除草铲可以自由运动，并在螺旋轨道上安装套管，帮助除草铲齿转轴运转，从而控制铲齿躲避农作物，降低除草过程中的伤苗率，该装置是由张鹏举等研制。通过在实验室的土槽试验，得出了改造后除草装置的性能状况，当株距大于0.3 米时，损伤率在9%以内，除草率为50%。

4.2 国内3ZCF-7700 型中耕除草机

该除草装置是由韩豹等研制，在苗间除草时，除草装置动力驱动梳齿组件运行，推动除草盘转动，除草装置按照设定的作业速度进行除草，装置中的梳齿组件向内旋转，梳理苗带，在梳齿梳理之后，使整个苗带形成了网格状的梳理痕迹，苗带土壤被翻转和位移，深度大概为1.4～2.5，该装置依据农作物与杂草扎根深度进行除草，草根的深度较浅，通过梳齿的梳理，破坏杂草的根系，并通过翻垄破坏杂草的生存环境，从而使杂草被晾晒至死。通过试验获取该装置的使用数据，当梳齿之间的距离为5cm时，转速为180r/min,作业速度为2.4m/s 时，除草率为88%，损伤率为2.8%，苗间除草效果良好。

4.3 3ZFC-7 型除草装置

该装置使用了单组仿形螺旋梳齿，可以进行全方位的苗间除草，由车刚等研制。在实际的操作中，使用两个地轮进行装置的作业操作，带动链条驱动传动轴，然后动力被分配给各个除草螺旋梳齿，以及装置底部的排肥器，同步进行除草和追肥作业，通过在大豆田中的实际应用，其损伤率在4%以内，除草率达到了75.9%。

5 结语

农业经济绿色生态化的发展，已经成为当下农业发展的主要方向，并促进了当地生态环境保护的建设，而在农业绿色种植过程中，化学除草逐渐被种植户所摒弃，新的绿色生态化的除草方式受到种植户的广泛关注。现阶段国内的行间除草装置整体除草效率良好，而苗间除草装置与技术还有待进一步研究，尤其是在除草的精确控制上，需要引起研究人员的重视，需要结合国外除草装置技术上的优势，以及农业种植的实际需要，对国内的除草装置进行升级和改造，应用先进的智能技术，实现除草装置性能的提升以及智能化的发展。