廊坊市農機安全檢驗鑒定站 馬克明
農田中的雜草,吸取了土壤中的大量營養(yǎng)物質,影響了農作物的健康成長,所以鏟除雜草是農業(yè)種植的一種保護手段,傳統(tǒng)的除草方式是人工除草,而現代農業(yè)種植使用的是化學除草,長時間使用化學除草,會增強雜草的抗藥性,使人們不得不改變農藥的種類,或者是加大藥量,從而造成農作物和環(huán)境的進一步污染,所以迫切需要綠色生態(tài)化的除草方式。
農業(yè)種植過程中,除草是必不可少的植保環(huán)節(jié),農田除草一直是國內外相關研究人員關注的重點問題,目前常用的除草方式主要有人工、化學、機械除草,人工除草勞動量大、效率低,化學除草存在有毒殘留問題,影響食品安全,由于蔬菜類農作物表面沒有任何保護措施,不能使用化學除草,一般使用的是人工除草或機械除草,然而,人工除草的效率低,并且除草成本過高,所以機械除草成為首選。一般的機械除草方式是行間除草,并不能完全除掉農作物周邊的雜草,這些雜草在農作物的影響下,間斷分布,需要使用智能化的機械除草方式。
普通的除草裝置是行間除草,而農作物與雜草混在一起,使得行間除草裝置的除草率降低,所以傳統(tǒng)的苗間除草主要使用的是人工除草。機械式苗間除草裝置的應用,使得除草更加高效化,且智能技術的運用,使得除草裝置可以區(qū)分農作物和雜草,使苗間除草更加準確和環(huán)保,對農作物幾乎沒有任何損害,但是當下,機械式苗間除草裝置與技術研究面臨著三大難點:第一,苗間除草裝置對農作物的準確區(qū)分,也就是分類技術的研究;第二,除草裝置的定位技術有待研究人員進一步的深入研究;第三,智能化的控制技術,苗間除草裝置需要具有靈活的避苗功能,從而保證除草裝置除草的高效化。目前機械式苗間除草裝置使用的技術主要有GIS、傳感器、圖像處理技術等,這些技術在除草裝置中的應用,促進了機械式苗間除草裝置智能化的發(fā)展和應用。
機械式除草裝置在行間除草中得到了一定的應用,并取得良好的除草效果,行間除草技術已經發(fā)展成熟。而苗間除草對除了草裝置的技術有更高的要求,還需要對機械裝置更加智能化,可以準確區(qū)分雜草和農作物,并在除草過程中避讓苗禾?,F階段機械式苗間除草的方法主要有三種:第一,使用田間土壤覆蓋法;第二,切斷雜草根莖的方法;第三,連根拔起,將雜草徹底鏟除。這三種去除雜草的方法,都必須要求苗間除草裝置具有定位和避苗的功能,這也是苗間除草裝置技術研究的重點,需要研究人員在技術重點上下功夫,以促進機械式苗間除草裝置技術的發(fā)展,為農業(yè)生產提供高效的機械除草裝置。
傳統(tǒng)的機械式苗間除草裝置沒有智能技術的應用,使用的制造工藝主要是機械技術,苗間除草裝置的結構比較特殊,只是單純意義上的除草機,比如,指形除草機,扭桿除草機,其不具備自動識別功能,而且在實際的應用中,需要配合其他除草機械進行除草,在聯(lián)合除草的過程中,很容易損傷苗禾。后來研發(fā)出刷狀除草機,按照方向分為兩種類型:一種是水平刷狀除草機,主要用于行間除草;另一種是垂直刷狀除草機,是水平刷狀除草機的升級,既可以行間除草,也可以苗間除草,但是有非常明顯的除草劣勢,其損傷率較高,并且在苗間除草之前,需要做較多的前期準備工作。
對行間除草裝置進行改造,從而制造出傳統(tǒng)的苗間除草裝置,比如國外的研究人員,研發(fā)制造了旋轉鋤和裂根鋤,都具有很好的除草效果,對田間土壤有很好的適應性,在壓實或者濕度較大的土壤下,也可進行有效的苗間除草,主要的不足是需要借助拖拉機,除草的效率較低,并增加了勞動量。南京農業(yè)機械化研究所研發(fā)制造了除草性能較好的苗間除草裝置,叫作2BYS-6型水田中耕除草機,經過實踐檢驗,其除草率為79%,苗禾損傷率不到7%中耕深度可達4.4cm。
國外苗間除草裝置的研究較早,在20 世紀50 年代就已開始了相關研究,所以國外的除草裝置與技術已經發(fā)展得較為成熟,并具有了一系列的耕作機械裝置。根據農業(yè)種植的特點分為水田種植和旱田種植,以下針對水田和旱田進行國外除草裝置的分析。第一種,旱田苗間除草裝置,如玉米、大豆、小麥等農作物,主要應用的國家是美國、澳大利亞;第二種,水田苗間除草裝置,其典型代表是日本的水稻種植。
3.1.1 旋轉閥掰鋤除草裝置
該除草裝置由Dedousis 等研制,圍繞中心點轉動,與農作物保持一定的距離,在鏟除雜草時,由于除草盤上部切除一部分,形成了農作物的保護區(qū),鋤體鏟除農作物周邊雜草時,只是破壞周邊土壤鏟除雜草,不會在除草過程中損傷農作物。經過多次田間試驗,得出了準確的除草試驗數據,使用除草盤直徑為1.75m,切除了155°的除草盤,鋤體入土0.15m 的情況下,除草效果非常明顯。
3.1.2 傳感器的應用
該裝置由Vale.s 等研制,在苗間除草裝置中安裝了紅外線傳感器,使其具有了檢測功能,傳感器檢測到農作物后,將獲取的信息傳遞給控制系統(tǒng),由控制系統(tǒng)發(fā)出控制指令,應用避苗技術,防止除草裝置損傷農作物。傳感器除草裝置的高度為5cm,安裝8 個葉片,通過在白菜田中的實際檢測,證明其具有很好的使用性能。
3.1.3 激光控制技術的應用
該裝置由C.Cordill 和T.E.Grift 研發(fā)制造,在除草裝置上應用了4 組激光發(fā)射器,及4 組接收器,由激光發(fā)射器發(fā)出脈沖掃描農作物和雜草,接收器接收脈沖,當脈沖接收器接到4 組脈沖后,可以分辨出前方的物體為農作物。激光除草裝置在玉米田中進行實踐檢驗,證實了除草裝置應用的環(huán)境不同,損傷率也有所不同,以3 行玉米為例,其傷苗率如表1 所示。
表1 不同操作環(huán)境下激光除草裝置的傷苗率
日本農業(yè)種植的機械化水平較高,苗間除草裝置技術水平處于領先地位,并經過多年的農業(yè)生產應用,除草裝置和技術已經發(fā)展成熟。由日本公司研制的SJ-8 型、MSJ-4 型、LYW-8 型苗間除草機,在日本水稻種植中應用比較普遍,具體性能如表2 所示。
表2 日本水田除草裝置的性能
我國已經意識到化學殘留對食品安全和生態(tài)環(huán)境的影響,并盡可能地控制化學除草在農業(yè)種植中的應用,研究人員不斷加大對機械式苗間除草裝置與技術的研究力度,并取得了非常好的研究成果。
利用機械學原理,應用軌道變換滑塊改造除草裝置,使除草鏟可以自由運動,并在螺旋軌道上安裝套管,幫助除草鏟齒轉軸運轉,從而控制鏟齒躲避農作物,降低除草過程中的傷苗率,該裝置是由張鵬舉等研制。通過在實驗室的土槽試驗,得出了改造后除草裝置的性能狀況,當株距大于0.3 米時,損傷率在9%以內,除草率為50%。
該除草裝置是由韓豹等研制,在苗間除草時,除草裝置動力驅動梳齒組件運行,推動除草盤轉動,除草裝置按照設定的作業(yè)速度進行除草,裝置中的梳齒組件向內旋轉,梳理苗帶,在梳齒梳理之后,使整個苗帶形成了網格狀的梳理痕跡,苗帶土壤被翻轉和位移,深度大概為1.4~2.5,該裝置依據農作物與雜草扎根深度進行除草,草根的深度較淺,通過梳齒的梳理,破壞雜草的根系,并通過翻壟破壞雜草的生存環(huán)境,從而使雜草被晾曬至死。通過試驗獲取該裝置的使用數據,當梳齒之間的距離為5cm時,轉速為180r/min,作業(yè)速度為2.4m/s 時,除草率為88%,損傷率為2.8%,苗間除草效果良好。
該裝置使用了單組仿形螺旋梳齒,可以進行全方位的苗間除草,由車剛等研制。在實際的操作中,使用兩個地輪進行裝置的作業(yè)操作,帶動鏈條驅動傳動軸,然后動力被分配給各個除草螺旋梳齒,以及裝置底部的排肥器,同步進行除草和追肥作業(yè),通過在大豆田中的實際應用,其損傷率在4%以內,除草率達到了75.9%。
農業(yè)經濟綠色生態(tài)化的發(fā)展,已經成為當下農業(yè)發(fā)展的主要方向,并促進了當地生態(tài)環(huán)境保護的建設,而在農業(yè)綠色種植過程中,化學除草逐漸被種植戶所摒棄,新的綠色生態(tài)化的除草方式受到種植戶的廣泛關注。現階段國內的行間除草裝置整體除草效率良好,而苗間除草裝置與技術還有待進一步研究,尤其是在除草的精確控制上,需要引起研究人員的重視,需要結合國外除草裝置技術上的優(yōu)勢,以及農業(yè)種植的實際需要,對國內的除草裝置進行升級和改造,應用先進的智能技術,實現除草裝置性能的提升以及智能化的發(fā)展。