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        機械式苗間除草裝置與技術(shù)研究

        2021-05-10 07:33:14廊坊市農(nóng)機安全檢驗鑒定站馬克明
        河北農(nóng)機 2021年4期
        關(guān)鍵詞:除草機梳齒行間

        廊坊市農(nóng)機安全檢驗鑒定站 馬克明

        農(nóng)田中的雜草,吸取了土壤中的大量營養(yǎng)物質(zhì),影響了農(nóng)作物的健康成長,所以鏟除雜草是農(nóng)業(yè)種植的一種保護(hù)手段,傳統(tǒng)的除草方式是人工除草,而現(xiàn)代農(nóng)業(yè)種植使用的是化學(xué)除草,長時間使用化學(xué)除草,會增強雜草的抗藥性,使人們不得不改變農(nóng)藥的種類,或者是加大藥量,從而造成農(nóng)作物和環(huán)境的進(jìn)一步污染,所以迫切需要綠色生態(tài)化的除草方式。

        1 機械式苗間除草裝置現(xiàn)狀

        農(nóng)業(yè)種植過程中,除草是必不可少的植保環(huán)節(jié),農(nóng)田除草一直是國內(nèi)外相關(guān)研究人員關(guān)注的重點問題,目前常用的除草方式主要有人工、化學(xué)、機械除草,人工除草勞動量大、效率低,化學(xué)除草存在有毒殘留問題,影響食品安全,由于蔬菜類農(nóng)作物表面沒有任何保護(hù)措施,不能使用化學(xué)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(nóng)作物周邊的雜草,這些雜草在農(nóng)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(nóng)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(yīng)用,使得除草更加高效化,且智能技術(shù)的運用,使得除草裝置可以區(qū)分農(nóng)作物和雜草,使苗間除草更加準(zhǔn)確和環(huán)保,對農(nóng)作物幾乎沒有任何損害,但是當(dāng)下,機械式苗間除草裝置與技術(shù)研究面臨著三大難點:第一,苗間除草裝置對農(nóng)作物的準(zhǔn)確區(qū)分,也就是分類技術(shù)的研究;第二,除草裝置的定位技術(shù)有待研究人員進(jìn)一步的深入研究;第三,智能化的控制技術(shù),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(shù)主要有GIS、傳感器、圖像處理技術(shù)等,這些技術(shù)在除草裝置中的應(yīng)用,促進(jìn)了機械式苗間除草裝置智能化的發(fā)展和應(yīng)用。

        機械式除草裝置在行間除草中得到了一定的應(yīng)用,并取得良好的除草效果,行間除草技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成熟。而苗間除草對除了草裝置的技術(shù)有更高的要求,還需要對機械裝置更加智能化,可以準(zhǔn)確區(qū)分雜草和農(nóng)作物,并在除草過程中避讓苗禾?,F(xiàn)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(shù)研究的重點,需要研究人員在技術(shù)重點上下功夫,以促進(jìn)機械式苗間除草裝置技術(shù)的發(fā)展,為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供高效的機械除草裝置。

        2 傳統(tǒng)的機械式苗間除草裝置分析

        傳統(tǒng)的機械式苗間除草裝置沒有智能技術(shù)的應(yīng)用,使用的制造工藝主要是機械技術(shù),苗間除草裝置的結(jié)構(gòu)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(yīng)用中,需要配合其他除草機械進(jìn)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(zhǔn)備工作。

        對行間除草裝置進(jìn)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(zhuǎn)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(yīng)性,在壓實或者濕度較大的土壤下,也可進(jìn)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(nóng)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(jīng)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(dá)4.4cm。

        3 國外機械式苗間除草裝置與技術(shù)研究情況

        國外苗間除草裝置的研究較早,在20 世紀(jì)50 年代就已開始了相關(guān)研究,所以國外的除草裝置與技術(shù)已經(jīng)發(fā)展得較為成熟,并具有了一系列的耕作機械裝置。根據(jù)農(nóng)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(jìn)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(nóng)作物,主要應(yīng)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 旱田機械式苗間除草裝置與技術(shù)

        3.1.1 旋轉(zhuǎn)閥掰鋤除草裝置

        該除草裝置由Dedousis 等研制,圍繞中心點轉(zhuǎn)動,與農(nóng)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(nóng)作物的保護(hù)區(qū),鋤體鏟除農(nóng)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(nóng)作物。經(jīng)過多次田間試驗,得出了準(zhǔn)確的除草試驗數(shù)據(jù),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(yīng)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(nóng)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(yīng)用避苗技術(shù),防止除草裝置損傷農(nóng)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(shù)的應(yīng)用

        該裝置由C.Cordill 和T.E.Grift 研發(fā)制造,在除草裝置上應(yīng)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(nóng)作物和雜草,接收器接收脈沖,當(dāng)脈沖接收器接到4 組脈沖后,可以分辨出前方的物體為農(nóng)作物。激光除草裝置在玉米田中進(jìn)行實踐檢驗,證實了除草裝置應(yīng)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

        3.2 水田機械式苗間除草裝置與技術(shù)

        日本農(nóng)業(yè)種植的機械化水平較高,苗間除草裝置技術(shù)水平處于領(lǐng)先地位,并經(jīng)過多年的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用,除草裝置和技術(shù)已經(jīng)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(yīng)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

        4 國內(nèi)機械式苗間除草裝置與技術(shù)研究情況

        我國已經(jīng)意識到化學(xué)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(xué)除草在農(nóng)業(yè)種植中的應(yīng)用,研究人員不斷加大對機械式苗間除草裝置與技術(shù)的研究力度,并取得了非常好的研究成果。

        4.1 利用機械原理改造除草裝置

        利用機械學(xué)原理,應(yīng)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(zhuǎn)軸運轉(zhuǎn),從而控制鏟齒躲避農(nóng)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(dāng)株距大于0.3 米時,損傷率在9%以內(nèi),除草率為50%。

        4.2 國內(nèi)3ZCF-7700 型中耕除草機

        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(qū)動梳齒組件運行,推動除草盤轉(zhuǎn)動,除草裝置按照設(shè)定的作業(yè)速度進(jìn)行除草,裝置中的梳齒組件向內(nèi)旋轉(zhuǎn),梳理苗帶,在梳齒梳理之后,使整個苗帶形成了網(wǎng)格狀的梳理痕跡,苗帶土壤被翻轉(zhuǎn)和位移,深度大概為1.4~2.5,該裝置依據(jù)農(nóng)作物與雜草扎根深度進(jìn)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(shù)據(jù),當(dāng)梳齒之間的距離為5cm時,轉(zhuǎn)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。

        4.3 3ZFC-7 型除草裝置

        該裝置使用了單組仿形螺旋梳齒,可以進(jìn)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(jìn)行裝置的作業(yè)操作,帶動鏈條驅(qū)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(jìn)行除草和追肥作業(yè),通過在大豆田中的實際應(yīng)用,其損傷率在4%以內(nèi),除草率達(dá)到了75.9%。

        5 結(jié)語

        農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)綠色生態(tài)化的發(fā)展,已經(jīng)成為當(dāng)下農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要方向,并促進(jìn)了當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境保護(hù)的建設(shè),而在農(nóng)業(yè)綠色種植過程中,化學(xué)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(guān)注?,F(xiàn)階段國內(nèi)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(shù)還有待進(jìn)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(jié)合國外除草裝置技術(shù)上的優(yōu)勢,以及農(nóng)業(yè)種植的實際需要,對國內(nèi)的除草裝置進(jìn)行升級和改造,應(yīng)用先進(jìn)的智能技術(shù),實現(xiàn)除草裝置性能的提升以及智能化的發(fā)展。

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