李春勝 譚宏杰 李娜 吳艷麗 王蔚

(吉林省農業(yè)機械研究院，吉林 長春 130022)

引言

稻田雜草是影響水稻秧苗生長的重要因素。稻田雜草與水稻秧苗不僅爭奪生長空間，也消耗肥料養(yǎng)分、水、熱、光照等資源，影響水稻的生長發(fā)育，造成水稻產(chǎn)量下降和品質降低[1,2]。因此在水稻生產(chǎn)過程中是否能夠有效控制稻田雜草是確保實現(xiàn)水稻健康生長、高產(chǎn)、優(yōu)質的關鍵環(huán)節(jié)。目前水稻中耕除草作業(yè)方式較多，最多的是化學藥劑除草和人工除草。隨著有機水稻種植面積越來越大，機械除草、稻田放養(yǎng)鴨、蟹、魚等方式也多有應用。在一些有機稻種植區(qū)還采取覆膜的方式防止雜草生長[3]。

1 人工除草

水稻種植在我國可以追溯到河姆渡文明時期，規(guī)?；N植也早在幾千年前就已經(jīng)開始。在傳統(tǒng)農業(yè)耕作時期，水稻除草同玉米、大豆等其它農作物一樣都是靠人工勞作進行，這個時期在我國乃至全世界都經(jīng)歷了相當長的時期。20世紀50年代開始，我國開始了水田中耕除草機的研究，但是發(fā)展較慢，到20世紀80年代初相繼有10余種機型，此時的除草機只能進行效率較低的行間除草作業(yè)，應用也較少。由于當時我國水稻插秧較長一段時間一直以人工插秧為主，水稻秧苗的行距、株距都有差異，除草機的推廣應用難度較大。在水稻插秧實現(xiàn)機械化之前，人工除草作業(yè)是水稻最主要的除草方式。

2 化學除草

化學除草劑的應用始于20世紀80年代，由于化學藥劑除草具有高效、省時、省力的特點，其使用越來越廣泛。為了達到更好的除草效果，化學藥劑的用量也逐年增加[4,5]。水稻田間化學藥劑除草作業(yè)按照作業(yè)方式大致可分為3個階段。

2.1 人工作業(yè)

在化學藥劑應用初期，主要是靠人工背負傳統(tǒng)的噴霧器進行作業(yè)。由于水田的地況相對復雜，與旱田相比，使用人工背負噴霧器進行作業(yè)的時間更長。該種作業(yè)方式主要特點是操作靈活，作業(yè)環(huán)境對其限制較小，但其缺點是需要人工背負藥液，不僅勞動強度大，同時由于作業(yè)人員與農藥的近距離接觸，常有作業(yè)人員藥劑過敏甚至中毒的現(xiàn)象發(fā)生。

圖1 人工噴灑農藥作業(yè)

2.2 機械化作業(yè)

隨著化學除草藥劑的廣泛應用，用于噴灑化學藥劑的作業(yè)機具得到了快速的發(fā)展。這一時期也是我國經(jīng)濟建設快速增長期，農村勞動力大量向城市轉移，勞動力減少，推動了噴藥機械化作業(yè)的發(fā)展。化學除草劑噴灑的機械化作業(yè)在旱田應用中發(fā)展的速度較快，逐步發(fā)展到自走式機具作業(yè)噴灑除草劑，這些機具的快速發(fā)展及應用大大提高了工作效率，降低了勞動強度。水稻田間作業(yè)相對地況較為復雜，由于輪陷較深，機具在田間行走阻力較大，因此噴藥機具相對于旱田耕作區(qū)發(fā)展相對滯后。隨著農業(yè)機械化的進程加快，水田噴藥機具也得到了迅速發(fā)展，代表性的機具有久保田、洋馬、豐諾3WPYZ系列自走打藥機、山東青州系列打藥機等。這些機具從普通機具發(fā)展到高地隙、從傳統(tǒng)的機械傳動發(fā)展到液壓傳動，近幾年開始向智能化發(fā)展，這些都為水稻機械化除草作業(yè)提供了強有力的技術支撐。水田農藥噴灑機械化作業(yè)的特點是效率高，降低勞動強度及作業(yè)風險，缺點是作業(yè)時對地塊要求較高，田塊不能過小，同時田埂不宜過高。

圖2 機具噴灑農藥作業(yè)

2.3 航空植保作業(yè)

進入21世紀，隨著無人機的應用，航空植保作業(yè)成為農業(yè)噴灑藥劑的新型作業(yè)模式，主要是噴灑化學除草藥劑及病蟲害防治藥劑。無人機相對于人工作業(yè)和機械化作業(yè)，結合了兩者的優(yōu)點。無人機具有機動性好、效率高、不受地理條件限制的優(yōu)點，遙控作業(yè)使操作人員遠離化學藥劑避免了藥物中毒。但航空植保的缺點也比較明顯且解決難度較大，如載重小、續(xù)航時間短、操作難度高等。無人機屬于高端技術產(chǎn)品，操作技術較難掌握，目前我國無人機操作的培訓機構也較少。無人機造價成本高，一旦出現(xiàn)操作失誤會造成較大的損失，嚴重者甚至會造成無人機墜毀[9-12]。無人機在噴灑農藥時會在下方形成風場，降低了藥液的附著率，對農藥的使用效果有一定的影響。同時無人機屬于航空飛行器，操控人員仍需納入航空管理，我國目前對無人機航空管理還沒有開放，這也成為限制無人機植保行業(yè)發(fā)展的重要原因之一。

圖3 無人機航空植保作業(yè)

2.4 化學藥劑除草的危害

化學藥劑除草與傳統(tǒng)的人工除草相比更高效、更經(jīng)濟，機械化作業(yè)減輕了農民的勞動強度，因此在目前階段被廣泛應用于農業(yè)生產(chǎn)中。但化學藥劑除草也給農業(yè)生產(chǎn)帶來了很大的危害，尤其是在黑土地保護方面。化學藥劑的長期使用使田間雜草產(chǎn)生了一定的抗藥性，為了保證雜草的去除效果，只有不斷地提高使用量、增加藥液濃度，造成了農作物藥物殘留和藥害，也給環(huán)境帶來了污染。水稻種植多數(shù)集中在江河附近及水源地周邊。過量的化學藥劑溶于水后會重新流入江河或水源地，同時農民使用過后的化學藥劑瓶隨意丟在田間地頭及村落間的河道內，這些藥瓶在雨季會隨著溪流進入江河和水庫等水源地。上述行為都會造成水源的嚴重污染[13-15]，同時間接對人們的身體健康帶來一定的危害。過量使用化學藥劑造成的土壤坂結、硬化，不利于農作物的生長。近年來，政府部門為了防止化學藥劑瓶流入水源地，有些地區(qū)在村一級設立了專門看管人員收集以保證水源地不受污染，一些重要的水源地附近的耕地甚至禁止耕作。由此可見，采取有效措施減少化學藥劑的使用，降低污染程度已迫在眉睫。

3 機械式除草

隨著保護性耕作理念的提出，利用機械除草降低農藥使用的中耕植保方式在水稻生產(chǎn)種植中得到了更多應用。目前水稻機械除草是利用除草部件將土壤攪動，部件翻轉的同時將雜草帶出地表并將雜草覆蓋，完成除草作業(yè)過程。機械除草部件主要有輥式、彈齒式、耙齒式等。水稻株間草作業(yè)多采用彈簧絲結構將雜草推倒然后靠碾壓輥進行去除作業(yè)。

圖4 機械式除草機田間作業(yè)

近年來隨著科技的進步、收入的增加，人們對農產(chǎn)品關注的重點不再是解決溫飽問題，而是對營養(yǎng)、健康越來越重視，綠色有機水稻種植應運而生。有機水稻種植不但可以滿足人們對健康的要求，同時對于水稻種植農戶來說還可提高稻米的附加值，是今后水稻生產(chǎn)的發(fā)展方向。有機稻米種植標準較高，需要滿足以下條件。優(yōu)選良種；施用符合標準的有機肥，完全代替無機肥料；采取潔水灌溉，不能使用生活污水、工業(yè)用水灌田；采用生物防治的方式防治病蟲害；全程禁用化學藥劑除草[3]。種植有機水稻的嚴格標準決定了原有的化學藥劑除草作業(yè)方式已經(jīng)無法在其種植過程中使用，人工除草勞動強度大，勞動力短缺，必須釆用全新的除草技術。機械除草成為有機水稻標準化種植在中耕除草階段的首選。目前市場上已有機械式除草機在使用，但其多數(shù)只能完成行間除草，部分機具上帶有株間除草裝置，但除草效果還不是特別理想，但是機械除草必然代替人工除草、化學藥劑除草的趨勢毋庸置疑。

3.1 水田機械除草的優(yōu)點

3.1.1 改善土壤結構

機械除草對土壤擾動，能夠疏松土壤，增強透氣性，有利于作物更好地吸收營養(yǎng)。

3.1.2 提高工作效率

水田中耕除草機工作量可達0.33～0.53hm2·h-1，相對人工除草，效率大大提高，解放勞動力的同時可以節(jié)約種植成本。

3.1.3 降低環(huán)境污染

機械除草對環(huán)境的污染主要是機械燃油排出的尾氣，對農業(yè)種植環(huán)境的污染可以說極少。隨著除草機械設備應用的逐年增多，化學除草劑的使用量必然減少，土壤板結現(xiàn)象也會得到很好的改善。

3.2 制約水田機械除草發(fā)展的因素

目前機械除草行間除草率可達80%以上，株間除草率較低，還不能完全滿足生產(chǎn)的需要，因此一些種植有機水稻的地方仍采用人工除草作業(yè)。

雖然現(xiàn)在水稻移植基本實現(xiàn)了機械化操作，能夠保證行距，但由于插秧機操作者技術水平存在差異，因此秧苗的直線度并不能保證，給后期除草機具進入田間作業(yè)造成了一定的難度。除此之外，插秧機上一行程和下一個行程的間距無法保證，會出現(xiàn)2個行程之間的行間雜草不能進行機械除草作業(yè)，如圖5所示。

圖5 行距不規(guī)范地塊

由于水稻種植區(qū)地表高度存在高差，因此導致地塊的不規(guī)則化，有些地塊面積過小，但機械化作業(yè)需要規(guī)范化的地塊和較大的地塊，這樣才能保證機具高效作業(yè)。

4 機械式除草發(fā)展的對策及建議

4.1 加強機械式除草設備的研發(fā)

只有增強機械除草設備的研發(fā)，提高機械除草的除草率，提高機具作業(yè)的可靠性才能讓種植戶更好地接受機械除草這一作業(yè)模式。因此需要政府加大科研經(jīng)費的投入，鼓勵科研人員進行機械除草設備的研發(fā)，使機械除草設備向智能化發(fā)展，提高其除草率。

4.2 加強有機水稻種植區(qū)標準化農田建設

至2016年年底，中國有機水稻種植面積達到了27.6萬hm2[3]。隨著有機水稻收益的提高，種植面積逐年上升。國家或地方政府應加強有機水稻種植區(qū)的標準化農田建設，在滿足農藝要求時盡量增大地塊的面積，使插秧行距規(guī)范化有利于除草機具作業(yè)時準確對行，以推動機械除草技術的應用。

4.3 加強有機水稻種植區(qū)的政策和組織科學引導

對于有機水稻種植，政府應當出臺相關政策，鼓勵種植戶采用機械化除草技術，在一定范圍內給予農戶一定的補貼，以推動機械除草技術的應用，這樣不但保障了水稻有機種植，同時也起到了保護環(huán)境的作用。

4.4 將機械式除草作為農田環(huán)境保護作業(yè)模式進行推廣

國家可以將機械式除草作業(yè)機具納入國家農機補貼目錄，以促進機械式除草作業(yè)機具的推廣，這樣既有利于促進有機水稻種植的發(fā)展，也有利于治理化學藥劑污染。