水稻機械除草機發展現狀及技術措施建議

金曉剛，劉偉華

（上海市農業機械鑒定推廣站，上海市 201601）

0 引言

水稻是我國的主要糧食作物，水稻種植面積達2 032.56萬hm左右。隨著科學技術的不斷發展，我國部分水稻種植區已經在耕整地、插秧、噴藥、收獲等環節實現機械化，進一步推動了水稻種植的規模化、精細化和節約型發展。雜草能夠搶占農作物生長發育的空間，從而抑制作物生長，且能夠為病蟲、害蟲提供適宜環境，是造成水稻產量下降和品質降低的主要原因之一。每年由草害引起的水稻損失率約為15%。與此同時，農田雜草經過長期的自然選擇，適應性極強，難以根除。因此，雜草會增加地塊用工，提高農業生產成本，降低農作物產量。有效地防控稻田雜草對提高水稻產量具有重要意義。

1 概述

除草劑對雜草具有殺滅和抑制作用，除草劑用量在全球的農藥用量占比中比重依然居高不下，是最為重要的農藥品種之一，在水稻種植領域，目前除草劑的使用量大占農藥的40%左右，是我國目前采用的主要除草手段，近年來我國農業生產中除草劑的使用量仍然在逐年增大，很多地區濫用農藥現象較為嚴重。化學除草劑的過量使用會造成一系列不可挽回后果，其弊端主要包括化學藥劑除草會造成一系列的雜草抗藥性、作物藥害、環境污染等問題，嚴重影響著農產品質量和生態環境安全。除草劑殘留在農作物中，其中的有害化學成分對人類健康都有直接或間接的影響。隨著經濟發展水平和模式的轉變，全社會的環境保護和食品安全意識不斷加強，使得環保治理要求和力度日益提高，除草劑的使用問題受到大眾的關注度也日益提升。日前，農業農村部印發《到2025年化學農藥減量化行動方案》的通知，提出到2025年，建立健全環境友好、生態包容的農作物病蟲害綜合防控技術體系，化學農藥使用強度方面，水稻、小麥、玉米等主要糧食作物化學農藥使用強度力爭比“十三五”期間降低5%；到2025年化學農藥減量化行動必然要求適度減少。尤其近年來“優質、高效、綠色”的發展理念的興起，消費者對有機作物的需求量開始提升。控制除草劑的使用量，推行綠色防控措施，勢在必行。為減少除草劑的使用，采用機械除草成為最經濟和省力的方式，同時除草機械的缺乏，也制約著水稻生產全程機械化建設目標的達成。

2 發展現狀

世界范圍歐美等國家水稻種植多采用飛機撒播技術，稻苗無序生長，植保機具難以下田，田間雜草防治多以化學防治為主，少見機械除草方式。日本作為水稻機械化技術的先驅，在水稻機械化除草機的研發和應用方面處于領先地位。多年來有機農業在日本發展迅速，有機稻米頗受消費者的青睞，因此，根據市場的需求以及有機稻栽培的生產要求，一些研究機構和農機生產企業開發了水田機械除草機，目前已經在全國范圍內推廣和應用。經過二十多年的研究和開發，日本除草機行間除草主要通過拔出、掩埋、碾壓、割斷，利用隔絕空氣的方法使其枯死。目前的主要的形式主要有以下幾類：耙齒式，旋轉割刀式，米字輪式等。株間除草的原理基本利用常見雜草和水稻根系的深度差異，通過除草部件有效去除雜草，而不傷害水稻秧苗的根系。主要有以下幾類：傘形除草盤、梳刷式、擺動往復式等。

多年來，國內水稻除草機械的研制基本處于空白階段，人工除草一直是我國主要的除草方式。采用人工手動切割雜草的方式，存在作業效率低、適應性差、草害損失大等問題。在20世紀90年代，大力推廣化學除草劑的使用，提高了除草效率和作業速度。但隨著產業政策的調整，綠色防控措施的推行，水稻機械化除草在水稻生產環節也逐漸受到重視。通過近幾年的發展和應用，小型手扶式3行以下的除草機已得到部分地區應用，目前生產企業不多，生產量較少，機具簡單，配套動力較小，勞動強度大，作業環境惡劣，效力低，應用局限性大，發展受到以上制約，阻礙了大面積發展，難于推廣。大型機械除草的研制剛起步，部分企業針對日本機械除草機的仿制生產，使用中存在地形適應性、除草率低，傷苗埋苗等嚴重現象。另外，一些研究機構，通過課題等通過課題形式進行了機械除草機的研究，取得了一定的成效，但離實際水田生產應用有一定距離，主要是生產量有限，機具可靠性有待進一步考察。

3 技術措施建議

隨著農業技術的不斷發展，農業生產模式的不斷轉變，水稻機械除草機的應用對于提高農業生產效益，解決一系列生態環境問題都有積極的影響，我們可以采取一系列的技術措施，使水稻機械除草機械盡快在水稻作業全程機械化過程中發揮作用。

3.1 適應性機構改造

國外先進的除草機具在我國直接應用歷史經驗證明存在多重問題。應了解本地農業環境，農作物種植方式、土壤特點、氣候條件等因素。同時，也要了解當地農民的需求，包括工作量、作業方式、經濟條件等方面的情況。通過通盤考慮，借鑒外國先進技術的同時對機具進行適應本地作業環境需求的適應性機構改造。如對行走輪改為四輪驅動、四輪可動，減小轉彎半徑、保持前后輪行徑路線完全一致，減少對土壤壓力，避免打滑現象。最大程度保證去除雜草減少秧苗傷害。另外，我國地域遼闊，不同地區雜草的種類也廣泛不同，如我國廣泛分布的莎草類雜草，根莖較發達，采取掩埋，隔絕空氣等手段難以杜絕其生長。其塊莖、根莖、鱗莖和種子都能繁殖。在合適的溫度、濕度下一周左右就能產生新的塊莖。此類種子可以在土壤中存活5年左右的時間，只能采取高溫暴曬的方式才能完全將其殺死，可見防治難度較大。因此，國內各農機科研單位和制造廠應有針對性設計出適合我國工作條件的國產除草機。一是改進除草機構設計：優化除草機構的設計，提高除草機的除草效果，同時降低對水稻的損傷。二是開發多模式除草系統：根據不同的水稻生長階段和雜草類型，開發出多重模式的除草系統，以提高除草效果。

3.2 引入智能監控與控制技術

一是通過引入物聯網和人工智能技術，實現對水稻除草作業的實時監控和智能控制，通過傳感器、攝像頭、北斗衛星導航等系統和設備，實時采集水田雜草生長情況等信息，系統對采集到的數據進行處理和分析，及時發現雜草生長趨勢，為除草作業提供大數據支撐。便于除草機構作業。二是基于智能監控與控制系統地除草機具，能夠根據監測到的雜草生長情況，精準控制行距和苗距，自動調整除草機構作業參數，實現精確作業，使其在復雜的水稻田間作業也具有良好的作業性能，提高除草效果。三是智能調整與優化。通過智能控制系統自主學習能力，能夠根據不同地域、氣候條件和水稻品種，自主調整除草策略。在保證除草效果的同時，降低對水稻生長的影響[1]。

3.3 探索全新的物理除草方式

近年來，隨著科技的進步，一些新型的水稻機械除草機悄然興起。我國也應吸取國外除草經驗，在現有除草原理除草機具的基礎上，探索全新的物理除草方式。例如，小型船式除草機，尾部安裝一定數量的鐵鏈，鐵鏈尾端安裝三角叉，機具可在秧苗生長初期水田飛馳作業，雜草被尾端三角叉連根拔出。同時，通過不斷往復行駛，不斷起漿也起到隔絕光照，抑制雜草生長的作用。另外，通過機器視覺和深度學習技術，前期通過圖像識別機器人自動識別雜草和作物，后期利用高壓脈沖電流的方式精準電擊殺死雜草的除草機器人也已經投入應用。

3.4 高精度平整機械的應用

適宜的地塊條件也是除草機能高效率運行的必要條件，平整的地塊不僅農作物的生長環境更加適宜，能夠減少病蟲害的發生和傳播，更是機械除草機能正常作業的重要要求。目前，我國大量投入使用的整地機械較為粗放，高精度的衛星平地機在農業生產中較少投入使用，在灌溉時造成水和肥料流失的現象的同時，先進的除草機械也難以高效運行，土地不平整導致露出地塊就難以利用隔絕空氣的方法讓雜草完全枯死。其他如船式除草機也難以在這樣的地塊行駛使用。因此，應加強推廣高效平整地機械在水稻種植中的應用。

3.5 統一的作業規范和標準

農業農機的主管部門應盡快牽頭形成行業統一的作業規范和標準加以推廣。行業標準和規范可以促進產品質量的穩定提升，減少低質量產品，從而提高整個行業的競爭力。行業標準和規范的統一，可以促進技術創新，提供更好的互操作性，推動行業內各方合作與交流，促進技術創新和產業發展。同時，可以減少重復工作和資源浪費，提高資源利用效率，降低成本。減少產品設計和生產過程中的錯誤和重復工作，這對于推動行業的可持續發展和整體進步非常重要。

4 效益分析

4.1 水稻機械除草機的推廣使用可以帶來巨大的社會效益

首先，機械除草機可以顯著提高水稻種植的效率。傳統的人工除草需要大量的人力和時間，而機械除草機可以自動化地完成除草任務，這不僅減輕了農民的勞動壓力，還提高了作業效率，使農田能夠更好地進行種植和管理。此外，機械除草機的廣泛應用還可以促進農業現代化和農業產業的發展。機械化除草為農業生產提供了更多的技術手段和創新方向，推動了農業生產方式的改進和提升。同時，機械除草機的使用也對農機制造業帶來了市場需求，提高行業的競爭力，提供就業機會，刺激相關產業鏈的增長，促進行業的可持續發展，刺激了農機制造業的發展和創新。

4.2 水田機械除草機的推廣使用可以帶來顯著的經濟效益

機械除草機的使用可以降低農藥和勞動力的使用成本。傳統的除草方法往往需要大量的農藥和人工來控制雜草，這增加了農業生產的成本。機械除草機通過物理或機械方式去除雜草，節省了大量相關費用，降低了農業生產成本。此外，機械除草機的廣泛應用還可以促進農業機械制造業的發展。隨著機械除草機需求的增加，制造商將投入更多的資源和技術來生產高效、節能的除草機。這將帶動農業機械制造業的發展，促進經濟的繁榮。機械除草機的推廣使用還可以提高農田的產量和質量，從而增加農民的收入。雜草對水稻的生長和產量有一定的影響，機械除草機可以有效去除雜草，為水稻提供更好的生長環境，提高水稻產量和質量。這將增加農民的收入，改善他們的經濟狀況。這些經濟效益將對農村經濟的發展作出積極貢獻，并推動農業可持續發展。

4.3 水稻機械除草機的推廣使用能夠帶來顯著的生態效益

首先，機械除草機的機械化作業可以減少對化學農藥的使用。機械除草機通過物理或機械方式去除雜草，減少了對農藥的依賴，降低了農藥的使用量，從而減少了對土壤、水源的污染風險。其次，機械除草機的使用可以改善水田的生態系統。雜草對水稻的生長和發育造成競爭，會影響水稻產量和品質。機械除草機可以有效去除雜草，為水稻提供更好的生長環境，有利于水稻的根系發達和養分吸收。這能夠改善農田的生態系統穩定性，提高農田生態系統的功能和自主調控能力。傳統的除草方法可能會破壞水田周圍的生態環境，影響相關生物物種的棲息地和生存條件。而機械除草機能夠選擇性地去除雜草，同時保留農田周圍的自然植被和生物棲息地，有利于保護和維護生物多樣性。

5 結語

通過對水稻機械除草機的調查研究，分析了水稻機械除草機應用的重要意義和發展現狀，提出一系列技術改進措施建議。水稻機械除草機在提高除草效率、降低勞動強度、保障環境生態安全等方面具有顯著優勢，為農業生產提供了有力支持。未來，隨著技術的不斷進步，水稻機械除草機有望進一步優化性能，降低成本，提高市場競爭力，為農業生產帶來更大的經濟效益、社會效益和生態效益。