有機農業生產中果園機械化除草的現狀與發展趨勢

楊欣倫

(成都農業科技職業學院，成都 溫江 611130)

1 引言

所謂有機農業(Organic Agriculture)是遵照特定的農業生產原則，在生產中不采用基因工程獲得的生物及其產物，不使用化學合成的農藥、化肥、生長調節劑、飼料添加劑等物質，遵循自然規律和生態學原理，協調種植業和養殖業的平衡，采用一系列可持續發展的農業技術以維持持續穩定的農業生產體系的一種農業生產方式。有機農業的產生與發展不僅能夠幫助解決現代農業所面臨的一系列問題，如土壤活性和土壤肥力下降，化肥和農藥等化工制品的過度使用對環境造成污染和能源消耗，生態平衡破壞等；而且還有助于促進農業可持續發展，提高農民收入，發展農村經濟[1-4]。所以說，有機農業是能夠促進環境、社會和經濟良性發展的農業生產系統。

2 雜草的影響及主要防治方式

在有機農業生產中雜草是影響有機果園果樹生長發育的主要因素之一，對果樹的危害主要表現在與果樹爭水分、爭養分、引發病蟲、干擾光照等方面。據統計,雜草造成的有機果園減產為10%～20%,草荒嚴重的果園,甚至會出現幼樹不能適齡結果或結果后樹勢衰弱,壽命縮短,果小色差,病蟲果率增加,果品質量下降,商品率低。因而,科學有效地防治草害是一項保證果樹健康生長,實現果品高產、優質的關鍵技術[5-6]。

目前，國內外有機果園的雜草防治技術主要采用物理除草方法、農業防治、生態治草和生物防治等方法，其中物理除草方法應用最廣、效率最高。物理除草方法主要包括人工除草、機械除草和物理除草。根據研究表明，與除草劑除草、蒸汽除草、火焰除草等除草方式相比，機械除草是最具成本效益的除草方式[5,7],是有機果園和有機農業發展不可或缺的組成部分。

3 有機果園除草機械現狀

與發達國家相比，我國農業的機械除草技術整體相對落后，國內果園除草機械相對于農田除草機械平行對比來看，果園除草機械的發展時間相對較短，設備也相對落后。我國20世紀60年代開始研究果園除草機械，大部分果園除草機械將農田、耕地使用的除草機經改造后用于果園除草，當時果園除草機械以手扶拖拉機為動力。70年代，遼寧省法庫縣農機推廣站通過研發改進，以東風-2型收割機主機為機械動力源，設計出果園大田一體除草機械，達到了一機多用目的。黑龍江省農業機械工程科學研究院研究的325-2型中耕除草機，針對小型通用旋耕機的改制技術，旋耕機機架為主體，通過更換除草部件，滿足高低不平的不同地形的除草要求，大大提高果園除草機械機具的除草效率[8-9]。

近幾年多用途復合型作業機械相繼出現。如煙臺市農業機械科學研究所研發的3ZP-1600型蘋果中耕除草機，具有自動避讓功能的幅寬可調鏟式松土與除草機構，可一次性完成蘋果園中的行內株間雜草清除、松土保墑作業，使蘋果園中耕除草環節完全實行機械化[10]；南京農業大學周俊等人研發的智能除草機器人[11]，行走導航最大偏差能控制在2.5cm以內，以強化學習為基礎，結合模糊邏輯理論的自學習導航控制方法，使智能除草機器人能夠在未知環境中不斷積累完成預定任務的知識，增強了智能除草機器人適應復雜農業環境的能力。目前，我國果園除草機械產品品種、配套性產品質量、技術水平、智能化程度都有了很大的提高。

4 有機果園除草機械發展趨勢

為了提高除草精度，減少傷苗率，降低能耗，果園除草機械應朝著智能化、仿生化和多技術聯合化發展，使果園機械除草技術在有機農業生產中得到更多的應用并發揮更大的作用。

4.1 智能果園除草機械裝備及技術

智能機械除草是指除草機械具有智能識別功能，能夠識別或感知雜草的分布信息、位置、密度等生長情況，進而指令除草執行部件精確去除雜草的技術。應用機器視覺技術識別農田雜草的研究較多，比較成熟的專用雜草識別產品如美國NTech公司生產的WeedSeeker。補充了機器觸覺技術視覺識別技術，該技術利用觸覺傳感器與被測物體的接觸感知與接觸不同被測物的觸覺不同，補充視覺所不能識別的情況，如雜草與作物的相互遮掩情況。如果將機器視覺技術與機器觸覺技術相融合，在一定程度上可提高水田雜草的識別精度。除草機上配套雜草智能識別系統，實現智能識別雜草并完成機械除草，則能夠提高除草效果，減少除草過程中對果苗或果樹的的損傷。

隨著現代計算機技術和現代信息技術、現代控制技術在除草機械上的廣泛與綜合應用，果園雜草智能識別技術、果園田間自動導航技術、果園GPS定位技術，高智能、高精度的機、電、液、氣一體化等諸多新技術，越來越受到科研院校及企業的廣泛關注，是今后長期除草機械發展的重要方向。

4.2 仿生機械除草裝備及技術

仿生機械除草是對自然界中生物的特有性能和行為進行模仿，將其結構特征、運動機理以及行為特征運用到除草機械的設計中，完成仿生機械除草。自然界的生物經過千萬年優勝劣汰的進化過程，形成了具有特殊功能的本領[12]。某些昆蟲的特殊形狀的咀嚼或切割口器、土壤動物的遇黏不粘功能，如果能夠應用機械仿生的相關理論，融合土壤動物和昆蟲口器的生物特性，設計仿生除草關鍵部件，便能夠改善除草效果、降低機械能耗、提高工作效率。因此，具有仿生特性除草機械，是果園機械除草技術發展方向之一。

4.3 多技術聯合除草

多技術聯合除草將多種除草技術，如機械除草技術、化學除草技術、生物除草技術、保護性耕作技術以及其它方式等有機結合在一起，能夠大幅度提高果園的除草效率和除草效果。在多方位的聯合發展的方向下，實現一機兩用或者一機多用，在同一機械動力下快速配置、配套新的果園除草機械、機具，適時提高果園除草機械的通用性和適應性。因此，合理、有效地將機械除草技術與其它各種除草技術有機結合，形成系列化的聯合除草技術，也是果園除草機械技術發展趨勢之一。

5 結語

隨著除草劑減量防除和有機果園草害控制技術的發展，結合當今社會的消費升級，有機食品需求量的逐年增加，機械除草技術將以其獨有的優勢在果園雜草控制中起到重要作用。通過結合機器視覺技術、導航技術、仿生技術、多技術聯合等多個發展方向，研制高效、高精度、智能化且與農藝相融合的果園除草機械已經是有機水果機械化生產的迫切需求，同時也為農業機械新技術在果園除草機上的應用與研究提供了發展方向。