稻田除草剂选择智能决策系统APP的构建与思考

陈国奇　陆永良

中图分类号：S 482，S 451.2 文献标识码：A DOI：10.16688/j.zwbh.2020178

应用除草剂防除稻田杂草省工、省时，操作简便，且对水稻及后茬作物的安全性可控;随着劳动力成本的不断攀升，总体上依赖除草剂治理稻田草害的局面短期内仍然难以改变。另一方面，对水稻和生态环境安全，且对杂草高活性的除草剂品种也还十分有限。科学选用、轮用现有的除草剂品种对于控制水稻种植成本、保障稻米产量仍然至为重要。截止到2020年1月，我国水稻田正式登记使用的除草剂共有55种活性成分，149种复配剂。这204种除草剂适用的稻田类型多样，使用方法、使用时期、主要杀草谱不尽相同，除草剂选用不当不仅会导致药效不佳，草害失防，而且容易导致水稻大面积严重药害。因此，稻田除草剂选用具有较高的技术难度要求，普通农户难以在短时间内掌握。许多种植户在选用除草剂时依赖销售商的推荐意见，不科学、不合理选用除草剂的现象时有发生。

当前，我国数字农业发展进入快车道，农业大数据已经在农业育种、生产与养殖、农业气象预测、市场管理与农产品追溯等领域得到广泛应用。专家系统是数字农业应用中的热点，其通过运用存储于智能计算机系统中的专家知识和经验，结合用户提供的信息、数据和事实，模拟专家的思维方式进行推理判断，为用户提出决策建议。我国是开展农业专家系统研究应用比较早的国家之一，目前已经取得较大成果，并成功推广应用于作物施肥、灌溉、病虫害防治、灾害预测、水土保持等领域。开发基于手机平台的“稻田除草剂选用参考系统”，建立相应的“数据-知识-决策”交流体系，可以打破除草剂选用的知识壁垒和经验依赖性，为除草剂经营人员和水稻种植户选用除草剂提供辅助，参考手机软件的推荐结果，结合市场上现有的除草剂产品进行比较和筛选，并依据所购买除草剂产品标签说明及相关服务人员建议进行施药。

作者针对目前我国稻田登记使用的全部除草剂单剂及其复配剂品种，系统梳理其作用机制类型、杀草谱、施用方法、使用时期、使用稻田类型、使用剂量等一系列实用技术要点;选定稻田除草剂选用中具有代表性的关键问题，并基于关键问题的选项，开发了“稻田除草剂选用参考系统”手机APP，以期为除草剂选用、轮用提供实用的技术服务。需要特别强调的是，由于除草剂应用技术要求较高，施药器械、施药时的天气、水稻品种、土壤质地和墒情等均可能对使用除草剂的药效和安全性造成较大影响，因此田间施用除草剂作业必须以除草剂商品包装上的标签说明或者实地经销和技术指导人员的建议为准，APP提供的信息仅作为选用除草剂品种的参考，不作为田间施药作业的技术指导。

1材料与方法

1.1建立稻田除草剂选用参考基础数据库

首先通过查阅中国农药信息网的数据库信息，检索稻田除草剂全部条目，对当前有效登记的除草剂条目进行整理，合并有效成分种类相同的条目，然后通过检索中国农药信息网、学术期刊网、Web of Science等数据库资源及阅读除草剂产品包装上的标签，收集并整理各种除草剂单剂及复配剂的使用技术要点，并将这些技术要点进一步归类。

随后，通过整理各种稻田除草剂的应用技术要点，提出稻田除草剂选用中的关键问题，逐一确定各种除草剂品种在每个关键问题上的情况分布，建立稻田除草剂选用参考系统基础数据库。

1.2“稻田除草剂选用参考系统”手机软件开发

基于Android studio 3.4软件和SQLlite软件进行“稻田除草剂选用参考系统”手机软件开发，编程语言及版本号为Java XML1.0。

2结果与分析

2.1我国登记使用的稻田除草剂品种

通过中国农药信息网的数据库检索一共获得2 306条当前有效的水稻田除草剂登记信息，合并有效成分种类相同的条目后共获得204条不重复的条目，包括55种有效成分（表1），149种复配剂。通过整理各种稻田除草剂的应用技术要点，提出稻田除草剂选用中的6个关键问题（表2）。在综合各种数据信息的基础上，采集了目前在我国水稻田登记使用的204种除草剂单剂及复配剂的所属类别、作用机理、杀草谱、复配组合、适用稻田类型、施用时期、方法、用量、施用技术要点、主要注意事项等要素信息，据此建立了我国水稻田除草剂品种数据库。

我国稻田登记使用的除草剂共有55种，其中主要作为土壤处理或早期茎叶处理使用的除草剂34种，主要作为杂草出苗后茎叶处理使用的除草剂21种;这55种除草剂涉及13种不同的作用机理24种不同的化学类别（表1），其中ALS（乙酰乳酸合酶，又稱为乙酰羟酸合酶，AHAS）抑制剂类除草剂多达15种，其次是细胞有丝分裂抑制剂（9种）、PPO（原卟啉原氧化酶）抑制剂（6种）、合成激素（5种）、光系统IIA位点抑制剂（4种），HPPD（对羟基丙酮酸双氧化酶）抑制剂、ACCase（乙酰辅酶A羧化酶）抑制剂、脂质合成抑制剂各3种，微管组装抑制剂2种，DOXP（1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸合成酶）抑制剂、EPSPS（5-烯醇式丙酮莽草酸-3-磷酸合成酶）抑制剂、PDS（八氢番茄红素脱氢酶）抑制剂、光系统IIB位点抑制剂各1种，另有1种除草剂（噁嗪草酮）作用机理不明。

稻田杂草群落通常由禾本科杂草、阔叶杂草、莎草科杂草共生，因此，稻田杂草防控也通常需多种除草剂活性成分进行组合复配以扩大杀草谱、提高药效。我国稻田登记使用的除草剂复配剂包括二元（2种活性成分组合）和三元（3种活性成分组合）复配剂（表1）。目前，我国已经登记在稻田使用的除草剂复配剂共149种，其中含有苄嘧磺隆和吡嘧磺隆的复配剂最多，均超过了30种（表1），含有五氟磺草胺、氰氟草酯的复配剂分别多达23种和21种，含有丙草胺、丁草胺、二氯喹啉酸、苯噻酰草胺、噁草酮、二甲戊灵、乙氧氟草醚、双草醚的复配剂品种均超过10种。克草胺、噁嗪草酮、环戊噁草酮、双唑草腈、嘧苯胺磺隆、双环磺草酮、氟吡磺隆、丙嗪嘧磺隆、嗪吡嘧磺隆、环酯草醚、三氯吡氧乙酸等11种有效成分尚没有复配剂产品登记。

就稻田除草剂选用中的6个关键问题而言（表2），从水稻种植方式来看，直播稻田除草剂品种较多，而插秧稻田、抛秧田和育秧田相对较少;从除草剂使用时间来看，水稻播前、插前、播后苗前、水稻移栽后及抛秧后返青期使用的除草剂主要为土壤封闭除草剂，直播水稻3叶期以后、移栽稻分蘖期后、拔节期之前使用的除草剂主要为茎叶处理除草剂，这两类除草剂占多数;从施药方法来看，喷雾使用和撒施的除草剂较多，甩施的种类少;从作用靶标杂草来看，在全部的204种稻田除草剂中，对稗草Echinochloacrus-galli有效的最多，占89%;其次是对千金子Leptochloa chinensis、马唐Digitaria sanguinalis有效的除草剂品种，对李氏禾Leersia hexandra或假稻L.japonica、双穗雀稗Paspalum distichum、乱草Eragrostis japonica有效的除草剂品种相对较少;165种除草剂可用于阔叶类杂草防控，155种可用于莎草防控，139种除草剂对阔叶杂草和莎草均有较好的防效;从杂草防控生育期来看，适用于禾本科杂草1.5叶期的最多，其次是杂草出苗前，再次是禾本科杂草3～5叶期。

2.2“稻田除草剂选用参考系统”使用方法

“稻田除草剂选用参考系统”手机软件源程序量共2000条。该手机软件共1.8 MB，可以在安卓4.1及以上手机系统上安装使用（图1a），安装成功后直接点开运行，页面首先跳出提示和作者联系方式（图1b），并且首页下方提供两种参考除草剂清单检索方式：按照实际情况选用适合除草剂、输入除草剂名称检索使用技术。点击“按实际情况选用适合除草剂”，进入问卷界面（图1c），根据拟用药的田块信息对6个题目分别填入选项，6个题目均可以跳过不选，选项完成后进入确认页面（图1d），确认后跳出结果页面，即提供了参考的除草剂品种列表（图1e），结果较多时可以直接拖动页面查看下方参考除草剂品种，直接点击除草剂品种会弹出该除草剂在水稻田使用的技术要点（图1f）。上述各个步骤均可以通过点击“重新选择”按钮进行重新设定问题选项。点击“输入除草剂名称搜索使用技术”，进入搜索界面（图1g），在搜索框中输入除草剂名称即可弹出相应的除草剂列表，直接点击除草剂品种会弹出该除草剂在水稻田使用的技术要点;输入除草剂名称检索支持模糊查询，即除草剂名称不全仍然可以检索出含有检索字词的除草剂单剂和复配剂。

3讨论

3.1“稻田除草剂选用参考系统”软件初步具有实用性

一般而言，选用通过登记在用的稻田除草剂首先考虑对水稻的安全性，其次考虑对拟用药稻田杂草群落的控制效果，并综合考虑施药条件、用药费用和人工成本。

水稻栽培方式是选用稻田除草剂的第一个关键问题。移栽稻田移栽后水稻秧苗在3～4叶期以上，且根部已入土活棵，这时施用土壤封闭除草剂安全性较好，选用除草剂可以更注重药效和成本等因素。抛秧稻田秧苗较大，但其根部在抛秧后初期露在土表，此时施用土壤封闭除草剂的安全性略低。旱直播田种子覆土后，在播后苗前使用土壤封闭除草剂的药害风险相对移栽稻田而言较高。水直播稻田播种催芽萌发的水稻种子，对药剂的耐受性最低，因此播后苗前土壤封闭除草剂的使用品种较少，到水稻秧苗1叶期后对除草剂的耐受性提高，土壤封闭除草剂的施用可以视田间实际情况确定用药策略，或者添加相应的安全剂保护水稻。移栽稻田茎叶除草施药时水稻秧苗通常已经进入分蘖期，而田间杂草较小，此时使用除草剂的选择较多。而直播稻田水稻与田间杂草同步生长，禾本科杂草3～5叶期时，水稻秧苗大致也在这个时期，即使经历了土壤封闭施药，田间常常仍然有大量的杂草需要进行茎叶处理防除，此时选用除草剂需要充分考虑对水稻的安全性并兼顾对杂草的防控效果等。

施药时期及施药时杂草的生长期也是稻田除草剂选用的关键因素。当前，我国水稻田除草剂使用时期主要包括：1）整地前使用灭生性除草剂清理田间的大龄杂草;2）整地后播种或移栽之前使用土壤封闭除草剂进行处理;3）播种或移栽后早期进行土壤封闭处理;4）播种或移栽后杂草幼苗期进行茎叶处理除草或兼顾土壤封闭处理;5）拔节期前补除大龄杂草。水稻播种苗前或移栽后活棵时田间多数杂草处于萌发期至2叶期，使用土壤封闭除草剂可以有效杀灭大量杂草，控制杂草基数。田间禾本科杂草3～5叶期时多数其他杂草处于幼苗早期，对除草剂敏感性较高，通过使用茎叶处理除草剂可以大量杀灭出苗杂草;由于稻田杂草群落常存在多個出草高峰，因此，在茎叶处理施药的时候根据田间的实际情况，也可以同步使用一些具有土壤处理活性的除草剂产品，达到“封杀”杂草群落的效果。

靶标杂草种类组成是选用稻田除草剂的基本考虑因素。我国水稻田危害最重的禾本科杂草主要为杂草稻（weedy rice）、稗属Echinochloa spp.杂草、千金子、马唐，此外，乱草、双穗雀稗、李氏禾或假稻在局部地区稻田发生量较大。目前，杂草稻的化学防控尚缺少高活性、普遍适用的专杀除草剂产品，少数除草剂可以用于水稻播种前诱导萌发杀灭杂草稻;其他几种禾本科杂草都有相应的高活性除草剂品种可选。水稻田常见的阔叶杂草种类较多，不同阔叶杂草对现有稻田除草剂敏感性的差异不如禾本科杂草之间的敏感性差异大。水稻田常见的莎草科杂草种类相对较少。因此，在“稻田除草剂选用参考系统”软件中阔叶杂草和莎草未设置具体的杂草种类选项。

施药方法也是除草剂选用中常需要考虑的因素。目前，我国稻田除草剂的常见施用方法主要包括喷雾和撒施，少数种类可以甩施。撒施和甩施均要求田间保持合适的水层施药，施药后药剂通过水层进一步在田间扩散，形成均匀的药膜层。茎叶处理除草剂喷雾施药前田间通常要求排水，让杂草充分露出水面，以便于充分吸收药剂，施药后一定时间内复水。喷雾、撒施和甩施各自具有特点，并且不同除草剂产品适用的施药方法不尽相同，因此在生产中用户需要根据实际情况进行选择。

因此，“稻田除草剂选用参考系统”软件通过在6个问题和选项的设置，用户可以得到具体的推荐除草剂产品清单，之后可以参考各除草剂品种的使用技术要点，结合田间、现有药剂和自身的实际情况选定除草剂产品。农户也可以基于其较为熟悉的除草剂品种，检索相关的单剂或复配剂，而后参考各除草剂品种的使用技术要点进行选择。对于农药企业和经销网点人员而言，一方面可以根据目标市场稻田栽培方式、杂草群落结构特点、农户施药习惯、稻田供水的便利性等实际情况，预先准备除草剂产品;另一方面可以根据农户提供的信息，参考该软件推荐的除草剂品种，更准确地向农户推荐除草剂。考虑到目前我国水稻田多种杂草对除草剂已经产生了严重抗药性，用户选用除草剂时需要考虑避免使用施药田间已经发现抗药性杂草的相关药剂;并且考虑轮用或混用不同作用机理的除草剂;因此，该手机软件可以为用户综合考虑轮用和混用除草剂提供支持，也可以用于水稻种植户、除草剂经销人员培训使用。需要再次强调的是，该APP提供的信息仅作为选用除草剂品种的参考，不作为田间施药作业的技术指导。

3.2进一步完善“稻田除草剂选用参考系统”软件的展望

目前的软件仅为用户提供了一般性的推荐除草剂清单，虽然初步具有实用性，但还有较大的完善空间。针对不同的水稻种植区域、特定作物轮作系统稻田、特定的稻田种养模式，还可以进一步设置相关的问题和选项，以便于更准确、科学地推荐除草剂产品。

首先，不同种植区水稻播种期间的温度条件和杂草群落结构不尽相同，因此，适用的除草剂品种也会有差别。在当前的版本中，各种除草剂的适用区域信息列于使用技术说明中。东北地区的野慈姑Sagittaria trifolia、水田稗Echinochloa oryzoides，华南地区稻田的尖瓣花Sphenoclea zeylanica，华东地区的硬稃稗Echinochloa glabrescens等都具有区域性特点。在软件中针对不同地区分别设置相应的问题和选项可以有效提高软件的实用性。然而，在这一版本的“稻田除草剂选用参考系统”软件中未设置种植区相关的问题和选项，受制因素主要包括：1）目前我国不同水稻种植区杂草群落结构的差异性仍需进一步明确，不同种植区稻田杂草群落演替规律的差异性还有待阐明;2）同属不同种杂草之间对常用除草剂敏感性的差异性资料不足。

特定综合种养系统稻田除草适用除草剂需要进行定制化的设计。例如，目前我國“稻虾”“稻鱼”综合种养面积约187万hm²（2800万亩），此类稻田使用除草剂不仅要考虑对水稻的安全性，同时要兼顾除草剂对虾和鱼生长及相关食品的安全性。目前，有关除草剂对特定种类虾鱼的安全性准确资料积累不足，“养鱼、虾稻田禁用”等信息暂列在除草剂品种的详细说明中。

不同作物轮作背景的稻田适用除草剂不尽相同。稻田除草剂选用不当可能导致对下茬作物发生药害，例如稻田使用除草剂二氯喹啉酸可导致下茬茄科作物药害。目前我国稻田的作物轮作方式十分多样，各种除草剂品种对下茬作物的安全性相关信息列于使用技术说明中。

此外，随着田间杂草智能识别技术和软件的不断发展，“稻田除草剂选用参考系统”还可以与杂草识别软件进行整合，进而直接基于田间草相鉴定推荐适用除草剂清单和配套应用技术，甚至与智能植保机器人配套使用，实现“识草选药施药”一体化智能机械下田除草，科学、精准使用除草剂，保障粮食安全和农业生态环境安全。

4结论

通过搭载安卓系统，“稻田除草剂选用参考系统”软件可以在多数常用手机上使用，水稻种植户可以根据“稻田除草剂选用参考系统”推荐的使用除草剂品种清单，结合田间情况、杂草抗药性情况、现有药剂及轮换用药策略等实际情况选定除草剂。农药企业可以利用该软件对稻田除草剂研发和销售相关人员进行培训。农药经销人员可以参考该软件推荐的除草剂品种，更准确地向农户推荐除草剂。今后，针对不同的水稻种植区域、特定作物轮作系统稻田、特定的稻田种养模式等特定场景，可以进一步设置相关的问题和选项，以便于更准确、科学地推荐除草剂产品。