水稻机械除草机发展现状及技术措施建议

金晓刚，刘伟华

（上海市农业机械鉴定推广站，上海市 201601）

0 引言

水稻是我国的主要粮食作物，水稻种植面积达2 032.56万hm左右。随着科学技术的不断发展，我国部分水稻种植区已经在耕整地、插秧、喷药、收获等环节实现机械化，进一步推动了水稻种植的规模化、精细化和节约型发展。杂草能够抢占农作物生长发育的空间，从而抑制作物生长，且能够为病虫、害虫提供适宜环境，是造成水稻产量下降和品质降低的主要原因之一。每年由草害引起的水稻损失率约为15%。与此同时，农田杂草经过长期的自然选择，适应性极强，难以根除。因此，杂草会增加地块用工，提高农业生产成本，降低农作物产量。有效地防控稻田杂草对提高水稻产量具有重要意义。

1 概述

除草剂对杂草具有杀灭和抑制作用，除草剂用量在全球的农药用量占比中比重依然居高不下，是最为重要的农药品种之一，在水稻种植领域，目前除草剂的使用量大占农药的40%左右，是我国目前采用的主要除草手段，近年来我国农业生产中除草剂的使用量仍然在逐年增大，很多地区滥用农药现象较为严重。化学除草剂的过量使用会造成一系列不可挽回后果，其弊端主要包括化学药剂除草会造成一系列的杂草抗药性、作物药害、环境污染等问题，严重影响着农产品质量和生态环境安全。除草剂残留在农作物中，其中的有害化学成分对人类健康都有直接或间接的影响。随着经济发展水平和模式的转变，全社会的环境保护和食品安全意识不断加强，使得环保治理要求和力度日益提高，除草剂的使用问题受到大众的关注度也日益提升。日前，农业农村部印发《到2025年化学农药减量化行动方案》的通知，提出到2025年，建立健全环境友好、生态包容的农作物病虫害综合防控技术体系，化学农药使用强度方面，水稻、小麦、玉米等主要粮食作物化学农药使用强度力争比“十三五”期间降低5%；到2025年化学农药减量化行动必然要求适度减少。尤其近年来“优质、高效、绿色”的发展理念的兴起，消费者对有机作物的需求量开始提升。控制除草剂的使用量，推行绿色防控措施，势在必行。为减少除草剂的使用，采用机械除草成为最经济和省力的方式，同时除草机械的缺乏，也制约着水稻生产全程机械化建设目标的达成。

2 发展现状

世界范围欧美等国家水稻种植多采用飞机撒播技术，稻苗无序生长，植保机具难以下田，田间杂草防治多以化学防治为主，少见机械除草方式。日本作为水稻机械化技术的先驱，在水稻机械化除草机的研发和应用方面处于领先地位。多年来有机农业在日本发展迅速，有机稻米颇受消费者的青睐，因此，根据市场的需求以及有机稻栽培的生产要求，一些研究机构和农机生产企业开发了水田机械除草机，目前已经在全国范围内推广和应用。经过二十多年的研究和开发，日本除草机行间除草主要通过拔出、掩埋、碾压、割断，利用隔绝空气的方法使其枯死。目前的主要的形式主要有以下几类：耙齿式，旋转割刀式，米字轮式等。株间除草的原理基本利用常见杂草和水稻根系的深度差异，通过除草部件有效去除杂草，而不伤害水稻秧苗的根系。主要有以下几类：伞形除草盘、梳刷式、摆动往复式等。

多年来，国内水稻除草机械的研制基本处于空白阶段，人工除草一直是我国主要的除草方式。采用人工手动切割杂草的方式，存在作业效率低、适应性差、草害损失大等问题。在20世纪90年代，大力推广化学除草剂的使用，提高了除草效率和作业速度。但随着产业政策的调整，绿色防控措施的推行，水稻机械化除草在水稻生产环节也逐渐受到重视。通过近几年的发展和应用，小型手扶式3行以下的除草机已得到部分地区应用，目前生产企业不多，生产量较少，机具简单，配套动力较小，劳动强度大，作业环境恶劣，效力低，应用局限性大，发展受到以上制约，阻碍了大面积发展，难于推广。大型机械除草的研制刚起步，部分企业针对日本机械除草机的仿制生产，使用中存在地形适应性、除草率低，伤苗埋苗等严重现象。另外，一些研究机构，通过课题等通过课题形式进行了机械除草机的研究，取得了一定的成效，但离实际水田生产应用有一定距离，主要是生产量有限，机具可靠性有待进一步考察。

3 技术措施建议

随着农业技术的不断发展，农业生产模式的不断转变，水稻机械除草机的应用对于提高农业生产效益，解决一系列生态环境问题都有积极的影响，我们可以采取一系列的技术措施，使水稻机械除草机械尽快在水稻作业全程机械化过程中发挥作用。

3.1 适应性机构改造

国外先进的除草机具在我国直接应用历史经验证明存在多重问题。应了解本地农业环境，农作物种植方式、土壤特点、气候条件等因素。同时，也要了解当地农民的需求，包括工作量、作业方式、经济条件等方面的情况。通过通盘考虑，借鉴外国先进技术的同时对机具进行适应本地作业环境需求的适应性机构改造。如对行走轮改为四轮驱动、四轮可动，减小转弯半径、保持前后轮行径路线完全一致，减少对土壤压力，避免打滑现象。最大程度保证去除杂草减少秧苗伤害。另外，我国地域辽阔，不同地区杂草的种类也广泛不同，如我国广泛分布的莎草类杂草，根茎较发达，采取掩埋，隔绝空气等手段难以杜绝其生长。其块茎、根茎、鳞茎和种子都能繁殖。在合适的温度、湿度下一周左右就能产生新的块茎。此类种子可以在土壤中存活5年左右的时间，只能采取高温暴晒的方式才能完全将其杀死，可见防治难度较大。因此，国内各农机科研单位和制造厂应有针对性设计出适合我国工作条件的国产除草机。一是改进除草机构设计：优化除草机构的设计，提高除草机的除草效果，同时降低对水稻的损伤。二是开发多模式除草系统：根据不同的水稻生长阶段和杂草类型，开发出多重模式的除草系统，以提高除草效果。

3.2 引入智能监控与控制技术

一是通过引入物联网和人工智能技术，实现对水稻除草作业的实时监控和智能控制，通过传感器、摄像头、北斗卫星导航等系统和设备，实时采集水田杂草生长情况等信息，系统对采集到的数据进行处理和分析，及时发现杂草生长趋势，为除草作业提供大数据支撑。便于除草机构作业。二是基于智能监控与控制系统地除草机具，能够根据监测到的杂草生长情况，精准控制行距和苗距，自动调整除草机构作业参数，实现精确作业，使其在复杂的水稻田间作业也具有良好的作业性能，提高除草效果。三是智能调整与优化。通过智能控制系统自主学习能力，能够根据不同地域、气候条件和水稻品种，自主调整除草策略。在保证除草效果的同时，降低对水稻生长的影响[1]。

3.3 探索全新的物理除草方式

近年来，随着科技的进步，一些新型的水稻机械除草机悄然兴起。我国也应吸取国外除草经验，在现有除草原理除草机具的基础上，探索全新的物理除草方式。例如，小型船式除草机，尾部安装一定数量的铁链，铁链尾端安装三角叉，机具可在秧苗生长初期水田飞驰作业，杂草被尾端三角叉连根拔出。同时，通过不断往复行驶，不断起浆也起到隔绝光照，抑制杂草生长的作用。另外，通过机器视觉和深度学习技术，前期通过图像识别机器人自动识别杂草和作物，后期利用高压脉冲电流的方式精准电击杀死杂草的除草机器人也已经投入应用。

3.4 高精度平整机械的应用

适宜的地块条件也是除草机能高效率运行的必要条件，平整的地块不仅农作物的生长环境更加适宜，能够减少病虫害的发生和传播，更是机械除草机能正常作业的重要要求。目前，我国大量投入使用的整地机械较为粗放，高精度的卫星平地机在农业生产中较少投入使用，在灌溉时造成水和肥料流失的现象的同时，先进的除草机械也难以高效运行，土地不平整导致露出地块就难以利用隔绝空气的方法让杂草完全枯死。其他如船式除草机也难以在这样的地块行驶使用。因此，应加强推广高效平整地机械在水稻种植中的应用。

3.5 统一的作业规范和标准

农业农机的主管部门应尽快牵头形成行业统一的作业规范和标准加以推广。行业标准和规范可以促进产品质量的稳定提升，减少低质量产品，从而提高整个行业的竞争力。行业标准和规范的统一，可以促进技术创新，提供更好的互操作性，推动行业内各方合作与交流，促进技术创新和产业发展。同时，可以减少重复工作和资源浪费，提高资源利用效率，降低成本。减少产品设计和生产过程中的错误和重复工作，这对于推动行业的可持续发展和整体进步非常重要。

4 效益分析

4.1 水稻机械除草机的推广使用可以带来巨大的社会效益

首先，机械除草机可以显著提高水稻种植的效率。传统的人工除草需要大量的人力和时间，而机械除草机可以自动化地完成除草任务，这不仅减轻了农民的劳动压力，还提高了作业效率，使农田能够更好地进行种植和管理。此外，机械除草机的广泛应用还可以促进农业现代化和农业产业的发展。机械化除草为农业生产提供了更多的技术手段和创新方向，推动了农业生产方式的改进和提升。同时，机械除草机的使用也对农机制造业带来了市场需求，提高行业的竞争力，提供就业机会，刺激相关产业链的增长，促进行业的可持续发展，刺激了农机制造业的发展和创新。

4.2 水田机械除草机的推广使用可以带来显著的经济效益

机械除草机的使用可以降低农药和劳动力的使用成本。传统的除草方法往往需要大量的农药和人工来控制杂草，这增加了农业生产的成本。机械除草机通过物理或机械方式去除杂草，节省了大量相关费用，降低了农业生产成本。此外，机械除草机的广泛应用还可以促进农业机械制造业的发展。随着机械除草机需求的增加，制造商将投入更多的资源和技术来生产高效、节能的除草机。这将带动农业机械制造业的发展，促进经济的繁荣。机械除草机的推广使用还可以提高农田的产量和质量，从而增加农民的收入。杂草对水稻的生长和产量有一定的影响，机械除草机可以有效去除杂草，为水稻提供更好的生长环境，提高水稻产量和质量。这将增加农民的收入，改善他们的经济状况。这些经济效益将对农村经济的发展作出积极贡献，并推动农业可持续发展。

4.3 水稻机械除草机的推广使用能够带来显著的生态效益

首先，机械除草机的机械化作业可以减少对化学农药的使用。机械除草机通过物理或机械方式去除杂草，减少了对农药的依赖，降低了农药的使用量，从而减少了对土壤、水源的污染风险。其次，机械除草机的使用可以改善水田的生态系统。杂草对水稻的生长和发育造成竞争，会影响水稻产量和品质。机械除草机可以有效去除杂草，为水稻提供更好的生长环境，有利于水稻的根系发达和养分吸收。这能够改善农田的生态系统稳定性，提高农田生态系统的功能和自主调控能力。传统的除草方法可能会破坏水田周围的生态环境，影响相关生物物种的栖息地和生存条件。而机械除草机能够选择性地去除杂草，同时保留农田周围的自然植被和生物栖息地，有利于保护和维护生物多样性。

5 结语

通过对水稻机械除草机的调查研究，分析了水稻机械除草机应用的重要意义和发展现状，提出一系列技术改进措施建议。水稻机械除草机在提高除草效率、降低劳动强度、保障环境生态安全等方面具有显著优势，为农业生产提供了有力支持。未来，随着技术的不断进步，水稻机械除草机有望进一步优化性能，降低成本，提高市场竞争力，为农业生产带来更大的经济效益、社会效益和生态效益。