国内外机械式苗间除草装备与技术的研究概况及趋势,农业机械化论文.docx
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1、国内外机械式苗间除草装备与技术的研究概况及趋势,农业机械化论文农田杂草是农业生态系统中的一个组成部分,它直接或间接影响农业生产,若不将其除去,势必与农作物争夺养分、水分、光照和空间,传染病虫害,影响农作物生长发育,进而造成作 物 减 产、品 质 降低。据联合国粮农组织( FAO) 报道,世界粮食产量因遭受草害平均损失 10% 左右,损失粮食为 2 9 亿t。我们国家因杂草引起的粮食损失也约占总产量的10% ,每年损失粮食就有上百亿千克。化学药剂除草是当前应用最广泛的一种除草方式,具有快速、高效、经济等特点,85% 100% 的作物生产中使用了除草剂。然而,20 世纪 80 年代以来,世界范围内
2、除草剂的大量使用带来了生态环境污染、杂草抗药性加强、生物多样性减少等众多问题。由于人们对环境保卫意识的加强及对食品质量安全问题的重视,一些国家做出了限制使用化学除草的规定。例如,欧盟 2092/91 条例明确规定,有机农田中只能使用非化学方式方法除草,如人工除草、机械方式方法除草等。由于人工除草工作效率低、劳动强度大,而机械方式方法除草工作效率高、对环境污染小,符合绿色农业的发展需要,故机械除草被视为有机农业种植经过中最佳的除草方式。 机械除草作业是农业可持续发展的一项关键性生产技术。当前,传统方式方法能够除去 80% 的行间杂草,但苗间杂草对作物的生长发育有更大的影响,而杂草控制的最大难点也
3、在于苗间杂草的防除。本文将介绍国内外机械式苗间除草装备与技术的研究现在状况,并指出我们国家苗间除草装置研究的发展趋势。 1 国外苗间除草装置研究现在状况 作为保卫性耕作的关键技术,国外从 20 世纪 50年代就开场了对机械除草技术的研究。经太多年的研究改良,当前已经构成了一整套成熟的保卫性耕作农机具。由于在耕作方式、生理特征等方面旱田作物和水田作物有很大差异不同,因而本文将国外苗间机械除草装置分为两类介绍: 一类适用于旱田作物( 如小麦、玉米、大豆等) ,此类机械在美国、加拿大及欧洲国家发展迅速; 另一类适用于水田作物( 如水稻) ,水田除草机械日本发展水平最高。这些机具经太多年的研究和生产运
4、用,基本上能够知足作业要求。 1 1 旱田苗间除草装置研究现在状况 Dedousis 等人设计了一种控制苗间杂草的旋转阀掰锄,如此图 1 所示。【图1】 其旋转中心沿与作物行有一定距离且与作物行平行的直线移动,锄上切除部分使锄通过作物时避免与作物接触,而锄体在通过苗间区域时毁坏土壤,进而到达保卫作物除去杂草的目的。田间试验表示清楚,选用直径 175mm、切除部分 156 的圆盘和约 15mm 的入土深度能获得较好效果。另外,在机器前行速度0 5m / s 的情况下,该机构除草率超过 87%。 Vale S 等人研制的苗间除草装置利用红外线传感器检测作物,当检测到作物时,信号传输至计算机,计算机
5、通过控制命令驱动执行机构将锄刃离开作物以避免对其损伤,之后又回到原位进行除草作业。 据报道,此装置在高达 5cm、8 个叶片、株距在 17 18cm 的生菜田间进行试验,性能良好。同样利用红外线传感器检测作物,荷兰瓦格宁根大学研究的苗间除草系统中,两条或多条除草刀装在垂直旋转的圆盘上,当检测目的为杂草时,圆盘高速旋转,除草刀展开伸出至作物苗间将杂草切断; 当目的位作物时,转速降低收回除草刀,避免除草刀与作物接触而损伤作物。C Cordill 和 T E Grift 研制了一种利用激光控制的用于玉米苗间除草的装置。该装置由 4 组激光发射器和相应数量的、与之有一定距离的接收器组成。4 组激光发射
6、器与接收器均平行于地面且处于垂直地面的平面上,当玉米茎和杂草位于发射器和接收器之间时会产生二进制的脉冲,累积脉冲到达 4 组时即可判定此组脉冲对应的是玉米茎,其余为杂草。该装置在不同条件下伤苗率不同。田间试验分析表示清楚,在 3 行玉米苗间无草、3 行玉米苗间充满阔叶杂草、3行玉米苗间充满禾本科杂草的情况下,伤苗率分别为8 8% 、23 7% 、23 7% ,更深切进入的研究尚在进行。 德国波恩大学开发了一种苗间除草系统,如此图 2所示。该系统由执行机构、速度检测器、数据采集单元和作物辨别系统等组成。控制软件根据株距、当下锄臂位置对数据采集单元所收集的作物辨别、机器前进速度、电机旋转速度等相关
7、数据进行实时计算,进而调整执行机构的旋转速度。据报道,该系统可用于缺苗、株距不一致等情况,但至 2007 年仅在虚拟环境中实现。 一种基于 GPS 的苗间除草实时控制系统由M P rez Ruiz 等人研制成功,它由苗间除草刀、GPS及实时控制系统( RTK) 组成。当监测系统 RTKGPS确定当下的植物为作物时,苗间除草刀自动张开以避免损伤作物,随后关闭进行苗间杂草控制作业。对682 颗番茄田间试验表示清楚,前进速度为 0 8、1 6km /h情况下,没有伤苗出现。据报道,此技术可行,将来的研究工作在于评价此技术能否具有实在的经济价值。 欧美地区发达国家研制的苗间除草装置所用技术先进,而由于
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