有機農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中果園機械化除草的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

楊欣倫

(成都農(nóng)業(yè)科技職業(yè)學(xué)院，成都 溫江 611130)

1 引言

所謂有機農(nóng)業(yè)(Organic Agriculture)是遵照特定的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)原則，在生產(chǎn)中不采用基因工程獲得的生物及其產(chǎn)物，不使用化學(xué)合成的農(nóng)藥、化肥、生長調(diào)節(jié)劑、飼料添加劑等物質(zhì)，遵循自然規(guī)律和生態(tài)學(xué)原理，協(xié)調(diào)種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)的平衡，采用一系列可持續(xù)發(fā)展的農(nóng)業(yè)技術(shù)以維持持續(xù)穩(wěn)定的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系的一種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式。有機農(nóng)業(yè)的產(chǎn)生與發(fā)展不僅能夠幫助解決現(xiàn)代農(nóng)業(yè)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(nóng)藥等化工制品的過度使用對環(huán)境造成污染和能源消耗，生態(tài)平衡破壞等；而且還有助于促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，提高農(nóng)民收入，發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟[1-4]。所以說，有機農(nóng)業(yè)是能夠促進環(huán)境、社會和經(jīng)濟良性發(fā)展的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)。

2 雜草的影響及主要防治方式

在有機農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中雜草是影響有機果園果樹生長發(fā)育的主要因素之一，對果樹的危害主要表現(xiàn)在與果樹爭水分、爭養(yǎng)分、引發(fā)病蟲、干擾光照等方面。據(jù)統(tǒng)計,雜草造成的有機果園減產(chǎn)為10%～20%,草荒嚴重的果園,甚至?xí)霈F(xiàn)幼樹不能適齡結(jié)果或結(jié)果后樹勢衰弱,壽命縮短,果小色差,病蟲果率增加,果品質(zhì)量下降,商品率低。因而,科學(xué)有效地防治草害是一項保證果樹健康生長,實現(xiàn)果品高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的關(guān)鍵技術(shù)[5-6]。

目前，國內(nèi)外有機果園的雜草防治技術(shù)主要采用物理除草方法、農(nóng)業(yè)防治、生態(tài)治草和生物防治等方法，其中物理除草方法應(yīng)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(jù)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(nóng)業(yè)發(fā)展不可或缺的組成部分。

3 有機果園除草機械現(xiàn)狀

與發(fā)達國家相比，我國農(nóng)業(yè)的機械除草技術(shù)整體相對落后，國內(nèi)果園除草機械相對于農(nóng)田除草機械平行對比來看，果園除草機械的發(fā)展時間相對較短，設(shè)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(nóng)田、耕地使用的除草機經(jīng)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(nóng)機推廣站通過研發(fā)改進，以東風(fēng)-2型收割機主機為機械動力源，設(shè)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(nóng)業(yè)機械工程科學(xué)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(shù)，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(fù)合型作業(yè)機械相繼出現(xiàn)。如煙臺市農(nóng)業(yè)機械科學(xué)研究所研發(fā)的3ZP-1600型蘋果中耕除草機，具有自動避讓功能的幅寬可調(diào)鏟式松土與除草機構(gòu)，可一次性完成蘋果園中的行內(nèi)株間雜草清除、松土保墑作業(yè)，使蘋果園中耕除草環(huán)節(jié)完全實行機械化[10]；南京農(nóng)業(yè)大學(xué)周俊等人研發(fā)的智能除草機器人[11]，行走導(dǎo)航最大偏差能控制在2.5cm以內(nèi)，以強化學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)，結(jié)合模糊邏輯理論的自學(xué)習(xí)導(dǎo)航控制方法，使智能除草機器人能夠在未知環(huán)境中不斷積累完成預(yù)定任務(wù)的知識，增強了智能除草機器人適應(yīng)復(fù)雜農(nóng)業(yè)環(huán)境的能力。目前，我國果園除草機械產(chǎn)品品種、配套性產(chǎn)品質(zhì)量、技術(shù)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(fā)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(yīng)朝著智能化、仿生化和多技術(shù)聯(lián)合化發(fā)展，使果園機械除草技術(shù)在有機農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到更多的應(yīng)用并發(fā)揮更大的作用。

4.1 智能果園除草機械裝備及技術(shù)

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(zhí)行部件精確去除雜草的技術(shù)。應(yīng)用機器視覺技術(shù)識別農(nóng)田雜草的研究較多，比較成熟的專用雜草識別產(chǎn)品如美國NTech公司生產(chǎn)的WeedSeeker。補充了機器觸覺技術(shù)視覺識別技術(shù)，該技術(shù)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(shù)與機器觸覺技術(shù)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(tǒng)，實現(xiàn)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(xiàn)代計算機技術(shù)和現(xiàn)代信息技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)在除草機械上的廣泛與綜合應(yīng)用，果園雜草智能識別技術(shù)、果園田間自動導(dǎo)航技術(shù)、果園GPS定位技術(shù)，高智能、高精度的機、電、液、氣一體化等諸多新技術(shù)，越來越受到科研院校及企業(yè)的廣泛關(guān)注，是今后長期除草機械發(fā)展的重要方向。

4.2 仿生機械除草裝備及技術(shù)

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(jié)構(gòu)特征、運動機理以及行為特征運用到除草機械的設(shè)計中，完成仿生機械除草。自然界的生物經(jīng)過千萬年優(yōu)勝劣汰的進化過程，形成了具有特殊功能的本領(lǐng)[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(yīng)用機械仿生的相關(guān)理論，融合土壤動物和昆蟲口器的生物特性，設(shè)計仿生除草關(guān)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(shù)發(fā)展方向之一。

4.3 多技術(shù)聯(lián)合除草

多技術(shù)聯(lián)合除草將多種除草技術(shù)，如機械除草技術(shù)、化學(xué)除草技術(shù)、生物除草技術(shù)、保護性耕作技術(shù)以及其它方式等有機結(jié)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(lián)合發(fā)展的方向下，實現(xiàn)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(yīng)性。因此，合理、有效地將機械除草技術(shù)與其它各種除草技術(shù)有機結(jié)合，形成系列化的聯(lián)合除草技術(shù)，也是果園除草機械技術(shù)發(fā)展趨勢之一。

5 結(jié)語

隨著除草劑減量防除和有機果園草害控制技術(shù)的發(fā)展，結(jié)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(shù)將以其獨有的優(yōu)勢在果園雜草控制中起到重要作用。通過結(jié)合機器視覺技術(shù)、導(dǎo)航技術(shù)、仿生技術(shù)、多技術(shù)聯(lián)合等多個發(fā)展方向，研制高效、高精度、智能化且與農(nóng)藝相融合的果園除草機械已經(jīng)是有機水果機械化生產(chǎn)的迫切需求，同時也為農(nóng)業(yè)機械新技術(shù)在果園除草機上的應(yīng)用與研究提供了發(fā)展方向。