传感器引导机械除草技术助力移栽生菜和卷心菜：精准高效的杂草治理新方案

为解决蔬菜生产中杂草影响产量和质量的问题，研究人员开展传感器引导机械除草研究，发现其效果良好，意义重大。

　　在蔬菜的种植过程中，杂草可是个让人头疼的 “大麻烦”。它们不仅会和蔬菜争抢养分、阳光和水分，导致蔬菜产量下降，还会影响蔬菜的品质，比如让蔬菜的大小、颜色和形状变得 “歪瓜裂枣”，甚至有的杂草还会释放毒素污染蔬菜，使得这些蔬菜失去市场价值。为了应对杂草带来的这些挑战，常规的做法是把预防性措施和直接除草方法结合起来，但这样一来，蔬菜除草的成本可比大多数农作物高多了。而且，蔬菜种植中对除草剂的使用有诸多限制，所以，寻找替代的、高效的直接除草方法就变得刻不容缓。

在这样的背景下，德国霍恩海姆大学（University of Hohenheim）的 Roland Gerhards、Michael Spaeth、Alexandra Heyn 和 Marcus Saile 等研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Journal of Crop Health》上，为蔬菜杂草治理带来了新的思路和方法。

研究人员为了开展此项研究，采用了一系列关键技术方法。在实验设计上，他们在德国西南部的多个地点，于 2021 - 2023 年进行了 6 次田间实验，涉及移栽的生菜和卷心菜。实验设置了 7 种处理方式，包括不除草的对照组、除草剂处理组、传统行间锄草组，以及不同程度自动化的传感器引导机械除草组等，并采用单因素随机完全区组设计，每个处理重复 4 次。在实验过程中，利用 RGB 相机、多光谱相机等进行图像采集，通过计算过量绿色红色指数（ExGR）来分析杂草覆盖情况，同时还运用人工智能（AI）技术对植物进行分类识别，以此来判断作物和杂草，进而评估不同除草方式的效果。

下面来看看具体的研究结果：

1. 杂草密度和覆盖度：处理前，卷心菜中的杂草密度（）高于生菜（）。在未处理的对照组中，卷心菜的杂草密度在收获前增加到 ，而生菜的杂草密度基本保持稳定。从杂草覆盖度来看，未处理的卷心菜地块杂草覆盖度高达 80%，生菜为 28%。各种除草处理都能有效降低生菜的杂草覆盖度至 10% 以下，但在卷心菜中，只有除草剂处理能将杂草覆盖度降至 9% ，机械处理的杂草覆盖度在 19 - 31% 之间。在降低杂草密度方面，芽前除草剂处理和相机引导的行间和株间除草效果最佳，杂草密度低于 。相机引导的行间锄草配合自动侧移控制，比传统行间锄草的杂草密度更低，而且添加手指除草能进一步降低杂草密度。
2. 除草效果（WCE）：行间和株间除草效果方面，除草机器人和广播式除草剂处理效果相似。其他处理的株间除草效果普遍低于行间除草效果。相机引导的行间锄草即使没有手指除草，其除草效果也和传统行间锄草加手指除草的效果相当。在生菜中，机器人除草的总除草效果最高，达到 82%；在卷心菜中，除草剂处理的总除草效果最高，为 92%。
3. 对作物的影响：除草剂处理和未处理的对照组没有作物损失，而除了相机引导的行间锄草外，其他机械处理的作物损失都明显更高。在生菜中，机器人除草虽然导致 5% 的植株被连根拔起，但产量仍高于广播式除草剂处理。在卷心菜中，所有处理的产量都显著高于未处理的对照组，传统行间锄草的产量比其他机械处理（除机器人除草外）都低。

综合研究结论和讨论部分，这项研究充分展示了传感器和自动化技术在移栽蔬菜机械除草中的优势。相机引导的行间锄草配合自动侧移控制，相比传统行间锄草，不仅提高了行间和株间的除草效果，分别从 74% 提升到 81%、从 35% 提升到 56%，还减少了作物损伤，从 9.1% 降至 4.5% ，同时使作物产量提高了 17%。而拖拉机搭载的机器人进行相机引导的行间和株间除草，进一步将株间除草效果提高了 18%。虽然机械除草在某些方面还存在挑战，比如选择性株间除草仍不够理想，但该研究为蔬菜生产中的杂草治理提供了重要参考，表明相机引导的除草技术可以在一定程度上减少蔬菜生产对除草剂的依赖，降低食物链中除草剂残留的风险，以及减少杂草产生抗药性的可能。不过，相机引导的除草技术也并非万能，在潮湿土壤条件下可能效果不佳，还可能诱发新杂草生长。因此，它更适合作为综合杂草管理策略的一部分，与预防性除草方法（如覆盖物、与冬季谷物轮作和假苗床）以及其他治疗性方法（如点施或条施除草剂）相结合，从而实现更高效、可持续的蔬菜杂草治理。