咖啡园除草技术现状及发展趋势

程文磊等

基金项目 云南省基础研究专项重大项目（202101BC070002）；云南省教育厅科学研究基金（2022Y698）。

咖啡是我国重要的贸易商品作物，具有重要的经济和文化价值，深受人民的喜爱，大量种植于热带和亚热带地区的海南省和云南省等省份 。据统计，2019 年我国咖啡种植总面积 9.35 万 hm 2 ，总产量14.55 万 t，农业总产值 22.37 亿元 。

在咖啡生产管理过程中，除病虫害影响咖啡产量与品质外，咖啡园杂草也是困扰咖啡种植户的严重问题。咖啡园主要杂草有藿香蓟（Ageratum conyzoides）、鬼针草（Bidens pilosa）、小蓬草（Erigeron canadensis）、马唐（Digitaria sanguinalis）、牛筋草（Eleusine indica）等 。这些杂草在咖啡园中争肥争水，消耗土壤养分，促进病、虫、鼠害的流行与传播，不仅会降低咖啡产量和品质，还会对环境产生负面影响。研究发现，咖啡对N、P 2 O 5 和 K 5 O 等营养成分的需求分别为 90~160、80~120、160 kg/hm 2。如果未对杂草加以控制，咖啡园所施用的肥料很大一部分都会被杂草吸收 。因此，有效去除咖啡园杂草刻不容缓。本文对目前已有的咖啡园除草技术进行了深入了解和分析，包括人工除草、机械除草和化学除草等，并结合农药管理政策的变化和环保要求的提高，探讨生态可持续发展、环保型除草技术，例如物理除草技术和生物除草技术等；同时，探讨咖啡园除草未来的发展趋势和应用前景，例如自动化、机器学习和人工智能等技术的应用，以期为咖啡园未来除草技术的发展提供一定参考。

1 传统除草方法

1.1 人工除草

人工除草是一种劳动密集型的方法，不会对环境造成污染，可以选择性地除去一些对环境有害的杂草，对农田生态保护有好处。传统的人工除草方法包括拔草、割草和锄头除草等，这些方法可以有效地防控杂草。但是，人工除草通常需要大量人力物力，工作强度大且效率低 。随着农业现代化的发展，人工除草方式已经无法满足高效除草的需求。

1.2 机械除草

咖啡园机械除草的主要方法是机械翻耕、中耕、切割除草等。机械翻耕指使用机械将耕地的土垡铲起、松碎并翻转，同时将草根、种子翻起，达到除草的效果。行间除草和株间除草是现有的两种机械除草技术。行间除草技术已经成熟，而株间除草技术正在研究中，有机器视觉、GPS 导航、自动避障等多种研究方法 。例如：东北农业大学研制开发的 3ZCF-7700型除草机，用于中耕除草，可与施肥、松土、培土等多项内容同时进行 ；美国的 JD970 滚刀式除草耙是一种能够随着机器前进而带动刀轴转动的除草设备，通过滚切刀外缘的刀刃切断草根实现除草；JD886 型行间管理除草机配备了可调整的护苗板，可以在机械除草时有效保护作物，特别适用于在秸秆覆盖的田间进行行间作业 ；Melander 等 优化分析了当时可同时进行行间和株间除草的刷式除草机；Linden 等 借助红外激光测深传感器对株间机械除草的深度控制进行了研究。机械除草具有快速高效的优点，有助于保持土壤的通气性和微生物生长活动，增加土壤肥力，并有效控制杂草竞争水分和养分 。但机械翻耕也有存在死角且无法彻底清理杂草、翻耕太深、破坏咖啡根系等问题 ，有待进一步研究和改进。

1.3 地膜覆盖控草

地膜覆盖控草指在田间地块上用地膜覆盖作物的生长区域，通过遮光抑制植物的光合作用或利用除草地膜进行除草，从而抑制杂草的生长发育 。地膜覆盖不仅能够控制咖啡园杂草的生长，还可以提高土壤温度和土壤湿度，促进作物生长，提高产品质量，增加收益等 。但是，地膜需要及时彻底回收，否则会造成环境污染，对土壤和生态环境造成一定影响 。当前覆盖控草的发展趋势是利用可降解地膜材料、作物秸秆等对环境无污染的材料进行生态控草。

1.4 化学除草

与其他形式的除草技术相比，化学除草具有高效、快速、易操作、节省人力和成本等优点。咖啡园除草以往一般选择草甘膦兑水进行喷雾 ，或者选择 50%敌草胺可湿性粉剂施药后 5 d 再进行移栽，或用 30%苄嘧磺隆·丙草胺可湿性粉剂与锯末混制药土 。然而，传统的化学除草剂依赖于化学物质对植物的毒害作用来杀死杂草，这种方式不具备可持续性，长期使用某一类除草剂可能会导致杂草抗药性的出现或次生杂草转变为优势杂草，进一步减弱除草效果 。同时，化学除草剂会对咖啡品质、环境和生态系统产生负面影响 。随着环保意识的升高，人们对化学除草剂的使用也有一定担忧。

2 生态除草技术

传统除草方法存在消耗大量人力物力、效率低、成本高、污染环境、破坏生态等缺点，国内和国外学者开始关注生态除草技术，主要包括生态农业控草、生物制剂除草、电子除草和激光除草等技术。

2.1 秸秆覆盖控草

秸秆覆盖控草指利用秸秆覆盖物遮盖地表，人为破坏杂草萌发和生长发育的条件，同时分泌对杂草有抑制作用的化感物质，达到抑制杂草的目的。目前，应用和研究较为广泛的秸秆覆盖物有玉米秸秆、小麦秸秆等 。大量研究表明，使用水稻秸秆覆盖农田能降低田间早期杂草的发生，进而降低田间杂草的发生和危害 。总体来说，作为一种较为环保的控草方法，秸秆覆盖控草对生态环境的改善有着积极作用。

2.2 间套作模式控草

间套作模式控草指通过交叉种植不同类型的作物，利用农作物群落的时间差、空间差以及相互竞争的生态差，达到减少杂草生长的目的 。这种模式可以降低杂草的密度和发生率，由于栽种不同种类的作物，其能发挥最佳的生长能力和遮盖率，从而让土地更容易管理，减少药剂的使用。因此，间套作模式是一种可持续的种植方式。付兴飞等 研究发现，种植田菁（Sesbania cannabina）等能够改变咖啡园杂草群落的生态位、群落结构及功能群，降低咖啡园杂草群落多样性；Mekky 等 研究发现，罗勒（Ocimum basili-cum L.）提取物对阔叶杂草和禾本科（Poaceae）杂草具有很大的化感潜力；Famaye 等 研究发现，咖啡与油棕（Elaeis guineensis）间作时，杂草发生率和生物量最少。当然，这种模式也存在一些缺点，如不同作物可能需要不同的地形和养分，而且需要人工管理。此外，不同作物在生长时间和需求方面存在差异，需要增加额外的管理成本。

2.3 动物除草

动物除草指利用动物去除咖啡园杂草。与机械除草或化学除草相比，动物除草成本低，不会产生土壤侵蚀和化学污染等问题，还能提高土壤质量，增加咖啡种植户的收入 。但是，动物除草需要更长的时间，且无法指定需要清除的杂草种类，动物只吃自身喜欢的杂草种类。

2.4 生物制剂除草

生物制剂除草指利用微生物、植物、昆虫等生物性杀灭剂，达到除草的目的。生物除草剂（生物制剂）是一种生态友好型除草剂，具有绿色、环保、易降解等特点 ，在咖啡园除草中的应用越来越广泛。与传统化学除草剂相比，生物除草剂更加安全、无毒和可持续，不会对咖啡园生态环境产生负面影响。生物除草剂对咖啡生长的干扰很小，能够更有效地维护咖啡园的生态平衡，保持咖啡豆的品质和口感。然而，生物除草剂也存在一些潜在的问题。例如，其对环境有依赖性、有效期较短、药效弱，需要重复施用，部分生物除草剂成分还需要进行更多的研究，以确保安全性和有效性。针对生物除草剂目前存在的问题，一些学者开始研究通过诱变、基因工程等技术对植物病原微生物进行改良，以增强其致病性和降低其对环境的依赖性，或研制稳定的水包油微囊剂等，保证生物除草剂的除草效果和稳定性 。

2.5 电子除草

电子除草指在农业机械上安装电力除草装置，通电后产生高压电流损害杂草的生物结构，导致杂草枯萎死亡。法国埃布拉图公司生产一种电击式除草机，可以直接装在拖拉机的前部，由动力输出轴驱动转速为 1 000 r/min 的发电机，产生最大功率为 60 kW、最高电压为 18 000 V 的高压电流，高压电流可以将杂草植株的细胞液加热至沸腾，从而破坏原有细胞的结构和功能，达到消除杂草的目的 。与传统方式相比，电子除草操作简单，效率高，无须使用化学除草剂，不会对土壤造成污染。但电子除草设备价格高昂，只有一些大型农场有条件使用。总的来说，电子除草技术有一定的优势，但需要进一步研究和改进。

2.6 激光除草

激光除草指利用激光技术进行除草的方法。激光除草技术利用激光束直接照射植物，植物叶片表面的叶绿素等色素分子吸收激光能量，引起叶片蒸腾作用，使植物组织发生热损伤，从而达到除草的效果。研究表明，CO 2 激光能在不切断杂草茎秆的情况下控制杂草，可以用作物理杂草控制的切割方法 。美国智能机械公司 Carbon Robotics 研发出一款名叫Autonomous Weeder 的自动除草机器人，利用自动化机械、人工智能和激光技术，使用高功率激光的热能清除杂草 。但是，这种设备价格比较昂贵。马星野等 以 STM32F429IGT6 单片机为控制和数据处理核心，设计一种能够智能识别杂草、成本低、精准除草的智能激光除草装置，一台除草装置只需配备一个激光发射器、一个识别摄像头和一个定位摄像头，可节约30% 的成本。激光技术是一门新兴学科，在农业上具有巨大的应用潜力，因而需要进一步研发和利用。

3 咖啡园除草技术发展趋势

3.1 保护耕地生态

传统除草方式具有效率低、成本高、污染环境及对农作物产生副作用等缺点。因此，需要开发并推广与可持续发展理念相符的绿色、环保生态除草技术，以保护咖啡园生态优良的生长环境。除草技术应朝着环境友好和高效的方向发展。当前，除草技术分为化学除草技术和非化学除草技术 ，其中非化学除草技术是目前的一种发展趋势，例如使用电子和激光等技术对咖啡园进行除草。非化学除草技术不会产生有害的化学物质，不会对土壤和空气造成污染，同时可以提高除草的效率。非化学除草技术与环境保护理念相符，在未来的咖啡园管理中将得到越来越广泛的应用。

3.2 降低除草成本

在降低除草成本方面，可以探究和尝试使用生态的机械化除草设备和方法，如激光除草。此外，化学除草剂的研发和利用以及生物除草技术的应用也是降低除草成本的有效途径。可以通过比较各种除草技术的优缺点，找出适合不同咖啡园的最佳方案。总之，降低除草成本可以为咖啡园管理带来长远的利益。未来可以结合人工智能技术来实现自动化除草，减轻人工作业强度，并提高除草效果。同时，重视咖啡园的生态环境，在选择除草方法的同时兼顾其对环境的影响，从而实现咖啡园可持续发展。

3.3 发展生态除草产品

发展生态除草产品是咖啡园除草技术未来的发展趋势。在咖啡园除草技术中，目前开发出一些生态除草产品，如基于有机磷化合物或天然植物提取物的除草剂等。与传统除草剂相比，这些产品具有环保、安全、低毒等优势，符合当前社会对绿色环保的要求。开发局部喷洒式除草器，确保有针对性地清除杂草，同时保持周围环境安全。此外，还可以通过应用现代化信息技术手段，提高咖啡园除草技术的效率和精度。例如，利用遥感、卫星导航、精准农业等技术手段，对咖啡园内的作物、杂草以及除草机械等进行监测和管理，既可以减少资源浪费和降低成本，又可以提高除草作业的效率和准确性。在咖啡园除草过程中，还可以采用机器人技术代替人工操作，提高作业效率和品质，降低对劳动力的依赖 。

4 结束语

目前，咖啡园除草技术已经从传统的人工除草逐渐向机械化和生物化发展。生物除草技术的应用越来越广泛，除草效果持久且环保。未来咖啡园除草的发展趋势是结合物联网、人工智能等技术，实现智能化农业管理 。综上所述，未来的咖啡园除草应关注生态技术的发展，如加强生物除草技术的应用与研究、完善智能化技术体系等，以期为咖啡种植业的可持续发展作出贡献。