一、什么是激光除草技术

　　在传统印象里，除草是农民弯着腰，在田间辛苦劳作的场景。不过，随着科技进步，一种神奇的除草方式——激光除草正悄然兴起，为农业生产带来变革。

激光除草(图片来源于网络)

　　激光除草的原理源于激光四大特性中的高能量特性。激光器发射出的高度集中的能量束，就像一把精准的“光刀”照射到杂草上，杂草吸收光能瞬间转化为热能。杂草表面组织中的水分高温下急剧蒸发，细胞结构被破坏，进而枯萎死亡。激光能量大小和照射方向可以精准调控，能够针对不同种类、不同位置的杂草进行有效打击，同时最大限度减少对农作物的伤害。

二、激光除草技术的优势

　　与人工除草和化学除草相比，激光除草具有如下几大优势：

1、 极致环保，零化学残留

　　完全不使用化学除草剂，从根源上避免了农药在土壤、水体和作物中的残留。这对于有机农业、绿色食品生产和环境保护至关重要。零化学残留有助于保护传粉昆虫(如蜜蜂)和土壤中的有益微生物，维护农田生物多样性。

2、 无药理抗性，可持续性强

　　长期使用化学除草剂，会使杂草对特定除草剂逐渐产生抗药性，导致用药量不断增加。而激光除草通过物理性热效应摧毁杂草，杂草无法对此产生“抗性”，确保了长期有效的除草能力。

3、 精准除草，不伤作物

　　激光除草结合先进的计算机视觉和AI算法，除草机器人能精确识别杂草与作物的形态差异，只对杂草进行照射清除，极大地避免了误伤作物的情况。与传统机械除草不同，激光除草不翻动土壤，不会伤害作物根系，也不会将深层的杂草种子翻到表面，从而减少了后续杂草的萌发。

4、 高效节能，作用迅速

　　高能激光束可在瞬间(通常不到1秒)照射杂草的生长点(分生组织)，使其细胞内的水分迅速汽化，导致杂草枯萎死亡，效率非常高。相较于持续运行的机械刀具除草，激光的能量只用在“点火”的瞬间，总体能耗相对优化。

5、 可实现全天候自动化

　　理论上，只要配备适当的照明系统，激光除草机器人可以在夜间作业，不受白天时间限制，能更好地把握除草的最佳窗口期，具备24/7连续运转的潜在能力。

三、激光除草技术的应用

　　激光除草技术已在部分高标准农田得到了应用。

1、 黑龙江案例

　　在黑龙江省黑河市爱辉区的大豆试验田中，华工科技与哈尔滨工业大学联合研制的全国首台全天时智能激光除草机器人正进行除草实验演示。该激光除草机器人可最多搭载32个激光头同时作业，从杂草识别到清除仅需5毫秒。内置的上千种作物/杂草数据模型，能根据不同作物自动调节激光功率，真正实现"除草不伤苗"。该激光除草机器人可达到95%的清除率，除草效率理论上可达每小时32万棵。

激光除草机器人(图片来源于网络)

　　该农场采用传统人工喷洒除草剂时，日均可作业15亩。而激光机器人实测单日作业量至少可达60亩。以2000亩农田为例，使用除草剂年成本约12万元(含人工和药剂)，而激光机器人按5年使用寿命计算，年均成本可控制在8万元左右。更关键的是，它彻底规避了除草剂导致的土壤板结、水体污染等隐性治理成本。激光除草技术还带来了显著的环境效益。测试数据显示，使用激光除草设备的地块蚯蚓数量比传统农田高出3倍，土壤有机质含量年提升0.2%。

2、新疆棉田除草

　　在新疆石河子市的万亩棉田中，数十台银色的激光除草机器人沿着棉垄匀速行进。这些高约1.5米的设备顶部装有360度旋转的激光雷达，底部配备高清摄像头和激光光源，AI识别系统能精准区分棉花与杂草。当识别到杂草时，激光能量瞬间发射，在0.3秒内将杂草根茎灼烧枯萎，而旁边的棉花苗则毫发无损。以前人工除草，一亩地需要3个人工，成本高达150元，还难免伤到棉苗。现在一台激光除草机器人每天可作业300亩，成本仅为人工的1/5，且除草效率提升80%。更关键的是，激光除草无需使用农药，避免了土壤污染，种出的棉花符合有机标准，收购价每公斤可多卖1.2元。新疆农业科学院的数据显示，自2024年激光除草机器人在全疆棉田推广以来，棉花平均单产从每亩420公斤提升至462公斤，增幅达10%。按新疆2023年棉花种植面积3700万亩计算，仅此一项就可新增棉花约155万吨，相当于多收获3亿公斤皮棉，足够制作15亿件纯棉T恤。

四、激光除草技术的改进方向

　　在目前条件下，激光除草技术及应用要得到快速发展，还需解决如下现实问题才能实现大规模商业化应用。

1、激光除草设备成本高

　　激光除草机器人集成了高精度激光器、复杂的视觉识别系统、先进的算法和稳定的机器人平台，导致其单台设备的制造成本和售价远高于传统的机械除草机或喷药机。高功率激光器的寿命有限，更换成本昂贵。同时，精密的传感器和控制系统需要专业人员进行维护和校准，这也增加了长期使用的成本。

2、除草速度和效率有待提高

　　与传统除草机大面积翻耕或喷雾机大面积喷洒农药相比，激光是逐棵杂草进行识别和照射的。虽然单次照射很快(通常不到1秒)，但在大面积、高密度杂草的田地里，其整体作业速度可能跟不上农时要求。为了保证识别精度和照射效果，机器人必须在相对较慢的速度下行驶，这限制了其单位时间内的作业面积。

3、对杂草生长阶段具有高敏感性

　　激光除草需要合适的“窗口”期。激光除草对幼苗期(通常是一到两叶期)的杂草效果最好。此时植物组织幼嫩，能量需求集中，激光能有效破坏其生长点。如果杂草已经长大，根系发达，木质化程度高，则需要更长的照射时间或更高的能量才能杀死，这会严重拖慢效率，甚至无法彻底杀死。对于依靠地下根茎繁殖的多年生杂草，激光只能摧毁地表部分，难以伤及根系，杂草很容易再次萌发。

4、对作业环境条件要求高

　　激光除草依赖良好的视野。视觉识别系统在雨天、浓雾、强光直射或夜晚(除非有强力补光)条件下，识别准确率会大幅下降，导致无法工作或误伤作物。此外，激光除草对田地地形和作物状态有极高的要求。在作物冠层过于茂密、遮挡住杂草时，激光无法照射到目标。田地过于泥泞或不平整也会影响机器人的移动和传感器的稳定性。如果有落叶、泥土等覆盖在杂草上，激光将无法直接作用于杂草组织。

5、技术复杂性带来的适用性挑战

　　尽管AI技术先进，但在复杂的田间环境中，要100%准确地区分作物和杂草(尤其是形态相似的杂草)仍然非常困难。任何误识别都意味着要么漏除杂草，要么误伤作物，这对识别算法带来了挑战。再者，机器人需要精确知道自身的位置，并能将激光束精准地对准快速移动的杂草(相对于行进中的机器人)。这需要高精度的GPS、惯性导航系统和稳定的云台，这是对激光束精准快速定位于杂草的挑战。最后，高功率激光器和复杂的计算系统耗电量巨大，限制了除草机器人的持续工作时长，需要频繁充电或配备大型、昂贵的电池。

6、存在安全风险

　　高能激光对人体(尤其是眼睛和皮肤)是极其危险的。根据强制性国家标准GB 44703-2024《光辐射安全通用要求》的分级标准，激光除草用激光器属于高风险级产品，必须设计严密的安全防护系统，如区域扫描、自动急停等，并制定严格的作业现场管控措施，防止激光对操作人员或田间其他人员造成意外伤害。另外，在干燥的环境中，激光照射有可能点燃枯草或干燥的植物残体，引发火灾。

五、展望

　　激光除草机器人是一项典型的“高精尖”技术，它在精准农业、有机农业和减少化学农药使用方面具有无可比拟的优势。它更适合的应用场景是：

　　—高价值的蔬菜、水果种植。

　　—有机农场，对化学除草剂有严格限制。

　　—作为综合杂草管理方案的一部分，与其他除草方式(如机械、覆盖)配合使用。

现代农业科技(图片来源于网络)

　　总而言之，激光除草是未来的发展方向。农业农村部数据显示，我国高标准农田占比已达52%，随着高标准农田建设的不断深入，激光除草智能装备的普及将加速农业绿色转型。在粮食安全与生态保护的双重压力下，除草技术的创新或许正是我们期待的未来农业生产方式的缩影。目前激光除草技术仍需在降低成本、提升效率和增强环境适应性等方面取得进一步突破。(集萃激光-杨和逸)

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