桃树行间垄沟平整的触觉与光电传感技术研究及其在根腐病防控中的应用

为解决桃树浅栽垄作导致的工人操作困难和土壤侵蚀问题，研究人员开发了基于触觉(Feeler)、单/双红外(S-IRS/D-IRS)和LiDAR传感器的自动化垄沟平整系统。研究表明三种传感方法在95%置信水平下无显著差异，指状除草器附件对树根无可见损伤。该研究为果园自动化管理提供了多传感解决方案，对防控Armillaria根腐病(ARR)具有重要意义。

　　

在温暖潮湿的美国东南部，桃树(Prunus persica)产业正面临Armillaria根腐病(ARR)的严重威胁，这种由真菌Desarmillaria caespitosa引起的病害每年造成约800万美元经济损失。传统防治方法需要将桃树浅栽于垄上，两年后进行根颈挖掘(RCE)暴露根冠，但垄作会导致果园操作困难、土壤侵蚀加剧等一系列问题。

为解决这些痛点，Clemson大学团队在《Smart Agricultural Technology》发表研究，创新性地将触觉、光电传感技术整合到垄沟平整机中。研究人员改造了ID-Weeder除草机的旋转锄结构，设计出带可替换桨叶的轮式平整装置，并系统测试了四种树体检测方案：1）基于Omron感应器的触觉系统；2）单/双红外(S-IRS/D-IRS)系统；3）CygLiDAR D1激光雷达系统。其中双红外模式采用布尔逻辑控制，前传感器(F-IRS)触发收桨，后传感器(R-IRS)控制复位。

关键技术包括：1）采用RTK-GPS定位的无人机航测进行地形分析；2）通过ArcGIS Pro处理数字高程模型(DEM)；3）基于Raspberry Pi的实时传感控制系统；4）Fligner-Killeen和Levene's检验评估数据变异性。试验在Cecil黏壤土中进行，使用木质桩模拟两年生桃树。

3.1 传感系统测试结果

触觉传感产生最大标准差(0.36m)，双红外系统表现最稳定(CV=24.86%)。密度图显示双红外法的垄堆长度分布最集中，但存在较多异常值。统计检验(p>0.05)证实各方法方差无显著差异。值得注意的是，LiDAR因户外工况故障未能获取有效数据。

3.2 指状除草器测试结果

KCAB-R8-D型除草器对垄堆体积的影响出现逻辑矛盾数据，可能源于DEM重建误差。视觉评估表明其橡胶齿虽能楔入垄体，但未造成明显结构破坏或根系损伤。

讨论指出，触觉传感依赖树干刚性，而红外系统易受粉尘干扰。双红外方案虽精度较高，但需优化防尘设计。该研究首次实现桃树垄作区的多传感自动化平整，为ARR防控提供了新思路。未来需在真实果园验证传感系统，并评估指状除草器对活体根系的影响。

这项由USDA资助的研究具有重要应用价值：1）降低人工操作风险；2）减少土壤养分流失；3）为抗病新品种如'MP-29'根砧的栽培管理提供技术支持。团队强调传感器选择应综合考虑环境条件、树干强度等因素，这为智慧农业装备研发提供了实践指导。