機械化植保作業(yè)的主要技術(shù)及研究方向

張金偉

摘 要：植保作業(yè)是農(nóng)作物健康生長和高產(chǎn)的基礎(chǔ)性保證，現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)通過植保機械完成高效率的植保作業(yè)，顯著提升了我國農(nóng)藥噴施作業(yè)的工作效率，通過對常用植保機型的介紹，說明了植保機械和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)機械化；植保作業(yè)；應(yīng)用；發(fā)展

中圖分類號：S49 文獻標(biāo)識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.04.004

植保作業(yè)是農(nóng)業(yè)病蟲害防治的主要方法，現(xiàn)階段的作業(yè)以化學(xué)防治為主，主要通過農(nóng)業(yè)機械的噴施來實現(xiàn)。我國的機械化植?；灸軌蚋采w主要農(nóng)作物生產(chǎn)的前中后期，隨著農(nóng)機購置補貼政策的推進，主要糧食作物的機械化植保水平已經(jīng)顯著提升。為更好地體現(xiàn)科學(xué)植保和合理植保，我國植保機械的研究應(yīng)認(rèn)清現(xiàn)階段的主要不足和問題，利用機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化和先進技術(shù)應(yīng)用降低植保過程對農(nóng)作物的食品安全和環(huán)境污染的影響，達到植保作業(yè)與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的同步進行，并促進農(nóng)業(yè)植保機械向著更高效、智能、精確方向發(fā)展。

1 植保機械應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 植保機械的使用情況

植保作業(yè)在我國經(jīng)歷了較長的發(fā)展時期，在化學(xué)農(nóng)藥普及后，通過噴施作業(yè)實現(xiàn)對農(nóng)作物病蟲草害的防治成為了現(xiàn)代化植保作業(yè)的主要方式?，F(xiàn)階段我國的農(nóng)藥加工技術(shù)位居世界前列，但植保機械和相關(guān)的噴施技術(shù)卻較為落后，相關(guān)技術(shù)約落后發(fā)達國家15～20年。由于機械化施藥技術(shù)的落后，導(dǎo)致農(nóng)作物植保后的農(nóng)藥殘留居高不下，嚴(yán)重影響了糧食作物的質(zhì)量。

我國使用的植保機械大體經(jīng)歷了以下幾個階段：一是結(jié)構(gòu)相對簡單的單筒式噴霧機和手搖式噴粉機階段，主要以人力驅(qū)動進行作業(yè)，效率較為低下；二是噴氣式動力煙霧機、氣壓式自動噴霧器的研制，使噴霧作業(yè)通過機械實現(xiàn)，但仍采用人工背負(fù)式作業(yè)的形式，雖然效率有所提升，但噴施過程存在著農(nóng)藥浪費和人員易中毒等缺點；三是動力機械噴施階段，多采用拖拉機配套噴藥機械實施作業(yè)，采用氣泵加壓，多進行寬幅噴施，作業(yè)效率提升明顯。但與發(fā)達國家相比在植保機械種類、噴頭霧化技術(shù)等方面仍有較大的提升空間。

2 機械植保的主要形式

現(xiàn)階段的機械化植保以噴桿噴霧技術(shù)為主，常用的機械包括懸掛式噴桿噴霧機和自走式噴桿噴霧機兩類，近年來，多旋翼植保無人機的作業(yè)量也在增加，我國的植保作業(yè)方式開始向多樣化轉(zhuǎn)變。

2.1 懸掛式噴桿噴霧機

懸掛式噴桿噴霧機主要通過拖拉機懸掛植保機械實現(xiàn)作業(yè)（如圖1），通常需要使用24馬力以上的拖拉機進行作業(yè)，噴霧機械的動力由拖拉機后動力輸出軸提供，并能通過拖拉機的后懸掛系統(tǒng)實現(xiàn)液壓和連接功能，不僅能夠保證連接的穩(wěn)固，拖拉機還能達到通過液壓功能控制噴藥架的伸展與收縮，減輕人力勞動的負(fù)擔(dān)。根據(jù)不同的動力，噴藥架的展開幅度在10～18 m之間，具有結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟性好的優(yōu)點，同時作業(yè)效率和霧化效果也能達到使用要求。懸掛式的結(jié)構(gòu)有利于充分利用農(nóng)戶已有的拖拉機，能顯著降低農(nóng)民購置植保機械的費用。但由于每次使用的安裝與調(diào)試過程較為復(fù)雜，拖拉機的三點式連接、液壓系統(tǒng)連接、氣泵裝置的連接都相對復(fù)雜，因此，這種形式通常只適合小規(guī)模經(jīng)營使用。

2.2 自走式噴桿噴霧機

自走式噴桿噴霧機具備獨自的動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)以及轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)等，能通過液壓裝置控制桿件伸展、收縮或位置調(diào)整，機型功能更為豐富。自走式噴桿噴霧機大體包括三輪自走式和四輪自走式兩類，三輪自走式的噴霧機通常動力在10～18馬力，作業(yè)幅寬在6～10 m。該機型結(jié)構(gòu)相對簡單，價格較低，由于作業(yè)靈活和體積較小，適合中小地塊使用，但由于三輪式的結(jié)構(gòu)行駛穩(wěn)定性不足，因此作業(yè)速度相對較慢，效率相對較低。四輪自走式噴霧機的配套動力通常在28～48馬力，最高可達100馬力，作業(yè)幅寬多在10～18 m，作業(yè)效率較高，可達80～120 畝 / h，但售價相對較高，適合大面積連片耕地使用。

2.3 農(nóng)用植保無人機

農(nóng)業(yè)植保無人機是近年來發(fā)展迅速的植保機械，按飛行原理和技術(shù)特點分為固定翼、單旋翼和多旋翼幾類，現(xiàn)階段以多旋翼機型為主。市場上主流的旋翼數(shù)量有4旋翼、6旋翼和8旋翼，多旋翼無人機主要包括了飛行平臺、控制系統(tǒng)以及噴灑裝置三部分，采用無刷電機帶動槳葉旋轉(zhuǎn)提供飛行動力，通過無刷電機轉(zhuǎn)速的控制實現(xiàn)方向和高度的控制。多旋翼無人機飛行十分平穩(wěn)，有利于保證農(nóng)藥噴施的均勻性，多旋翼植保無人機的噴藥幅寬通常在3～5 m之間，作業(yè)中通過旋翼產(chǎn)生的下旋風(fēng)促進農(nóng)藥的滲透和均勻噴施，如圖2所示。由于電池技術(shù)的限制，植保無人機單次作業(yè)的續(xù)航僅在20 min左右，這在一定程度上限制了植保無人機的工作效率，在電池技術(shù)突破之前，植保無人機的連續(xù)作業(yè)通過電池快換快充技術(shù)實現(xiàn)。其噴藥速度在4～6 m/s，防治效率2～5 畝/min，日作業(yè)量最高可達600 畝。植保無人機具有顯著的節(jié)約農(nóng)藥特性，且作業(yè)方式靈活，對操作人員危害小，有利于高稈作物后期的病蟲害防治，因此，使用量正逐漸增多。

3 機械化植保的研究方向

（1）變量噴藥技術(shù)的廣泛實施。變量噴藥技術(shù)是精確農(nóng)業(yè)思想的重要分支，隨著電子控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用，農(nóng)藥噴施的速度與行進速度能實現(xiàn)動態(tài)的合理性匹配，噴桿的傾斜度、噴藥壓力都能實現(xiàn)精確的控制，并通過與GPS裝置的匹配，結(jié)合數(shù)據(jù)采集與決策系統(tǒng)，有效實現(xiàn)高精度的合理化噴施。

（2）農(nóng)藥多級過濾技術(shù)的廣泛使用。在液體農(nóng)藥使用過程中，必須通過兌水稀釋后才能進行噴霧作業(yè)，由于自來水中不可避免地存在一定量的雜質(zhì)，它們會嚴(yán)重影響精密噴頭的噴施效果。在高霧化噴頭的技術(shù)不斷提升的同時，噴霧系統(tǒng)對農(nóng)藥中雜質(zhì)的過濾能力要求越來越高，通過多級的過濾裝置，能夠有效減少噴頭堵塞問題的發(fā)生率，并有利于提高植保機械對不同噴頭的適應(yīng)能力，保證噴灑質(zhì)量的大幅提升。

（3）農(nóng)藥自動配比技術(shù)的廣泛應(yīng)用。農(nóng)藥中的化學(xué)成分對噴施人員具有一定的毒害作用，會嚴(yán)重影響操作人員的人身健康，在人工混藥過程中，由于農(nóng)藥的揮發(fā)或操作不當(dāng)，很容易造成生產(chǎn)安全事故或?qū)е颅h(huán)境污染。通過研究按比例自動混藥技術(shù)，能夠有效減少農(nóng)藥與水源和人體接觸的機會，有利于環(huán)境保護和人身健康，同時有利于用藥量的隨時調(diào)節(jié)，有效防止藥瓶直接連接到噴桿的混藥器上，從而提升植保作業(yè)的安全程度。

（4）對靶噴霧技術(shù)的綜合應(yīng)用。

我國的農(nóng)藥噴施技術(shù)目前明顯落后于發(fā)達國家，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中更多地采用粗放的噴施方式，在智能農(nóng)業(yè)裝備逐漸加深研究的情況下，我國的很多農(nóng)機研究機構(gòu)都著重在精確噴施技術(shù)上加大力度。對靶噴霧技術(shù)主要通過距離傳感器或機器視覺識別技術(shù)獲取靶標(biāo)作物的參數(shù)信息，控制過程中根據(jù)獲取的信息確定合適的噴霧方案。其中傳感器技術(shù)原理的對靶噴霧機是通過直接測量目標(biāo)作物的現(xiàn)場參數(shù)信息實現(xiàn)關(guān)聯(lián)；視覺技術(shù)主要是利用影像獲取裝置獲取的圖像，并結(jié)合相關(guān)的算法進行RGB色彩處理，以實現(xiàn)作物面積、大小等參數(shù)信息的轉(zhuǎn)化。

我國的相關(guān)研究在參考發(fā)達國家的對靶噴霧技術(shù)的基礎(chǔ)上，對精確施藥技術(shù)做了符合我國實際情況的可行性研究，也逐步獲得了顯著的成果。但目前大多數(shù)成果還停留在試驗階段，應(yīng)用速度較慢。在精確施藥技術(shù)與噴霧機具的研究上要從國內(nèi)實際種植管理模式出發(fā)，重點從精確度和智能化方向?qū)ふ彝黄泣c。

4 結(jié)語

機械化植保作業(yè)作為農(nóng)作物健康生長和高產(chǎn)的基礎(chǔ)保障，為保證生產(chǎn)過程的合理性與安全性，必須要兼顧植保效果、食品安全與環(huán)境保護多重因素，這就要求現(xiàn)代化植保作業(yè)的發(fā)展不僅要在噴施效果上下功夫，還必須要減少農(nóng)藥的使用量，提高噴藥過程中的安全性，使農(nóng)業(yè)的機械化植保作業(yè)更符合綠色農(nóng)業(yè)和精確農(nóng)業(yè)的發(fā)展要求。

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