茶樹植保機械及減量施藥技術(shù)研究進展*

劉冬梅，楊杭旭，周宏平，鄭加強，茹煜

(1. 金華職業(yè)技術(shù)學院機電工程學院，浙江金華，321017； 2. 浙江省農(nóng)作物收獲裝備技術(shù)重點實驗室，浙江金華，321017； 3. 南京林業(yè)大學機械電子工程學院，南京市，210037)

0 引言

茶是世界上廣受喜愛的綠色天然飲品，目前全世界約有60個國家和地區(qū)種植茶葉，其中，全球茶葉種植面積最大的是中國，2019年中國茶葉種植面積約2 930 khm2，占全球茶葉種植面積的60%[1]。隨著茶園面積不斷擴大，茶樹病蟲害已成為影響茶產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的重要因素。當今，國內(nèi)外對茶樹病蟲害普遍推行綜合防治管理，但因多數(shù)茶園為規(guī)?；芗N植，在低海拔地區(qū)極易發(fā)生病蟲害，且在規(guī)?；N植茶園內(nèi)病蟲害容易大規(guī)模繁殖。在實際生產(chǎn)中，由于假眼小綠葉蟬、茶尺蠖、茶餅病等重大病蟲害常年發(fā)生流行，高效低毒的綠色農(nóng)藥防治仍是無公害茶園病蟲害防治的重要手段。

目前，國內(nèi)外對茶樹病蟲害防治的研究主要放在茶樹抗病蟲品種的篩選培育、生物農(nóng)藥改良及各種農(nóng)業(yè)、物理、生物防控，對利用植保機械對茶樹進行科學施藥的針對性研究較少[2-3]。少量研究主要集中在評估噴霧機霧滴沉積分布及病蟲害防治效果上[4-11]。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，茶農(nóng)普遍對噴霧施藥缺乏科學認識，對噴霧器械及噴施參數(shù)缺乏深入了解，施藥技術(shù)不科學，導致施藥次數(shù)和用藥量增加[3]，而大量施用農(nóng)藥會導致茶樹病蟲害產(chǎn)生抗藥性、破壞生態(tài)平衡及茶葉農(nóng)殘等問題。

近年來，我國茶葉農(nóng)殘標準要求穩(wěn)步提高，國外歐盟、美國、日本等發(fā)達國家對進口茶葉農(nóng)殘標準要求愈加嚴苛，在茶樹病蟲害綜合防治前提下如何實現(xiàn)茶樹減量施藥是當下茶樹植保的重難點。鑒于此，本文從茶樹生物特性、茶樹病蟲害預測診斷及防治方法、茶樹植保機械及施藥技術(shù)等方面展開評述，并對茶樹病蟲害施藥技術(shù)及裝備提出進一步研究建議，以期為茶樹減量施藥提供借鑒與參考。

1 茶樹生物特性及其病蟲害

茶樹是多年生、常綠木本植物，廣泛種植于亞洲和非洲的南部和東南部。根據(jù)樹型分為喬木、小喬木和灌木型茶樹，為便于茶葉采摘和茶園管理，目前茶園種植的多為密植矮化灌木型茶樹，其冠層內(nèi)葉片上下交疊和障蔽現(xiàn)象十分嚴重[7]。灌木型茶樹在嚴格修剪、采摘管理下，葉片被誘導集中在樹冠表層，約有85%～95%的葉量集中分布在樹冠0～30 cm的表層，30 cm以下著葉量僅占5%～15%，其有效葉面積指數(shù)一般在4以下[12]。茶樹葉片表面比較光滑，無長絨毛，表面粗糙度較小，具有多種傾角，研究發(fā)現(xiàn)茶樹葉片表面具有親水性[13]。觀察發(fā)現(xiàn)，茶樹成齡葉片形狀有橢圓形、卵形、披針形、圓形等，其中以橢圓形和卵形居多。葉片邊緣大都平展，分布有細密鋸齒，一般為16～32對，靠近葉尖鋸齒較密，靠近葉柄鋸齒較稀或沒有鋸齒。葉片表面有明顯主脈，并向兩側(cè)發(fā)出多條側(cè)脈，側(cè)脈對數(shù)隨茶樹品種而異，一般8～9對，多則10～15對，少則5～7對。主脈和側(cè)脈約成45°～80°角，側(cè)脈伸展至邊緣2/3處即向上彎曲呈弧形，與上方側(cè)脈相連，構(gòu)成封閉式網(wǎng)狀系統(tǒng)，這是茶樹葉片一個鑒別性特征。葉片大小通常分為超大葉、大葉、中葉和小葉，以葉面積在60 cm2以上為特大葉，40～60 cm2為大葉，20～40 cm2為中葉，20 cm2以下為小葉。茶樹葉片可塑性大，易受環(huán)境和栽培技術(shù)影響而發(fā)生變化，葉長在5～20 cm，葉寬在2～8 cm范圍，但就同一品種而言，葉片形態(tài)特征變化較小。對于葉片背面茸毛，除主脈上外，多數(shù)絨毛基部短，彎曲度大[14]。因茶樹冠層和葉片結(jié)構(gòu)都是重要藥液沉積變量[15]，了解不同生長期茶樹生物特性是實現(xiàn)茶樹減量精準施藥的基礎(chǔ)。

據(jù)估計，世界上有超過1 000多種病蟲影響茶樹的生存和生產(chǎn)，在中國已記載蟲害約430種，病害有90余種，在印度登記的茶樹蟲害約有380余種[16-17]。茶樹病蟲害以蟲害居多，在中國主要以食葉類害蟲、吸汁性害蟲為主，病害發(fā)生相對較少，較常見的以茶餅病、茶炭疽病為主。在印度東北部和印度南部茶園，主要蟲害為茶紅蜘蛛、茶角盲蝽、茶黃薊馬，近年來大鉤翅尺蠖、油桐尺蠖、黃鉤尺蛾等食葉害蟲在印度東北部呈流行趨勢[17]。近十年來，在中國、印度、斯里蘭卡、日本和中國臺灣等主要茶葉生產(chǎn)國和地區(qū)，茶斑蛾已成為重要的食葉害蟲，值得重點關(guān)注[18]。隨著茶樹種植方式由叢栽發(fā)展為條栽密植，茶園空間明顯減小，連片栽植茶園不僅為病蟲生長、繁衍和傳播創(chuàng)造了條件，也提供了更隱蔽的匿藏場所，使病蟲種類和密度增加。同時，茶園間作也會使病蟲區(qū)系發(fā)生變化，如中國華南茶區(qū)推行膠茶間作后，導致紅根腐病發(fā)展成為優(yōu)勢種[16]。由于生態(tài)條件差異明顯，世界各地茶樹病蟲害種類不盡相同，有些為普遍發(fā)生，有些表現(xiàn)為一定的區(qū)域特點，流行模式也不一致，各地應根據(jù)當?shù)夭∠x害種類及發(fā)生規(guī)律，開展茶樹病蟲害預警與防治。

2 茶樹病蟲害預測診斷及防治方法

茶樹病蟲害預測預報是茶樹減量精準施藥的重要基礎(chǔ)，主要有經(jīng)驗預測、實驗預測、統(tǒng)計預測和信息預測等[19]。傳統(tǒng)茶樹病蟲害監(jiān)測預報采用田間定點監(jiān)測或隨機調(diào)查，直接用肉眼觀測病害或者用捕捉害蟲方法判斷病蟲害發(fā)生可能性[20]。近年來，遙感技術(shù)(RS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)、全球定位系統(tǒng)(GPS)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應用為茶樹病蟲害預測預報提供了觀測平臺和技術(shù)手段[19]。徐德良等[21]設計出基于物聯(lián)網(wǎng)的茶樹病蟲害預警信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過安裝RFID、傳感器等，感應茶樹生長過程中溫度、濕度、土壤等環(huán)境因素的變化以實現(xiàn)病蟲害早期預警。日本建立了植物防疫信息綜合系統(tǒng)JPP-NET，其借助網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫來預測、管理和發(fā)布病蟲信息。美國農(nóng)業(yè)部建立了基于網(wǎng)絡地圖的有害生物信息平臺(PIPE)[22]，用于提供重要病蟲害的田間動態(tài)觀察、發(fā)生趨勢分析、監(jiān)測預警等服務。為準確進行茶樹病蟲害診斷與防治，國內(nèi)外學者研發(fā)出多種茶樹病蟲害專家系統(tǒng)。汪輝進[23]根據(jù)皖南茶區(qū)茶樹病蟲害特點，開發(fā)出茶樹病蟲害智能化防治專家系統(tǒng)。敬廷桃等[24]設計開發(fā)了基于B/S結(jié)構(gòu)的茶樹病蟲害綜合防治信息系統(tǒng)，為茶農(nóng)進行病蟲害查詢、診斷與防治提供了科學指導。隨網(wǎng)絡覆蓋工程的實施，便攜式移動智能終端發(fā)展迅速，研發(fā)基于移動智能終端的茶樹病蟲害診斷防治系統(tǒng)，更便于茶樹病蟲害實時求助、快速診斷和信息檢索[25]。李敏等[26]構(gòu)建了基于Android平臺的茶樹病蟲害查詢診斷系統(tǒng)，重點圍繞茶樹病蟲害信息瀏覽、專家技術(shù)交流等。鄧立苗等[27]基于JSP和Android技術(shù)，構(gòu)建基于Web的茶樹病蟲害遠程診斷系統(tǒng)，其能實現(xiàn)病蟲害田間信息實時獲取與診斷及病蟲害信息查詢。美國佛羅里達州研制的有害生物遠程診斷與識別系統(tǒng)(DDIS)，通過提交從田間獲得的數(shù)碼樣品和文字描述，全州專家都可進行診斷和識別，并提供最優(yōu)建議[28]。目前，國外發(fā)達國家病蟲害診斷與識別系統(tǒng)具有高清、全覆蓋遠程互動視頻系統(tǒng)，信息采集自動化程度較高，結(jié)合專家遠程在線指導，能及時準確地給出防治建議。而國內(nèi)茶樹病蟲害專家系統(tǒng)多以茶樹病蟲害文字和圖片信息為主，對田間病蟲害動態(tài)數(shù)據(jù)獲取較少，缺乏專家在線指導，今后開發(fā)智能化、信息化、動態(tài)化的茶樹病蟲害專家系統(tǒng)對于茶樹科學減量施藥具有重要意義。

對于茶樹病蟲害的防治，各產(chǎn)茶國普遍以農(nóng)業(yè)防治、物理防治、生物防治為主，化學防治為輔。通過選育抗病蟲品種，去除茶園內(nèi)雜草，適當遮陰和施肥，改善茶園排水系統(tǒng)，合理種植、嫩采、修剪等農(nóng)業(yè)措施，促進茶樹生長，增強其抵抗病蟲攻擊的能力，從而控制和降低病蟲危害[29-31]。物理防治是茶樹病蟲害綜合防控的重要措施，主要有人工捕殺、粘蟲色板誘捕、燈光和性信息素誘殺等。Borthakur等[32]發(fā)現(xiàn)黑光、振頻閃光、近紫外光殺蟲燈對捕捉飛蛾效果明顯，當光捕器放置在茶樹冠層上方0.5 m高度時，更易捕捉到成蛾。Anonymous[29]認為冬季在茶園間作樹的底部樹干涂上白石灰，可作為飛蛾等蟲害的產(chǎn)卵屏障。近年來各產(chǎn)茶國都投入大量精力研究茶樹病蟲害生物防治。生物防治主要包括兩個方面，一是利用天敵防治害蟲；二是利用病原微生物、植物提取物等生物對茶樹病蟲害進行殺滅。

在茶園內(nèi)通過大量飼養(yǎng)寄生蜂、捕食螨和鳥類等天敵可以對茶園病蟲害進行控制。Sinu等[33]研究了鳥類在印度東北部茶園防治茶毛蟲的作用，發(fā)現(xiàn)在害蟲防治規(guī)劃中應將鳥類作為茶樹害蟲的重要生物控制劑。Whelan和Philpott等[34-35]研究表明鳥類也可以對昆蟲爆發(fā)或落葉事件表現(xiàn)出強烈的數(shù)字反應，鳥類物種豐富度(或功能豐富度)越高，預計茶園內(nèi)節(jié)肢害蟲的去除率越高。在亞洲，中國是最大的生物農(nóng)藥市場，其次是印度和日本[36]。在印度，只有四種植物殺蟲劑即除蟲菊、印度楝、尼古丁和香茅油登記在冊。在中國，蘇云金桿菌、多角體病毒、魚藤酮、苦參堿、川楝素、藜蘆堿、檸檬苦素、桉葉素和印楝素都是生物農(nóng)藥注冊產(chǎn)品[17]。生物制劑的可再生性、安全性和生態(tài)友好性，已成為茶樹病蟲害防治可持續(xù)性的有效保護措施。

當茶樹病蟲害大面積爆發(fā)時，可適當進行綠色農(nóng)藥防治。目前，茶樹用農(nóng)藥多為高效低毒的綠色農(nóng)藥和生物農(nóng)藥，生物農(nóng)藥因低毒、無殘留、無抗藥性等優(yōu)點，在茶樹病蟲害防治應用中呈較快的增長趨勢。茶樹病蟲害施藥效果取決于多種因素，與噴施藥劑、環(huán)境條件、噴霧器械、噴嘴類型及噴施參數(shù)等密切相關(guān)。

Kakoty等[37]發(fā)現(xiàn)紅蛞蝓毛蟲更喜歡灌木底部老葉，如果從灌木較低區(qū)域開始噴灑，對紅蛞蝓毛蟲會更有防效。劉冬梅等[38]發(fā)現(xiàn)利用微生物農(nóng)藥對茶樹施藥時還需考慮噴頭結(jié)構(gòu)、噴施壓力等因素對藥液生物活性的影響，以最大程度保持其活性，提高農(nóng)藥生物防效。藥劑性質(zhì)如表面張力、粘度及密度等因素直接影響農(nóng)藥在葉片表面沉積分布[39]。因茶樹冠層和葉片結(jié)構(gòu)都是重要藥液沉積變量[15]，對茶樹施藥時，需將茶樹生物特性納入霧滴沉積研究中，結(jié)合噴霧藥劑性質(zhì)，選擇合適噴頭及噴施參數(shù)，以提高農(nóng)藥有效利用率，實現(xiàn)減量施藥。

3 國內(nèi)外茶樹植保機械及施藥技術(shù)

3.1 物理防治機械

目前，世界各產(chǎn)茶國中日本的茶園機械化程度最高，從茶園耕作、施肥、修剪、采摘、植保到加工，已普遍實現(xiàn)全過程機械化管理。對于茶樹植保機械，國內(nèi)外大多偏重研究病蟲害物理防治機械，如各種捕蟲機、殺蟲燈及粘蟲色板等。Li等[40]基于目標害蟲趨光性、形態(tài)和飛行能力，設計了茶樹害蟲專用LED燈，提高了誘捕效果。Borthakur等[32]發(fā)現(xiàn)近紫外光捕蟲器放置在茶樹冠層上方0.5 m高度時捕捉飛蛾效果明顯。日本國立野菜茶業(yè)研究所開發(fā)了“旋風式吸引洗凈裝置”和“送風式捕蟲機”，前者利用吸氣裝置將害蟲吸到收容器，同時用水對冠層進行風送噴水沖洗，對假眼小綠葉蟬、炭疽病有較好抑制效果，后者使用含水霧強風將茶蓬內(nèi)害蟲吹入集蟲袋，對螨類害蟲去除率達到82%[41]，如圖1所示。

(a) 旋風式吸引洗凈裝置 (b) 送風式捕蟲機

農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機械化研究所團隊自主研制了背負式茶樹吸蟲機和乘坐式物理捕蟲機，其對假眼小綠葉蟬等飛行害蟲具有較好的控制效果。在日本，已普及利用送風除霜防凍害技術(shù)，基本解決了茶園霜凍問題[42]。國內(nèi)江蘇大學胡永光團隊、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機械化研究所團隊也研制了茶樹防霜機、大型塔式防霜扇，通過擾動近地逆溫層空氣，使茶樹避免或減輕霜害[43-44]。在實際生產(chǎn)中，物理防治對茶樹病蟲害有較好的防治效果，但由于生態(tài)環(huán)境的復雜性，物理防治也存在其局限性，如需要耗費大量人力物力，在害蟲大規(guī)模爆發(fā)時無法及時控制蟲害，殺蟲燈及粘板等有時對人、動物及天敵也不安全等?？紤]茶樹病蟲害發(fā)生的復雜性，實際生產(chǎn)中應將物理防治與農(nóng)業(yè)防治、化學防治等方法進行綜合應用[45]。

3.2 植保噴霧機械及施藥技術(shù)

當病蟲害大規(guī)模爆發(fā)時，利用植保噴霧機械進行農(nóng)藥防治具有快速高效的防治優(yōu)勢。植保噴霧機械將農(nóng)藥直接霧化成液滴并噴施到茶樹靶標上，其性能優(yōu)劣直接影響藥液在靶標上沉積分布和最終生物防效。根據(jù)茶樹種植分布及樹型特點，目前常用的茶樹植保噴霧機械有背負式噴霧器、擔架式噴霧機、噴桿噴霧機、植保無人機及風送高射程噴霧機，其工作形式及特點如表1所示。

表1 常用茶樹植保噴霧機械Tab. 1 Commonly used tea tree protection spray machinery

近年來，結(jié)合茶樹栽培生長特性，日本率先研發(fā)出乘用型復合茶園管理機[42]，國內(nèi)肖宏儒團隊根據(jù)茶園特點研制了高地隙輪式、履帶式茶園多功能管理機，通過配套大噴幅折疊式噴桿可在茶樹高1 m、蓬面寬1.5 m、茶蓬間距15 cm左右，橫向坡度小于20°的茶園進行噴霧作業(yè)，田間試驗表明其噴施農(nóng)藥比人工作業(yè)可提高工效25倍[47]，如圖2所示。隨著先進傳感器技術(shù)及自動控制技術(shù)的快速發(fā)展，國內(nèi)外科研人員對基于變量噴霧的仿形噴霧機進行了諸多研究。Hocevar和Osterman等[48-49]設計了機械臂可調(diào)節(jié)的仿形噴霧機，其通過圖像采集和分析系統(tǒng)獲取冠層輪廓，調(diào)整噴霧臂最優(yōu)位置，實現(xiàn)單側(cè)樹木的仿形噴霧；Miranda-Fuentes等[50]研發(fā)了基于超聲波傳感器的變量對靶噴霧機，根據(jù)傳感器測量的冠層信息，控制系統(tǒng)調(diào)整線性執(zhí)行機構(gòu)的噴霧位置和噴施量對兩側(cè)樹木進行仿形噴霧作業(yè)，如圖3所示。李龍龍等[51]研制出基于變風量與變噴霧量的果園自動仿形噴霧機，其以冠層分割模型作為變量處方，以激光傳感器作為探測源，根據(jù)探測的果樹冠層體積實時調(diào)節(jié)風機轉(zhuǎn)速和噴頭流量實現(xiàn)仿形變量施藥。基于變量噴霧的仿形對靶噴霧機利用超聲波、激光和圖像等技術(shù)探測冠層輪廓、葉密度、株高等形貌信號，根據(jù)信號控制噴嘴位置、風量和噴頭流量[52]，提高了霧滴在冠層分布均勻性和農(nóng)藥施用效率。設計茶樹自動對靶變量噴霧機，采用低容量精準施藥技術(shù)，有助于實現(xiàn)茶樹減量施藥和減少環(huán)境污染。

長期以來，茶樹施藥多停留在常量噴霧，容易造成農(nóng)藥浪費、環(huán)境污染和農(nóng)藥殘留等問題，已難以滿足茶葉綠色可持續(xù)發(fā)展需要。研究發(fā)現(xiàn)，噴霧施藥時只需一定的霧滴覆蓋密度就可達到良好的防治效果，并不需要采用大容量淋洗式噴霧方式[53]。近年來，噴霧技術(shù)及裝備的發(fā)展使低容量噴霧逐漸成為未來農(nóng)藥噴霧的主流。隨著國內(nèi)外市場對茶葉農(nóng)殘限量標準的逐步嚴格，低容量噴霧已成為茶園減量施藥的重要手段。研究多種噴霧技術(shù)的融合和變革，以最少農(nóng)藥施用量，獲得最佳病蟲害防治效果是現(xiàn)代茶園噴霧技術(shù)發(fā)展必然趨勢。目前，國內(nèi)外茶樹施藥中已運用多種噴霧技術(shù)，如表2所示。隨著探測技術(shù)、控制技術(shù)及系統(tǒng)集成技術(shù)的發(fā)展，低量化、精準化和智能化是茶樹植保噴霧機械及施藥技術(shù)的發(fā)展趨勢。

(a) 日本乘用型復合茶園管理機 (b) 高地隙輪式多功能管理機

(a) 機械臂仿形噴霧機 (b) 立式仿形噴霧機 (c) 多風管仿形噴霧機

Fig. 3 Profile sprayer

3.3 存在問題

近年來，有機茶由于優(yōu)良品質(zhì)和健康功效得到了各產(chǎn)茶國的重視和發(fā)展，但由于有機茶檢測認證標準嚴格、人工成本高、茶葉產(chǎn)量低及國際貿(mào)易壁壘等問題，國際市場上有機茶的市場占有率不足10%。2019年國內(nèi)通過有機茶認證的茶園面積約110 khm2，不足茶園總種植面積的4%，無公害茶園仍占主導地位[55-56]。目前，全球各產(chǎn)茶國中日本茶園因機械化、標準化程度高，其植保作業(yè)普遍實現(xiàn)了機械化操作，能有效及時地將病蟲害控制在合理范圍內(nèi)。我國茶園分布呈多而散的特點，缺少規(guī)?；?、標準化種植和管理，且多分布在山區(qū)和丘陵地帶，茶園地形復雜，不利于傳統(tǒng)移動機械的植保作業(yè)。我國多數(shù)茶園還是以背負式噴霧器為主，少量規(guī)模較大茶園采用無人機植保噴霧。先進噴霧器械如茶園多功能管理機、噴桿噴霧機、乘坐式捕蟲機由于地面工況、成本等原因還處于推廣階段。未來，我國在茶樹病蟲害綜合防治前提下，還需繼續(xù)加大標準化茶園的建設和智能化噴霧機械的研發(fā)，逐步提高茶園植保噴霧的機械化程度，對實現(xiàn)茶樹減量精準施藥具有重要意義。

4 茶樹病蟲害精準施藥技術(shù)及裝備研究建議

通過梳理茶樹植保噴霧技術(shù)及裝備的局限性及發(fā)展?jié)摿ΓY(jié)合茶樹生物特性及生物農(nóng)藥發(fā)展現(xiàn)狀，提出以下研究建議。

1) 研究茶樹病蟲害目標識別、診斷與預測預報技術(shù)。目前，茶樹病蟲害發(fā)生種類及危害程度的信息采集普遍采用圖像拍攝，因密植矮化茶樹冠層葉片交疊和障蔽現(xiàn)象嚴重，僅依靠單一的視覺信息采集具有局限性。茶樹害蟲在冠層中下部、葉片背面均有分布，因害蟲作為聲源會傳遞聲波，可將聲音探測應用于害蟲發(fā)生位置及害蟲密度信息采集上，未來也可將基因識別技術(shù)應用于茶樹病蟲害診斷與預測研究，以彌補茶樹冠層對視覺信息的干擾，提高預測及診斷結(jié)果的準確性。

2) 研發(fā)茶樹植保生物農(nóng)藥及其專用噴頭。生物農(nóng)藥因低毒、無殘留等優(yōu)點目前在茶樹病蟲害防治中呈較快增長趨勢?，F(xiàn)階段在茶樹上登記的生物農(nóng)藥品種僅有20多種，而茶樹病蟲害約有400多種，加大對茶樹生物農(nóng)藥研發(fā)力度是茶樹植保的重要方向。目前，生物農(nóng)藥噴施一般是采用化學農(nóng)藥用噴頭及操作規(guī)范，國內(nèi)外還沒有開發(fā)出商業(yè)化的生物農(nóng)藥專用噴頭。因噴頭結(jié)構(gòu)影響生物農(nóng)藥有效成分的活性及數(shù)量，為確保生物農(nóng)藥活性成分，提高茶樹病蟲害防治效果，需開發(fā)茶樹生物農(nóng)藥專用噴頭。

3) 研制平緩坡密植矮化茶園低容量仿形對靶噴霧機。對于平緩坡茶園，可利用輪式、軌道式或履帶式噴霧機進行植保作業(yè)。可融合紅外線、激光、超聲波和圖像等先進探測技術(shù)，自動識別茶樹冠層位置、葉密度等冠層信息，即時調(diào)整噴頭位置和噴霧量，實現(xiàn)變量精準對靶噴霧。對于仿形機構(gòu)，可設計輕量化、調(diào)節(jié)靈活的柔性多關(guān)節(jié)機械臂執(zhí)行機構(gòu)，改進蟻群優(yōu)化算法、遺傳算法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡等已有智能算法，提高仿形噴霧機整機魯棒性。

4) 研制山地茶園仿生足式噴霧機器人。在崎嶇山地茶園，多足步行機器人在運動靈活性、環(huán)境適應性上相對輪式、履帶式機器人具有顯著優(yōu)勢，特別是四足或八足機器人，其可在凹凸不平地面上行走、爬坡、越障，在地面離散變形狀態(tài)下，具有自平衡能力能適應多變地形。隨著未來平衡算法及人工智能進一步發(fā)展，利用仿生學原理，研制仿生足式噴霧機器人在陡坡山地茶園進行噴霧作業(yè)，具有一定的應用前景。

5) 研究茶樹植保施藥無人機靜電噴霧技術(shù)。我國茶園多在山區(qū)及丘陵地帶，傳統(tǒng)人工施藥勞動強度大，作業(yè)效率低，輪式、履帶式地面移動機械難以進入，而仿生足式噴霧機器人由于成本及相關(guān)技術(shù)尚待完善，短期內(nèi)難以商業(yè)化，應用植保無人機低空低容量噴霧是茶樹低容量噴霧的應用趨勢。因茶樹冠層葉片叢生，為改善茶樹中下部冠層霧滴沉積及分布，可將靜電噴霧技術(shù)與無人機下旋氣流耦合研究，以提高葉片背面霧滴附著率。無人機可搭載多個傳感器和控制系統(tǒng)，結(jié)合低空低量噴霧專家決策系統(tǒng)，確定無人機藥液量、航高和飛行速度等參數(shù)，以實現(xiàn)變量噴霧。

6) 研發(fā)茶樹病蟲害噴霧決策系統(tǒng)及智能終端。目前已有學者進行茶樹病蟲害專家系統(tǒng)研究，但僅限于病蟲害診斷識別及預測預報，缺乏最終執(zhí)行施藥的噴霧決策系統(tǒng)。為實現(xiàn)減量精準施藥，需根據(jù)茶樹冠層特征信息及葉片表面性質(zhì)準確預測施藥量，確定適宜噴頭及噴施參數(shù)。為準確預測施藥量，需利用探測及后處理技術(shù)獲取冠層高度、體積、葉面積指數(shù)、葉面積密度方位分布等茶樹冠層信息，因葉片結(jié)構(gòu)如蠟質(zhì)、傾角和葉脈等都是重要藥液沉積變量，需結(jié)合茶樹冠層形態(tài)，找出利于藥液沉積的霧滴運動參數(shù)，優(yōu)化噴頭選擇及噴施參數(shù)。因噴頭類型、噴霧高度、施藥液量、行走速度、風速、葉片性質(zhì)、病蟲害程度等都影響茶樹施藥效果，需開發(fā)出包含這些變量的噴霧決策系統(tǒng)，以便用戶獲得科學施藥方案。為便于茶樹病蟲害噴霧決策系統(tǒng)使用，需開發(fā)噴霧決策系統(tǒng)智能終端，茶農(nóng)通過智能終端進行人機交互，即時準確獲得噴霧決策，使病蟲害防治更加智能、精準和便捷。

5 結(jié)束語

茶樹減量施藥是保證茶葉品質(zhì)安全的基礎(chǔ)，低容量噴霧是實現(xiàn)茶樹減量施藥的重要前提?；诓铇渖锾匦浴⒉铇洳∠x害預測診斷及防治方法、茶樹植保機械及施藥技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，提出研制茶園仿形噴霧機、開發(fā)茶樹病蟲害噴霧決策系統(tǒng)及智能終端等方法是實現(xiàn)茶樹低容量噴霧的有力舉措。今后，隨著物聯(lián)網(wǎng)、控制技術(shù)和智能算法的進一步發(fā)展，實現(xiàn)茶樹病蟲害植保噴霧的低量化、精準化和智能化，是未來茶樹植保機械及施藥技術(shù)的發(fā)展趨勢。