植保機(jī)械減量施藥技術(shù)及裝備

江蘇省農(nóng)業(yè)機(jī)械試驗(yàn)鑒定站 江蘇省農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)推廣站

□ 陶雷 卞兆娟 夏利利 劉勇 □ 鐘志堂

所謂施藥技術(shù)，主要是利用物理、化學(xué)、生態(tài)等方法，對(duì)糧食作物、經(jīng)濟(jì)作物、森林和園林綠化等在生長(zhǎng)環(huán)節(jié)中進(jìn)行保護(hù)，使其免受有害生物病蟲草影響，從而滿足人類發(fā)展需要。長(zhǎng)期以來，農(nóng)藥的大量使用對(duì)于農(nóng)業(yè)穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)發(fā)揮了重要作用，但是，過量的農(nóng)藥殘留也造成了生態(tài)環(huán)境的惡化。因此，減少農(nóng)藥施用、降低殘留、提高農(nóng)藥有效利用，成為一項(xiàng)專業(yè)性研究課題。

一、施藥技術(shù)現(xiàn)狀

自上世紀(jì)六七十年代起，發(fā)達(dá)國(guó)家就開始尋求高效、低污染的施藥技術(shù)及其機(jī)具研制，到80年代，已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)植物病、草、蟲害防治的高度機(jī)械化和“四化”（即專業(yè)化、法律化、機(jī)具現(xiàn)代化和指標(biāo)國(guó)際化）。近年來，一些發(fā)達(dá)國(guó)家的植保機(jī)械已由電子化、機(jī)械化向精量化、精準(zhǔn)化發(fā)展。

進(jìn)入新世紀(jì)后，我國(guó)植保機(jī)械及技術(shù)發(fā)展緊跟發(fā)達(dá)國(guó)家步伐，并結(jié)合自身生產(chǎn)實(shí)際得到了快速發(fā)展，施藥技術(shù)由傳統(tǒng)勞動(dòng)密集型作業(yè)轉(zhuǎn)移到機(jī)械化作業(yè)。近年來，無人駕駛、智能管理系統(tǒng)等現(xiàn)代化技術(shù)快速發(fā)展，開始應(yīng)用于施藥技術(shù)領(lǐng)域，對(duì)于減量施藥起到了促進(jìn)作用。

二、減量施藥技術(shù)

減量施藥是指在保證有效防治效果前提下，減少農(nóng)藥施用量。在施藥過程中，通過采用藥液改性、輔助裝置等方法增加霧滴在植物靶標(biāo)上的沉積，減少霧滴向非作業(yè)區(qū)域流失；通過采用智能化控制手段，提高施藥均勻性，減少施藥過程中重噴、漏噴和非作業(yè)區(qū)域施藥等，減少農(nóng)藥的施用量。在施藥技術(shù)方面，一種是通過減少施藥過程中藥液的流失，達(dá)到減量的目的，如防漂噴霧技術(shù)；另一種是利用現(xiàn)代化控制技術(shù)減少藥液施用量方式，如精準(zhǔn)施藥技術(shù)。

（一）防漂噴霧技術(shù)。

該技術(shù)主要通過減少施藥過程中藥液霧滴漂移，減少霧滴在非靶標(biāo)區(qū)域的沉積，提高農(nóng)藥的有效利用率。目前主要采用靜電噴霧、輔助氣流噴霧、循環(huán)噴霧、防漂噴頭和防漂助劑等手段來提高霧滴在靶標(biāo)區(qū)域的沉積、收集未附著的霧滴或改善霧滴尺寸等方式來減少霧滴的漂失。

1.靜電噴霧。靜電噴霧是利用高壓靜電發(fā)生裝置，使其噴射的霧滴帶電，在噴頭電極、帶電霧滴和植物靶標(biāo)之間形成一個(gè)靜電場(chǎng)，帶點(diǎn)霧滴在靜電場(chǎng)的作用下可以快速附著在植物靶標(biāo)上，減少了霧滴揮發(fā)、漂移，且能夠在植物靶標(biāo)的背面有效沉積。靜電噴霧技術(shù)不僅增加了藥液沉積量，而且減少了霧滴在大氣中漂浮，提高了使用安全性和減少了環(huán)境污染。常用靜電噴霧裝備主要有高壓靜電噴槍，該噴槍可以與背負(fù)式動(dòng)力噴霧機(jī)配套使用；風(fēng)送式靜電噴霧機(jī)和噴桿式靜電噴霧機(jī)也有少量使用。目前，國(guó)內(nèi)靜電噴霧技術(shù)實(shí)際使用較少。

2.輔助氣流噴霧。輔助氣流噴霧是指作業(yè)過程中通過風(fēng)幕或擋板、罩蓋等方式改變氣流運(yùn)動(dòng)方向，脅迫霧滴向植物靶標(biāo)運(yùn)動(dòng)，提高霧滴的穿透性、減少霧滴漂失和促使霧滴沉降，達(dá)到減量施藥目的。風(fēng)幕式主要應(yīng)用在噴桿噴霧機(jī)上，主要由風(fēng)機(jī)、氣囊等組成，氣囊的底部有正對(duì)地面風(fēng)孔，風(fēng)孔吹出的風(fēng)幕輔助霧滴附著在植物上，同時(shí)風(fēng)幕使枝葉翻動(dòng)，提高了霧滴在植物冠層中的穿透性，提高了防治效果。擋板或罩蓋式噴霧裝置主要有半覆蓋式和全覆蓋式結(jié)構(gòu)，半覆蓋式主要是引導(dǎo)氣流促進(jìn)霧滴沉積，全覆蓋式是將整個(gè)霧滴流覆蓋在罩蓋內(nèi)，與外界環(huán)境氣流隔斷，使霧滴無法逃逸出罩蓋。目前，風(fēng)幕式噴桿噴霧機(jī)在實(shí)際生產(chǎn)中使用較多，像大面積棉花種植病蟲草害防治作業(yè)。擋板或罩蓋式噴霧裝備，國(guó)內(nèi)使用甚少。

3.循環(huán)噴霧。循環(huán)噴霧指通過在噴灑部件的對(duì)面安裝霧滴收集裝置，捕捉未沉積到植物靶標(biāo)上的霧滴，霧滴形成液流進(jìn)入積液槽，液泵將積液槽中的藥液重新注入藥液箱，循環(huán)利用，減少了農(nóng)藥施用。循環(huán)噴霧也稱為隧道式噴霧，該型噴霧機(jī)主要用于條帶型種植模式使用，如葡萄、啤酒花等。該項(xiàng)技術(shù)國(guó)外使用較多，國(guó)內(nèi)使用較少。

4.防漂噴頭。防漂噴頭采用文丘里管等射流原理，霧滴在霧化過程中吸入空氣，氣液兩相流混合形成起泡霧滴，增加了霧滴的抗漂移性，提供了農(nóng)藥利用效率；同時(shí)氣泡霧滴沉積接觸靶標(biāo)時(shí)，可破碎成細(xì)小霧滴，提高了霧滴沉積覆蓋均勻性。目前防漂噴頭在國(guó)內(nèi)逐步得到推廣使用。

5.防漂助劑。防漂助劑是通過調(diào)節(jié)藥液的粘度和降低表面張力，增大了霧滴粒徑以及大霧滴比例，減少了易飄移的小霧滴數(shù)，從而提高藥液利用率，避免了飄移而產(chǎn)生的重噴、漏噴和藥害，避免污染環(huán)境以及對(duì)非靶標(biāo)生物的影響。

（二）精準(zhǔn)施藥技術(shù)

精準(zhǔn)施藥技術(shù)是利用先進(jìn)工藝、技術(shù)，基于實(shí)時(shí)視覺傳感或基于地圖的農(nóng)藥施用方法。包括目標(biāo)信息采集、目標(biāo)識(shí)別、施藥決策、可變量噴霧執(zhí)行等主要技術(shù)要點(diǎn)，以節(jié)約農(nóng)藥、提高農(nóng)藥使用效率和減輕環(huán)境污染，改善施藥工藝和施藥器械，實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥施用技術(shù)的智能化、精準(zhǔn)化和自動(dòng)化，定時(shí)、定量和定點(diǎn)施藥。

1.對(duì)靶噴霧。對(duì)靶噴霧指通過探測(cè)裝置自動(dòng)識(shí)別靶標(biāo)，指令系統(tǒng)控制噴霧系統(tǒng)在靶標(biāo)區(qū)域自動(dòng)開啟噴霧，在無靶標(biāo)區(qū)域自動(dòng)停噴，可節(jié)約農(nóng)藥，減少環(huán)境污染。目前可以采用光譜儀、激光傳感器、超聲波傳感器、熱成像儀和CCD相機(jī)等探測(cè)方法識(shí)別植物形貌、密度、病害、蟲害和草害等，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)噴霧。目前該項(xiàng)技術(shù)在研究層面已經(jīng)基本成熟，針對(duì)不同種植結(jié)構(gòu)、防治對(duì)象等，開發(fā)了相應(yīng)植保機(jī)械裝備，但距離投入到實(shí)際生產(chǎn)中大面積應(yīng)用，還需要一個(gè)接受過程。

2.在線混藥。在線混藥是將藥箱和水箱分開，利用噴霧機(jī)管道系統(tǒng)內(nèi)部的水流或者噴霧機(jī)管道系統(tǒng)外部的動(dòng)力完成農(nóng)藥與水在線混合，目前主要采用射流式和注入式在線混藥技術(shù)。在線混藥技術(shù)實(shí)現(xiàn)了農(nóng)藥的標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化、精確化施用。通過混藥器在線控制農(nóng)藥使用量，避免了農(nóng)藥浪費(fèi)；同時(shí)在施用過程中避免操作者與農(nóng)藥接觸，因此可以減小農(nóng)藥對(duì)操作者產(chǎn)生危害，同時(shí)減少對(duì)環(huán)境以及周圍非靶標(biāo)生物污染。噴霧裝置在施用后更有利于清洗，可拆卸、回收和翻新或安全廢棄并長(zhǎng)期無慮。

3.GPS定位系統(tǒng)。通過GPS自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)噴霧機(jī)在田間精確定位、作業(yè)軌跡跟蹤和路徑規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)往復(fù)噴幅的實(shí)時(shí)精確拼接；結(jié)合圖像識(shí)別，還可自動(dòng)識(shí)別地頭、地邊和地角，通過噴頭的開關(guān)控制，即可實(shí)現(xiàn)噴幅在線調(diào)整；可提高作業(yè)精度，避免重噴、漏噴和噴出界現(xiàn)象。隨著國(guó)家大力倡導(dǎo)智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展，基于北斗導(dǎo)航定位的輔助駕駛系統(tǒng)、無人駕駛系統(tǒng)、無人植保機(jī)等開始大面積推廣應(yīng)用，不僅提高了工作效率、減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)減少了農(nóng)藥施用量和提高了農(nóng)藥施用安全性。

4.智能噴霧控制系統(tǒng)。通過設(shè)定單位面積內(nèi)噴量、噴霧幅寬和GPS感應(yīng)的行駛速度計(jì)算期望流量，流量傳感器讀取實(shí)際流量，控制閥根據(jù)期望和實(shí)際流量調(diào)節(jié)閥門，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)噴霧，節(jié)本增效。目前該智能噴霧控制系統(tǒng)與噴桿式噴霧機(jī)配套使用較多，適用于我國(guó)東北、西北和內(nèi)蒙旱作區(qū)域大面積地塊作業(yè)使用。

（三）超低量噴霧技術(shù)

超低量噴霧器是一種工效和防治效果都較高的新型噴霧機(jī)械。噴霧器主要由風(fēng)機(jī)、藥液箱組件和噴灑部件所組成。其原理是通過風(fēng)扇葉輪的旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生高速氣流，再由高速氣流將藥液霧滴送出噴口，噴灑在防治對(duì)象上。超低容量噴霧，又稱微量噴霧，以油或水為載體，農(nóng)藥濃度達(dá)10%—60%，每畝（667平方米）噴液量0.15—0.5升，霧滴中值直徑為15—75微米，也是一種飄移積累性噴霧。適用于少水地區(qū)，防治爆發(fā)性病蟲害，不能用于農(nóng)田化學(xué)除草。具有工效高、節(jié)省農(nóng)藥、防治及時(shí)、不用水的優(yōu)點(diǎn)，但操作技術(shù)嚴(yán)格、霧滴受氣流影響大，施用不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生藥害。

三、發(fā)展建議

當(dāng)前國(guó)內(nèi)從事減量施藥植保機(jī)械裝備技術(shù)研究較多，但實(shí)際投入使用的技術(shù)裝備較少。究其原因，一是長(zhǎng)期粗放型農(nóng)藥施用，對(duì)新技術(shù)、新產(chǎn)品不容易接受；二是法律層面，農(nóng)藥施用缺少嚴(yán)厲的規(guī)定，對(duì)施藥安全性缺乏敬畏；三是新技術(shù)、產(chǎn)品植保機(jī)械裝備可靠性差，操作人員知識(shí)結(jié)構(gòu)造成該設(shè)備不易于操作和維護(hù)保養(yǎng)；四是植保機(jī)械裝備基礎(chǔ)性產(chǎn)品可選型太多，高技術(shù)產(chǎn)品必然高價(jià)格，在低價(jià)產(chǎn)品面前沒有競(jìng)爭(zhēng)力。

因此，針對(duì)目前植保機(jī)械裝備自身以及配套使用存在的問題，應(yīng)從以下幾個(gè)方面考慮解決。一是推進(jìn)立法，從法律層面制約農(nóng)藥施藥危險(xiǎn)性和潛在威脅，根據(jù)不同種植規(guī)模、種植結(jié)構(gòu)，以及病蟲害草防治特點(diǎn)，指導(dǎo)植保機(jī)械裝備選擇和使用，嚴(yán)格執(zhí)行并追究責(zé)任。二是大力推進(jìn)土地規(guī)?；?jīng)營(yíng)，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、宜機(jī)化農(nóng)田改造，農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合發(fā)展，推廣節(jié)藥、高效、高安全的植保機(jī)械裝備。三是加大植保機(jī)械裝備技術(shù)儲(chǔ)備，具有科研開發(fā)能力的機(jī)構(gòu)要立足解決問題，而不是急于求成將不成熟的產(chǎn)品推入市場(chǎng)。四是嚴(yán)格市場(chǎng)準(zhǔn)入和動(dòng)態(tài)管理，在植保機(jī)械強(qiáng)制性認(rèn)證基礎(chǔ)上，增加安全等級(jí)測(cè)試和操作人員持證上崗，定期開展在用植保機(jī)械裝備動(dòng)態(tài)管理和操作人員能力評(píng)價(jià)，對(duì)是否持續(xù)符合安全等級(jí)要求和人員能力進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理。Θ