我國植保機械化發展研究

作者信息：南鄭縣農機推廣與安全監理中心，723102，陜西南鄭

在農機購置補貼政策拉動下，我國農機化水平已近67%，成為農業生產的主力。但我國植保機械化水平顯著滯后，并已成為導致農藥用量過高、有效利用率偏低、農產品質量安全危機、農殘超標嚴重、對外貿易受阻及環境污染加劇等系列問題的重要成因，嚴重阻礙和制約了農業現代化進程和農業的可持續發展。因此，2015—2018年連續4年中央一號文件從環保、農產品質量安全、可持續發展等戰略高度，對植保機械化提出具體要求；《中國制造2025》對植保機械化進一步具體化：圍繞建設資源節約、環境友好農業，實現資源綜合循環利用和農業生態環境建設保護，發展新型高效農業機械裝備，實現“安全多能、自動高效、精準智能”，支撐農業的可持續發展。本文就此展開研究，以期提高我國植保機械化水平，加速農機化全面發展。

1 我國植保機械化現狀與存在問題

在農業生產中，對植物生長過程中產生的病、蟲、草害進行防治，是確保農業高產穩產的重要手段。而施藥技術則處于植保的中心地位?，F代農藥使用技術由三部分組成：農藥與劑型、施藥工藝、施藥器械。因此，植保機械、農藥、防治技術成了化學防治的3大支柱。我國農藥生產技術處于國際先進水平，美國排名第一，我國位居第二。而我國植保機械和農藥使用技術嚴重落后的現狀，與我國高速發展的農藥水平極不相稱，我國植保機械落后于歐美發達國家15～30年。我國植保機具和施藥技術落后，農藥殘留居高不下。據對陜西省南鄭縣調查，目前全縣廣泛使用的植保器械主要是背負式手動噴霧器，占全縣植保器械總量的98%以上，主要為一家一戶的農民所持有，平均2～4個農戶擁有1部背負式手動噴霧器，而機動植保機械擁有量不到2%，與規?；a對高效植保機械的現實需要極不相稱。植保機械不同于其他農業機械，其質量優劣和使用的好壞牽涉到操作人員和農產品的安全，對提高我國農產品安全性具有戰略意義。

為滿足農業生產需要，我國引進生產了結構簡單的單筒式噴霧機和手搖式噴粉機，加之中國農村勞動力多、經濟基礎薄弱等多種原因，噴藥防治一直以手動藥械為主。進入21世紀以來，脈沖噴氣式動力煙霧機、氣壓式自動噴霧器等相繼研制成功。植保機械行業已涌現一批優秀企業，目前國內擁有各類植保機械生產企業350余家，具備年產300萬臺套100余種規格型號植保機械的產能。目前，我國70%左右的植保機械處于發達國家20世紀80—90年代水平。常用機具有單管噴霧機、壓縮式噴霧機、背負式噴霧機、噴桿噴霧機等，存在嚴重的“跑、冒、滴、漏”現象。同時，當前機械施藥技術不規范，農民缺乏正確的施藥方法指導，每年因農藥和藥械使用不當而產生大量的中毒傷亡事故，造成農產品農藥殘留超標，品質下降，價格難以提高，影響了農民收入的提高，挫傷農民的生產積極性。同時也難以滿足人們對優質農產品的消費需求，從宏觀上制約了現代農業的發展。

從農業生產實際看，我國植保機械化發展過程中存在的主要問題有：

（1）植保機械型號品種單一 ，工效低下,無法滿足不同作物、不同病蟲害防治的需要。一方面，單一的植保機械品種不能適應病蟲害適時防治和應急防治。用一種機型防治各種農作物的病、蟲、草害，“打遍百藥”造成農藥用量過大、農藥浪費、農產品農藥殘留超標、環境污染、作物藥害、操作者中毒等。另一方面，植保機具98%以上是手動背負式噴霧器，很難保證適時防治?，F有的植保機具不僅工效低而且用水量高。據不完全統計，每年消耗在施藥作業上的勞動量達5億勞動日，消耗的水資源達3億t，這與開發適合西部地區節水農業使用新機器的戰略極不適應。

（2）噴灑部件相對落后。 現有噴霧機及噴灑部件不適應科學使用農藥的要求，95%以上的噴霧機還是使用圓錐霧噴頭。近幾年來雖然化學除草機械發展很快，但由于沒有與之配套、質量好的扇型噴頭，除草效果大大降低，且單位面積上使用的除草劑劑量成倍增加，既造成作物藥害，也大大增加了植保支出，提高了農產品生產成本。

（3）農藥與施藥機械的研究分離。農藥施用問題涉及農藥制劑、噴灑機具、施藥方法、施藥行為、生物行為、藥物毒理學、氣象學及環境科學等各方面。化學防治水平的提高和植保機械的研究、開發、生產也有賴于農藥應用工藝學的發展，并反過來促進農藥應用工藝學的進一步發展和提高。長期以來，農藥劑型和施藥機具的研究互相分離，沒有形成農藥與施藥機具的有機結合。

（4）農藥有效利用率低，浪費大，流失嚴重。采用現有植保機具和施藥技術，農藥的有效利用效率最高的也不到30%，農藥的流失量高達70%，不僅經濟損失重大，也造成了嚴重的農殘問題。此外，施藥過程中飄移、流失的農藥是一種非常危險的環境污染源，每年因除草劑霧滴飄移而引起作物藥害造成的經濟損失很大。

2 植保機械先進技術的發展方向

采用大型懸掛式或牽引式噴桿噴霧機，噴幅達18～34 m，藥箱容量為 400～3 000 L，作業速度達 8～10 km／h，配套拖拉機功率在5.88～73.5 kW。各種大型植保機械都是機、電、液一體化的復雜系統，設計完善，制作精美，工作安全可靠，操作方便。

（1）機電一體化技術。電子控制系統顯示機組前進速度、噴桿傾斜度、噴量、壓力、噴灑面積和藥箱藥液量等。通過面板操作，控制和調整系統壓力、單位面積噴液量及多路噴桿的噴霧作業等。系統依據機組前進速度自動調節單位時間噴灑量，依據施藥對象和環境嚴格控制施藥量和霧粒直徑大小?？刂葡到y與個人計算機相連，還可配置GPS系統，實現精準、精量施藥。

（2）全液壓驅動系統。在大型自走式噴桿噴霧機上采用全液壓系統，如轉向、制動、行走、加壓泵等都由液壓驅動，不僅使整機結構簡化，也使傳動系統的可靠性增加。采用液壓減震懸浮系統，可以依據負載和斜度的變化進行調整，從而保證噴桿升高和速度變化時系統保持穩定。此外，有些牽引式噴桿噴霧機產品在牽引桿上還裝有電控液壓轉向器，以保證在拖拉機轉彎時與機具完全保持一致。

（3）農藥注入和自清洗系統。國外植保機械已采用自動混藥技術，由于母液制備量比藥液少得多，不但減少了原藥與水源、人體接觸的機會，而且方便靈活，可根據需要調節混藥比例。這種方法免除了配藥時操作人員與農藥的接觸，同時用藥量可以隨時調節，防止藥瓶直接連接到噴桿的混藥器上，利用液體的抽吸作用在霧化前自動混藥，完全避免了農藥原液與操作者接觸的危險。

（4）完善的系列化過濾系統和產品。噴霧系統一般都具備四級過濾，避免系統堵塞及因堵塞造成漏噴或噴頭霧化不良。一種有自潔能力的壓力過濾器安裝在系統中以提高過濾能力，減少堵塞，降低操作者排堵的勞動強度及污染的可能性。此外，植保機械產品品種多，專用化程度高，針對不同作物、不同地區、不同種植制度研制相應的植保機械。從液泵到噴頭，每一種工作部件都有完整的系列產品，僅噴頭就有幾十個系列、幾百種規格，可以滿足各種作物和藥劑的不同噴霧要求，大大提高噴灑質量。

3 我國植保機械化發展趨勢

2015年中央一號文件《關于加大改革創新力度加快農業現代化建設的若干意見》確定，要創新農業經營體制，加速農民專業合作社發展，促進發展以機械化家庭農場為主的規模經營；強調要“加強農業面源污染治理，深入開展測土配方施肥，大力推廣生物有機肥、低毒低殘留農藥，開展秸稈、畜禽糞便資源化利用和農田殘膜回收區域性示范”。2018年中央一號文件，更是將植保機械化提高到鄉村振興的戰略高度，強調要“深入推進農業綠色化、優質化、特色化、品牌化，調整優化農業生產力布局，推動農業由增產導向轉向提質導向……加強植物病蟲害、動物疫病防控體系建設。加強農業綠色生態、提質增效技術研發應用”。這一政策出臺，一方面將加速我國農業規?；洜I步伐，另一方面對植保機械提出了機動化、大型化、智能化、成套化、高效和環保的新要求，加快鄉村振興步伐。對農機研發和生產者來說，則意味著新的發展機遇。預計今后5～10年，我國將迎來植保機械化高速發展期。借鑒發達國家植保機械化發展的成功經驗，為滿足我國農業生產需求，預測植保機械化發展趨勢如下。

3.1 精準施藥

把農藥精量、準確地施灑到靶標上，提高農藥的有效利用率，是對現代植保機械化的基本要求。“靶標”通常是棲歇在農作物上的害蟲、病斑或周邊的雜草。目前，我國的農藥有效利用率不到30%，這些農藥真正擊中“靶標”的很少，其余的農藥都散布到農田、水域、空氣中，造成環境污染；或噴灑到作物上，造成農產品農藥殘留增加。

因此，今后要充分應用我國北斗衛星導航精準定位系統、現有的智能和信息技術，研發精準植保機械及施藥技術。一是智能化風送低量噴霧機。充分利用氣流對枝葉的翻動作用，使作物的葉面、葉背、上下、內外都均勻地覆蓋上藥液。由于霧滴在氣流的強制作用下飛向靶標物，所以可有效地防止自然風的干擾而產生環境污染。二是靜電噴霧機。應用該機具作業時，帶電的霧滴在電場力的作用下，定向地飛向靶標物，從而大大提高霧滴的附著率，降低農藥對環境的污染。三是對靶間隙噴霧機。采用普通攝像頭成像后，用計算機對圖像進行分析判別，控制噴霧系統工作。根據我國國情，應重點發展和應用二維成像技術和回波識別技術，回波識別技術是應用超聲波（或其他波源）在靶標上的反射回波來識別靶標。同時，如何準確、及時、定量地把藥液噴灑到已識別的靶標上去，也是此類機具研發的關鍵和難點。應用對靶間隙噴霧技術可節省農藥30%左右，農藥殘留相應降低。四是恒壓噴霧機（器）。該機具在國外發達國家已普遍采用，在我國尚處于研究開發階段。該類機具作業時，噴射部件只能在標定壓力范圍內噴霧，而不受壓力波動的影響，從而確保了施藥部位的精準和施藥量的精確。五是回收噴霧機。該機具至今在我國仍是空白。作業時，可把未擊中靶標的霧滴回收，并循環使用，有效防止環境污染，并節約大量農藥。據統計，應用該機具可節省農藥30%～40%。還有控滴噴霧機、定向噴霧機等，這些都是精準施藥機具，在研發上應多予關注，使之盡快研制成功并應用于農業生產。

3.2 高效植保

噴桿噴霧機是一種高效的地面施藥機具。我國噴桿噴霧機的發展方向應是：機具的功能先進，包括防滴功能、恒壓功能、仿形功能、噴量和霧角調節功能等；作業參數同步顯示和計算機自動控制，這些參數包括噴頭的噴量、壓力，機具的速度等。充分應用我國具有自主知識產權的北斗衛星導航定位系統，對機具作業進行精確地引導，避免重噴和漏噴。機型的發展趨勢應以“風力輔助式”為主，充分利用風管中的下壓氣流避免霧滴漂移，提高霧滴的附著率，減少環境污染。

3.3 航空植保

航空噴霧是一種高效、先進的施藥技術。研制先進的噴灑部件和控制部件，應用“3S”技術進行病、蟲、草害的預測預報和飛機作業時的導航。飛機機型應以旋翼機為主，充分利用旋翼機產生的下壓氣流，避免霧滴的漂移和有利于霧滴穿透植被，提高霧滴的附著率。

3.4 大、中型化

逐步淘汰“人背機”的手動式噴霧機，使植保作業的效率成倍提高，勞動強度明顯降低，施藥量顯著減少，以降低農藥殘留，提高農產品品質。

4 迅速提高我國植保機械化水平的政策建議

4.1 把新型高效植保機械列入農機購置補貼，給予重點推廣

目前全面機械化已經提上議事日程，植保機械化“短板”已經成為進一步提高農業綜合生產能力的強制約因素。各級農機推廣應用部門，要結合當地農業生產實際需要，確定先進、實用、節能、環保、高效的植保機械作為補貼重點，力爭使植保機械化快速發展。對規模化生產的農機專業合作社、家庭農場、機械化農業生產大戶購置植保機械予以重點傾斜。同時，用3～5年時間，逐步淘汰現有“人背機”噴霧機，促進植保機械更新換代，盡快進入“機背人”新時代，支持農業的規模化和高效發展。

4.2 加大力度抓好新型藥械技術研發

一是國家應設立專項研發基金，對研制植保機械的共性技術、基礎技術、關鍵技術、智能化技術等給予支持，促其創新性開發，形成一批具有自主知識產權的成果；支持企業應用這些成果，盡快形成產能，滿足農業生產急需。二是重點加強適合果園、水田和高稈作物的施藥機械，以及山區、丘陵地區大、中型藥械的研發。同時抓好基礎性研究，充分應用提高細小霧滴利用率的高效施藥技術、高效防飄噴霧技術、光機電一體化技術，研發適用于不同地區、滿足不同農作物和病、蟲、草害防治的各種專用高效施藥機械。

4.3 強化農機農藝融合

目前，對植保機械管理不順、職責不明。植保部門負責藥械使用、技術指導，而藥械的推廣屬農機部門的管理職責范圍。因此，一是二者要加強合作。做好職責整合，在農機農藝融合上形成合力，推動植保機械化健康發展。二是盡快建立國家施藥技術研究中心。建議國家依托現有植保機械與施藥技術研究機構，整合農學、農藥、植保等多學科優勢，組建“國家施藥技術研究中心”，進行施藥技術的基礎研究，提供研發和推廣新型植保機械的科學依據，協助政府相關職能部門制定相關管理政策及施藥技術規范、標準和法規，推動我國新型、高效植保機械化發展。

4.4 加強植保機械化技術培訓

縣（市、區）農機、農技部門要以新型植保機械使用、高效施藥、降低農藥殘留等技術為重點，培訓一批骨干操作人員，使之當好“二傳手”，以迅速提高植保機械化水平。