機械化植保作業的主要技術及研究方向

張金偉

摘 要：植保作業是農作物健康生長和高產的基礎性保證，現代化的農業生產通過植保機械完成高效率的植保作業，顯著提升了我國農藥噴施作業的工作效率，通過對常用植保機型的介紹，說明了植保機械和相關技術的發展趨勢。

關鍵詞：農業機械化；植保作業；應用；發展

中圖分類號：S49 文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.04.004

植保作業是農業病蟲害防治的主要方法，現階段的作業以化學防治為主，主要通過農業機械的噴施來實現。我國的機械化植?；灸軌蚋采w主要農作物生產的前中后期，隨著農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顯著提升。為更好地體現科學植保和合理植保，我國植保機械的研究應認清現階段的主要不足和問題，利用機械結構優化和先進技術應用降低植保過程對農作物的食品安全和環境污染的影響，達到植保作業與農業可持續發展的同步進行，并促進農業植保機械向著更高效、智能、精確方向發展。

1 植保機械應用現狀

1.1 植保機械的使用情況

植保作業在我國經歷了較長的發展時期，在化學農藥普及后，通過噴施作業實現對農作物病蟲草害的防治成為了現代化植保作業的主要方式?，F階段我國的農藥加工技術位居世界前列，但植保機械和相關的噴施技術卻較為落后，相關技術約落后發達國家15～20年。由于機械化施藥技術的落后，導致農作物植保后的農藥殘留居高不下，嚴重影響了糧食作物的質量。

我國使用的植保機械大體經歷了以下幾個階段：一是結構相對簡單的單筒式噴霧機和手搖式噴粉機階段，主要以人力驅動進行作業，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，使噴霧作業通過機械實現，但仍采用人工背負式作業的形式，雖然效率有所提升，但噴施過程存在著農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，采用氣泵加壓，多進行寬幅噴施，作業效率提升明顯。但與發達國家相比在植保機械種類、噴頭霧化技術等方面仍有較大的提升空間。

2 機械植保的主要形式

現階段的機械化植保以噴桿噴霧技術為主，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量也在增加，我國的植保作業方式開始向多樣化轉變。

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作業（如圖1），通常需要使用24馬力以上的拖拉機進行作業，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實現液壓和連接功能，不僅能夠保證連接的穩固，拖拉機還能達到通過液壓功能控制噴藥架的伸展與收縮，減輕人力勞動的負擔。根據不同的動力，噴藥架的展開幅度在10～18 m之間，具有結構簡單、經濟性好的優點，同時作業效率和霧化效果也能達到使用要求。懸掛式的結構有利于充分利用農戶已有的拖拉機，能顯著降低農民購置植保機械的費用。但由于每次使用的安裝與調試過程較為復雜，拖拉機的三點式連接、液壓系統連接、氣泵裝置的連接都相對復雜，因此，這種形式通常只適合小規模經營使用。

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、傳動系統以及轉向控制系統等，能通過液壓裝置控制桿件伸展、收縮或位置調整，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，作業幅寬在6～10 m。該機型結構相對簡單，價格較低，由于作業靈活和體積較小，適合中小地塊使用，但由于三輪式的結構行駛穩定性不足，因此作業速度相對較慢，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，作業幅寬多在10～18 m，作業效率較高，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 農用植保無人機

農業植保無人機是近年來發展迅速的植保機械，按飛行原理和技術特點分為固定翼、單旋翼和多旋翼幾類，現階段以多旋翼機型為主。市場上主流的旋翼數量有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、控制系統以及噴灑裝置三部分，采用無刷電機帶動槳葉旋轉提供飛行動力，通過無刷電機轉速的控制實現方向和高度的控制。多旋翼無人機飛行十分平穩，有利于保證農藥噴施的均勻性，多旋翼植保無人機的噴藥幅寬通常在3～5 m之間，作業中通過旋翼產生的下旋風促進農藥的滲透和均勻噴施，如圖2所示。由于電池技術的限制，植保無人機單次作業的續航僅在20 min左右，這在一定程度上限制了植保無人機的工作效率，在電池技術突破之前，植保無人機的連續作業通過電池快換快充技術實現。其噴藥速度在4～6 m/s，防治效率2～5 畝/min，日作業量最高可達600 畝。植保無人機具有顯著的節約農藥特性，且作業方式靈活，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）變量噴藥技術的廣泛實施。變量噴藥技術是精確農業思想的重要分支，隨著電子控制技術的廣泛應用，農藥噴施的速度與行進速度能實現動態的合理性匹配，噴桿的傾斜度、噴藥壓力都能實現精確的控制，并通過與GPS裝置的匹配，結合數據采集與決策系統，有效實現高精度的合理化噴施。

（2）農藥多級過濾技術的廣泛使用。在液體農藥使用過程中，必須通過兌水稀釋后才能進行噴霧作業，由于自來水中不可避免地存在一定量的雜質，它們會嚴重影響精密噴頭的噴施效果。在高霧化噴頭的技術不斷提升的同時，噴霧系統對農藥中雜質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生率，并有利于提高植保機械對不同噴頭的適應能力，保證噴灑質量的大幅提升。

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

（4）對靶噴霧技術的綜合應用。

我國的農藥噴施技術目前明顯落后于發達國家，農業生產中更多地采用粗放的噴施方式，在智能農業裝備逐漸加深研究的情況下，我國的很多農機研究機構都著重在精確噴施技術上加大力度。對靶噴霧技術主要通過距離傳感器或機器視覺識別技術獲取靶標作物的參數信息，控制過程中根據獲取的信息確定合適的噴霧方案。其中傳感器技術原理的對靶噴霧機是通過直接測量目標作物的現場參數信息實現關聯；視覺技術主要是利用影像獲取裝置獲取的圖像，并結合相關的算法進行RGB色彩處理，以實現作物面積、大小等參數信息的轉化。

我國的相關研究在參考發達國家的對靶噴霧技術的基礎上，對精確施藥技術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。但目前大多數成果還停留在試驗階段，應用速度較慢。在精確施藥技術與噴霧機具的研究上要從國內實際種植管理模式出發，重點從精確度和智能化方向尋找突破點。

4 結語

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

參考文獻：

[1] 溫源，張向東，沈建文，等. 中國植保無人機發展技術路線及行業趨勢[J]. 農業技術與裝備， 2014（5）：35-38.

[2] 董云哲， 李君興， 史云天， 等. 植保無人機未來發展的思考[J]. 陜西農業科學， 2016， 62（3）：119-121.

[3] 蔣智超， 劉朝宇. 淺談植保無人機發展現狀及趨勢[J]. 新疆農機化， 2016（2）：30-31.

[4] 張云碩， 史云天， 董云哲， 等. 農用植保無人機噴灑技術的研究[J]. 農業與技術， 2015， 35（21）：46-47.

[5] 婁尚易， 薛新宇， 顧偉， 等. 農用植保無人機的研究現狀及趨勢[J]. 農機化研究， 2017（12）.