淺談變量施藥技術發展現狀

孫 鴻，韓子鑫，王 婧

（吉林省農業機械研究院，吉林長春 130022）

0 引言

改革開放以來，伴隨著國內農業科學技術水平的快速提高，國家對農業技術的投資力度逐漸加大，對于發展高新農業技術的政策逐步完善，我國農業產值正在逐年攀升。目前我國的農產品產量居世界首位，但在農業生產環節中，主要以噴施農藥作為防治蟲、草、病害的有效方法。就目前國內農業生產過程中所消耗的農藥僅有30%左右的有效利用率，這不僅會造成大量農藥浪費，而且還會對自然資源造成嚴重的破壞，如果使用不當還會造成人員中毒，可見農藥的施用技術是我國農業現代化可持續發展的重要環節。

最為我國農業現代化可持續發展的重要環節，關于變量施藥技術已經成為現代農業植保的熱點，變量施藥技術先通過對田間蟲、草、病害區域信息進行采集，再通過后臺大數據云計算對被蟲、草、病害侵蝕區域信息進行科學評估，最后通過變量施藥對侵蝕區域進行按需施藥。變量施藥技術其優勢在于有效提高農藥利用率的同時最大限度的降低環境污染，國外對于變量施藥技術的研究起步較早，不僅積累了豐富的經驗而且還得到了廣泛的發展及應用。我國開展農業施藥裝備起步較晚，絕大多數裝備并不是根據田間被蟲、草、病害侵蝕程度進行變量合理的施藥作業，而是以落后的粗放式噴藥裝備不差別噴施農藥，這種方式是對農藥資源的極度浪費，農作物中的農藥殘留極度超標，農作物質量與產量發展嚴重失衡，生態系統遭到嚴重破壞，環境污染問題頻發。

就目前我國變量施藥技術的實際情況，需要充分調動龍頭企業、高校、科研院所等對于研究農業變量施藥植保技術的積極性，通過相互合作利用各自領域交叉學科的優勢發展基于傳感器技術、遙感技術、衛星導航、5G大數據等融合了先進科學技術的變量施藥技術與裝備，并得到大力推廣。本文通過簡述變量施藥技術發展現狀，總結現有技術的局限性及需要解決的問題。

1 變量施藥技術現狀

變量施藥技術是現階段我國農業現代化可持續發展的重要環節，首先需要獲取田間農作物蟲、草、病害被侵蝕的區域信息，其次需要對變量施藥裝備在田間的位置、運行速度、施藥噴頭壓力等信息進行實時監控，最后通過大數據云計算等現代化技術對獲取信息進行實時運算，制定最佳施藥方案，隨著機器在田間的行進完成按需施藥，既保證了噴施農藥的綜合利用率，又在降低環境污染隱患的同時提升了農產品的質量。

1.1 防漂移技術

施藥機器向前運行的過程中，由于施藥噴頭的施藥方向與機器的行走方向相互垂直，施藥噴霧會在空中發生沉降與漂移，如果施藥機器運行速度過快將會造成70%～80%的農藥浪費。為了改善傳統施藥噴頭對農藥的浪費，使用少漂噴頭技術可以將施藥噴霧在空中由于飄移所造成的農藥損失降低30%～65%。少飄噴頭防止藥液飄移原理是在噴霧裝置的噴桿上加裝氣力式防風屏障或者機械式防風屏障，加裝防風屏障的施藥機器可使傳統施藥機械的施藥霧滴減少65%～81%，同時還可以有效提升了農藥在作物上的附著量。

1.2 藥液回收技術

藥液回收技術是在噴霧裝置的噴桿上加裝藥液回收設備，空中發生沉降與漂移的施藥噴霧會經藥滴收集槽、藥滴過濾網等裝置輸送回配藥箱，由此循環被回收的藥滴會再一次由施藥噴頭噴出，這樣不但能有效減少基于藥液飄失所產生的環境污染，又能在一定程度上有效減小整體農藥施用量，很大程度上緩解了農藥資源的浪費。

1.3 靜電噴霧技術

靜電噴霧技術所采用的是在高壓靜電噴頭與農作物之間創建一個靜電磁場，當農藥經過高壓靜電噴頭時，會形成群體荷電藥滴，在磁場的作用下，由噴頭噴出的藥滴會向目標農作物移動，并吸附于目標農作物表面。該項技術具有大幅提升農藥利用率、提高藥液沉積效率、降低農藥漂移損失、降低環境污染等作用。

1.4 自動對靶技術

自動對靶技術的關鍵在于能夠及時有效的獲取農作物蟲、草、病害侵蝕的區域信息，通過機械視覺系統對蟲、草、病害侵蝕區域的癥狀及危害程度信息進行識別，通過大數據云計算等評估被蟲、草、病害侵蝕區域的農作物特征信息，制定合理的變量施藥方案，通過變量施藥機械完成自動對靶施藥，從而提高農藥在作物上的附著率，同時還能有效降低成本和減少農藥對環境的污染。目前主要有基于地理信息技術的自動對靶技術和實時信息采集的自動對靶技術，均可有效提高農藥在作物上的附著率，減少農藥在非目標農作物的沉降，從而獲得理想的施藥效果，自動對耙技術的難點是信息的采集、處理的準確性及系統的整體協調性。

1.5 自主行走技術

由于農作物間存在間隙小、有壟溝等阻礙變量施藥裝備在農作物間自由移動的問題。自主行走技術是根據系統預設軌跡或依據傳感器的信號指令進行自主前行、停止及拐彎的技術。

1.6 植保無人機

由于生長到中后期的農作物普遍植株體型較大，這就給傳統基于地面行駛的施藥機械帶來極大的局限性。農用植保飛機的出現為解決這一局限性提供了十分理想的途徑，尤其在應對具有突發性質的蟲、草、病害時效果拔群，但農用植保飛機并不適用于低空飛行，而且飛行時由于速度過快會對藥液造成較大的飄移，使得施藥效率較低。近些年來，隨著小型無人機技術的發展，我國利用無人機對農作物施藥的普及量正在與日俱增，無人機因其具有體積小、操作靈活、適應性強的優點，已經越來越受到農業植保的青睞。植保無人機在空中飛行的施藥過程中由旋翼所產生的氣流會使農藥霧滴直接沉積于植物葉片的正反面，極大的提升了藥物的彌散效果，對提高農藥利用率、實現農業可持續發展具有重要意義。我國現已研發出多種適合于不同工況下的植保無人機，農戶通過植保無人機對田地進行變量施藥可以有效降低勞動力，提升農業資源利用率。由于植保無人機是在空中作業，所以可以完全規避基于地面作業的植保機械對農作物的碾壓損害，可以方便快捷且有效的完成農作物在各個時期的植保工作。

2 變量施藥存在的主要問題

近些年來，基于蟲、草、病害識別的變量施藥技術雖然已經取得了很多技術上的突破，但綜合來看還不夠成熟，固還面臨著諸多問題。

1）由于缺乏關于變量施藥相關技術的推廣，農民對于變量施藥技術仍然處于觀望狀態，認為變量施藥機械的施藥量對比于傳統施藥機械的施藥量過少，不能有效根治草、病、蟲害對農作物的威脅，從而放棄使用變量施藥技術，仍然采用傳統的施藥方式。

2）變量施藥裝備的研發仍然處于探測技術與機電一體化的集成的初級階段，基于我國國情，農業專用傳感器研發生產較少，多數基于農業的傳感器、控制與自動調節部件均采用進口方式，變量施藥裝備普遍存在裝備市場售價過高、結構復雜、操作門檻高等問題，變量施藥技術與產品的研發水平不能滿足中國智慧農業發展的要求。

3）農業識別技術落后，很難在復雜環境下對農作物的生長狀態做出準確的識別，農作物的生長環境相對復雜，通常農作物周圍會伴有多種雜草與農作物的顏色相近的雜草，導致識別時誤判頻發。關于農作物蟲、草、病害的云數據庫并不完善，對于不同地區、不同生長階段農作物特征的提取需要大數據的支持，固現有的技術無論是基于機器視覺還是光譜檢測，對于準確識別農作物的相似蟲、草、病害還存在著嚴重的不足。

4）真實環境與理論研究仍存在較大差異，以計算方法為核心的控制模型缺乏對不同作物、不同生長環境條件、同一作物不同生長期等開展深入系統的研究，導致整機控制程度低，各部分之間協調性差、自動化程度低、根據環境變化能力弱，各部件工作性能還需優化。機具部件存在工作故障時，系統沒有自動修復能力，很多時候需要人工輔助。

3 結語

變量施藥技術主要先進的傳感技術、電子信息技術和自動化技術等的技術融合，實現對農作物植保的按需噴藥，在保證農藥施藥效果的同時有效降低農藥的施用量，在提高施藥工作效率的同時，減少因過度施藥而對環境造成嚴重的污染。未來應加大對農業科研與資金投入力度，加強變量施藥技術與裝備及部件的研發、應用及推廣。大力開展農業專業傳感技術與關鍵部件的研發，研發自主品牌的農業運算芯片，未來變量施藥技術將植保領域推向簡單化、智能化、精準化的方向。同時也要加大對變量施藥技術的推廣，切實的將技術應用到植保領域，提高蟲、草、病害的防治能力，實現農作物的增產增收。

伴隨我國科學技術的高速發展，變量施藥技術是公共植保和綠色植保的重要組成部分，實現我國農業生產全程機械化的重要環節。變量施藥技術為實現復雜變量噴灑的施藥作業提供了技術基礎，或將改善傳統農業勞動力人口需求過多的現狀，加速推動農業向集約型、精準型、可持續型轉化，加快推進變量施藥技術與裝備的研發，對提高農作物蟲、草、病害防治能力和促進農業高速發展及農民穩定增產增收具有重要意義。植保無人機的潛力不可小覷，應在植保無人機的人機分離技術、人藥分離技術等進行深入研究，提高植保無人機的產品可靠性、工作效率、智能變量施藥的準確性及現代化智能水平。研發單位應重視變量施藥技術研發過程中與新興技術的集成，盡量簡化裝置結構、降低設備操作門檻高、控制成本、重視技術推廣，切實的將變量施藥技術應用于農業植保過程中去。