傳統植保噴藥機使用現狀及變量噴霧技術的應用

張 翔 ， 張 進

（南陽職業學院，河南 南陽 474550）

機械化植保作業已經成為農業增產增收的重要保證，農業植保噴藥作業的機械化發展，不僅提高了植保噴藥的效率，還為農業生產提供了安全保障。傳統的植保噴藥機往往存在噴灑不均勻、用藥量大等問題，極易影響空氣質量、污染環境[1]，且傳統噴藥機操作障礙問題一直未解決，農戶使用非常不方便。農藥使用過多不僅會造成藥物浪費，還會影響農作物的產量，進而影響到農戶的經濟收入。變量噴霧技術是基于傳統植保噴霧技術改良創新的新型植保技術[2]，不僅節能環保，還能保障食品安全，非常適用于農業生產。

1 傳統植保噴藥機存在的問題

我國是農業大國，農藥施用技術在不斷發展，農藥種類也非常豐富，基本可以應對農業生產中出現的大部分病蟲害。但我國使用的傳統噴藥機較落后，導致農藥的防治功效未完全發揮，與西方發達國家相比，我國的農藥利用率非常低，不僅嚴重影響了農業的發展進度，還對生態環境造成了惡劣影響。

1.1 傳統噴藥機結構不合理

國家對“三農”問題一直都非常重視，近年來農業生產的經營模式愈加豐富，農業經營面積也不斷擴大，土地連接在一起形成連片化。例如東北平原地區的農地，對農藥噴霧機械有著更高、更精確的要求[3]。在實際農業生產中，小型農機雖然便捷易操作，但是效率低下，大中型農機很少。很多農戶選擇小農機進行噴藥工作，但是需要在田間地頭往返噴灑很多次才能完成，這樣不僅效率低，還會出現漏噴或重復噴灑的情況[4]，不利于精準防治病蟲害，農業植保效果也會大打折扣。

1.2 傳統噴藥機技術含量不高

縱觀我國目前市場上的農藥噴霧機，很多都是結構簡單的低端產品，設計缺乏科學性，制作器具時也沒有充分考慮藥物噴灑的實際情況[5]，缺少合理性研究。因此，在實際使用中，往往會因覆蓋面積小、霧化效果不好，導致噴藥效果差，部分器具甚至會存在接口處密封性不強的問題，導致農藥滲出，影響農作物土壤的“健康”，還會對施藥人員的皮膚造成傷害。

1.3 農藥噴霧操作不規范

傳統農業噴霧作業中，很多都是人工操作，容易受到施藥人員主觀意識的影響，影響噴霧質量。一方面，農戶對防治病蟲害缺乏科學系統的學習，根據自己的經驗進行噴藥，難免存在噴藥量不準確的問題；另一方面，農戶噴藥時的行駛速度及噴藥幅度也會對實際效果產生影響[6]。

2 變量噴霧技術原理及相關技術介紹

變量噴霧技術是基于農作物的實際生長情況，通過科學計算來調整噴霧方式和農藥噴施的劑量[7-8]，從而實現用最合理的農藥噴施劑量取得最佳的防治效果。變量噴霧技術也不斷地更新迭代，每一代產品在實施變量噴霧作業的邏輯上都會存在一定的差異，但是萬變不離其宗，其組成原理和運行機理還是大同小異。變量噴霧技術主要是借助計算機技術來進行信息收集、邏輯分析以及最終決策[9]，因此，一般會涉及位置、環境等信息的獲得，還要對操作員的執行動作進行感知，對噴嘴和泵體進行控制[10]。應用變量噴霧技術過程中，可以通過GPS 定位系統一級傳感技術來獲取上述相關信息，然后傳輸到計算機系統中進行分析和處理，再根據農作物區域的實際情況，調整噴藥機的噴灑位置和劑量，方便在不同條件下靈活調整噴藥作業[11]。

2.1 噴藥機介紹

在傳統農藥噴灑作業中，人們沒有對農作物的被害程度進行精確區分，而是將更多注意力放在病蟲害對管理工作的影響上。經研究發現，在不同時間和地域的情況下，同一種病蟲害對作物造成的傷害并不是完全一致的。傳統農藥噴灑作業中，大面積的噴灑極易導致局部作物農藥噴灑量過度，農藥的實際效用只有1/3 左右。農藥噴灑過量，不僅會增加農業生產成本，還會增加農作物的農藥殘留量，危害人體健康?，F代農業在科學技術的支撐下，引入了變量噴霧技術，借助自動化技術和大數據技術，提高農藥噴灑準確度和效率。變量噴霧技術的應用標志著現代精準農業的進步，在傳統農藥噴灑機的基礎上，采用GPS 定位和擴散控制技術等提高農業機械設備的性能，優點是可以結合病蟲害的程度提高農藥噴灑的精確度。變量噴霧設備主要由控制器、噴灑機、牽引機械和GPS 定位系統四個部分組成。操作方式如下：通過GPS 定位系統確定病蟲害的位置，再根據農作物區域內病蟲害的嚴重程度，調整噴灑機的農藥用量，最后通過牽引機械實現自動噴灑，大大提高了農藥噴灑的效率，將農藥噴灑的負面影響降到最低。

2.2 噴藥機技術原理

2.2.1 GPS 定位系統

在執行變量噴霧作業過程中，需要兩次定位，通過GPS 定位系統可以獲取不同位置的信息。首先，需要通過GPS 系統獲取病蟲害和雜物的位置信息，再借助專業農作物系統對這些信息進行分析，然后確定不同區域的農藥需求量，定制噴灑方案。其次，需要通過GPS 系統確定噴灑機和相關設備的位置，噴灑機中的衛星接收器根據方案中的位置和地圖上的對應位置，獲取噴灑指令，并同步給變量控制系統，使噴灑機根據農作物病蟲害的實際情況執行針對性噴灑。在我國，使用頻率最高的精確定位的農業研究技術是北斗技術[12]，通過自主差分定位提高定位精度，完全滿足現代化農業生產的要求。

2.2.2 及時獲取病蟲害信息

獲取病蟲害的相關信息主要通過實驗室分析和現場取樣兩種方式，當然，要實現這一目的離不開GPS 定位技術。要完成現場取樣，必須要在現場安裝GPS 系統，分析病蟲害的實際情況，然后把定位區域和病蟲害的信息錄入到計算機系統中，做好病蟲害信息的收集歸檔工作。在處理病蟲害信息的過程中離不開地理信息系統，這個系統主要是空間信息數據庫，它收錄了監測員現場取樣的信息，并能根據使用需求進行圖形和統計轉換，為后續的噴藥工作提供依據。

2.2.3 噴霧制度設置

農業支持決策系統是噴霧制度的核心，主要包括歷史數據庫和專家數據庫。該系統會根據地理信息和病蟲害信息，從數據庫中提取相關數據指標，制定有針對性的噴霧制度，從而有效控制噴霧范圍、劑量和時間。這種情況下，若病蟲害防治工作效果不理想，還能修改數據庫的相關信息。首先，系統會依據機械的地理位置和原噴灑方案中的病蟲害信息，確定農藥的使用劑量，同時計算出系統在運行過程中消耗的流量；其次，將原數據和流量采集的數據進行比較，計算出準確的調節流量，確定出最適合的可變噴霧方案。

2.2.4 噴霧方案實施

控制信號決定著噴灑方案的實施，它主要是通過噴灑方案分析出的流量控制信號，例如噴灑信號和位置信號，變量噴霧器便可以根據定義好的流量參數執行噴灑指令。此外，雷達系統、壓力傳感器等會將行駛速度、噴灑壓力等參數實時傳輸到控制系統中，計算機會自動記錄噴霧操作的相關參數。最后，通過控制方案，返回信號會控制執行器，從而調整各項參數，實現可變噴霧。

3 變量噴霧技術應用優勢

相較于傳統噴霧技術而言，變量噴霧技術在農業生產中占據了很大優勢，主要體現在以下方面：一方面，操作流程更科學。執行噴霧作業過程中調整路線、速度和劑量都是很常見的，可變噴霧的農業植保機配備了科學的定位和控制系統，對于噴霧過程中存在的漏噴和重噴的情況有很好的改良效果，植保效果更佳，也提高了農藥的使用率。變量噴霧讓農藥作用最大化，主要是通過控制農藥噴灑高度、距離和擴散面積。據不完全統計，針對農作物生產條件選擇可變噴霧技術，農藥使用率可以大幅增高，也能將農藥殘留量降到最低。多傳感器在農業植保作業中的應用，有效改善了硬件器具在使用過程中的堵塞和霧化不良等問題。另一方面，植保機械的結構和質量都得到了改良，減少了因設備故障而罷工的現象，提高了農業生產效率。應用變量噴霧技術之后，農地單位面積的農藥使用量會減少，降低了農藥噴灑對環境的污染，也很好地改善了機械運行中的泄露現象。

4 變量噴霧技術在農業噴灑中的具體應用

4.1 噴霧目標形貌探測與識別

目前，在許多果蔬和花卉種植中都會用到植物形態檢測技術，但都各有差異。在傳統植保作業中，噴灑往往采取連續均勻的方法，會在植株、樹枝和空地上留下許多農藥，導致農藥殘留和嚴重的環境破壞。因此，變量噴霧技術衍生出了三態噴霧系統，也就是全噴、中噴和無噴三種形態，主要是基于超聲波的智能傳感器建立的檢測系統，噴嘴前方是空地時便關閉，若識別到前方有灌木叢便開啟。

4.2 噴霧目標密度探測與識別

在確定噴灑目標時，最核心的是檢測農作物的形態，但若農作物的大小差不多時，農作物的密度也會影響噴灑效果。隨著農業植保研究的深入，若只單一考慮形態，農藥也無法完全噴灑?；诖?，國內外許多農業專家對農作物的密度進行了深入研究，國外發達國家甚至還研發出一種智能傳感器，這種傳感器是單向接收信號，探測范圍是方圓兩米內。但是，傳感器的探測范圍會受到超聲波入射角和目標農作物的表面特性的限制。借助超聲波的外力，智能傳感器可以自行設置靈敏參數，以此抵消目標農作物的特性帶來的誤差，獲取更準確的農作物密度信息。

4.3 噴霧目標病蟲害探測與識別

現代農業檢測技術主要包括兩種，有害生物檢測和遠程空間檢測。航空探測技術和衛星遙感技術也可以收集病蟲害的相關信息，但是這些技術成本太高，只適合大規模信息分析，適用場景并不是平常的農業生產作業，不適合實時可變量噴灑。近年來，我國農藥噴霧技術大有精進，對農田植保的要求也有所不同，對病蟲害檢測技術和分析方法的深入研究推動了農業生產的長遠發展。在新媒體技術不斷發展的背景下，農業檢測技術可以通過工業攝像機和光譜儀記錄病蟲害信息，并通過大數據技術科學分析這些信息，從而鑒定病蟲害的類別及其對農作物的危害系數。

4.4 噴霧壓力智能調節

噴霧壓力調節技術，是通過噴灑壓力來控制流量，這種流量控制技術也是最原始的。眾所周知，噴霧流量和噴霧液滴的分布范圍成正比，與粒徑的變化趨勢成反比。也就是說，噴霧流量增加，也會增加液滴的動能和速率，只要噴灑劑量小于標準值，能耗均是低于正常值的，可以有效降低能耗。此外，變壓噴灑對霧化性能有很大影響，可控制和可調節的范圍小，調節原理簡單，便于維護，成本較低，可以大規模推廣應用。

4.5 噴霧噴頭智能調節

傳統植保噴霧機的噴嘴內部結構簡單，使用方便。但是隨著農業生產規模和結構的變化，這種簡單的構造無法滿足生產需求?；诖耍倪M完善變量噴霧噴嘴是非常有必要的，變量噴霧噴嘴主要是改變噴水的流量和方向，內部結構相對較復雜。通過水流的壓力，加入兩個折疊的金屬片來達到改變水流的目的；在使用過程中又進行了改良，在噴嘴中加入監控恒流恒芯，研制出一種具有跟蹤檢測功能的可變噴嘴。

5 結語

隨著我國農業的不斷發展，各級政府部門對農藥的使用管控更加嚴格，提出農藥使用不僅要高效，還要合理。變量噴霧技術很好地滿足了農業生產的需要，農藥用量適量準確，噴灑技術也更加科學，大大提高了食品安全程度，對生態環境起到了很好的保護作用。變量噴霧技術取代傳統植保噴藥技術是必然趨勢，也是推動我國農業機械化、智能化發展的重要助力，有助于鄉村振興戰略的實施。