噴桿噴霧機變量噴施中的自動控制技術的應用*

劉新軍 ，田多林 ，張紹軍 ，王杰華

（新疆農業職業技術學院，新疆 昌吉州 831100）

作物生育期控制是變量系統噴施技術應用最多的一個控制技術環節。在對作物進行噴施作業時需要人工完成打藥、施肥等作業動作。人工在打藥、施肥等作業過程中也要使用精量噴霧器等機器完成作業，同時還要考慮作物對藥物或者肥料有不同的吸收速度，通過數據進行調整。因此，為提高工作效率，課題組對噴桿機控制系統中的噴桿設計了自動設置和自動檢測技術，以提高該系統工作的穩定性，保證噴桿自動連接到作物上，自動控制噴霧液滴大小以保證噴灑效果和作物質量。農業生產中有很多傳統種植業是靠人工進行種植作業，但隨著農業機械化進程的加快以及農業現代化程度的不斷提高，農業生產中越來越多的農民開始通過科學配比來種植作物并掌握耕種技巧，從而提高農作物產量和質量。

1 不同變量技術在變量施藥設備中的應用

1.1 改變氣流速度

對于果樹而言，在其生長過程中，改變氣流速度會導致不同植物的葉片間距不同，進而導致其光合作用能力也會不同。同時，也會對葉片生長帶來一定影響，例如葉片的光合作用能力越強，藥效越好。對于農作物而言，通過改變氣流速度能夠對農作物產生影響。在這種情況下，同樣可以通過改變氣流速度來實現作物藥效大小的控制。如在西紅柿的生長過程中，可以通過改變氣流速度實現對西紅柿的生長產生影響。通過改變氣流速度不僅能夠有效地控制農作物的藥效，同時也為農作物的抗病抗旱等提供了良好環境[1]。

1.2 控制霧量大小

目前，無論是采用單因素技術還是多因素算法技術，都對果樹藥效產生著較大影響。具體來看，果樹藥效主要受到水分蒸發等因素的影響。當水分蒸發量增大時，藥效增強，所以霧量也隨之增加。通過水力作用對果樹藥效的影響可以分為兩類：一類是植物自身內部水分蒸發對藥物的影響，比如果樹體內水分蒸發速率隨著其溫度變化[2]；另外一類則是由于水分蒸發導致藥物吸收障礙從而影響作物藥效。那么采用單因素技術進行定量調整就可以通過水分蒸發量大小來實現對果樹藥效的控制。比如，適當增加噴頭噴射角度能使水分蒸發更快，降低水密度能使藥效更好，結合其他變量技術，控制噴頭與氣流夾角，加大噴霧距離等技術可以使果樹藥效顯著提高。但是這種方式還需要在科學論證前提下合理使用水資源[3]。

2 噴桿控制技術在變量施藥設備中的優勢

2.1 智能化控制

智能化控制系統可以實現自動控制。首先，它是對人工作業時控制效果進行監控的一種重要手段，其利用自動控制方法對各種作業參數進行采集和處理后進行智能化控制，從而實現對作業過程中各種參數的精準控制，所以自動控制系統在變量施藥設備中應用較多。其次，對自動控制器進行智能化改造的關鍵是根據噴灑的農藥種類及噴灑壓力的大小對各種參數進行相應的設定。例如，將噴桿控制系統中最重要的一個參數設定為微電機額定功率及噴桿與藥液量的關系系數，這樣就能有效地克服由于微電機本身參數變化引起的噴桿與藥液量關系波動的問題[4]。此外，這種智能化改造還可以根據實際情況對控制參數作出相應控制。

2.2 準確檢測農藥性能

農藥在農作物生產中的作用是巨大的，其也是農民脫貧致富和國家糧食安全的重要基礎，且種類多、使用范圍廣。因此，保證噴用藥的質量，降低農藥使用不當造成的危害，提高我國農藥利用率，是變量施藥設備長期穩定運行的重要前提。農藥管理部門在對其進行監督管理時，主要是對農藥使用現狀進行檢測、分析工作。一般情況下，在規定時間內很難出具農藥防治效果的檢測報告，所以要建立一個農藥檢測數據庫將農藥信息錄入數據庫中。通過對農藥質量參數值的分析，利用數學模型對其進行處理，實現農藥性能檢測的目的[5]。對于各種農藥性能是否能夠滿足農民在進行噴灑作業時對于農藥安全性、有效性和持效性的要求，均有相關數據可以支持農業生產的檢測和控制要求。自動控制系統對各種參數進行自動實時控制以實現施藥設備準確測量和控制的功能。其基本功能主要包括：1）農藥狀態觀測；2）農藥成分測量；3）農藥性能測定；4）殺蟲劑的釋放效率監測；5）殺蟲燈及誘蟲板上農藥種類監控；6）農藥殘留量檢測；7）毒性指標檢測；8）除草劑藥效測試。這些檢測都需要通過試驗確定其作用機理，實現對施藥設備的性能管理。

3 變量施藥設備的應用

3.1 變量施藥設備的選擇

變量施藥設備是將藥液加入噴霧裝置內，利用機械作用使藥物產生變化，從而達到防治病蟲害的目的。一般是將噴桿及噴霧裝置分成兩大類，即噴射式變量施藥設備和自控變量施藥設備。在噴霧式變量噴霧機工作時，噴桿與藥液不斷地進行噴灑，噴桿的旋轉與藥液進入噴霧裝置內產生作用并將液滴噴出，形成連續霧滴。在自控變量噴桿噴霧機工作時，則需通過調節噴桿與藥液接觸部位的接觸強度，或通過調節噴桿與噴淋裝置中農藥量控制裝置之間的速度來調整噴桿旋轉與藥液接觸部位的接觸位置，進而實現噴霧效果。所以變量施藥設備多為離心式和噴射式變量施藥設備[6]，這兩種設備不僅功能不同，結構上也有很大的差別。因而變量施藥設備除具有上述兩種類型外，還可以根據實際需要采用其他類型的變量施藥設備，如自控變量施藥設備、自動駕駛變量噴霧機（變幅）等多種類型。

3.2 實現數據采集與控制管理功能，達到變量施藥的目的

變量施藥的控制技術在我國植保領域中應用較為廣泛。例如，農藥噴淋、滴灌，也包括噴霧、噴施技術。尤其是在農業領域應用中，變量施藥技術具有十分重要的意義，它不僅能提高噴打效果，而且可以減輕勞動強度，降低生產成本。我國采用的變量施藥方式主要有霧化方法、加濕方法、氣霧方式。采用氣霧或加濕法進行施藥有利于水資源的有效利用（即在噴完農藥后把水帶到田間），從而避免施藥量與噴霧器噴灑量之間相差較大，農藥揮發與蒸發又極易造成環境污染（即殘留藥液不能完全除去）。采用加濕法進行施藥可以減少施藥時間和噴藥量，使單位勞動質量更加明顯，對環境的保護更加有利。因此，現在一般采取噴霧施肥法和噴霧淋浴法進行農作物植保[7]。

3.3 自動控制技術使農藥防治達到高效、低毒、低殘留的要求

自動控制技術可以有效地保護農藥使用者的權益，并且能使農藥的使用量最小化。目前的變量施藥控制技術有手動式、自動式和電腦全自動式三種類型。1）手動式：可以用手動機械噴桿噴霧機來完成噴霧工作；2）自動式：可以用自動機械噴桿噴霧機來完成噴霧工作；3）電腦全自動式：由遙控自動噴頭來完成噴霧工作，噴出霧滴并能自動回收，電腦可根據需要調整參數自動控制程序噴出農藥粒子和水分后再回收。其特點是操作簡單、精度高、維護方便、可多次重復使用。電腦控制程序可以自動地將參數調整到合理值，實現自動停止噴藥工作和噴霧器自動排空工作，功能強大，操作簡便，應用廣泛。

3.4 準確控制農藥施藥量

以美國為例，采用變量施藥設備進行噴灑時，必須設定好計量的標準，一般會設定兩個標準：一是農藥實際用量，二是藥劑用量。美國規定施667 m2田地（即1畝地）要用2 kg農藥，但實際用量為3 kg。這就是美國在農藥科學試驗中的結果，根據這一試驗結果來計算藥量是不合理的[8]。所以，美國制定農藥施藥量標準時采取的是在全國范圍內統一使用的辦法。變量施藥設備也可以通過計算機進行設定，并通過數據線與計算機連接，隨時查看藥量是否超標或不足，以實現對施藥量的控制。

3.5 噴施植物對養分的要求

噴施施肥水平與作物種類、生長階段、作物種類對養分的需求、噴施養分濃度以及作物對養分分布時間的反應等都有著密切的關系。作物對養分濃度的反應，是作物營養水平對養分供應狀況要求的直接反映，其反應曲線表現為“先大后小”。當肥料濃度較高時，植物對營養元素的吸收能力增強，吸收的養分含量增多[9]。

3.6 用噴施設備進行不同時期植物長勢調節

當植物長勢發生異常時，通常會采用人工的方式進行實時的長勢調整，如在棉花處于幼苗期時可噴催芽劑；在水稻處于孕穗至抽穗前期時可噴脫葉劑；在小麥處在幼苗期時可噴尿素等生長調節劑。當植物生長出現異常時，噴施人員還會采用各種噴施設備來進行不同時期植物長勢調節。在棉花脫葉后至開花前這段時間內進行葉面噴施尿素，可有效降低棉花葉片葉綠素蒸發量，提高作物葉片光合作用強度；在水稻處于花芽分化期后（分蘗期至穗期）噴施氮肥，也可增加作物根系活力，促進水稻植株快速生長；在玉米孕穗至開花前這段時間內噴施尿素，能促進玉米植株快速生長。除了植物本身長勢控制和植物之間長勢控制以外，為了確保噴施后植物能夠正常發育生長，并實現作物對土壤肥料養分吸收良好而噴施尿素促進肥料養分吸收，可以對植物進行合理追肥而增加作物養分吸收能力，如果植物生長出現異常情況不能及時用噴施設備進行有效抑制而導致作物出現不良生長情況時，通常會采用多量、多時段噴施設備來對植物進行生長抑制[10]。

4 結束語

綜上所述，在農業生產過程中，植保技術的合理應用十分重要，尤其在資源與環境問題成為社會關注熱點的新時代，變量噴霧技術作為精準農業發展的關鍵技術，在農業生產中的應用前景十分廣闊。但從我國農業生產的實際情況來看，先進的噴霧機械占比仍不高，生產過程中的中小型噴桿噴霧機仍存在質量低下、農藥跑冒滴漏、故障頻發、噴霧質量不合格等問題。因此，要真正提高變量噴霧技術的應用和普及程度，還應進一步提升基層噴桿噴霧機的整體應用水平，鼓勵農民及時更新換代農業機械，保證先進的變量噴霧技術更快普及到農業生產中。