新型半自動輸液打孔機在林業病蟲害微孔施藥技術中的應用研究

田羽博 馮迅 盧丹穎 楊燁 李伊芷嫣

摘要 微孔施藥注射技術是一種向植物內部木質部細胞組織注射藥物的病蟲害防治方法。長期以來，如何準確控制輸液打孔至木質部位的尺寸深度，一直困擾著林業工作者。目前，一種能夠精準控制輸液鉆孔尺寸深度、讓鉆頭按照預期軌道和規定運動參數推進的半自動輸液打孔機，為微孔施藥注射技術在輸液鉆孔至木質部位實現了精準的效果。詳細介紹了新型半自動輸液打孔機的基本原理和技術參數，并深入闡述了新型半自動輸液打孔機的功能原理和操作方法及主要優勢，以供林業相關工作者參考。

關鍵詞 木質部；形成層；半自動輸液打孔機；微孔施藥注射技術；微控制器

中圖分類號：S763 文獻標識碼：B 文章編號：2095–3305（2023）12–00-05

Research on the Application of A New Semi-automatic Infusion Punching Machine in Micro Hole Pesticide Application Technology for Forestry Diseases and Pests

Tian Yu-bo et al（Northeast Forestry University， Harbin， Heilongjiang 150040）

Abstract Microporous drug injection technique is a method of disease and pest control by injecting drugs into xylem cells inside plants. For a long time， how to accurately control the dimensional depth of the infusion hole to the wood part has been troubled by forestry workers. At present， a semi-automatic infusion punch that can accurately control the size and depth of the infusion hole and allow the drill to advance in accordance with the expected track and specified motion parameters has achieved precise results for the microhole application injection technology in the infusion hole to the wood part. The basic principle and technical parameters of the new semi-automatic infusion punching machine are introduced in detail， and the functional principle， operation method and main advantages of the new semi-automatic infusion punching machine are explained in depth， so as to provide reference for forestry workers

Key words Xylem; Cambium; Semi-automatic infusion punching machine; Microporous injection technology; Microcontroller

植物在生長過程中會由于各種因素而影響其健康生長，比如遇到病蟲害或在生長期營養元素缺失，這些因素制約了樹木的生長發育。為確保植物的生發態勢，要采取措施加強病蟲害防治效果，提高樹木質量和成活率[1]。

目前，現有傳統化學農藥噴灑防治法在應用過程中存在無法防治樹體內部病蟲害、施藥會產生環境污染等弊端。微孔施藥注射技術在應用過程中不受外界因素干擾，通過將藥液注入樹干木質部位，借助木質部自身蒸騰的作用和輸送與擴散功能防治病蟲害，且殺蟲范圍廣泛，對林業病蟲害的預防和治療均有很好的功效，施藥時還不會給外界環境產生污染，對隱蔽性較強的病害消殺效果也很好，能有效彌補傳統外用噴灑方法的缺失。

微孔施藥注射技術又稱“靜點”注射法，即用鉆頭在樹木的樹干木質部位鉆一個輸液孔洞，然后將輸液器針頭沿著鉆好的輸液孔洞插入樹木的木質部位，利用植株的蒸騰作用將藥液輸入樹木的各個細胞組織，實現藥物在樹體內均勻分布，從而實現林業病蟲害防治達到最佳效果。

微孔施藥注射技術在輸液打孔作業中，現有鉆孔機無法準確控制打孔尺寸深度，導致無法準確鉆孔至木質部位，給微孔施藥注射技術在輸液鉆孔方面帶來了工作困擾，導致該無公害施藥技術的推廣遇到瓶頸，影響了病蟲害防治的效果。一種可根據需要，自動定位輸液鉆孔尺寸深度位置的新型半自動輸液打孔機解決了這個問題，新型半自動輸液打孔機為林業病蟲害防治工作發揮了積極的作用。

1 林業病蟲害防治工作的意義

林業病蟲害的發生是指在一定的環境條件下，病原物與寄主植物相互作用，使病原物群體大量生長、繁殖和蔓延，造成寄主植物病害加重甚至死亡的結果。為減輕或防止病原微生物和害蟲危害植物，人為地采取某些手段和方法稱為病蟲害防治。

我國是林業大國，在林業發展過程中，由于受氣候、環境等各方面因素的影響，病蟲害隨之出現了逐年增多的新情況和新特點，植物病蟲害防治工作也從單一走向多元，“像保護眼睛一樣保護生態環境，像對待生命一樣對待生態環境”的珍愛自然觀和“實現大地山川綠起來，生活環境美起來”的理念已深入人心[2]。

樹木有著“三分靠種植、七分靠養護”的說法，如遇到病蟲害或在生長期出現態勢減弱的情況發生，就需要給樹木輸入一定的藥液，起到防治病蟲害、補充營養等作用。在病蟲害防治工作中，要結合病蟲害實際情況，運用科學、有效的方法，綜合防治病蟲害[3]。

林業病蟲害種類繁多，病蟲害的發生與發展嚴重影響了樹木的健康生長[4]。植物病蟲害被稱為“不冒煙的火災”，病蟲害輕者可致一棵或數棵樹木腐爛、潰瘍，或部分出現枯萎，嚴重的可致一棵或數棵樹木內部被掏空，甚至造成林木死亡，病蟲害的發生與發展嚴重影響了樹木的健康生長，導致自然生態保護系統被破壞。

植物與人們日常生活緊密相連，良好的生態環境是人類生存與發展的基本保證。隨著“五位一體”總體布局的實施，生態文明建設上升到舉足輕重的戰略地位，同時賦予林業在建設生態文明和推動綠色發展中的新地位、新使命、新任務。因此，在推進生態文明建設的過程中，要樹立和踐行人與自然和諧共生的發展理念，護佑植物的健康生長態勢，不斷提高病蟲害防治的能力和水平。

美麗環境是人們對幸福生活的永恒追求，事關民生福祉，為適應新形勢、新要求，及時防治林業病蟲害，科學技術扮演著至關重要的角色，在林業病蟲害綜合防治過程中采用新技術、新措施，不斷提高病蟲害綠色防控的能力和水平，已成為林業工作者的一項重要工作[5-6]。

2 我國林業病蟲害的發生現狀

植物受到病原物或非生物因子的侵擾后，植物內部的生理活動和外觀的生長發育出現異常狀態，受害部位先后會發生生理、組織、形態等一系列變化，最后發展為外部可見的變異癥狀。

近年來，受環境等各種因素的影響，我國每年發生的植物病蟲害種類呈逐年增多趨勢[7]，目前我國林業存在著超8 000余種的有害生物，其中，比較典型的有害生物達300多種[8]。此外，隨著我國經濟飛速發展，運輸產業也在不斷發展壯大，不同區域的植物交流也日趨活躍，導致外來危害性害蟲的傳播概率不斷提高，給生態環境系統帶來極大威脅，導致林業對人類產生的積極作用也隨之被削弱[9]。

3 傳統噴霧防治法的弊端

在林業病蟲害防治中，目前應用較多的病蟲害防治方法主要為常規傳統的噴霧防治法（也稱噴灑防治法），用噴霧機將含有化學農藥等成分的藥液噴灑至樹周皮和樹冠表層，噴灑防治方法在病蟲害防治方面起到了一定作用，但其弊端是飄浮在空氣中的藥液隨著空氣流動，不僅給樹木、土壤及周邊環境等資源帶來不同程度的污染，而且造成藥劑浪費[10]。

傳統噴灑防治方法已經與倡導健康、安全、環保的時代脫節，因此需要與時俱進地研發科學、環保的病蟲害防治技術，堅定不移地推進生態文明建設，推動實現更高質量、更有效率、更可持續、更為安全的綠色發展之路。林業工作者應積極推廣無公害施藥技術的應用，實現高效、環保、及時消殺病蟲害的目的，更好地控制林業病蟲害的發生與蔓延[11]。

4 微孔施藥注射技術

4.1 微孔施藥注射技術的優勢

微孔施藥注射是一種林業病蟲害防治技術，特點是具有操作靈活、簡便的優勢，并能有效降低藥劑成本、提高工作效率等優點。在實際應用過程中，無公害微孔施藥注射技術的防治效果明顯，對林業資源的可持續發展有著積極的促進作用[12]。

微孔施藥注射技術與常規傳統外用噴霧防治方法存在較大差異，主要優點是可將藥液注入樹體內部細胞組織[13]，藥液利用樹木木質部細胞組織傳導功能，實現藥物在樹體內均勻分布，實現對病蟲害的綜合防治、調節林木生長過程中的營養元素缺失。同時，這種方法使藥液注入的藥量十分精準，有利于藥效的更好發揮，且殺蟲范圍十分廣泛，對隱蔽性較強的害蟲具有較好的消殺效果，且不受風、雨等外界天氣因素的影響，不會給外界環境造成污染，能有效起到保護環境等積極作用，是一種防治病蟲害的有效方法[14]。

4.2 微孔施藥注射技術的應用

第一，應用原理。微孔施藥注射技術是用直徑3 mm左右的鉆頭在樹木生長期內，在距離地面10 cm左右的樹干木質部位鉆一個輸液孔洞，將貯液瓶或貯液袋倒掛于高處，然后將注射器針頭沿著鉆好的輸液孔洞插入樹木的木質部位，打開閥門開關，調節液體的流動速度，利用植株蒸騰作用，將藥液輸入樹木的各個細胞組織，促進細胞組織有效吸收藥物[15]。輸液完畢后即可關上開關，拔出針頭，在輸液孔處涂抹含有抑制有害病菌侵染、抑制病菌繁衍元素功效的傷口愈合劑，避免引起樹木孔口感染，起到保護樹木健康生長的目的[16]。

微孔施藥注射技術不能簡單地認為是將針頭刺進樹體內部即可，其中涉及多項技術指標要求和注意事項，要明確給樹體進行輸送的目的，厘清樹木的特性和病蟲害癥狀，針頭插入時的胸徑徑向木質部數值深度。不能插得過深，過深則容易破壞樹木的木質部細胞組織，過淺則藥液不能準確輸入至所需細胞組織，不能達到理想的防治效果。

第二，微孔注射器的可循環利用。在微孔施藥注射技術應用中，使用過的醫療器皿可以再次回收利用，將回收后用過的注射器放在溫水中浸泡2～3 h，等注射器皿里的藥劑被清水稀釋凈后即可，再將注射器皿清理干凈，晾干之后保存，下一次可再行繼續使用。多次回收再利用注射器皿，能避免資金浪費，還不會給環境產生污染[17]。

第三，輸液鉆孔至木質部位要準確。樹木從外到內依次是樹皮（周皮）—韌皮部—形成層—木質部—髓心。木質部是樹木的重要組成部分，木質部位于髓心與形成層之間，木質部具有內部細胞組織的運輸功能[18]。木質部由導管、管胞、木纖維、木薄壁、木射線這些細胞組織構成。當樹木在生長過程中發生病蟲害或需要補充一定的營養增強生長態勢時，因植物的導管生長在木質部，在進行藥液輸送時，要通過木質部細胞組織進行傳導。微孔輸入藥液，要保證輸液鉆孔時鉆透樹皮、韌皮部和形成層，到達木質部位，過深容易破壞樹木的木質部細胞組織，過淺則藥液不能輸入至有效細胞組織。

第四，普通鉆孔機無法滿足輸液鉆孔尺度精準控制要求。隨著推廣無公害施藥注射技術關注度的逐漸提升[19]，“靜點”施藥注射方法已經悄然興起。這種前景廣闊的無公害“靜點”施藥技術，限于目前的鉆孔機輸液鉆孔時，深度尺寸位置不易掌控，只是憑著感覺的方式向前推進鉆孔作業，而無法準確控制有效打孔尺寸深度至木質部位，在一定程度上制約了其推廣普及，存在的主要問題是鉆得過深容易破壞樹木的木質部細胞組織，過淺藥液不能準確輸入至所需木質部細胞組織，因而不能有效發揮無公害施藥技術的優勢。這個具有較好應用前景的施藥技術，只有在滿足高效、精準的鉆孔尺寸深度控制要求，才能發揮理想效果。

由無公害微孔施藥技術面臨的施藥鉆孔問題不難看出，要充分發揮智能裝備和系統在設計理念上的應用，創新結構工藝，使其滿足高效、精準的鉆孔要求，推進智能化在鉆孔深度上的推廣應用，促進“微孔”施藥注射方法在鉆孔至木質部位尺寸上能實現精準的目標尺寸效果。

5 新型半自動輸液打孔機

5.1 概述

要想助力微孔施藥注射技術發揮應有功效，就要提高木質部細胞組織定位的質量，加強運用現代科技手段在林業病蟲害防治中的應用。這款半自動輸液打孔機是在基于林業病蟲害綜合防治工作，秉承以完善“靜點”施藥技術在鉆孔深度尺寸位置精度準確的應用要求基礎上而設計的，可根據深度尺寸需要，設定鉆孔尺寸深度，充分發揮微控制器在設計理念上的應用，可迅速、精準地完成輸液鉆孔任務，提高勞動生產效率，實現林業高產、低耗和環保的目標。

該款新型半自動輸液打孔機蘊含了科技和與時俱進的時代思想主題，是以完善靜點施藥技術在鉆孔深度尺寸方面基于精度準確要求及兼具廣泛的應用前景為設計理念，將用戶端為實現可持續發展的環保思想融入創新設計之中。外觀靈感來源于人體手形的仿生意境，電鉆的造型呈現了“速度、尖銳、力量”的感受，這種對自然形態的抽象提煉和設計應用，映射了自然本身的靈氣和力量，突出使用舒適、便捷的美妙交融，探求使用者依戀實用主義的意境追求，體現人性化和實用性的自然時尚元素，融入科學和情感交互的審美情懷，作業時既舒適，還給人以賞心悅目的美感視覺效果，新技術的應用為林業病蟲害微孔施藥注射技術的發展起到了推動作用。

新型半自動輸液打孔機設有可自由拆卸的調節筒、緊固筒，調節筒靠近緊固筒的一端設有環形分布的導向桿，緊固筒處設有尺寸刻度，同時充分發揮微控制器在設計理念上的應用。微控制器將微型計算機的主要部分集成在一個芯片上，主要作用是控制程序代碼，保證所采集數據的精準，用于對電鉆機械的自動控制，協調和指揮電鉆系統的鉆孔電機、鉆頭操作。微控制器“嵌入”電鉆內部裝置，根據需要設定的尺寸數值標示進行控制，并負責向開關發出控制指令。微控制器由程序、指令等組成，是發布命令的“指揮中樞”，微控制器首先從刻度中讀取尺寸數據的代碼獲取傳感信息，并進行解碼和執行，向設備中的開關發送信號以控制運行。

新型半自動輸液鉆孔機在展開作業時，根據深度尺寸目標，在刻度處設定鉆孔尺寸數據，微控制器通過刻度處給予設定的尺寸數值標示，控制鉆頭按照預期的軌道和規定的運動參數推進，達到預期設定的尺寸時，自動停止作業，能精準控制鉆頭鉆孔尺寸深度。新型半自動輸液打孔機的設計推出彌補了鉆孔深度尺寸不易控制的缺陷，呈現了科技的動感應用，增添了穩固與科技元素的穿插寓意，帶給人們新穎的形態意境與無限的遐想互動空間，具有操作簡單、精度準確、藝術特色明顯、應用前景廣闊等特點，能在鉆孔作業中享受成功的魅力與愉悅，對林業病蟲害綜合防治工作具有重要的積極促進作用，也展現出了較好的發展前景。

5.2 應用優勢

普通鉆孔機在作業面上打孔時，操作人員只能憑借經驗和感覺打孔，并不能確切知道具體的尺寸深度數值，給操作工作帶來諸多不便。現有的普通鉆孔機無法滿足微孔施藥注射技術在鉆孔尺寸深度數值上的精準需要，因此，要創新設計出一種能滿足目標人群，并能提供舒適、良好工作面的新型輸液打孔機。

新型半自動輸液打孔機的設計依據機器和人的特點，能準確地體現用戶的情感，滿足實際工作需要。設計者在形態設計上將理性的元素以感性的形式呈現出來，使鉆孔機器和人達到一種相對平衡的關系，最終形成一個合理的人機環境，進而提高工作效率。作為一種新型的打孔機器，新型半自動輸液打孔機融入了情感和人性化色彩，具有高靈敏度、高準確度、快速響應等優點，可以有效減輕操作者的疲勞[20]。

這款新型半自動輸液打孔機是一種廣泛應用于微孔施藥注射技術中的專用電動鉆孔工具，其高效、便捷的特點使得它成為林業工作者在林業病蟲害防治中的得力助手，并已成為主要工具之一，在林業病蟲害微孔施藥注射技術鉆孔中發揮著重要作用。隨著新型半自動輸液打孔機的成功應用，其已成為林業病蟲害綜合防治中微孔施藥注射技術鉆孔中的重要組成部分。

5.3 物理原理

新型半自動輸液打孔機是一種利用電能驅動的旋轉式工具，基于電動機旋轉力矩驅動鉆頭，靠鉆頭的高速螺旋運動，增強鋒利的鉆頭鉆進樹層的沖擊力量。當電機的旋轉力矩通過加大鉆頭的動力，使鉆頭循環運動的沖擊力量破碎樹層，從而使鉆頭在樹木上更好地做刮削形式洞穿，呈現圓形口洞，實現對被鉆樹體的鉆孔，并將孔內產生的樹屑帶出孔口，鉆出適合標準尺寸的孔洞，繼而能夠迅速、準確地完成對樹木鉆孔至木質部位的任務要求。

5.4 主要技術參數

新型半自動輸液打孔機材質主要為不銹鋼、鋁合金、高速鋼等，不銹鋼外殼規格為17 cm×21 cm。如圖1所示，該打孔機包括：電鉆（內置電機）（1）作業端上設置有可拆卸安裝的用于調整鉆頭（3）和裸露距離的調整組件（2）；調整組件（2）包括：可拆卸安裝在電鉆（1）上的緊固筒（201）和調節筒（202），調節筒（202）呈現內部中空且兩端貫穿的錐形狀，調節筒（202）靠近緊固筒（201）的一端設有若干環形分布的導向桿（203），對應的緊固筒（201）上預設有用于導向桿（203）活動的槽孔，在緊固筒（201）上設有與擇一槽孔互通的導向槽（205），對應的其中一導向桿（203）上設有延伸出導向槽（205）外的推板（206），且緊固筒（201）上等距設有刻度表。

電鉆（1）上預設有外螺紋，對應的緊固筒（201）內設有用于與外螺紋連接的內螺紋。緊固筒（201）的外表面預設有螺紋端，并通過螺紋端螺紋連接有用于限位推板（206）和移動的限位環（204），限位環（204）設為2個，且推板（206）處于2個限位環（204）之間。電鉆（1）作業端內延伸設置有用于控制程序的微控制器（101）。

電鉆（1）手持端設有角度調節組件（4），其中，角度調節組件（4）包括安裝座（401）、第一扣板（402）和第二扣板（403），第一扣板（402）通過活動軸設置在安裝座（401）上，且第一扣板（402）扣接在電鉆（1）手持端的底部，第二扣板（403）扣接在電鉆（1）手持端的背部上方，安裝座（401）為內部中空且頂部貫穿的矩形體，在安裝座（401）內傳動設有一絲桿（405），絲桿（405）上螺紋連接有一滑座（406），滑座（406）和第二扣板（403）之間均通過鉸接軸安裝有同一個調節桿（404）。

安裝座（401）上設有角度標識，且滑座（406）的頂部局部延伸出安裝座（401）外，對應的在滑座（406）上設有指示標（407）。安裝座（401）的頂部固設有第一把手，對應的在安裝座（401）的底部設有第二把手，第二把手呈現“L”形狀。開關（5）設在手持端上部內側。作業時具有操作簡便、靈敏度高、鉆孔尺寸精度準確、使用安全等特點，能夠輕松完成大量的樹木鉆孔任務，既能提高鉆孔質量，又能提高工作效率。

5.5 在微孔施藥注射技術中的應用

使用該打孔機對樹木進行鉆孔時，

先要根據樹木直徑測算出木質部距外表皮尺寸深度的數值，在緊固筒處設有的刻度表上設定測得的木質部距外表皮尺寸數值。按下設置在手持端的開關，電源通過開關啟動后，鉆孔電機將電源提供的電能轉化為機械能，通過推動推板和導向桿使調節筒驅動鉆頭，開始高速螺旋式移動推進作業，增強鉆頭鉆進樹層的沖擊力量，使鉆頭循環運動的沖擊力量破碎樹層。在旋轉移動時，絲桿通過指示標指示到對應的角度標識上，以此提示電鉆是否有角度存在不同程度的傾斜，并通過調節桿控制傾斜角度，從而使鉆頭在樹木上更好地做刮削形式洞穿，鉆出適合標準尺寸數值的孔洞。當鉆頭鉆至刻度表上設定的尺寸數值時，負責采集數據和控制程序代碼的微控制器向開關發出感應信號，開關接收到微控制器發出的已完成鉆孔至設定數值尺寸的感應信號后，鉆孔電機、鉆頭自動停止工作，拔出已鉆至木質部位的鉆頭，再將貯液袋倒掛于高處，將注射器針頭沿著鉆好的輸液孔洞插入樹木的木質部位，打開輸液管閥門開關，調節好液體的流動速度，利用植株的蒸騰作用將藥液輸入樹木的各個細胞組織。輸液完畢后關上開關，拔出針頭，在輸液孔處涂抹含有抑制有害病菌侵染和抑制病菌繁衍元素功效的傷口愈合劑即可完成操作作業。

5.6 在林業病蟲害微孔施藥注射技術中應用的重要性

在林業病蟲害防治中，科學技術的應用構成核心元素，不僅可以增強防治效果，還能在烘托和激發人的工作情感能動性方面發揮著積極作用。新型半自動輸液打孔機具有較強的穩定性和靈敏度，還具有噪聲小等優點，在作業操作時不會對周圍的生態環境產生噪聲，可以實現數字化運行，使機器精準地打出通往木質部且大小合適的輸液孔，其優勢在于解決了普通打孔機出現的鉆孔尺寸深度不易控制的問題，為微孔施藥注射技術的推廣應用發揮了積極作用。

新型半自動輸液打孔機的數據處理能力較強，可以自動分析和傳輸數據，具有體積小、功耗低、易于集成的特點，結合微控制器和尺寸刻度的精準性，保證采集數據的可靠，協調和指揮設備運行。微控制器通過自動采集到的數據，對獲取的數據信息進行分析和處理。新型半自動輸液打孔機通過對數據的分析和處理，識別工作情況，實現數字化運行。新型半自動輸液打孔機可以將處理后的數據傳輸至控制系統，實現自動運行，減輕人工處理數據的負擔，還能為林業病蟲害微孔施藥注射技術實現鉆孔精準性和提升勞動生產效率起到積極作用，實現林業的高產、低耗和環保，從而提高病蟲害綠色防控水平。

6 結束語

林業資源是人類賴以生存和發展的寶貴資源，林業病蟲害防治是林業保護的重要任務之一。隨著社會的不斷進步與創新發展，林業病蟲害防治離不開新技術的支撐，在林業病蟲害防治工作中，科學技術的應用扮演了舉足輕重的角色，智能設備的融入為林業病蟲害防治賦予了科技推動力量，通過大力發展現代化智能技術，既大幅提高了工作效率，又打破了遇到的瓶頸。

半自動輸液打孔機是一種新型的鉆孔機器，結構工藝新穎，精度準確，效果明顯，可控制鉆孔尺寸深度，能夠有效地鉆孔至有效部位，填補了普通打孔機不能控制鉆孔尺寸深度的缺陷，提升了微孔施藥注射技術鉆孔木質部位的精準性，降低了勞動作業成本，具有較高的應用價值，為微孔施藥注射技術的應用完善發揮了積極作用，也為推動智慧林業可持續發展提供了可靠的保障。

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