基于農機自動化技術的農作物病蟲害防控策略研究

冉一茜 ，張 熙

（貴州省銅仁市植保植檢站，貴州 銅仁 554300）

農業作為全球食品供應的支柱，面臨著日益嚴峻的挑戰，其中農作物病蟲害問題尤為突出。這些害蟲和病原體危及著農作物的生長與產量，對食品安全和農業可持續性構成了巨大威脅。傳統的防控方法效率不高，資源浪費嚴重。本文將深入研究農機自動化技術的應用，包括監測、噴灑和施藥以及數據分析的關鍵作用。通過案例分析和數據支持，為現代農業的可持續發展提供新思路和新方法。

1 農作物病蟲害的現狀和影響

1.1 農作物病蟲害的種類和傳播方式

農作物病蟲害包括了一大類害蟲和病原體，它們對不同類型的農作物構成了潛在威脅。在農作物的生命周期中，可能受到的害蟲攻擊主要包括昆蟲、螨類、蠕蟲等。這些害蟲可以通過不同的方式侵害作物，如咀嚼葉片、吸食植物汁液、挖掘根系或幼苗；還會通過傳播病原體來感染植物，農作物的病原體主要包括細菌、真菌、病毒和原生動物。這些微生物病原體可以通過多種途徑傳播，包括空氣傳播、土壤傳播、種子傳播和昆蟲傳播等。例如，某些真菌通過孢子在濕潤的環境中傳播，而病毒通常通過受害植物的體液傳播給健康植物。這些病蟲害不僅種類多樣，還在傳播方式上具有復雜性。不同的害蟲和病原體可能在不同的季節、氣候條件和地理位置下活躍，這使得病蟲害的防控變得更加具有挑戰性[1]。此外，一些病蟲害可能在農田內迅速擴散，造成大面積的損失，對農業生產和糧食安全產生嚴重影響。

1.2 農作物病蟲害對農業的影響

1）產量損失。農作物病蟲害是導致農作物減產甚至完全喪失收成的主要原因之一。害蟲和病原體可以破壞作物的根、莖、葉片和果實，導致作物生長受限、枯死和減產。這不僅降低了農產品的產量，還對農民的經濟收入和國家的糧食供應造成了嚴重威脅。

2）質量下降。農作物病蟲害不僅減少了產量，還對農產品的質量產生了負面影響。受害的農作物可能出現變色、病斑、畸形等問題，降低了產品的市場價值和食用價值。此外，某些病原體還可以產生毒素，對人類和動物的健康構成威脅。

3）生產成本上升。為了應對病蟲害，農民不得不增加農藥、化肥和勞動力等生產成本。這不僅增加了農業的經濟負擔，還可能對環境造成負面影響，如化學農藥對土壤和水源的污染。

4）食品安全問題。一些農藥和農藥殘留物可能在農產品中積累，對人體健康構成威脅。病蟲害的防治需要謹慎管理農藥的使用，以確保食品安全，這增加了監管和管理的復雜性。

5）破壞生態平衡。病蟲害的防治通常依賴于化學農藥，這可能破壞農田生態系統的平衡。例如，過度使用農藥可能導致有益昆蟲的損失，進一步加劇害蟲問題，形成惡性循環。

6）社會經濟影響。農作物病蟲害會對農村地區的社會經濟狀況產生負面影響。減產和收入下降可能導致農村貧困率上升，農民的生計受到威脅。此外，農業經濟的波動也會對國家的經濟穩定產生一定程度的影響。

農作物病蟲害的影響不僅僅局限在農田內，它們波及了整個農業生產鏈，對農民、食品供應鏈、經濟和環境都構成了重大挑戰[2]。為了解決這些問題，需要采取綜合的防控策略，包括基于農機自動化技術的現代化方法，以提高精準性和效率，減輕病蟲害對農業的不利影響。

1.3 傳統農業防控方法的局限性

1）傳統農業防控方法通常是基于經驗和周期性的安排，而不是基于實時數據和科學模型的決策。這意味著農民往往依賴于傳統的農事時間表來施用農藥和進行其他防控，而忽視了不同季節和氣候條件下病蟲害的變化。這種固定的方法可能會導致在某些時期過度施藥，而在其他時期未能及時采取必要的防控措施，影響了防治效果。傳統防控方法在防治過程中往往廣泛使用化學農藥，這帶來了一系列問題。農藥的過度使用可能導致害蟲和病原體產生抗藥性，使得后續的防治工作變得更加困難[3]。此外，化學農藥易對生態環境產生負面影響，污染土壤和水源，損害非靶標生物，破壞生態平衡。

2）傳統農業防控方法通常缺乏精準性和個性化。它們往往是廣泛施用于整個農田，而無法根據實際情況進行精確的施藥和防控。這不僅浪費了資源，還可能導致過度使用農藥，增加了成本并對環境造成傷害。傳統方法也受到信息不足的限制，農民通常難以獲取及時、準確的病蟲害監測信息，難以預測病蟲害的發生和傳播，從而難以采取及時的防治措施。

2 農機自動化技術的潛力和應用

2.1 農機自動化技術概述

1）農機自動化技術代表了現代農業技術的一個巨大飛躍，其潛力和應用領域正在引領農業革命性變革。農機自動化技術基于信息技術、傳感器技術和機器學習等領域的進展，旨在實現農業生產過程的智能化、自動化和精確化。這些技術的核心是將先進的傳感器和監測設備嵌入到農業機械中，從而使這些機械具備感知和決策能力。傳感器可以收集有關土壤、氣象、作物健康和病蟲害等方面的大量數據。這些數據通過連接到云端的系統進行分析和處理，然后將決策指令發送回農機，使其能夠根據實時情況自動調整操作，包括播種、施肥、灌溉、噴灑農藥等。農機自動化技術的潛力之一是提高農業生產的精準性。通過精確的數據收集和實時監測，農機可以更準確地適應不同地區的土壤特性、氣象條件和作物需求[4]。這有助于最大程度地減少資源浪費，如農藥、化肥和水資源，同時提高了農產品的產量和質量。

2）農機自動化技術具有提高生產效率的潛力。農機可以在不需要人為干預的情況下執行農業任務，減輕了農民的勞動負擔，并且可以在不受時間限制的情況下工作，使農業生產更加靈活和高效。有助于改善農作物病蟲害的監測和防治。傳感器可以監測作物的健康狀況，及時發現植物疾病和害蟲侵襲的跡象。這使農機能夠根據需要精確施藥或采取其他防治措施，減少了化學農藥的使用，有益于環境保護。

2.2 農機自動化技術在農作物病蟲害防控中的應用

1）農機自動化技術在農作物病蟲害監測方面發揮了關鍵作用。通過搭載各種傳感器，農機可以實時監測農田內的環境條件，包括土壤濕度、溫度、濕度和氣象數據等。將這些數據與作物生長模型相結合，使農機能夠準確識別潛在的病蟲害風險[5]。例如，如果監測到某一地區的濕度和溫度條件適宜特定害蟲的生長，農機可以自動報警提醒農民或采取適當的措施，如定時噴灑生物農藥或釋放天敵以控制害蟲數量。

2）農機自動化技術使得智能施藥和施藥量的精確調整成為可能。通過集成先進的控制系統，農機可以根據實時監測到的數據自動調整農藥的噴灑量和噴灑位置。這種個性化的施藥方法減少了農藥的浪費，降低了對環境的影響，并有助于避免過度使用化學農藥，減少害蟲對農藥的抗性發展。

3）農機自動化技術還促進了數據分析和決策支持系統的發展。通過不斷積累的農田數據，農機可以協助農民制定更加智能的決策。這包括根據歷史數據預測病蟲害暴發風險、優化作物管理策略以及提高生產效率。這種數據驅動的方法使農業生產更具可持續性，能夠更好地適應氣候變化和環境挑戰。

2.3 農機自動化技術的優勢和挑戰

1）農機自動化技術的優勢之一是提高了農業生產的精準性。通過實時數據監測和智能決策支持系統，農機可以更準確地適應不同地區的環境條件，包括土壤類型、氣象數據和作物生長狀態。這有助于最大程度地減少資源浪費，提高了作物的產量和質量。農機可以在無需人為干預的情況下執行各種農業任務，從播種到收獲，甚至包括作物病蟲害的監測和防控。這不僅減輕了農民的勞動負擔，還可以在不受時間限制的情況下工作，提高了農業生產的效率和靈活性，改善了病蟲害的監測和防治效果。傳感器可以實時監測作物的健康狀況，及時發現植物疾病和害蟲侵襲的跡象[6]。這有助于農機根據需要精確施藥或采取其他防治措施，減少了化學農藥的使用，有益于環境保護。

2）農機自動化技術也面臨著一些挑戰。其成本較高，包括設備和培訓的投資。這可能使其不太容易在一些農村地區廣泛應用，特別是在資源有限的小農場。數據隱私和安全問題也是一個關鍵挑戰。農機自動化技術涉及大量敏感數據的收集和傳輸，包括土壤信息、農業實踐和作物狀況。因此，必須采取適當的措施來保護這些數據的安全和隱私。技術標準和監管政策的制定也需要與農機自動化技術的發展同步進行[7]。確保設備的互操作性、數據共享和標準化將是一個復雜的任務，需要政府、農業企業和技術提供商的合作。

3 基于農機自動化技術的農作物病蟲害防控策略

3.1 農機自動化在農作物病蟲害監測中的應用

1）農機自動化技術在監測中利用了各種傳感器和監測設備，這些設備可以實時收集大量與農作物健康相關的信息。例如，通過土壤傳感器，農機可以測量土壤濕度、溫度和養分水平。通過圖像傳感器，可以拍攝作物圖像，檢測植物的顏色、形狀和生長狀態。通過氣象傳感器，可以監測氣溫、濕度、風速和降雨量等氣象數據。這些數據的綜合分析為病蟲害監測提供了全方位的視角。

2）農機自動化技術能夠將這些數據與現代數據分析技術相結合，以提前識別潛在的病蟲害威脅。機器學習算法可以在收集的數據基礎上構建模型，通過檢測異常模式和變化趨勢，警示農民潛在的病蟲害風險。這種預測性監測不僅提供了時間上的優勢，還有助于及時采取必要的防治措施，減少病蟲害對農作物的損害[8]。

3）農機自動化技術實現了實時監測數據的云端存儲和共享，使得多個農田和農民可以實現信息的共享和協作。這種數據共享有助于農業社區更好地理解當地和全球范圍內的病蟲害趨勢，更好地應對未來的挑戰。農機自動化技術在農作物病蟲害監測中的應用不僅提供了更多的數據，還將監測過程變得更加高效、智能和可持續。

3.2 農機自動化在農作物病蟲害防控中的應用

1）農機自動化技術通過在噴灑設備中集成高精度傳感器和實時數據處理系統，實現了農藥和肥料的智能化施用。這些傳感器可以實時監測農田的土壤狀況和植物健康狀況，包括土壤養分含量、濕度、pH值，以及作物的生長狀態和植被指數。基于這些數據，農機可以調整施藥設備的工作參數，如噴灑量、施藥時間和位置，以實現更加個性化和精確的施藥。

2）農機自動化技術采用了實時監測和反饋的機制，可以在檢測到病蟲害或植物應力跡象時立即采取行動。例如，如果某一區域的植物受到害蟲侵襲或病原體感染，傳感器將立即檢測到這一情況并發送警報。農機可以自動識別受影響的區域并進行精確噴灑農藥，僅在需要的地方進行施藥，避免了不必要的農藥浪費。農機自動化技術還可以結合地理信息系統（GIS）和全球定位系統（GPS）等，實現場地級別的噴灑和施藥[9]。這意味著農機可以根據農田的不同特性，如土壤類型、坡度和水分分布，自動調整施藥策略，從而進一步提高施藥的精確性。

3）農機自動化技術的智能化噴灑和施藥不僅提高了防治效果，還減少了化學農藥的使用量，有益于環境保護。這種精確施藥策略有助于降低農田和周邊環境中農藥殘留的風險，減少了土壤和水源的污染，有助于生態平衡的維護。農機自動化技術在智能化噴灑和施藥方面的應用為農作物病蟲害防控提供了創新性的解決方案。它提高了精準性、效率和可持續性，有助于農業生產更好地應對病蟲害挑戰，同時減輕了農民的工作負擔，提高了農產品的質量。

3.3 數據分析和決策支持系統的應用

1）數據分析是數據驅動決策的基礎。農機自動化技術產生了大量的農田數據，包括土壤信息、氣象數據、作物生長情況和病蟲害監測結果等。通過分析和處理這些數據可以揭示出隱藏在其中的規律和趨勢。例如，通過歷史數據分析，可以預測出病蟲害發生的概率和可能的季節性趨勢，從而提前采取防治措施。數據分析還可以幫助優化施肥、灌溉和作物管理策略，提高生產效率和資源利用率。

2）決策支持系統是基于數據分析的結果，為農民提供實時的建議和指導。這些系統將分析出的信息轉化為易于理解的決策支持工具，以幫助農民制定合理的農業策略[10]。例如，在監測到特定病蟲害的風險增加時，決策支持系統可以發出警報并提供建議，建議農民采取相應的防治措施。這種及時的反饋有助于農民快速做出決策，最大限度地減少病蟲害對農作物的損害。

3）決策支持系統還可以結合地理信息系統（GIS）和全球定位系統（GPS），實現精確的空間決策。通過這種方式，農民可以根據農田的不同特性，如土壤類型、坡度和水分分布，定制個性化的決策。這有助于優化資源的使用效率，提高農業生產的可持續性。

4 典型案例分析

4.1 智能噴霧機防治棉花病蟲害案例

位于我國新疆的某棉花種植農場面臨著來自棉鈴蟲等害蟲的持續威脅。在采用傳統噴藥方法時，無論是否存在害蟲的實際威脅，農民通常會按照固定的時間表均勻噴灑農藥。引入智能噴霧機，配備了多種傳感器，包括圖像識別攝像頭、土壤濕度傳感器以及氣象監測設備。這些傳感器可實時監測棉花田地的各種參數。

在一次棉鈴蟲大暴發事件中，智能噴霧機的數據收集和分析起到了關鍵作用。傳感器檢測到了受害的棉花植株，然后系統通過圖像識別技術確認了棉鈴蟲的存在。同時，土壤濕度傳感器檢測到了地下水分的不均勻分布，這提示農民可能存在澆水不足問題，這也是棉鈴蟲大暴發的一個風險因素。隨后分析了這些數據，發出了警報。農民立即得知了問題所在，而不必等待可見的損害出現。系統建議根據棉鈴蟲的位置和密度以及土壤濕度，進行局部化的噴藥。這一建議是高度個性化的，以最大限度地降低農藥的使用量，保證了防治效果。數據也顯示出令人印象深刻的成果。與以往的均勻噴灑相比，農藥的使用量減少了40%，而棉花的產量卻增加了15%。這不僅提高了農民的收入，還減輕了對環境的不良影響。凸顯了數據驅動決策和個性化施藥策略的價值，這對于有效防治棉花病蟲害和提高農業生產效率至關重要。這也是農機自動化技術為現代農業帶來的積極影響之一，為農民和農業產業創造了實質性的經濟和環境效益。

4.2 無人機監測水稻病蟲害案例

某農場位于我國南部，是一家專門種植水稻的大型農業企業。水稻是我國的主要糧食作物之一，但長期以來，水稻病蟲害對產量和質量造成了重大威脅。農場管理層認識到有必要引入現代化技術來提高水稻病蟲害的監測和管理效率。

農場決定采用無人機監測技術以改善病蟲害防治策略。他們租用了一臺配備高分辨率多光譜相機的農業無人機，并雇用了專業的飛行員和數據分析師。每周，無人機會在不同的水稻田地上空飛行，收集各種數據，包括植被指數（NDVI）、地溫、植物高度和葉片顏色等。在一個生長季節內，無人機監測系統積累了大量數據，并生成了詳細的水稻田地地圖。通過無人機監測系統，農場管理團隊能夠實時了解水稻田地的健康狀況，并采取針對性的措施。他們通過在受影響的區域進行精確施藥和蟲害控制，有效降低了農藥的使用量，減輕了環境負擔。此外，水稻產量也有了顯著提高，而質量保持了穩定。

根據農場的報告，通過無人機監測系統，他們成功將農藥使用量減少了20%以上，而水稻產量增加了8%。這些數據表明，無人機監測在提高水稻生產效率和降低農藥成本方面取得了顯著的成果。

5 結論

基于農機自動化技術的農作物病蟲害防控策略代表著現代農業的未來，農作物病蟲害對農業造成了巨大威脅，傳統防控方法效率有限且存在環境問題。農機自動化技術以其精準監測、智能施藥和數據驅動的精準決策為農業帶來了新希望。智能噴霧機在棉花病蟲害防治中的成功案例向人們展示了這一巨大潛力。數據分析和決策支持系統的關鍵作用使農民能夠更好地了解和應對病蟲害威脅。毋庸置疑，農機自動化技術必將推動農業生產朝著更智能、更高效和更可持續的方向發展，有助于農業農村現代化。