我国生态施药技术现状与发展趋势

王帅军　李明贵　俞雪奇

摘 要：农业可持续发展已经成为当今世界农业发展的主流趋势，而实现农业可持续发展需要解决的问题之一就是农作物病虫害防治。现阶段防治病虫害的主要手段仍然是化学药剂防治。相比于传统人工地面背负式手动喷雾作业，现代施药机具和技术更加多样化。介绍了国内喷药技术的特点及优势，说明了国内喷药技术发展研究概况，分析了我国喷药技术面临的问题并阐述了未来喷药技术的发展趋势。可持续发展做为当今世界发展的主流思想，我国农业可持续发展已成为农业产业未来发展的主要方向，而限制我国农业可持续发展的制约因素有很多，如施药机械现代化程度不高、喷药技术落后等问题都亟待解决。

关键词：喷药技术；施药机械；我国现状；发展趋势

中图分类号：S49 文献标识码：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.08.009

我国各主要农作物种植面积均位于世界前列，我国农业科技相对落后，每年需要大量化学药剂进行病虫害的防治工作。目前我国在农业防治方面的技术还比较落后，农药利用率低，影响农业生物灾害的防控能力，而且还造成了农产品农药残留超标、污染生态环境、给人身心健康带来隐患等一系列问题。因此，在满足病虫害的防治工作的同时，控制农产品农药残留问题、保护生态环境已经成为农业防治的重点问题。研发低毒、高效环保的新型农药是今后化学药剂发展的必然趋势。只有这样才能从源头上解决农产品农药残留超标、污染生态环境、危害身心健康等一系列问题。

1 国内化学药剂及施药机械使用现状

当前，我国农药年生产量已达755 万t（100%有效成分计），实际产量约40万t，化学药剂年均用量居世界农业大国前列。因病虫害每年需要进行农药喷雾作业的面积在3亿hm2左右，农药年消耗量在100万t。目前我国广大农民植保主要使用的施药机械以中小型手动和机动喷雾器为主，大型的施药机械较少，由于施药机械技术落后，所以造成农产品农药残留超标、污染生态环境、给人身心健康带来隐患等等问题[1]。

2 施药方法的现状

国内科研人员研究施药方法的时间较短，就目前来讲，大部分使用者在工作时方法单一，还是利用喷雾机械将农药加水稀释后，喷洒到作物表面，药液附着在作物表面，极易流失。同时手动喷雾器采取的药液雾化的方式，是通过高压由狭小的喷孔喷出，不利于液体分散，药液需经过一段空气阻力才能达到完全雾化。传统的施药方法，很难使雾滴充分雾化。

我国在农业生产中还有很多问题，其中主要存在的问题就是施药水平落后，至今我国许多地方仍沿用20 世纪50 年代的大容量淋雨式喷雾法，不但农药浪费严重，而且药液在作物表面的附着效果极差；目前在我国农业地区喷药作业还不能达到因地制宜的效果，难以实现针对不同土壤采取不同的、有针对性的施药办法和药剂用量，还是一贯采用大面积喷洒，大容量喷雾技术[2]。

3 智能施药技术

随着现代技术的不断发展，微电子技术、信息技术等许多新型技术现已在发达国家的值保机械中得到了广泛应用，并向着智能化、机电一体化方向快速发展。目前我国在智能施药方面水平只有发达国家20世纪60～70年代的水平。近年来，我国农业专家在仿形喷雾、对靶喷雾和变量喷雾等智能喷雾领域也进行了较深入的研究。

3.1 仿形喷雾

仿形喷雾是在喷施药液时，要求农机达到自动化的精确喷雾，我国学者对信号采集、图像处理、施药决策和数据交换等进行深入研究，提出了基于相对色彩因子的树木图像分割算法，为以后我国对仿形喷雾的研究打下了基础[3]。

仿形喷雾主要应用在果树作业，张建瓴等从仿形运动的角度，设计出一种果树仿形喷雾系统。该系统通过单片机控制各关节的步进电机。使机构能够根据果树形状，并按照靶标的形状进行喷头位置调节，当喷头运动到作业位置时，启动喷雾阀对果树进行喷雾作业，实现精准喷雾。仿形喷雾是一个机电一体化系统，由三部分构成：机械部分、喷雾部分、单片机检测及控制系统部分。控制系统是实时精准喷药的核心。用摄像头采集田间信息，利用系统区分杂草的分布及覆盖率，利用模糊控制决定施药剂量[4]。仿形喷雾主要应用在果树种植领域，仿形喷雾是通过检测植被的实际形状来完成喷药作业的。

3.2 对靶喷雾

对靶喷雾是实现高效低污染的一种智能喷雾技术，所谓对靶喷雾就是只针对目标作物进行喷药作业。我国对靶喷雾采用基于红外传感探测技术进行作物自动识别，采用图像传感技术，识别作物外形和作物部位，为对靶喷雾提供精准定位。与其他喷雾技术相比可以节省药液50%～75% 以上[5]。但是使用红外传感探测技术进行作物自动识别，图像传感技术目前还未在实际生产中得到推广应用，主要由于控制技术复杂，生产费用昂贵，不符合我国现阶段农业需求，尚不能用于农业生产。但是对靶喷雾发展前景好，高效喷雾可有效减少农药使用量，也减少了农药用量过度造成环境污染。

3.3 变量喷雾

变量喷雾源于”精细农业”要求，对每一块土地采取最合理的资源均匀而准确地按需施药。变量喷雾的实现包含两大部分：即决策的生成和决策的执行，目前比较成熟的決策生成技术有两种基本方式：基于地图信息的决策生成技术和基于实时传感器的决策生成。

我国目前对于变量喷雾的研究主要方向在于控制系统方面。陈勇等人开发了基于机器视觉和模糊控制原理的精确农药可变量喷雾控制系统。通过机器视觉采集识别目标，模糊控制器根据目标形状，选择垂直喷杆上的喷头进行农药喷洒，从而可以大幅度减少农药使用量[6]。邱白晶等人为了验证变量喷雾系统基于地图信息的实时性能，对变量喷雾装置的响应性能进行了有关试验，试验表明，由于系统响应延时的存在，会造成地段喷雾分布不均匀，导致整个变量喷雾作业的喷量误差加大，要想尽量减少系统响应带来的误差，需通过调节值保机械的行进速度寻找合适的行进速度，并设置一定的预留时间[7]。

4 生态喷药前景

在目前国内病虫草害防治以化学防治为主，要想取得满意效果，就要采取先进的喷药方法。因为喷药的技术水平将会直接影响农药对病虫草害的防治效果。因此，必须根据不同农剂、不同防治对象、不同生态环境等因素，因地制宜的选择合理的喷药方法才能达到让人满意的防治效果。今后我国喷药方法的研究应该注重的发展方向有：

（1） 加强科技攻关，提高生物农药产品质量，发展生物农药的规模生产和产品的多样化。

（2）加强对植保机械、喷药方法的研发。

（3）在農民中普及农药基础理论指导，指导农民安全、规范使用农药，不盲目增加药剂用量。每年更换不同种类的农药，防止品种单一化，影响治理效果，同时结合其他方法综合防治。

（4）以降低有害生物种群为目标，以农药防治、生物防治等为主、化学药剂为辅，充分发挥气象因子、水肥管理等对有害生物的控制作用，建立可持续体系。

5 结论

现阶段我国常用药剂已有180多种，相对而言喷药技术的研究开发不足。目前我国农民以小型背负式手动喷雾器为主，这种喷雾器由于靠人力驱动压力不稳定，使喷出药液的流量、雾液大小不停变化，导致喷药难以达到预计的效果，同时还给生态环境造成极大破坏。面对我国人口不断增长，耕地日益减少，粮食需求加剧，环境保护日以重要的情况，喷药技术向“高工效、精喷洒、低污染”的目标发展是当务之急。

参考文献：

[1] 戴奋奋.简论我国施药技术的发展趋势[J]植物保护，2004（4）：5-8.

[2] 史万苹，王熙，王新忠，等.基于GPS 和GIS 的变量喷药技术研究[J].农机化研究，2007（2）：19-21.

[3] 葛玉峰，周宏平，郑加强，等.基于机器视觉的室内农药自动精确喷雾系统[J].农业机械学报，2005，36（3）：86-89.

[4] 张建瓴，陈树军，可欣荣，等.仿形喷雾装置的设计及分析[J].现代制造工程，2006（1）：120-122.

[5] 何雄至，严苛荣，储金宇，等.果园自动对靶静电喷雾机设计与试验研究[J].农业工程学报，2003，19（6）：78-80.

[6] 陈勇，郑加强.精确施药可变量喷雾控制系统的研究[J].农业工程学报，2005，21（5）：69-72.

[7] 邱白晶，李佐鹏，吴昊，等.变量喷雾装置响应性能的试验研究[J].农业工程学报，2007，23（11）；148-152.