山地果园管道喷雾技术及植保机械研究进展

李昕昊 王鹏飞

摘要    我国作为世界最大的水果出产国，果品质量影响着水果产业的发展，而喷施农药是保证果品质量、减少病虫害的有效途径。但是，作为适宜水果种植的丘陵山地地区的果园植保机械化水平低。因此，发展适宜的果园植保机械才能促进我国水果产业的长期良性发展。本文简要介绍了目前我国适用于山地果园植保的管道喷雾设备、小型喷雾机、电动遥控喷雾技术、轨道搭载风送式喷雾机以及无人机喷雾技术，以期为促进山地果园的发展提供参考。

关键词    果园;管道喷雾;植保机械;山地

中图分类号    S49        文献标识码    A

文章编号   1007-5739（2020）13-0147-03                                                                                     开放科学（资源服务）标识码（OSID）

Abstract    As the largest fruit producer in the world， the quality of fruit affects the development of fruit industry in China， and spraying pesticide is an effective way to ensure the quality of fruit and reduce pests. However， the level of orchard plant protection mechanization is low in hilly and mountainous areas where is suitable for fruit planting. Therefore， the development of suitable orchard plant protection machinery can promote the long-term sound development of China′s fruit industry. This paper briefly introduced the current pipeline spraying equipment， small sprayer， electric remote control spray technology， track mounted air spraying sprayer and unmanned aerial vehicle spraying technology applied to plant protection in mountain orchard in China， so as to provide references for promoting the development of mountain orchard.

Key words    orchard; pipeline spray; plant protection machinery; mountain

我國地域辽阔，地形丰富，其中我国国土面积的65%左右是丘陵山地，而丘陵山地适合果品经济的发展，由此我国成为了世界上最大的水果出产国之一[1]。因此，研究并发展适宜的果园植保技术，能够保证整个水果产业链可持续的健康发展[2]。

果树的病虫害防治工作是整个果园管理工作中极其重要的环节，该环节主要依靠喷施农药，随着季节变更，气候变化，每年喷施农药8～15次，其工作量占整个果园管理工作总量的30%左右[3-5]。但是，当前我国丘陵山地果园病虫害防治工作机械化作业水平仅为7.5%，因而提高山地果园病虫害防治技术水平已然成为我国果园规模化发展的必然趋势[6-7]。借鉴国外经验，研发并推广适合我国实际情况的山地植保机械是当前促进山地果园发展的重点。

1    山地果园植保技术

丘陵山地是我国优质果园的集中地，山地果园种植面积大且果品质量好，但由于地形复杂、行株距狭窄，不适合大中型喷雾机械作业。因此，山地果园多采用自动喷雾设备、小型喷雾机以及管道喷雾方式，以提高喷雾效率[8]。

鉴于移动式机械喷雾设备难以进入山地果园的情况，管道喷雾成为规模化果园提高喷雾效率的有效手段。因此，我国自20世纪80年代中期引入管道喷雾技术后便得到迅速发展[9]。为应对丘陵山地果园的复杂地形，小型喷雾机也得到了广泛应用及研究，此类小型喷雾机机身尺寸小，行走灵活，在丘陵山地果园和低矮密植果园有良好的通过性[10]。此外，电动遥控喷雾技术、轨道搭载风送式喷雾机以及无人机喷雾技术也在部分山地果园中得以应用。以上山地果园植保技术的发展均以提高喷雾效率、克服山地复杂地形及种植模式为前提。因此，为大力发展山地果园，需要协调好农艺与农机之间的适应关系，研发更合适的山地果园植保技术。

2    山地果园管道喷雾技术

山地果园管道式喷药设备包括电磁阀、清水池、给水泵、调比泵、药液池、控制系统、过滤器、液位传感器、造雾主机、涡轮流量计、压力变送器、干管、支管和喷头等。喷药设备工作时，控制系统上电初始化，控制系统实时监测清水池和药液池的液位高度;通过手动调节调比泵，设定农药与清水比例，实现药液精准配比;涡轮流量计、压力变送器与控制系统电连接;ARM模块控制喷雾时间、流量和压力，实现喷雾自动控制;射频模块和ARM模块通过遥控器进行远程数据通讯，实现远程控制，此类管道喷雾较人工喷雾喷雾效率显著提高，一次作业的总投入可降低15%左右[11-12]。

2.1    管道恒压喷药技术

此类山地果园管道式打药技术在南方的山地柑橘园应用比较普遍，应用该技术能够有效提高作业效率，降低果农的劳动强度[13]，但是由于管道内药液压力受外界因素的影响，会导致药液在管道不同地段的压力分布不均匀，因而药液压力严重影响管道式喷药技术的喷雾效果，时常会导致喷雾管道爆裂[14-16]。

为解决上述管道爆裂的问题，宋淑然等[17-18]研发了山地果园管道恒压喷雾控制装置，并开发了管道果园喷雾系统药液压力的自整定PID模糊控制系统，设计控制器结构及算法并对模糊控制器量化计算，进行管道喷雾压力控制实地试验，可以有效解决压力不稳定的问题;基于上述研究基础，吴伟锋等[19]基于ZigBee的管道喷雾多点药液压力控制系统，对整个喷雾管网的压力进行了有效控制，系统以单片机为核心，在喷淋管道上部署ZigBee无线压力传输节点，利用Zig

Bee无线模块进行通信，对各节点的药液压力实时监测[13]。代秋芳等[20]通过改变压力和孔径，利用激光粒度仪采集雾滴粒径参数数据，研究压力和孔径对果园用空心圆锥雾喷头雾滴大小的影响，从而提高喷雾效果。

2.2    管道自动喷药技术

在密植山地果园或成熟山地果园中，人工难以操作喷杆进行喷药作业;同时，作业人员进行喷施作业时有发生农药中毒的危险。因此，实现山地果园管道自动喷雾可以有效提高作业效率，很大程度上降低果农的中毒风险。王  辉等[21]研发了一种果园管道自动顺序喷雾控制系统，该系统可以提前设定喷雾时间，从而实现对果树的自动顺序喷雾，不再需要人工进入果园，大大降低了劳动强度。Agnello等[22-23]分析优化了固定式管道喷雾系统，有效改善了清洗管道和不易调节药液浓度的问题。喷雾架作为管道自动顺序喷雾系统中重要组成部分，李民宇等[9]设计了一种管道自动顺序喷雾架并对该喷雾架进行有效性试验，试验研究在柚子树中通过自动顺序喷雾系统进行喷雾的喷雾有效性及雾滴沉积，并对果园管道自动顺序喷雾系统的性能及喷雾效果进行测试。

3    其他山地果园植保设备

3.1    山地果园小型喷雾机

由于山地果园的农艺条件不适合大中型机械喷雾入园作业，部分果园则采用小型喷雾机代替传统人工背负式喷雾机，结构紧凑且能提供足够的助力支持，能够有效降低劳动强度。蔡  晨等[24]研制出小型助力推车式果园喷雾机，该喷雾机只需操作人员掌控机具行驶方向，大大减轻了操作人员的劳动强度，作业效率和防治效果也大幅提高。杨  洲等[25]针对南方丘陵地区果园研制了牵引式自走喷雾机，该机喷杆架可以根据南方丘陵果园矮化种植模式进行调节。

3.2    山地果园电动遥控喷雾装置

由于部分山地果园规模较小，果农一般都是利用背负式喷雾机或担架式喷雾机进行喷雾作业，需要專人操控喷雾机的启停，而电动遥控喷雾装置可以解决专人值机的问题[26]。如图1所示，遥控装置、遥控器与电动喷雾机组成一套遥控电动喷雾机，遥控装置分遥控及手控2种工作模式，在山地果园最大遥控距离为370 m[27]。

3.3    轨道搭载风送式喷雾机

针对大中型植保机械无法在山地果园中正常行驶的问题，李  震等[28]研发出风送式农药喷雾机及山地果园轨道运输车，可以有效解决大中型植保机械正常行驶问题，将风送式喷雾机放置在轨道运输车上，通过轨道进行移动，如图2所示。此类轨道搭载风送式喷雾机的喷筒水平角度可以根据山顶、山脚位置进行俯仰调整，有效喷雾射程可达60 m，这种喷雾方式喷施距离远、覆盖面积广[13]。

3.4    无人机喷雾技术

由于山地果园地形复杂，现有的地面作业机械通行困难，使得山地丘陵的机械化覆盖率远低于全国平均水平，而无人机作业不受地形影响，可在各种地形上垂直起降，其作业性能非常适合山地果园的植保施药作业。王东[29]通过结合山地果园地形以及种植特点，分析计算出作业效率达到最优的作业路径，并对山地果园自主导航系统进行试验。结果表明，当无人机飞行速度为2 m/s，距离果树冠层高度约2 m，相机倾角为46°，图像导航控制率为3次/s时，该系统航迹控制绝对误差为-47～42 cm，平均误差为19 cm。

4    结语

丘陵山地果园植保机械化水平低的主要原因是地形复杂，现有的各类植保机械通行困难，但考虑到我国山地丘陵面积的占比、农村劳动力短缺以及当前果园全过程实现机械化的大背景，努力发展山地果园的机械化，研制出适宜山地果园的高效植保设备是至关重要的。因此，学习和借鉴意大利、日本等多山地丘陵国家发展果园植保的经验，针对我国实际地形地貌，对山地果园进行宜机化改造，协调好农艺与农机的适应关系，研发出更高效、更精准的施药机械。

5    参考文献

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