国内外植保机械的发展与应用

于俊萍

随着世界各国对环境污染和食品安全的高度重视，农药绿色化、施药精准化和防控预警化等需求不断凸显，研究新型病虫害防控技术是现代植保的必然需求。另外，随着经济的不断发展，世界各国都面临着人口老龄化、劳动力短缺和劳动力成本增加的严峻形势，催生了国内外各种高效植保作业装备的快速发展应用。

一、植保机械的概述

植保机械是对农作物进行植物保护的机械，是农林生产的重要组成部分，也是确保农林业丰产丰收的重要措施之一。植保机械有效解决了劳动力不足，提高了生产效率和精准作业等问题。

由于农药剂型、作物种类多种多样、区域地貌不同以及喷洒方式方法不同，决定了植保机具多种多样性。种类主要有手动喷雾器、机动喷雾器、自走式履带风送喷雾机、自走式履带喷杆喷雾机、拖拉机牵引式喷杆喷雾机、拖拉机悬挂式喷杆喷雾机、农林航空植保机、自动驾驶喷雾机。比较先进的技术有静电喷雾技术、靶向喷雾技术、航空无人植保技术及无人驾驶技术。

植保机械不同于其他的农业机械，其质量和使用的好坏牵涉到操作人员和农产品的安全。在我国入世承诺中，植保机械被列入强制性产品3C 目录，必须执行国家强制的安全认证。欧盟每年大约要使用40 万吨的农药，而配套使用的植保施药器械，都必须符合欧盟的农用机械标准，这个标准规定了所有针对健康、安全和环境保护的相关要求，从业经营者也必须持有许可证，且使用的喷雾器要定期检查通过才可进行植保作业。

植保机械的发展与应用经历了由手动喷雾器到机动植保机械的蜕变再到液电自动化植保机械的问世与广泛应用。随着物联网和北斗导航系统（GPS）等新技术的发展应用，越来越多先进适用、高效植保机械被研发出来，雾化效果好、节药省水，减少了环境污染。我们相信随着科技的进步，在科研人员的共同努力下，最终将实现智能化无人驾驶植保和智能化航空植保并存的美好前景。

二、国外植保机械的发展应用

目前，国外植保机械先进、技术领先的国家主要有美国、法国、德国、意大利、丹麦、日本等。国外植保机械有以下两个特点：

（一）以大型植保机械、专用植保机械和航空植保为主体的防治体系。上世纪中期，农业发达国家逐步形成大型农场专业化生产方式，农业机械化水平很高，大田农作物的病虫害防治及化学除草一部分采用大型悬挂式或牵引式喷杆喷雾机。另一部分大田作物一般采用农业专用飞机喷洒农药，美国拥有农用飞机6000 架以上，以有人驾驶固定翼飞机为主，约占88%。日本农民户均耕地面积较小，地形多山，耕地面积较小，不适合有人驾驶固定翼飞机作业，因此日本以农业航空直升机为主，截至到2010年10 月底，登记在册的无人植保机保有量为2346架，无人植保机操者14163 人，占航空作业38%

（二）采用先进技术与装备。很多植保机械先进、技术领先的国家特别重视安全施药、保护生态环境等问题，研发的植保机械融合了先进的技术，避免了在施药过程中农药对机手的污染，也减轻了农药流失、飘移对生态环境的污染。

1.在线混药技术的应用（直接注入式喷雾机）。20 世纪80 年代中期，美国开发了农药直接注入系统。该系统将水与药液进行分置，实现在线混药。在机器上分别设置药箱与水箱，使农药原液从药箱直接注入喷雾管道系统，与来自水箱的清水在喷药过程中进行在线混药，输送至喷头喷出。与通常的喷雾机相比，农药直接注入系统在药液处理及清洗方面更加安全、方便。

2.多级过滤系统的应用。国外大中型喷雾机一般都具备4 级过滤系统，即在药液箱加液口、加液斗和水源吸水头处都装有过滤网，在系统中还装有一种自洁压力过滤器。设置这4 级过滤装置避免了系统堵塞、漏喷和雾化不良现象。

3.防漂技术的应用。雾滴漂移和沉降是喷药过程中不可避免的问题。雾滴漂移和沉降严重时，引起的浪费可达施药量的70%～80%。少漂喷头、静电喷头和防风屏有效地解决了这一问题。在喷雾机上采用了“少飘”（LD）喷头，因雾流中小雾滴少，可使飘移污染减少33%～60%。静电喷头，提高了雾滴的附着率，比普通喷头可减少药液损失65%以上。在喷雾机的喷杆上安装防风屏，可使常规喷杆的雾滴飘移减少65%～81%。

4.药液雾滴回收装置的应用（循环式喷雾机）。喷雾时雾流横向穿过作物叶片，未被叶片附着的雾滴再进入回收装置，过滤后返回药液箱。这样既可提高农药的有效利用，又减少了农药进入外部环境的机会。

5.靶向喷雾技术的应用。在喷雾机上设有近红外线传感器、超声波传感器和控制电路，利用近红外线光的反射来辨别杂草，利用超声波传感器来辨别树空，通过控制电路和喷洒系统进行靶向喷洒。

6.航空植保技术的应用。农用飞机的使用较大提高了施药作业效率。农业航空植保技术是美国、俄罗斯、澳大利亚、加拿大、巴西、日本、韩国等国家重要组成部分。根据农田飞行作业环境的适宜程度，国外农业航空植保分为有人驾驶和无人驾驶两种作业形式，在美国、俄罗斯、澳大利亚、加拿大、巴西等户均耕地面积较大的国家，普遍采用有人驾驶固定翼飞机作业，而在日本、韩国等户均耕地面积较小地国家，主要采用微小型无人机用于航空植保作业。

7.自动驾驶喷雾机的研发。由于互联网的快速发展以及GPS 定位系统的应用，很多发达国家开始研发自动驾驶喷雾机。2019 年美国一家公司研制出全球第一款自动驾驶果园喷雾机，于2019 年11 月份获得CES 2020 创新奖。操作员通过电脑来监控自动驾驶喷雾机，一个操作员可以在皮卡车内同时监控多达8 台自动驾驶喷雾机工作，节省了大量的劳动力。另外其高精度定位技术可以最大限度地保障农药合理使用，并保障工作人员的安全。这款自动驾驶果园喷雾机主要用于向杏、开心果、柑橘等果树喷洒杀菌剂和杀虫剂，大大提高了以往使用60 年的喷雾技术。

三、国内植保机械的发展应用

近几年由于中国土地规模化种植和国家农药零增长政策的推进，地面高效宽幅喷杆喷雾机、果园弥雾机和无人植保机等高效植保作业装备得以迅速发展。但由于施药技术不成熟，专用药剂研究缺失，导致低容量、超低容量喷雾过程中农药飘失现象突出，作物药害事故频发，严重影响环境污染，中国一年农药使用量高达30 万吨，而沉积到作物上的只有30%，高达70%药物都漂移流失到环境中去了。

我国植保机械和施药技术的发展可追朔到20世纪30 年代。新中国成立后，我国植保机械行业得到了快速发展，为防治农作物病虫害，实现粮棉、油料、水果等作物的高产稳产做出了积极贡献。后来经历了由仿制国外先进产品到自行研制设计，由手动喷雾器到小型机动植保器械和与拖拉机相配套的大中型施药器械，以及在某些地区和领域已得到比较广泛应用的农林航空施药机，技术在不断进步。但是从总体上来说，我国植保机械性能和施药技术水平与发达国家相比，还有一定差距，仅相当于发达国家20 世纪四五十年代水平，无法满足当今农业生产和环境保护要求。

（一）产品结构单一，专业化、系列化程度低。欧美发达国家的植保机械发展自20 世纪40 年代起，就已逐步实现专业化、系列化，大田作业有农作物专用喷雾机，苹果、梨、葡萄等果园有专用喷雾机。与此形成鲜明对比的是目前国内植保机械种类较少，产品单一，基本上以手动和小型机具为主。据农业部门统计，我国现有手动植保机械的社会保有量约为6000 万台；背负式和担架式机动喷雾喷粉机及电动喷雾机的社会保有量为300 多万台；大型植保机械保有量仅4 万台多。另一方面，专用植保机械还没有发展起来，大多利用同一种机具进行多种不同的施药作业，尤其是这些器械所使用的喷头只有少量几种，无法满足农作物病虫害防治对施药器械多样化的需求。

（二）高新技术应用少，产品技术水平低。现代微电子技术、仪器与控制技术、信息技术等许多高新技术现已在发达国家植保机械产品中广泛地应用，并朝着智能化、光机电一体化方向快速发展，以实现病虫害防治作业的高效率、高质量、低成本和操作者的舒适性、安全性。然而，目前我国植保机械产品结构简单、技术陈旧、科技含量低；发达国家植保机械研制开发中广泛采用的低容量宽喷幅喷洒、全密封自动混药、宽喷幅风送防飘移、机器视觉技术、静电喷雾技术、自动对靶喷雾技术、GPS 和GIS 技术等高新技术，而这些技术在国内植保机械中很少得到应用，由此导致了国内植保机械主导产品的技术水平只有发达国家20 世纪六七十年代的水平，仅有少数产品达到国际20 世纪80 年代水平。

（三）行业技术标准不健全，产品质量和使用监控体系不完善。发达国家在20 世纪就制订了一系列植保机械行业技术标准和产品质量监控体系，其主要内容涉及植保机械企业、销售及售后产品安全质量问题的处理方式，以及政府对相关法律法规的实施进行监控的规定等。与此同时，相关法律还规定植保机械还必须进行定期检验，只有年检合格后方可进行喷雾作业。进入20 世纪70 年代后，则将植保机械列入特种农业机械行列，有专门的管理机构和部门。然而，国内植保机械的一些关键技术质量指标与国外现有的通行标准相差甚远，不适应当前植保机械发展要求，不能与国际标准接轨；另一方面，国内对植保机械产品监控力度不够，缺乏严格市场管理，致使许多假冒伪劣产品充斥市场，不仅严重干扰了我国植保机械的正常市场秩序，而且还损害了广大农民切身利益和人身安全。

（四）施药技术落后，农药和施药器械的研究缺乏有机结合。农药的科学使用涉及农药制剂、喷洒机具、施药方法、生物行为、毒理学、气象学以及环境科学等许多方面高度综合性的应用工艺学。防治水平的提高依赖于施药机具和技术的发展，机械施药技术的先进与否对农药在农作物的沉积率、农药施用量和利用率、消除对操作人员的危害以及对环境污染有着重要影响。一方面，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，由于施药技术落后，致使大量喷洒农药不到位或不均匀，药剂不能充分地发挥作用，并造成了大量农药的浪费和环境水土资源污染。另一方面，长期以来国内从事农药药剂和施药器械的研究人员缺乏联系和合作，二者之间缺乏有机结合，这也是导致我国施药技术落后的重要原因之一。

四、发展对策

分析国内植保机械化存在的问题，应采取以下对策与措施来提升我国植保机械和施药技术水平，进而提高农药利用率和农作物病虫害的防治效果。

（一）调整产品结构，满足农作物病虫害防治多样化的需求。我国幅员辽阔，各地区农作物种类多、种植制度复杂，为适应各地区各种作物的种植要求，需调整产品结构，开发专业化、系列化的植保机械产品。为此，根据我国的地貌和不同农业区域特点，以及目前农村购买力，一方面，要研发适合平原地区、水网地区、山区、旱区以及设施种植的各类机动和电动的小型地面高效植保机械和空中无人植保机，提高农药利用率；另一方面，由于大中型植保机械具有效率高、便于控制并能大面积扑灭暴发性病虫草害等优点，因而要加快研发和优化提升风送式喷杆喷雾机、果园弥雾机等大中型植保机械，以满足我国农业规模经营发展的需求。同时加大研发力度，攻关基于GPS 或者北斗卫星定位系统的无人驾驶喷雾机等高端装备研究发。

（二）健全行业技术标准，完善质量监督和使用体系。产品质量标准在规范市场，保护生产者、贸易商和消费者的合法权益和利益方面起着重要作用。因此，借鉴发达国家经验，参照有关国际标准，建立和完善现行植保机械产品的技术标准体系和质量鉴定与检测体系，依法强化产品质量监管，要严格地执行植保机械“推广鉴定证”制度，对未按规定取得“农机推广许可证”的植保机械产品，不得进行推广与销售；同时，积极探索农业机械产品市场准入制度和目录管理制度的路子。另一方面，要严厉打击假冒伪劣植保机械产品，建立规范有序的植保机械市场，维护市场秩序，确保农民人身安全和切身利益不受损害。此外，农机主管部门应制定和建立类似国外的有关植保机械的年检制度和专门的管理机构，以确保植保机械的性能发挥和操作人员的安全作业。

（三）加快基础部件和关键部件的研发。喷头、喷射部件和液泵等基础部件对提高植保机械性能，科学合理地使用农药，以及提高农药利用率和施药效果有重要作用。建议各级政府部门采用专项资金来推动基础部件和关键部件的研发应用。建议相关职能部门借鉴国外经验，以国内现有的从事植保机械和施药技术的科研机构、高等院校为依托，整合各种资源，组建专门机构从事植保机械基础部件和关键部件的研发开发。