植保机械减量施药新技术

○江苏省农业机械试验鉴定站 陶 雷 卞兆娟 夏利利 刘 勇

○江苏省农业机械技术推广站 钟志堂

施药技术主要是通过利用物理、化学、生态等方法对粮食作物、经济作物、森林和园林绿植等在生长环节中进行保护，使其免受有害生物病虫草的影响，从而满足人类发展的需要。长期以来，农药大量的使用，一方面保证了农业稳定生产，解决了人类生存的粮食需求问题；另一方面由于农药残留，造成了生态环境恶化。因此，如何减少农药施用，降低残留，提高农药的有效利用，成为该专业方向的研究重点。

一、施药技术现状

发达国家自上世纪60、70年代起就开始寻求高效、低污染的施药技术及其机具的研制，到80年代就已经基本实现植物病、草、虫害防治的高度机械化和“四化”（即专业化、法律化、机具现代化和指标国际化）。近几年，一些发达国家的植保机械已由电子化、机械化向精量化、精准化发展。

我国植保机械及技术的发展在紧跟发达国家的步伐下，结合自身生产实际也得到了快速发展，基本上由传统的劳动密集型作业转移到机械化作业。近年来，无人驾驶、智能管理系统等现代化技术也开始应用到施药技术方面，在减量施药方面，起到了促进作用。

二、减量施药技术

减量施药是指在保证有效防治效果的前提下，减少农药的施用量。在施药过程中，通过采用药液改性、辅助装置等方法增加雾滴在植物靶标上的沉积，减少雾滴向非作业区域流失；通过采用智能化控制手段，提高施药均匀性，减少施药过程中重喷、漏喷和非作业区域施药等，减少农药的施用量。在施药技术方面，一种是通过减少施药过程中药液的流失，达到减量的目的，如防漂喷雾技术；另一种是利用现代化控制技术减少药液施用量的方式，如精准施药技术。

1.防漂喷雾技术。该技术主要通过减少施药过程中药液雾滴漂移，减少雾滴在非靶标区域的沉积，提高农药的有效利用率。目前主要采用静电喷雾、辅助气流喷雾、循环喷雾、防漂喷头和防漂助剂等手段来提高雾滴在靶标区域的沉积、收集未附着的雾滴或改善雾滴尺寸等方式来减少雾滴的漂失。

（1）静电喷雾。静电喷雾是利用高压静电发生装置，使其喷射的雾滴带电，在喷头电极、带电雾滴和植物靶标之间形成一个静电场，带电雾滴在静电场的作用下可以快速附着在植物靶标上，减少雾滴挥发、漂移，且能够在植物靶标的背面有效沉积。静电喷雾技术不仅增加了药液沉积量，而且减少了雾滴在大气中的漂浮，提高了使用安全性和减少了环境污染。常用的静电喷雾装备主要有高压静电喷枪，该喷枪可以与背负式动力喷雾机配套使用；风送式静电喷雾机和喷杆式静电喷雾机也有少量使用。目前，国内静电喷雾技术实际使用较少。

（2）辅助气流喷雾。辅助气流喷雾是指作业过程中通过风幕或挡板、罩盖等方式改变气流运动方向，胁迫雾滴向植物靶标运动，提高雾滴的穿透性、减少雾滴漂失和促使雾滴沉降，达到减量施药的目的。风幕主要应用在喷杆喷雾机上，主要有风机、气囊等组成，气囊的底部有正对地面的风孔，风孔吹出的风幕辅助雾滴附着在植物上，同时风幕使枝叶翻动，提高了雾滴在植物冠层中的穿透性，提高了防治效果。

挡板或罩盖式喷雾装置主要有半覆盖式和全覆盖式结构，半覆盖式主要是引导气流促进雾滴沉积，全覆盖式是将整个雾滴流覆盖在罩盖内，与外界环境气流隔断，使雾滴无法逃逸出罩盖。

目前，风幕式喷杆喷雾机在实际生产中使用较多，像大面积棉花种植病虫草害防治作业。挡板或罩盖式喷雾装备，国内使用甚少。

（3）循环喷雾。循环喷雾指通过在喷洒部件的对面安装雾滴收集装置，捕捉未沉积到植物靶标上的雾滴，雾滴形成液流进入积液槽，液泵将积液槽中的药液重新注入药液箱，循环利用，减少了农药使用。循环喷雾也称为隧道式喷雾，该型喷雾机主要用于条带型种植模式使用，如葡萄、啤酒花等。该项技术，国外使用较多，国内使用较少。

（4）防漂喷头。防漂喷头是指采用文丘里管等射流原理，雾滴在雾化过程中，吸入空气，气液两相流混合形成起泡雾滴，增加了雾滴的抗漂移性，提供了农药利用效率；同时气泡雾滴沉积接触靶标时，可破碎成细小的雾滴，提高了雾滴沉积覆盖均匀性。目前防漂喷头在国内逐步得到推广使用。

（5）防漂助剂。防漂助剂是通过调节药液的粘度和降低表面张力，增大了雾滴粒径以及大雾滴的比例，减少了易飘移的小雾滴数，从而提高药液的利用率，避免了飘移而产生的重喷、漏喷和药害，避免污染环境以及对非靶标生物的影响。

2.精准施药技术。精准施药技术是利用先进工艺、技术，基于实时视觉传感或基于地图的农药施用方法。包括目标信息采集、目标识别、施药决策、可变量喷雾执行等主要技术要点，以节约农药、提高农药使用效率和减轻环境污染，改善施药工艺和施药器械，实现农药施用技术的智能化、精准化和自动化，定时、定量和定点施药。

（1）对靶喷雾。对靶喷雾指通过探测装置自动识别靶标，指令系统控制喷雾系统在靶标区域自动开启喷雾，在无靶标区域自动停喷，可节约农药，减少环境污染。目前可以采用光谱仪、激光传感器、超声波传感器、热成像仪和CCD相机等探测方法识别植物形貌、密度、病害、虫害和草害等，实现精准喷雾。目前该项技术在研究层面已经基本成熟，针对不同种植结构、防治对象等，开发了相应植保机械装备，但距离投入到实际生产中大面积应用，还需要一个接受过程。

（2）在线混药。在线混药是将药箱和水箱分开，利用喷雾机管道系统内部的水流或者喷雾机管道系统外部的动力完成农药与水的在线混合，目前主要采用射流式和注入式在线混药技术。在线混药技术实现了农药的标准化、专业化、精确化施用。通过混药器在线控制农药的使用量，避免了农药浪费；同时在施用过程中避免操作者与农药接触，因此可以减小农药对操作者产生的危害，同时减少对环境以及周围非靶标生物的污染。喷雾装置在施用后更有利于清洗，可拆卸、回收和翻新或安全废弃并长期无虑。

（3）GPS定位系统。通过GPS自动导航系统，实现喷雾机在田间的精确定位、作业轨迹跟踪和路径规划，实现往复喷幅的实时精确拼接；结合图像识别，还可自动识别地头、地边和地角，通过喷头的开关控制，即可实现喷幅的在线调整；可提高作业精度，避免重喷、漏喷和喷出界现象。

随着国家大力发展和推广智慧农业技术，基于北斗导航定位的辅助驾驶系统、无人驾驶系统、无人植保机等开始大面积推广应用，不仅提高了工作效率、减轻了劳动强度，同时减少了农药使用量和提高了农药使用安全性。

（4）智能喷雾控制系统。通过设定单位面积内喷量、喷雾幅宽和GPS感应的行驶速度计算期望流量，流量传感器读取实际流量，控制阀根据期望和实际流量调节阀门，实现精准喷雾，节本增效。目前该智能喷雾控制系统与喷杆式喷雾机配套使用较多，适用于我国东北、西北和内蒙旱作区域大面积地块作业使用。

3.超低量喷雾技术。超低量喷雾器是一种工效和防治效果都较高的新型喷雾机械。喷雾器主要由风机、药液箱组件和喷洒部件所组成。其原理是通过风扇叶轮的旋转，产生高速气流，再由高速气流将药液雾滴送出喷口，喷洒在防治对象上。超低容量喷雾又称微量喷雾，以油或水为载体，农药浓度达10%～60%，每亩（667平方米）喷液量0.15～0.5升，雾滴中值直径为15～75微米，也是一种飘移积累性喷雾。适用于少水地区，防治爆发性病虫害，不能用于农田化学除草。具有工效高、节省农药、防治及时、不用水的优点，但操作技术严格、雾滴受气流影响大，施用不当会产生药害。

三、发展建议

当前国内从事减量施药植保机械装备技术研究较多，但实际投入使用的技术装备较少。究其原因，一是长期粗放型农药施用，对新技术、新产品不容易接受；二是法律层面，对农药施用没有严厉的制约，对施药安全性缺乏认识；三是新技术、新产品可靠性差，操作人员不易于操作和维护保养；四是植保机械装备基础性产品可选择性太多，高技术产品必然高价格，不受欢迎。

因此，针对目前植保机械装备自身以及配套使用存在的问题，应从以下几个方面考虑解决。一是推进立法，从法律层面制约农药施药安全性和潜在安全性问题，根据不同种植规模、种植结构，以及病虫害草的防治特点，指导植保机械装备的选择和使用，严格执行并追究责任。二是大力推进土地规模化经营，进行标准化、宜机化农田改造，农机农艺融合发展，推广节药、高效、高安全的植保机械装备。三是加大植保机械装备技术储备，具有科研开发能力的机构，要立足解决问题，而不是急于求成将不成熟的产品推入市场。四是严格市场准入和动态管理，在植保机械强制性认证基础上增加安全等级测试和操作人员持证上岗，定期开展在用植保机械装备动态管理和操作人员能力评价，对是否持续符合安全等级要求和人员能力进行动态管理。