施肥喷药机械装备在农业生产中的现状及发展趋势*

谭 静 ，刘莉滋，2

（1.重庆三峡学院机械工程学院，重庆 404130；2.重庆市轻合金材料与加工工程技术研究中心，重庆 404130）

农业机械是推动发展现代农业的重要一环，也是农业现代化的重要标志，更是提升农业生产力水平、转变农业发展方式和实施乡村振兴战略的重要支撑。“食为政首，粮安天下”。农业机械化水平是衡量农业生产力水平和农业现代化发展程度的重要指标之一，也是衡量农业发展状况的重要依据。它不仅可以帮助农民提高生产效率，而且可以改善作物生产质量，降低农作物生产成本，提高农产品附加值，为农民带来更多的经济效益。机械化可以促进农业可持续发展，减少对环境的影响。农业机械化有助于提高农业生产效率，降低劳动成本，提高农产品产量及品质，是现代农业发展的必然趋势。改革开放以来，我国“增机减人”的发展取得重大进步。因此，人们更应该积极推广使用机械化设备，促进我国现代农业的发展[1]。

1 施肥喷药机械简介

1.1 施肥机械

施肥机械是一种用于农业生产的机械设备，主要用于施肥作业。通常包括储存装置、输送系统、施肥控制器和喷洒设备。储存装置通常是一个大型的容器，用于储存化肥或有机肥料。输送系统则负责将肥料从储存装置中输送到施肥控制器中。施肥控制器是整个系统的核心，它可以根据需要控制肥料的输出量和喷洒范围。喷洒设备则用来将肥料均匀地喷洒在农田上。施肥机械系统提高了施肥的效率，减少了人力成本，还可以减少肥料的浪费，可以精确地控制肥料的释放量和喷洒位置。根据施肥机在农业生产中的作业特点可分为三种，分别是手推式施肥机、悬挂式施肥机和自走式施肥机[2]。

1）手推式施肥机通常由一个容量较小的料箱和一些旋转刀片组成。用户手动推动或拉动施肥机，以便将肥料均匀地分配到农作物根部。手推式施肥机通常没有精确的控制装置，只能根据使用者的经验和感觉来判断喷洒的肥料量。这就可能导致施肥过度或者施肥不足，影响农作物的生长。与其他高效的施肥设备相比，手推式施肥机需要人力推动，速度较慢，覆盖面积较小，因此施肥效率相对较低。需要使用者长时间进行推动，花费较大的体力，容易造成疲劳和损伤。适用于小型农田和家庭菜园等小面积土地，但对于大面积的农田，使用手推式施肥机则不太实用。多数情况下无法防止水化肥的挥发、溢出或者流失，可能导致空气污染和土地污染，不利于环境保护。

2）悬挂式施肥机是集装箱式施肥机，它们通常被应用在农业领域中。这些施肥机可以通过挂在拖拉机、卡车或其他大型机器上来运输和安装。悬挂式施肥机需要较高的初始投资和维护成本，可能会增加农民的负担。这种设备有着很多精密的部件，需要经常进行维护和保养，否则可能导致故障或者性能下降。需要使用者掌握相关技术知识才能正确操作，否则可能影响施肥效果并造成浪费。由于它是在车辆上悬挂，所以针对特殊的地形或狭小的空间，如山区、河谷等，可能无法施肥。悬挂式施肥机通常要配备高功率发动机和大型油箱，因此它的载重量也很大，驾驶员在行驶时需特别注意安全问题。自走式施肥机是能够自主行驶并同时施肥的设备。它们通常由发动机、肥料储罐、液压控制系统和传感器组成。用户可以通过控制面板调整施肥机的速度和施肥量，并且这些设备还能够采用GPS 技术实现定位和精确施肥。

3）自走式施肥机需要使用先进的技术和材料，因此成本较高，购买和维护都需要投入大量资金。自走式施肥机会在农田里行驶，重复经过同一块土地时可能会对土壤造成压实和损伤，影响作物的生长。自走式施肥机仅适用于平整、宽敞且没有障碍物的农田，对于山区、丘陵等复杂地形的农田无法使用。自走式施肥机需要依赖现代科技，需要专业的操作人员进行控制和维护，如果出现故障或者技术落后，将会影响施肥效果和农业生产效益。

1.2 喷药机械

喷药机械系统是一种用于农业、园艺和林业等领域的设备，它可以将化学药剂或生物制品喷洒到作物或其他植物上，以保护它们免受病虫害等有害因素的影响。喷药机械系统通常由以下几个部分组成。

1）液体储罐：用于存放药剂或水。

2）泵：将药剂从储罐中抽出，并将其送入管道系统中。

3）管道系统：将药剂从泵输送到喷枪或其他喷头上。

4）喷枪或喷头：用于将药剂以高压形式喷洒到作物上。

喷药机械系统还可能包括液位传感器、计量泵、过滤器等组件，以确保药剂的正确使用和分配。在使用喷药机械系统时，需要注意安全，并采取适当的防护措施，以避免对人员和环境造成伤害。

目前，最常见的喷药机械主要有背负式喷药机、自走式喷药机和无人喷药机[3]。

1）背负式喷药机需要由人工背负，并手持喷枪进行作业，操作过程中需要长时间保持身体稳定，对操作人员的身体素质要求较高，劳动强度较大。作业效率较低，不适用于大面积作业，每次作业量有限，需要多次来回作业，以达到较好的喷药效果。喷洒范围受到操作人员的手臂长度及姿势的影响，因此难以实现精准的药液喷洒。操作时容易出现误操作、疲劳等问题，增加了操作风险。

2）自走式喷药机需要使用大量的燃油或电力来驱动，这会给环境造成一定负担。它对地形和气候条件的适应性有限，比如在陡峭的山区或者大风天气下无法正常工作且运行需要依赖GPS导航系统。

3）无人喷药机的制造和维护成本相对较高，这对于不熟悉技术的农民来说是一个挑战。目前的无人喷药机主要适用于平原地带，地形地貌复杂的丘陵山地使用时效果相对较差。

2 施肥喷药机的现状

2.1 国外施肥喷药机的现状

20世纪40年代，美国在农业生产机械的研究和开发中收获颇丰，第一次实现了以生产机械化为主要内容的现代农业生产方式。不断推出小型多功能、多品种农机和大功率、高度自动化的大型农机。促进了玉米等作物的生产和管理过程的机械化。20 世纪50 年代，欧洲以提高农业生产率为目标，加快了农业现代化的进程。如荷兰建立了一种集约化和机械化相结合的复合模式。参考日本、韩国、以色列等人多地少的国家，发展资源节约、资金和技术密集的经济模式[4-5]。国外施肥喷雾机械的发展较早，由于国情的不同，国外发达国家土块比较集中，适宜大型施肥喷雾机的运行。例如，美国十方国际集团、纽荷兰集团、约翰迪尔集团等国际知名农业机械公司，均以农业机械产品的研发为核心，研发出一系列高科技的农业机械产品。第二次世界大战之后，为提高农业产出，美国农业的化肥使用量剧增[5]。近年来，美国已经开始利用卫星GPS 等先进的农艺装备，开展精密的高科技农业[6]。在国外施肥机械的研究中，如日本等农业发达国家，将一种GPS 接收器，装有屏幕和数据处理装置，安装在喷药机上，可以自动地为每一块田地提供农药的比例和用量，并通过控制喷药机来进行农药的精准喷洒[7]。在其他国家，施肥喷药机的研究主要集中在提高农作物生产效益和质量、减少水和化肥的使用量、改善施肥喷药的精度和可控性等方面。近年来，随着信息技术和智能制造技术的发展，国外还涌现出了许多智能化、自动化的施肥喷药机，比如基于全球定位系统（GPS）和地理信息系统（GIS）的精准农业施肥喷药技术，利用先进的传感器和控制系统实现自主导航和自动施肥喷药等功能。

2.2 国内施肥喷药机的现状

在中国，农业是国民经济的支柱产业之一，因此国内施肥喷药机的研究和开发具有重要现实意义，并逐渐得到广泛应用。孙建英等[8]利用光谱学方法，对东北黑土地与华北潮土进行光谱学特征分析，并利用GNSS 定位信息进行标记，结合室内分析结果，得到土壤pH 值与氮、磷、钾、有机质等的空间分布，从而为精准施肥奠定基础。我国作为一个农业大国，出台了一系列政策不断推动农业机械化和现代农业的发展，如提供财政支持、加强宣传推广、建立服务体系、推进农村改革等。解决好“三农”问题作为国家现代化建设的基础性任务，历来是党和国家的工作重心，其中大力推广农业机械化的重要性不言而喻。我国特色社会主义农业现代化模式正在逐步形成[9]。近年来，我国农机化水平显著提高，机械种植模式解放农民劳动力的同时大大提高了农业生产效率。自动化、智能化机械更是让农民由劳动者变成一部分农业生产环节的管理者[10]。

3 施肥喷药机械的研究及发展趋势

3.1 精准施肥喷药技术的应用

国内外施肥喷药技术正在往智能精准化方向发展。采用精准施肥喷药技术，可以将施肥喷药效率最大化，能够使植物的养分吸收更加均衡、科学，有效地避免产生部分营养缺乏、过度肥料残留等问题，从而能够提高植物的品质。澳大利亚开发出一套精确识别杂草的传感控制系统，还有研发针对不同地形活性减震器来保证施肥的均匀性。美国研发了一种控制器，该系统以PDA或车载微机为核心，利用GIS图层中的GIS土壤营养和化肥用量信息，进行可变施肥，从而大大提高了施肥的精度[11]。德国研发出一种C-C-A型喷施质量控制系统，控制系统调控喷杆的农药喷洒量以达到最佳喷洒漂移值，传感器通过机器行驶速度计算出单位面积喷洒量，再通过调控喷施压力而改变传感器的测量值，以此来达到精准施肥的目的[12]。

3.2 自动控制技术在施肥喷药机械中的应用

自动控制技术在施肥喷药机械上得到了很好的应用，其中最重要的是通过传感器和反馈机制来实现自动化、计算化和精准化的操作。自动控制技术还可以与GPS导航技术和地理信息系统结合使用，实现更为精准的定位和施肥、喷药操作以及跟踪和分析施肥、喷药效果等功能。德国采用微波式传感器研发了一种全自动操纵控制的施肥器，提高了农业作业效率[12]。

4 结论与展望

农业是国家经济的支柱，是人类社会发展繁荣的基本驱动力，在人类社会中扮演着至关重要的角色。因此，农业机械化是必然趋势，施肥喷药机械的作业是农业生产环节中必不可少的一环。近年来，国内外致力于研发更为精细化、智能化的施肥喷药机，均取得了巨大的突破。但是，要想未来使植保机械实现更加长远的发展，应该重视目前施肥喷药机存在的短板问题，加强农艺与农具的结合，突破技术上的重大瓶颈，促进农业的高质量发展，走绿色可持续发展道路[13-14]。

施肥喷药机在农业生产中具有十分重要的作用，它可以提高农产品质量、减少劳动力成本、提高生产效率等。但其还有很大的发展空间，针对市场上调研的施肥喷药机的不足，提出以下几点建议。

1）技术的优化改进。加强智能化技术的研发，将人工智能技术应用到喷药机中，让喷药机能够自动感知环境、识别农作物状况，实现精准喷洒，开发先进的数据处理算法和系统，对农田采集到的大量数据进行分析和挖掘，为农业生产提供更全面、更精准的支持，提高施肥喷药效率。优化改进机器结构设计，使喷药机能够更加轻便、灵活，提高机器使用寿命和稳定性[15]。利用新型材料，提高喷药机的耐腐蚀性、抗氧化性和耐久性，采用低污染、低噪声等技术来保护环境，实现生态环保和经济效益的共赢。

2）加强售后保障措施。客户在使用中遇到问题时，售后服务团队应该能够快速响应客户的问题，并提供专业的指导和咨询服务，这些服务可以通过远程在线视频会议形式进行，也可以安排专业人员上门培训。此外，售后服务团队应该做好备件库存管理，确保能够及时备货和更换故障零部件。必要时建立完善的售后服务管理系统，可以通过电话、邮件、在线聊天等方式收集客户反馈，包括客户信息管理、投诉处理、维修记录管理等。这样可以帮助售后服务团队更好地了解客户需求、优化服务流程，提升售后服务质量。

3）拓展市场需求。可以在互联网上发布相关信息，通过社交媒体、电子邮件和搜索引擎优化宣传推广机器设备[16]。定期投入几批新研发的施肥喷药机免费给需要的农户使用，使农户亲身感受机器带来的便利。同时，与相关企业、单位合作，增加销售点，拓宽市场，拓展新的销售渠道。