我国植保机械化发展研究

2018-08-14

现代农机 2018年4期

作者信息：南郑县农机推广与安全监理中心，723102，陕西南郑

在农机购置补贴政策拉动下，我国农机化水平已近67%，成为农业生产的主力。但我国植保机械化水平显著滞后，并已成为导致农药用量过高、有效利用率偏低、农产品质量安全危机、农残超标严重、对外贸易受阻及环境污染加剧等系列问题的重要成因，严重阻碍和制约了农业现代化进程和农业的可持续发展。因此，2015—2018年连续4年中央一号文件从环保、农产品质量安全、可持续发展等战略高度，对植保机械化提出具体要求；《中国制造2025》对植保机械化进一步具体化：围绕建设资源节约、环境友好农业，实现资源综合循环利用和农业生态环境建设保护，发展新型高效农业机械装备，实现“安全多能、自动高效、精准智能”，支撑农业的可持续发展。本文就此展开研究，以期提高我国植保机械化水平，加速农机化全面发展。

1 我国植保机械化现状与存在问题

在农业生产中，对植物生长过程中产生的病、虫、草害进行防治，是确保农业高产稳产的重要手段。而施药技术则处于植保的中心地位。现代农药使用技术由三部分组成：农药与剂型、施药工艺、施药器械。因此，植保机械、农药、防治技术成了化学防治的3大支柱。我国农药生产技术处于国际先进水平，美国排名第一，我国位居第二。而我国植保机械和农药使用技术严重落后的现状，与我国高速发展的农药水平极不相称，我国植保机械落后于欧美发达国家15～30年。我国植保机具和施药技术落后，农药残留居高不下。据对陕西省南郑县调查，目前全县广泛使用的植保器械主要是背负式手动喷雾器，占全县植保器械总量的98%以上，主要为一家一户的农民所持有，平均2～4个农户拥有1部背负式手动喷雾器，而机动植保机械拥有量不到2%，与规模化生产对高效植保机械的现实需要极不相称。植保机械不同于其他农业机械，其质量优劣和使用的好坏牵涉到操作人员和农产品的安全，对提高我国农产品安全性具有战略意义。

为满足农业生产需要，我国引进生产了结构简单的单筒式喷雾机和手摇式喷粉机，加之中国农村劳动力多、经济基础薄弱等多种原因，喷药防治一直以手动药械为主。进入21世纪以来，脉冲喷气式动力烟雾机、气压式自动喷雾器等相继研制成功。植保机械行业已涌现一批优秀企业，目前国内拥有各类植保机械生产企业350余家，具备年产300万台套100余种规格型号植保机械的产能。目前，我国70%左右的植保机械处于发达国家20世纪80—90年代水平。常用机具有单管喷雾机、压缩式喷雾机、背负式喷雾机、喷杆喷雾机等，存在严重的“跑、冒、滴、漏”现象。同时，当前机械施药技术不规范，农民缺乏正确的施药方法指导，每年因农药和药械使用不当而产生大量的中毒伤亡事故，造成农产品农药残留超标，品质下降，价格难以提高，影响了农民收入的提高，挫伤农民的生产积极性。同时也难以满足人们对优质农产品的消费需求，从宏观上制约了现代农业的发展。

从农业生产实际看，我国植保机械化发展过程中存在的主要问题有：

（1）植保机械型号品种单一，工效低下,无法满足不同作物、不同病虫害防治的需要。一方面，单一的植保机械品种不能适应病虫害适时防治和应急防治。用一种机型防治各种农作物的病、虫、草害，“打遍百药”造成农药用量过大、农药浪费、农产品农药残留超标、环境污染、作物药害、操作者中毒等。另一方面，植保机具98%以上是手动背负式喷雾器，很难保证适时防治。现有的植保机具不仅工效低而且用水量高。据不完全统计，每年消耗在施药作业上的劳动量达5亿劳动日，消耗的水资源达3亿t，这与开发适合西部地区节水农业使用新机器的战略极不适应。

（2）喷洒部件相对落后。现有喷雾机及喷洒部件不适应科学使用农药的要求，95%以上的喷雾机还是使用圆锥雾喷头。近几年来虽然化学除草机械发展很快，但由于没有与之配套、质量好的扇型喷头，除草效果大大降低，且单位面积上使用的除草剂剂量成倍增加，既造成作物药害，也大大增加了植保支出，提高了农产品生产成本。

（3）农药与施药机械的研究分离。农药施用问题涉及农药制剂、喷洒机具、施药方法、施药行为、生物行为、药物毒理学、气象学及环境科学等各方面。化学防治水平的提高和植保机械的研究、开发、生产也有赖于农药应用工艺学的发展，并反过来促进农药应用工艺学的进一步发展和提高。长期以来，农药剂型和施药机具的研究互相分离，没有形成农药与施药机具的有机结合。

（4）农药有效利用率低，浪费大，流失严重。采用现有植保机具和施药技术，农药的有效利用效率最高的也不到30%，农药的流失量高达70%，不仅经济损失重大，也造成了严重的农残问题。此外，施药过程中飘移、流失的农药是一种非常危险的环境污染源，每年因除草剂雾滴飘移而引起作物药害造成的经济损失很大。

2 植保机械先进技术的发展方向

采用大型悬挂式或牵引式喷杆喷雾机，喷幅达18～34 m，药箱容量为 400～3 000 L，作业速度达 8～10 km／h，配套拖拉机功率在5.88～73.5 kW。各种大型植保机械都是机、电、液一体化的复杂系统，设计完善，制作精美，工作安全可靠，操作方便。

（1）机电一体化技术。电子控制系统显示机组前进速度、喷杆倾斜度、喷量、压力、喷洒面积和药箱药液量等。通过面板操作，控制和调整系统压力、单位面积喷液量及多路喷杆的喷雾作业等。系统依据机组前进速度自动调节单位时间喷洒量，依据施药对象和环境严格控制施药量和雾粒直径大小。控制系统与个人计算机相连，还可配置GPS系统，实现精准、精量施药。

（2）全液压驱动系统。在大型自走式喷杆喷雾机上采用全液压系统，如转向、制动、行走、加压泵等都由液压驱动，不仅使整机结构简化，也使传动系统的可靠性增加。采用液压减震悬浮系统，可以依据负载和斜度的变化进行调整，从而保证喷杆升高和速度变化时系统保持稳定。此外，有些牵引式喷杆喷雾机产品在牵引杆上还装有电控液压转向器，以保证在拖拉机转弯时与机具完全保持一致。

（3）农药注入和自清洗系统。国外植保机械已采用自动混药技术，由于母液制备量比药液少得多，不但减少了原药与水源、人体接触的机会，而且方便灵活，可根据需要调节混药比例。这种方法免除了配药时操作人员与农药的接触，同时用药量可以随时调节，防止药瓶直接连接到喷杆的混药器上，利用液体的抽吸作用在雾化前自动混药，完全避免了农药原液与操作者接触的危险。

（4）完善的系列化过滤系统和产品。喷雾系统一般都具备四级过滤，避免系统堵塞及因堵塞造成漏喷或喷头雾化不良。一种有自洁能力的压力过滤器安装在系统中以提高过滤能力，减少堵塞，降低操作者排堵的劳动强度及污染的可能性。此外，植保机械产品品种多，专用化程度高，针对不同作物、不同地区、不同种植制度研制相应的植保机械。从液泵到喷头，每一种工作部件都有完整的系列产品，仅喷头就有几十个系列、几百种规格，可以满足各种作物和药剂的不同喷雾要求，大大提高喷洒质量。

3 我国植保机械化发展趋势

2015年中央一号文件《关于加大改革创新力度加快农业现代化建设的若干意见》确定，要创新农业经营体制，加速农民专业合作社发展，促进发展以机械化家庭农场为主的规模经营；强调要“加强农业面源污染治理，深入开展测土配方施肥，大力推广生物有机肥、低毒低残留农药，开展秸秆、畜禽粪便资源化利用和农田残膜回收区域性示范”。2018年中央一号文件，更是将植保机械化提高到乡村振兴的战略高度，强调要“深入推进农业绿色化、优质化、特色化、品牌化，调整优化农业生产力布局，推动农业由增产导向转向提质导向……加强植物病虫害、动物疫病防控体系建设。加强农业绿色生态、提质增效技术研发应用”。这一政策出台，一方面将加速我国农业规模化经营步伐，另一方面对植保机械提出了机动化、大型化、智能化、成套化、高效和环保的新要求，加快乡村振兴步伐。对农机研发和生产者来说，则意味着新的发展机遇。预计今后5～10年，我国将迎来植保机械化高速发展期。借鉴发达国家植保机械化发展的成功经验，为满足我国农业生产需求，预测植保机械化发展趋势如下。

3.1 精准施药

把农药精量、准确地施洒到靶标上，提高农药的有效利用率，是对现代植保机械化的基本要求。“靶标”通常是栖歇在农作物上的害虫、病斑或周边的杂草。目前，我国的农药有效利用率不到30%，这些农药真正击中“靶标”的很少，其余的农药都散布到农田、水域、空气中，造成环境污染；或喷洒到作物上，造成农产品农药残留增加。

因此，今后要充分应用我国北斗卫星导航精准定位系统、现有的智能和信息技术，研发精准植保机械及施药技术。一是智能化风送低量喷雾机。充分利用气流对枝叶的翻动作用，使作物的叶面、叶背、上下、内外都均匀地覆盖上药液。由于雾滴在气流的强制作用下飞向靶标物，所以可有效地防止自然风的干扰而产生环境污染。二是静电喷雾机。应用该机具作业时，带电的雾滴在电场力的作用下，定向地飞向靶标物，从而大大提高雾滴的附着率，降低农药对环境的污染。三是对靶间隙喷雾机。采用普通摄像头成像后，用计算机对图像进行分析判别，控制喷雾系统工作。根据我国国情，应重点发展和应用二维成像技术和回波识别技术，回波识别技术是应用超声波（或其他波源）在靶标上的反射回波来识别靶标。同时，如何准确、及时、定量地把药液喷洒到已识别的靶标上去，也是此类机具研发的关键和难点。应用对靶间隙喷雾技术可节省农药30%左右，农药残留相应降低。四是恒压喷雾机（器）。该机具在国外发达国家已普遍采用，在我国尚处于研究开发阶段。该类机具作业时，喷射部件只能在标定压力范围内喷雾，而不受压力波动的影响，从而确保了施药部位的精准和施药量的精确。五是回收喷雾机。该机具至今在我国仍是空白。作业时，可把未击中靶标的雾滴回收，并循环使用，有效防止环境污染，并节约大量农药。据统计，应用该机具可节省农药30%～40%。还有控滴喷雾机、定向喷雾机等，这些都是精准施药机具，在研发上应多予关注，使之尽快研制成功并应用于农业生产。

3.2 高效植保

喷杆喷雾机是一种高效的地面施药机具。我国喷杆喷雾机的发展方向应是：机具的功能先进，包括防滴功能、恒压功能、仿形功能、喷量和雾角调节功能等；作业参数同步显示和计算机自动控制，这些参数包括喷头的喷量、压力，机具的速度等。充分应用我国具有自主知识产权的北斗卫星导航定位系统，对机具作业进行精确地引导，避免重喷和漏喷。机型的发展趋势应以“风力辅助式”为主，充分利用风管中的下压气流避免雾滴漂移，提高雾滴的附着率，减少环境污染。

3.3 航空植保

航空喷雾是一种高效、先进的施药技术。研制先进的喷洒部件和控制部件，应用“3S”技术进行病、虫、草害的预测预报和飞机作业时的导航。飞机机型应以旋翼机为主，充分利用旋翼机产生的下压气流，避免雾滴的漂移和有利于雾滴穿透植被，提高雾滴的附着率。

3.4 大、中型化

逐步淘汰“人背机”的手动式喷雾机，使植保作业的效率成倍提高，劳动强度明显降低，施药量显著减少，以降低农药残留，提高农产品品质。

4 迅速提高我国植保机械化水平的政策建议

4.1 把新型高效植保机械列入农机购置补贴，给予重点推广

目前全面机械化已经提上议事日程，植保机械化“短板”已经成为进一步提高农业综合生产能力的强制约因素。各级农机推广应用部门，要结合当地农业生产实际需要，确定先进、实用、节能、环保、高效的植保机械作为补贴重点，力争使植保机械化快速发展。对规模化生产的农机专业合作社、家庭农场、机械化农业生产大户购置植保机械予以重点倾斜。同时，用3～5年时间，逐步淘汰现有“人背机”喷雾机，促进植保机械更新换代，尽快进入“机背人”新时代，支持农业的规模化和高效发展。

4.2 加大力度抓好新型药械技术研发

一是国家应设立专项研发基金，对研制植保机械的共性技术、基础技术、关键技术、智能化技术等给予支持，促其创新性开发，形成一批具有自主知识产权的成果；支持企业应用这些成果，尽快形成产能，满足农业生产急需。二是重点加强适合果园、水田和高秆作物的施药机械，以及山区、丘陵地区大、中型药械的研发。同时抓好基础性研究，充分应用提高细小雾滴利用率的高效施药技术、高效防飘喷雾技术、光机电一体化技术，研发适用于不同地区、满足不同农作物和病、虫、草害防治的各种专用高效施药机械。

4.3 强化农机农艺融合

目前，对植保机械管理不顺、职责不明。植保部门负责药械使用、技术指导，而药械的推广属农机部门的管理职责范围。因此，一是二者要加强合作。做好职责整合，在农机农艺融合上形成合力，推动植保机械化健康发展。二是尽快建立国家施药技术研究中心。建议国家依托现有植保机械与施药技术研究机构，整合农学、农药、植保等多学科优势，组建“国家施药技术研究中心”，进行施药技术的基础研究，提供研发和推广新型植保机械的科学依据，协助政府相关职能部门制定相关管理政策及施药技术规范、标准和法规，推动我国新型、高效植保机械化发展。