我国植保机械化发展短板与提升对策分析*

储为文

(农业农村部农业机械试验鉴定总站，农业机械化技术开发推广总站，北京市，100122)

0 引言

农业机械化是现代农业的基础，是提升农业综合效益，提高我国农产品国际竞争力的关键因素，是应对农村劳动力转移，解决“谁来种地”问题的重要途径。现代化农业必须也必然以机械化为基础，只有机械化才能实现规模化生产，获得规模化的效益，才能使作业质量均齐一致，高效优质地实现农业技术要求[1]。由于我国农业生产力水平不高，受农产品价格“天花板”和农业生产成本“地板”抬升的挤压，同时随着劳动力成本上升较快，农业机械化显得更加迫切和重要。近十几年来，我国农机化事业实现跨越式发展，特别是动力机械、耕整机械、收获机械飞跃发展，把广大农民从艰苦的农事作业中解放出来。目前我国农业机械化率已超过70%，但主要农作物从种到收，机械化植保成为其中比较落后的环节与重要短板，加快补齐农业现代化短板现已成为全社会的共识，补齐我国农业的短板，最终服务农业供给侧结构性改革，同时促进农民增收。

随着国家大力推进农作物病虫害专业化统防统治，我国新型高效植保机械迎来了难得的发展机遇期。但由于现行的种植栽培模式，完全没有考虑满足植保机械作业问题，各种高效自走式喷杆喷雾机和风送喷雾机举步维艰，植保无人飞机异军突起。2016年农业农村部启动实施了“到2020年化肥、农药使用量零增长行动”。要求植保工作既要把病虫危害控制在最低程度，实现控害稳粮；又要减少病虫防治次数和农药使用量，提高农产品质量安全水平，实现提质增效。本文研究了通过调整作物种植栽培模式，满足自走式喷杆喷雾机和风送喷雾机下地作业，充分发挥其农药利用率高、施药均匀性好、对靶性强、作业效率高等优势，促进农药减施增效，实现农药使用量零增长。

1 我国植保机械基本情况

改革开放以来，我国机械化植保与施药技术的发展是缓慢的，极不适应现代农业发展的需要，已成为我国农机化发展进程的重要短板与制约整个植保行业发展的重要因素。我国植保机械与施药技术落后的现状与我国快速发展的农业农村现状极不相称，已严重妨碍了农作物病虫草害的防治工作，带来了诸如农药利用率低、环境污染、作物药害、操作者中毒等负面问题，扩大了不应有的损失并引发其他不良后果。进入21世纪之初，我国生产和使用的植保机械仍然以背负式手动喷雾器、背负式机动喷雾机、担架式液力喷枪喷雾机仍占有重要份额，这些都属于20世纪60年代定型的产品，也就是“工农-16”“动18”和“工农-36”老三样，不论是结构型式还是技术性能都很落后，技术含量低，结构简单，所有的手动喷雾器仅配备一种切向离心式喷头，完全不适应不同作物，不同病虫草害防治的需要。再加上制造工艺粗糙，产品质量更是无法保证。国家植保机械监测中心监督检查结果显示产品合格率长期徘徊在60%左右，市场抽检合格率更低，跑冒滴漏现象仍然比较严重。

直到2009年以后，随着农作物病虫害专业化防治服务组织的涌现，国家大力推进农作物病虫害专业化统防统治工作，对新型高效植保机械的需求空前高涨，植保机械才迎来了快速发展期。各种高地隙自走式喷杆喷雾机应运而生，植保机械企业快速崛起；牵引式、车载式、自走式、遥控式风送喷雾机不断涌现，较好地满足了果园、环卫和防蝗等对高效药械的需求。到2012年无人机开始进入植保机械行业，近几年都以翻倍的速度迅猛发展，有效地弥补了自走式机械不能达到或不能解决的丘陵山区农作物植保领域，到2019年已发展到50 970架，作业面积达29 330 khm2，我国也一举成为全球植保无人机保有量最大、作业面积最大的国家，涌现出了深圳大疆、广州极飞等植保无人机龙头企业。据全国农业技术推广服务中心统计，到2019年，全国的专业化病虫害防治服务组织已拥有各种大中型高效施药机械63.4万台，日作业能力达到7 399 khm2。

2 存在问题与原因分析

我国植保机械长期处在农机行业的边缘位置，条块分割严重，研制生产和使用技术脱节，对施药技术重视不够，没有专门的研究和管理机构。没有建立完善科学的植保机械评价体系，难以引导正确的发展方向。现有的植保机械生产企业在长期恶性竞争下，积累少，研发投入不足，不了解植保机械的发展方向，只能进行一些简单的仿制，在新产品的开放上常走弯路。由于小型喷雾器技术含量低、利润低，容易仿造，有实力的企业大都不愿投资开发新产品。而大型喷雾机技术含量高，现有的植保机械厂根本没有能力生产。现有的种植模式从不考虑方便施药机械作业，一味强调机械设计要符合农艺要求，让研究设计单位望而却步。其原因如下所示。

1) 机械化植保的特殊性。植保机械是涉及农机、植保、农药、环境、生态等多领域的一类特殊农机具，相对于常规的农业机械又具有三个方面的显著特点。一是涉及安全性问题多。机器本身的安全性问题只是其中一个方面，安全性还关系到施药人员安全、农业生态环境安全、农产品质量安全和农作物产量安全。二是对使用者要求高。机手除了要懂得机器本身的性能和操作技术外，更重要的是还要懂得农药的性能、病虫草害的发生特点、防治适期、施药技术等。三是机械主要在作物生长期间作业。不像其他农业机械主要是在种植前或收获时使用，受种植模式影响不大、不用担心碾压作物，而自走式植保机械的作业受种植模式和作物生长期影响巨大，既要高效作业，又不能碾压作物。可见，植保机械虽然在整个农机行业属于一个小的分支，地位较低，重视不够，但植保机械对安全性要求更广，对使用者要求更高，对作业条件要求更苛刻，因此研发生产的难度就更大。过去一些生产小型植保机械的企业，难以具备转型升级生产新型高效植保机械的能力和条件。现有的部分大型农机生产企业由于对施药技术、植保技术研究不够，也不敢轻易涉足。这些都造成了我国植保机械发展缓慢，严重落后于发达国家的水平，与整个农机行业的发展也很不同步、不协调。

2) 现行的种植栽培模式限制高效植保机械发展。虽然造成我国植保机械落后的原因很多，但在植保机械已取得长足进步，各种大中型高效植保机械不断成熟的今天，农机农艺结合不够紧密已成为最大的限制因素。

我国地大物博，农作物种类丰富，复种指数高，有一熟区、二熟区和三熟区，但同时又人多地少，种植规模小。从南到北、从东到西，农作物种植模式千差万别，即便是同一地区的同一种作物，种植栽培模式也不尽相同。各地所采取的种植栽培模式，大多与长期形成的栽培习惯有关，与高产、高效的生产目标可能并不完全一致。当前的农艺要求并不一定是唯一正确的、不可动摇的[1]。这些种植栽培模式大都没有考虑高效植保机械作业的需要，以至于自走式喷杆喷雾机“寸步难行”。一个地区或生产单位作物种植的结构、配制、熟制，即作物布局区域差异性很大，各地区种植方式包括轮作、连作、间作、套作、混作和单作等众多方式。种植制度的地区差异，以及不同品种生物特性的差异，不利于农业机械的普及推广和农业机械化的进一步发展[2]。

3) 现行的种植栽培模式限制了生产性服务的发展。现在很多高产农业创建模式，主要依靠密植和大群体，大型高效的喷杆喷雾机难以进田作业，大型果园风送喷雾机根本不可能在老式果园作业。农作物专业化病虫害防治服务组织只能选择那些中小型施药机械，不仅作业效率低下，防治效果不好，还得聘用大量机手，收取的作业费全部支付给机手都嫌不够，难以养活机手，机手流失严重，防治队伍不稳定。同时，没法使用新型高效的植保机械，就难以从根本上提高农药利用率，实现科学用药，提升防控能力和水平。这些低工效的植保机械一方面养不活那么多机手，另一方面也不能给防治服务组织带来盈利。面对无法改变的种植栽培模式，越来越多的专业化防治服务组织开始选择植保无人飞机，由于无人机飞手是按照作业面积收费的。农户总是希望飞的慢些，药液打得多些，而飞手则想的是飞得越快越好，药打得越少越好，每天的作业面积越大越好，形成尖锐矛盾。容易形成施药液量不足，导致施药质量得不到保证，甚至出现由于防治效果太差，造成减产而导致赔偿的事件。

3 建议

3.1 发挥自走式喷杆喷雾机效用

从近几年的实践看，各级农业部门强化绿色引领，围绕农业农村部提出的“一控两减三基本”的目标，深入开展农药使用量零增长行动，取得了良好成效。大力推进专业化统防统治和绿色防控，但高效大中型药械替代低效小型药械工作还很不到位，尚有很大的发展空间。相对于生态控制、免疫诱抗、光波诱控、色板诱控、性信息素、食源诱控、物理阻隔、昆虫天敌、生物农药等绿色防控技术推进来说，高效大中型施药机械的推广应用是最直接、最经济的农药减量使用技术，在不增加任何设备、措施的情况下，直接实现减量用药，不像绿色防控技术是要增加新的设备和措施，是要增加成本的。自走式喷杆喷雾机具有农药利用率高、施药均匀性好、对靶性强、作业效率高等优势，在农药减施增效方面的优势没有被重视和利用。

目前，国家重点研发计划有关化肥农药减施增效技术应用及评估研究课题，制定了“小麦、水稻农机农艺融合适应喷杆喷雾机全程作业实现农药减量使用试验示范展示方案”，先后安排河南、江苏、安徽、湖南、湖北等地开展试验示范，通过对种植模式进行优化调整，根据喷杆喷雾机的轮距，改变目前的等行距种植模式，实行宽窄行种植，在不减少播种(插秧)量和基本苗的情况下，确保喷杆喷雾机能够全程开展农作物病虫害防治作业，实现全产业链全程机械化，提升生产效益。将机手目前普遍习惯采用的施药液量由现行的450 L/hm2降到150 L/hm2，提高农药利用率和作业效率，提升专业化防治组织的防控能力。试验数据表明，在施药液量减少2/3时，农药利用率水平可到达60%以上，药液沉积量变异系数可控制在10%～27%，最常见的12 m喷杆喷雾机，每天(按8 h计)作业能力近33.3 hm2，作业效率提高70%以上。在农药量减少30%的情况下，防治效果无显著差异，应用自走式喷杆喷雾机实现减量用药的前景广阔。

3.2 发挥植保无人飞机作用

在探索现代农业发展道路上，无人机等近年来被力推的农业智能装备，正在保障粮食安全中发挥着越来越关键的作用。近年来，无人机进入植保作业后就取得迅速发展。从2017年到2019年，数量分别为13 592 架、30 896架和50 970架，作业面积分别为7 267 khm2、17 333 khm2和29 333 khm2。这和植保无人飞机所具有的优势有关，主要表现在：采用人工遥控技术和自动导航技术，实现人机分离，保证了作业人员的安全性；自动化程度高，作业机组人员相对较少，劳动强度低；提供个性化服务，特别适合于小地块作业；具有良好的作业性能和喷洒效果；不碾压作物，可对高秆作物施药。

不过，植保无人机的缺点也是显而易见的，主要表现在：喷雾对靶性不好，农药利用率不高；喷头覆盖面小，喷雾受风力、风向影响大，喷雾均匀性差；可装载药液量偏小，实际工效不高；属于很低容量喷雾，药液浓度高，易产生药害；雾滴直径小，沉降时间长，易蒸发飘失；电池续航能力低，田间充电不便。植保无人飞机喷雾是一种低容量喷雾技术，与地面常规喷雾相比，雾滴更细，再加上无人机喷雾作业喷头距离作物冠层高度大，农药雾滴飘移严重，药害风险大[5]。植保无人飞机喷雾作业时，农药雾滴在作物冠层沉积的纵向变异系数高达80%，横向变异系数高达70%，与地面喷杆喷雾技术有明显差距，这就导致其对病虫草害防治效果不稳定[5]。

3.3 加强农药配套研究

要充分发挥植保机械的作用、提升喷药效果，农药的选择与效果显得非常重要。植保学科和农药学科的研究及发展说明，农药的使用并不是一个简单的选择农药和药量的药物学问题，而是涉及农药制剂、农药行为、生物行为、施药机械、作物生态、气象因素等多方面和多学科的一门系统工程。通过对农药雾滴运动特性、沉积分布状态以及害虫行为同农药雾滴运动和沉积分布关系的深入了解，人们清醒地认识到通过提高施药机械质量，改进施药技术，提高农药利用率是解决防治效果差、农药污染严重最经济的重要手段，成为减轻农药负面影响，节本增效，提高防控效果和防控能力，保护农业生态环境，保障农产品质量、提高农业生产能力的重要途径，也是实现现代植保的重要手段，更是实现“农药使用量零增长”的根本出路。

3.4 加强植保机械与农艺融合

由于受种植栽培模式所限，防治效果最好、农药利用率最高、作业效率最高的喷杆喷雾机却无法下地作业，高效风送喷雾机无法进园。目前，我国农机与农艺的联合研发机制尚未建立，一些作物品种培育、耕作制度、栽植方式不适应农机作业的要求，农民种植栽培习惯差异大,标准化程度偏低。不论是农民种植习惯还是各级农业技术部门推广的高产栽培模式，都不会考虑方便植保机械下地作业的问题。当然，在过去相当长的时期，我国高效植保机械研发、生产尚不成熟，防病治虫都是依靠人背负机器下地作业，种植栽培模式不需要考虑方便植保机械下地作业的问题。但是，在发展现代农业如此重要的当下，如果再不转变思路，再不着手研究适应高效植保机械作业的新种植栽培模式，我国现代农业的发展将严重受到拖累，与发达国家的农业生产水平将进一步拉大。因此，要多方呼吁各级农业主管部门提高认识，牵头组织栽培、植保与农机方面的专家，共同研究适合高效施药机械作业的高产栽培模式，实现农机农艺有机融合，同时搞好农田道路、农机下田“路引”，灌溉和沟渠等设施的统筹规划和建设，创建能够实现可持续发展的农作物“高产创建新模式”。

目前国内一些地区如河南、河北正积极探索农机农艺融合的小麦种植新模式，在秋季小麦播种时，就考虑调整种植行距，实行“宽窄行种植”“预留作业带”“四密一疏”等种植模式，在不减少播种量和亩穗数的情况下，使高效自走式喷杆喷雾机在小麦全生育期都能下地作业。

安阳县采用“两行小麦并垄种植、中间留宽行、然后再并垄种植两行小麦”的宽窄行种植模式，2013年，示范种植11 khm2。方便大、中型植保机械下地对小麦病虫害开展全程式的统防统治，也便于套种玉米，对玉米也能开展全程式的统防统治。滑县示范基地采用宽幅精量播种技术，三畦(7.2 m)一个作业带，中间一畦采用宽窄行种植，留出3个自走式喷杆喷雾机行走的行道，可以在小麦全生育期进行病虫害统防统治。

陕西淳化县通过矮砧密植技术种植的新型苹果园，可满足大型自走式风送喷雾机下地作业。施药液量由老式果园的3 000 L/hm2，降低为450 L/hm2，农药利用率由原来液力喷枪喷雾机的不足15%，提高到45%以上，仅此一项技术农药使用量就降低了80%。近年来，陕西、山东的新型苹果种植模式快速发展，很好地实现了农机农艺融合。

3.5 借鉴欧洲发达国家经验

欧洲的粮食作物以小麦为主，以条播和撒播的方式种植，由于雨水充沛，不用分行起垄，不用灌溉沟渠，基本苗、单位穗数、产量水平都高于我国。欧盟平均小麦产量已达到5 850 kg/hm2，最高水平的是法国，产量水平已超过6 750 kg/hm2。在进行植保作业防治病虫害时，多用大型喷杆喷雾机直接从小麦上压过去。喷杆的长度有28 m、36 m、甚至48 m，压损率不到1.5%。欧洲发达国家现在已普遍使用防飘喷雾技术，通过在大型喷杆喷雾机上加装气囊，使用气流辅助喷雾可减少农药飘失量70%以上；安装新型射流防飘喷头，可减少农药飘失量90%。各类经济和园艺作物都是农机农艺高度融合，每种作物的栽培追求的不是产量水平，而是首先要满足全程机械化作业，甚至包括机械化采摘。针对每种作物都开发了与之配套的专用高效施药机械，如针对葡萄园开发的循环式喷雾机，农药利用率高达90%以上。

4 结语

随着工业化、城镇化和农业现代化加快发展，农村劳动力结构和农民劳动观念发生了深刻变化，农民对农机作业的需求越来越迫切，农业生产对农机应用的依赖越来越明显。新一代农民更加向往有体面的劳动和有尊严的生活，而农业植保成为农业作业最为劳累的一个环节，因此植保环节的机械化程度的高低已直接影响农民的农业生产意愿。

国内外实践表明，农机农艺融合、相互适应、相互促进，是建设现代农业的内在要求和必然选择。当前，我国农机化发展已经到了加快发展的关键时期，农机农艺有机融合,不仅关系到关键环节机械化的突破，关系到先进适用农业技术的推广普及应用，也影响农机化的发展速度和质量。实现农机农艺的融合，对促进农业稳定增产和农民持续增收,加快推进农业现代化有着十分重要的意义。

农业绿色高质量发展对农药安全使用提出了更高的要求，农药减量使用的担子越来越重。在农药减施增效方面具有众多优势的自走式喷杆喷雾机，不能被一成不变的种植栽培模式所限制，实施农机农艺融合是补齐植保机械短板的必由之路。