我国果园植保机械的现状与发展趋势

苏丽旭，刘莉滋

（重庆三峡学院机械工程学院，重庆 404130）

0 引 言

我国的果园总面积和总产量都位居世界前列，果园种植在我国农业中占有重要的分量。随着我国乡村农业的发展，水果种植产业已成为乡村农民重要的收入来源。果园植保是水果种植必不可缺的部分，果园种植每年都会因病虫害而减产，造成的损失困扰广大的果农，威胁着国家粮食安全，所以对果树定期进行病虫害防治工作可有效解决果园减产等问题。

我国的果园按标准化分为传统果园和现代果园。21 世纪之前建园的传统果园多为低矮密植的种植方式，果树的列距在3 m 左右，果树间距为2～3 m，能长到3m 左右。树冠密集式生长导致果树之间枝叶交错，也称为郁闭型。这种情况机械作业空间小，对植保机的需求就是简单而轻巧。现代果园是21 世纪后引进国外种植模式，种植的果树树冠枝干大都是圆柱状细小型，果树行距在3～4 m，充足的空间。果树间距在1～1.5 m，树冠直径大概1 m，具有良好的通过性，适合大中型喷雾机械[1]。

1 植保机械化的意义

从20 世纪50 年代到现在，我国果园种植和喷药植保经过不断的发展，在果园治理和病虫害防治方面得到明显改善，水果的产量和质量都有快速的提高。

1.1 提高喷雾作业效率

果园作物生长季节一年需要喷洒农药8～15次，占据着很高的果园管理工作量，机械喷药可长时间、一次性代替传统人工喷雾，降低劳动强度，减少人工作业的环节。机械效率高，大容量药箱减少中途补充药水的次数，可及时解决生长期出现的问题，挽回果园减产的局面。

1.2 改善防治效果，提高药液利用率

传统人工打药时，大多采用大流量连续喷药，压力不足导致药液雾化不均匀，大部分药液流失，利用率低。采用机械式打药能提升喷雾质量，充足的压力使药液雾化更均匀，先进的喷药技术可再次回收飘散的药液，降低药液损失，还能根据果树种类的不同进行调节仿形喷雾。

1.3 可减少对果农身体健康的危害

人工喷药时缺乏防护装备，与农药接触会危害人身健康。机械化喷雾系统则采用了电控调速、隔离保护、在线混装药和远距离遥控等多项手段,相比以前喷雾作业应更加注重对果农的保护。减少了施药人与药剂的直接接触，以确保果农安全施药。

2 常用的喷药机械

2.1 背负式

人工背负式植保机结构轻巧，使用简单，市价稳定便宜，果农广泛使用。喷雾又分为手动式和电动式，目前市场的手动式大都是改进版工农16 型，可施放各类杀虫剂、叶面肥等，也可应用于大田作物和果树的病、虫、草害治理，而电动式则使用蓄电池助力的电动隔膜泵对药液加压，不需果农手工动杆，大大降低了施药人的劳动强度，打药的射程范围不长，对于小地块的果园很适用。

2.2 喷粉机

喷粉机与背负式相比不同的是，这类机型不是通过水泵装置喷射, 而是直接通过风速把雾状微粒击碎（图1）。主要是以汽油机当作助动力，采用空气输粉、空气弥雾的方法，利用风力气流把植物叶片刮翻，所喷射的药物比雾滴细小。逐渐研制并应用了多种小喷量、高浓度有机物可使叶片正反面均可着药，可以省药省水。多容量的载药量能在较大的果园施药，作业高效灵活。

图1 喷粉机

2.3 手推式

手推式也是人工高压喷药，通过隔膜泵从药液箱吸水、经过充分压缩，再次转换成高压药液，有大容量的药液桶，可连续喷淋式作业。移动耐高压的药液供送水管，高压药液通过拉动喷枪水管喷洒。装备大功率的液泵，可出现较高的药液压力，射程范围可达8～9 m，对各类果园作物都能适用。

2.4 自走喷杆式

这一类机型大多由三轮车为动力搭载（图2），降低了手推式的劳动强度，采用喷杆竖直做喷雾，支架调节范围在1～1.5 m。汽油机提供隔膜泵动力，喷流平稳，压力较高，结构简单，运行维护简便，作业寿命长。过滤系统可避免杂质直接流入喷嘴，有效提高了喷洒作业的效率，对果树病、虫、草害预防和喷洒后作物生长的调节效果好。

图2 喷杆喷雾机

2.5 牵引风送式

牵引风送式在20 世纪80 年代引进，主要采用拖拉机牵引（图3），采用轴流风扇，农药经过液泵液压后由药箱连接到喷头洒射，然后通过风机带来的风力使喷射的雾状微粒实现二次雾化，把二次雾化后的雾状微粒带到枝叶上。风机出风量大，有效地抵御自然风的干扰。风机的强大风力使枝叶翻转，射程远可提高雾滴的穿透能力，能让药液更均匀地附着在果树的枝叶上[2]。

图3 风送式喷雾机

3 我国植保机械的不足之处

喷药性能决定着果园防护和产量收益，果树生长期内多次喷药对施药机械化水平要求较高，而我国大部分果园喷药机结构简单，先进技术装备少，主要存在以下问题：

3.1 产品结构单一，喷药技术落后

果园低端型喷雾机因价格优廉，得到果农普遍使用，但作业效率低，液压喷洒不稳定，穿透性差，叶背附着率低，药液很难达到果树中间主干，经常重喷、漏喷，农药利用率低。常用的风送式大流量喷药喷雾量过大，不能精准控制喷药量，风量供需不匹配。风量太小不能穿透每一层树冠，喷药防治效果下降。风力过大会引起药液漂移，药液会集中沉积在枝叶上，造成大量药液流失浪费，还会影响周围作物的生长环境。

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3.2 农机与农艺融合不充分

果园栽培果树的规划与植保机械的生产和应用有着密切的联系。现如今，由于新老果园的原因，植保机受果树栽培方式的影响，一些果树生长、施药、耕作等环节的不同要求，植保机械作业很难有效相适应。中大型作业率高的喷雾机不能进入果园喷药，中小型喷雾机也未能高效应用。

3.3 研发和创新应用不足

一般大公司在实际生产过程中,对新产品的研制往往只是做了几个简易的仿制，而小型喷雾机技术水平一般较小、易于模仿，但利润率却很低，因此有能力的大公司通常都不愿进行大量投资或开发新产品。中大型喷雾机科技含量高，且生产成本投入较高，大部分植保机械厂都不能够对其进行研究与制造。

3.4 施药安全性低

不管是背负式、自走喷杆式还是牵引风送式喷雾，大都离不开人工的操作，作业人员在混药、喷药、清洗时，多次与农药接触、吸入导致中毒，对人的身体造成伤害，所以要发展机械自动化喷药。

4 国内外果园植保现状

20 世纪中期，国外发达国家的植保机械就已逐步实现机械化、系列化。水果生产多为规模化生产，苹果、葡萄等水果有专用的果树型喷雾机。现如今，欧美国家以中、大型喷雾机为主，运用静电喷雾、低容量、自动混药、机器视觉、防飘移、自动对靶、导航控制等技术展开研发应用[3]。

目前，以意大利为代表的欧美国家，柔性导管式喷雾机是最常见的植保机（图4），可利用柔性导管将一部分药液延伸至作物的另一侧。工作原理与风送式有些类似，利用强烈的气流将药液喷洒至作物上，不过这种打药机还利用机械臂将气流与药液运送到作物的另一面进行喷洒，在风送式打药机优势的基础上，更加节省药量而且喷药更具有针对性，喷洒效果更好。这种打药机在一次行走的过程中可以对两行作物四面进行喷药，减少了行走路线，效率更高。

图4 柔性导管式喷雾机

20 世纪70 年末国外就开始研制超低量静电喷雾机（图5），该机型与大功率拖拉机相配合，后牵引式作业，标配管路清洗用水泵以及自动清洁管路滤网,并设有清洗水泵；利用高速搅拌机作为药箱的混药动力, 可以确保在工作过程中药剂不产生沉降现象,对粉剂和低溶解性度杀虫剂都有很大的适应性；强力风送式框架配以大排量隔膜泵，喷射透过力较强，适用于不同栽培密度的作物，可以有效提高叶面与叶背喷射效率。

图5 静电喷雾机

为了减少药液损失、减少药液对身体以及环境造成的危害，国外还研发了隧道式循环喷药机，喷药机对应的果树列宽在2.5 m 左右，果树种植宽度在2 m左右，机型高度3～4 m（图6）。主要由两大系统构成：药液回收循环系统和药液喷施系统。作业时，果树表面被喷雾泵的隧道装罩盖罩住，而雾状微粒则可以在被套罩内直接喷施在作物表面，对没有沉积在叶丛、树枝和叶片上的雾状微粒，通过被套罩的循环后直接使用，能更有效地防止农药飘失。果树生长期内作业可节省50%的农药，减少农药飘失80%以上[4]。

图6 隧道式循环喷药机

随着经济快速发展，国内企业、高校也对果园植保机械进行高新技术上的研究，针对我国果树栽培种植的特点研发多种喷雾机。

山东金原农林装备有限公司研发了一种履带风送式喷雾机（图7）,特别针对地皮疏松的果园,是一款轻松、灵活、高效的植保机，依靠单人完成喷药作业。该机在低压风机和高压药泵的联合工作下，农药均匀融合在水雾中,并通过高速风流空气，使内外部层面果枝叶正反着药，并快速地扩大雾化，进而增加了果树附着度和通透性。现已应用于规模化培育基地、标准化果树园区、苗圃等多种类型果园。

图7 履带风送式喷雾机

鲁虹植保企业为了解决果园喷药难、喷药累、喷药效率低下的问题，研制了果园精灵3WP-100B 型遥控喷雾机（图8），通过加装2 个摇摆喷杆喷枪，喷枪长度仅30 cm，可以实现6 m 高度有效喷雾，180°无死角全方位喷洒，该机身高70 cm、宽80 cm，转弯半径仅1.2 m，适用于苹果、梨、桃等乔木类果树的喷洒作业，环境适应性好，扩展性能强。

图8 遥控电动喷雾机

南京农机所开发了一种3WQ-400 型果园双风带静电喷雾，解决了水果施药冠层过密，药剂穿透难、操作自动化水平低等技术难题（图9）。采用风送对靶变量施药技术，雾化能力强，药液覆盖面大，附着性好，省水省药，高效节能。可适应目前广泛种植栽培的密植式果树和新型标准化纺锤式植保喷药作业，也可以解决小型水果基地的果树病虫害防控需求。

图9 3WQ-400 型果园双风带静电喷雾

华南农业大学的李震、韩清春等[5]人研发了一种轨道搭载式风送喷雾机（图10），可以在不同的山地丘陵地形进行植保打药，打药机安放于固定的轨道上，经过轨道移动平台完成前进后退，可根据铺设的轨道来达到喷药覆盖，解决坡度高的果园机械作业不便的难题。

图10 轨道风送喷雾机

5 未来发展趋势

目前，化学防治仍然是病虫害防治的主要手段，我国虽然也生产了数量众多的背负式、中小型喷雾机，但果园喷药装备相对国外先进设备还有一定差距，所以针对不同作业对象，仍需针对性开发，提高作业效率，从而提高果品品质。

5.1 精准变量喷雾

现在的打药方式常采用喷杆喷淋或大流量喷洒的方式，无论是液力式还是风送式，很容易造成局部枝叶农药残留过多，使大量农药沉积，无法通过果树的冠层、枝叶茂密程度进行自动调整，对药的利用率很低。精准变量可减少农药残留，可根据果树的不同形态，随时调整变量施药，有效节省大约30%的农药，提高农药使用效率[8]。

主要是基于实时视觉传感控制变量的方法，即自动对靶喷药。可采用图像识别技术，通过将摄像头采集的图像数据处理，经过图像对比后，判断出树冠的有无、尺寸和密度，将信号传输给液泵流量控制系统进行喷药。树冠尺寸密集增大喷药量，树冠稀疏减少喷药量，从而达到理想的喷雾状态。也可通过传感探测技术，通过超声波反射回波识别、红外线等检测不同果树形态的辨别。

5.2 防飘移技术

以前打药时有30%～40%的药剂附着在作物上，而且雾状颗粒飘移现象严重，因此药剂的高效使用率并不高。所以在打药作业时减少药液大量飘移，就能减少对附近作物环境和土壤的污染。

5.2.1 静电喷雾技术

高压静电在喷头与果树枝叶间生成静电场，药液通过喷头雾化带电更容易附着于果树枝叶，在静电场、风速等的共同影响下做定向运动，最后吸附到果树的各个部位。雾状粒子飘散流失降低，可减少50%的药物损失，同时有效沉降率也增加，并有效均匀地附着于树叶正反面，从而增强防治效果。

5.2.2 风幕技术与防飘喷头

这个风幕主要是在喷杆上安装了风套和电机，通过在喷嘴上部沿喷雾方向的强力送风，形成风幕并提高了对雾状农药的穿透力。防飘喷头设计是由于雾滴在雾化过程中吸收了空气，气液一起混合产生起泡雾状颗粒，从而提高了雾状粒子的防漂移能力，同时接触果树枝叶时会形成更多的农药雾粒，从而增加了雾化农药颗粒的沉积和覆盖均匀度。

5.3 雾滴回收技术

喷雾机采用了药液的雾滴收集设备, 在工作时雾流横向通过果树枝叶时, 可将不容易被果树叶子所吸收的雾状颗粒收集出来, 经过滤后再送回药液箱再次循环使用,可节省30%的农药,不但可以保证农药的高效使用, 还能够降低进入周围农作物环境的可能性。

5.4 自动混药与清洗技术

自动混药是分别设置药箱与水箱，作业时将母液倾倒在配药箱中，用药量可以随时调整，避免农药浪费。打开水箱转换开关加入清水，母液与清水按比例调制药液，将调制好的药液倒入主药箱里。这个过程减少了药液和配药人员接触，减少农药对人的危害，更加安全、方便。清洗技术通过植保机的自清洁降低农药污染的概率，还能降低喷头堵塞、雾化不足的现象发生。