施肥噴藥機械裝備在農業(yè)生產中的現狀及發(fā)展趨勢*

譚 靜 ，劉莉滋，2

（1.重慶三峽學院機械工程學院，重慶 404130；2.重慶市輕合金材料與加工工程技術研究中心，重慶 404130）

農業(yè)機械是推動發(fā)展現代農業(yè)的重要一環(huán)，也是農業(yè)現代化的重要標志，更是提升農業(yè)生產力水平、轉變農業(yè)發(fā)展方式和實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的重要支撐?！笆碁檎祝Z安天下”。農業(yè)機械化水平是衡量農業(yè)生產力水平和農業(yè)現代化發(fā)展程度的重要指標之一，也是衡量農業(yè)發(fā)展狀況的重要依據。它不僅可以幫助農民提高生產效率，而且可以改善作物生產質量，降低農作物生產成本，提高農產品附加值，為農民帶來更多的經濟效益。機械化可以促進農業(yè)可持續(xù)發(fā)展，減少對環(huán)境的影響。農業(yè)機械化有助于提高農業(yè)生產效率，降低勞動成本，提高農產品產量及品質，是現代農業(yè)發(fā)展的必然趨勢。改革開放以來，我國“增機減人”的發(fā)展取得重大進步。因此，人們更應該積極推廣使用機械化設備，促進我國現代農業(yè)的發(fā)展[1]。

1 施肥噴藥機械簡介

1.1 施肥機械

施肥機械是一種用于農業(yè)生產的機械設備，主要用于施肥作業(yè)。通常包括儲存裝置、輸送系統(tǒng)、施肥控制器和噴灑設備。儲存裝置通常是一個大型的容器，用于儲存化肥或有機肥料。輸送系統(tǒng)則負責將肥料從儲存裝置中輸送到施肥控制器中。施肥控制器是整個系統(tǒng)的核心，它可以根據需要控制肥料的輸出量和噴灑范圍。噴灑設備則用來將肥料均勻地噴灑在農田上。施肥機械系統(tǒng)提高了施肥的效率，減少了人力成本，還可以減少肥料的浪費，可以精確地控制肥料的釋放量和噴灑位置。根據施肥機在農業(yè)生產中的作業(yè)特點可分為三種，分別是手推式施肥機、懸掛式施肥機和自走式施肥機[2]。

1）手推式施肥機通常由一個容量較小的料箱和一些旋轉刀片組成。用戶手動推動或拉動施肥機，以便將肥料均勻地分配到農作物根部。手推式施肥機通常沒有精確的控制裝置，只能根據使用者的經驗和感覺來判斷噴灑的肥料量。這就可能導致施肥過度或者施肥不足，影響農作物的生長。與其他高效的施肥設備相比，手推式施肥機需要人力推動，速度較慢，覆蓋面積較小，因此施肥效率相對較低。需要使用者長時間進行推動，花費較大的體力，容易造成疲勞和損傷。適用于小型農田和家庭菜園等小面積土地，但對于大面積的農田，使用手推式施肥機則不太實用。多數情況下無法防止水化肥的揮發(fā)、溢出或者流失，可能導致空氣污染和土地污染，不利于環(huán)境保護。

2）懸掛式施肥機是集裝箱式施肥機，它們通常被應用在農業(yè)領域中。這些施肥機可以通過掛在拖拉機、卡車或其他大型機器上來運輸和安裝。懸掛式施肥機需要較高的初始投資和維護成本，可能會增加農民的負擔。這種設備有著很多精密的部件，需要經常進行維護和保養(yǎng)，否則可能導致故障或者性能下降。需要使用者掌握相關技術知識才能正確操作，否則可能影響施肥效果并造成浪費。由于它是在車輛上懸掛，所以針對特殊的地形或狹小的空間，如山區(qū)、河谷等，可能無法施肥。懸掛式施肥機通常要配備高功率發(fā)動機和大型油箱，因此它的載重量也很大，駕駛員在行駛時需特別注意安全問題。自走式施肥機是能夠自主行駛并同時施肥的設備。它們通常由發(fā)動機、肥料儲罐、液壓控制系統(tǒng)和傳感器組成。用戶可以通過控制面板調整施肥機的速度和施肥量，并且這些設備還能夠采用GPS 技術實現定位和精確施肥。

3）自走式施肥機需要使用先進的技術和材料，因此成本較高，購買和維護都需要投入大量資金。自走式施肥機會在農田里行駛，重復經過同一塊土地時可能會對土壤造成壓實和損傷，影響作物的生長。自走式施肥機僅適用于平整、寬敞且沒有障礙物的農田，對于山區(qū)、丘陵等復雜地形的農田無法使用。自走式施肥機需要依賴現代科技，需要專業(yè)的操作人員進行控制和維護，如果出現故障或者技術落后，將會影響施肥效果和農業(yè)生產效益。

1.2 噴藥機械

噴藥機械系統(tǒng)是一種用于農業(yè)、園藝和林業(yè)等領域的設備，它可以將化學藥劑或生物制品噴灑到作物或其他植物上，以保護它們免受病蟲害等有害因素的影響。噴藥機械系統(tǒng)通常由以下幾個部分組成。

1）液體儲罐：用于存放藥劑或水。

2）泵：將藥劑從儲罐中抽出，并將其送入管道系統(tǒng)中。

3）管道系統(tǒng)：將藥劑從泵輸送到噴槍或其他噴頭上。

4）噴槍或噴頭：用于將藥劑以高壓形式噴灑到作物上。

噴藥機械系統(tǒng)還可能包括液位傳感器、計量泵、過濾器等組件，以確保藥劑的正確使用和分配。在使用噴藥機械系統(tǒng)時，需要注意安全，并采取適當的防護措施，以避免對人員和環(huán)境造成傷害。

目前，最常見的噴藥機械主要有背負式噴藥機、自走式噴藥機和無人噴藥機[3]。

1）背負式噴藥機需要由人工背負，并手持噴槍進行作業(yè)，操作過程中需要長時間保持身體穩(wěn)定，對操作人員的身體素質要求較高，勞動強度較大。作業(yè)效率較低，不適用于大面積作業(yè)，每次作業(yè)量有限，需要多次來回作業(yè)，以達到較好的噴藥效果。噴灑范圍受到操作人員的手臂長度及姿勢的影響，因此難以實現精準的藥液噴灑。操作時容易出現誤操作、疲勞等問題，增加了操作風險。

2）自走式噴藥機需要使用大量的燃油或電力來驅動，這會給環(huán)境造成一定負擔。它對地形和氣候條件的適應性有限，比如在陡峭的山區(qū)或者大風天氣下無法正常工作且運行需要依賴GPS導航系統(tǒng)。

3）無人噴藥機的制造和維護成本相對較高，這對于不熟悉技術的農民來說是一個挑戰(zhàn)。目前的無人噴藥機主要適用于平原地帶，地形地貌復雜的丘陵山地使用時效果相對較差。

2 施肥噴藥機的現狀

2.1 國外施肥噴藥機的現狀

20世紀40年代，美國在農業(yè)生產機械的研究和開發(fā)中收獲頗豐，第一次實現了以生產機械化為主要內容的現代農業(yè)生產方式。不斷推出小型多功能、多品種農機和大功率、高度自動化的大型農機。促進了玉米等作物的生產和管理過程的機械化。20 世紀50 年代，歐洲以提高農業(yè)生產率為目標，加快了農業(yè)現代化的進程。如荷蘭建立了一種集約化和機械化相結合的復合模式。參考日本、韓國、以色列等人多地少的國家，發(fā)展資源節(jié)約、資金和技術密集的經濟模式[4-5]。國外施肥噴霧機械的發(fā)展較早，由于國情的不同，國外發(fā)達國家土塊比較集中，適宜大型施肥噴霧機的運行。例如，美國十方國際集團、紐荷蘭集團、約翰迪爾集團等國際知名農業(yè)機械公司，均以農業(yè)機械產品的研發(fā)為核心，研發(fā)出一系列高科技的農業(yè)機械產品。第二次世界大戰(zhàn)之后，為提高農業(yè)產出，美國農業(yè)的化肥使用量劇增[5]。近年來，美國已經開始利用衛(wèi)星GPS 等先進的農藝裝備，開展精密的高科技農業(yè)[6]。在國外施肥機械的研究中，如日本等農業(yè)發(fā)達國家，將一種GPS 接收器，裝有屏幕和數據處理裝置，安裝在噴藥機上，可以自動地為每一塊田地提供農藥的比例和用量，并通過控制噴藥機來進行農藥的精準噴灑[7]。在其他國家，施肥噴藥機的研究主要集中在提高農作物生產效益和質量、減少水和化肥的使用量、改善施肥噴藥的精度和可控性等方面。近年來，隨著信息技術和智能制造技術的發(fā)展，國外還涌現出了許多智能化、自動化的施肥噴藥機，比如基于全球定位系統(tǒng)（GPS）和地理信息系統(tǒng)（GIS）的精準農業(yè)施肥噴藥技術，利用先進的傳感器和控制系統(tǒng)實現自主導航和自動施肥噴藥等功能。

2.2 國內施肥噴藥機的現狀

在中國，農業(yè)是國民經濟的支柱產業(yè)之一，因此國內施肥噴藥機的研究和開發(fā)具有重要現實意義，并逐漸得到廣泛應用。孫建英等[8]利用光譜學方法，對東北黑土地與華北潮土進行光譜學特征分析，并利用GNSS 定位信息進行標記，結合室內分析結果，得到土壤pH 值與氮、磷、鉀、有機質等的空間分布，從而為精準施肥奠定基礎。我國作為一個農業(yè)大國，出臺了一系列政策不斷推動農業(yè)機械化和現代農業(yè)的發(fā)展，如提供財政支持、加強宣傳推廣、建立服務體系、推進農村改革等。解決好“三農”問題作為國家現代化建設的基礎性任務，歷來是黨和國家的工作重心，其中大力推廣農業(yè)機械化的重要性不言而喻。我國特色社會主義農業(yè)現代化模式正在逐步形成[9]。近年來，我國農機化水平顯著提高，機械種植模式解放農民勞動力的同時大大提高了農業(yè)生產效率。自動化、智能化機械更是讓農民由勞動者變成一部分農業(yè)生產環(huán)節(jié)的管理者[10]。

3 施肥噴藥機械的研究及發(fā)展趨勢

3.1 精準施肥噴藥技術的應用

國內外施肥噴藥技術正在往智能精準化方向發(fā)展。采用精準施肥噴藥技術，可以將施肥噴藥效率最大化，能夠使植物的養(yǎng)分吸收更加均衡、科學，有效地避免產生部分營養(yǎng)缺乏、過度肥料殘留等問題，從而能夠提高植物的品質。澳大利亞開發(fā)出一套精確識別雜草的傳感控制系統(tǒng)，還有研發(fā)針對不同地形活性減震器來保證施肥的均勻性。美國研發(fā)了一種控制器，該系統(tǒng)以PDA或車載微機為核心，利用GIS圖層中的GIS土壤營養(yǎng)和化肥用量信息，進行可變施肥，從而大大提高了施肥的精度[11]。德國研發(fā)出一種C-C-A型噴施質量控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)調控噴桿的農藥噴灑量以達到最佳噴灑漂移值，傳感器通過機器行駛速度計算出單位面積噴灑量，再通過調控噴施壓力而改變傳感器的測量值，以此來達到精準施肥的目的[12]。

3.2 自動控制技術在施肥噴藥機械中的應用

自動控制技術在施肥噴藥機械上得到了很好的應用，其中最重要的是通過傳感器和反饋機制來實現自動化、計算化和精準化的操作。自動控制技術還可以與GPS導航技術和地理信息系統(tǒng)結合使用，實現更為精準的定位和施肥、噴藥操作以及跟蹤和分析施肥、噴藥效果等功能。德國采用微波式傳感器研發(fā)了一種全自動操縱控制的施肥器，提高了農業(yè)作業(yè)效率[12]。

4 結論與展望

農業(yè)是國家經濟的支柱，是人類社會發(fā)展繁榮的基本驅動力，在人類社會中扮演著至關重要的角色。因此，農業(yè)機械化是必然趨勢，施肥噴藥機械的作業(yè)是農業(yè)生產環(huán)節(jié)中必不可少的一環(huán)。近年來，國內外致力于研發(fā)更為精細化、智能化的施肥噴藥機，均取得了巨大的突破。但是，要想未來使植保機械實現更加長遠的發(fā)展，應該重視目前施肥噴藥機存在的短板問題，加強農藝與農具的結合，突破技術上的重大瓶頸，促進農業(yè)的高質量發(fā)展，走綠色可持續(xù)發(fā)展道路[13-14]。

施肥噴藥機在農業(yè)生產中具有十分重要的作用，它可以提高農產品質量、減少勞動力成本、提高生產效率等。但其還有很大的發(fā)展空間，針對市場上調研的施肥噴藥機的不足，提出以下幾點建議。

1）技術的優(yōu)化改進。加強智能化技術的研發(fā)，將人工智能技術應用到噴藥機中，讓噴藥機能夠自動感知環(huán)境、識別農作物狀況，實現精準噴灑，開發(fā)先進的數據處理算法和系統(tǒng)，對農田采集到的大量數據進行分析和挖掘，為農業(yè)生產提供更全面、更精準的支持，提高施肥噴藥效率。優(yōu)化改進機器結構設計，使噴藥機能夠更加輕便、靈活，提高機器使用壽命和穩(wěn)定性[15]。利用新型材料，提高噴藥機的耐腐蝕性、抗氧化性和耐久性，采用低污染、低噪聲等技術來保護環(huán)境，實現生態(tài)環(huán)保和經濟效益的共贏。

2）加強售后保障措施?？蛻粼谑褂弥杏龅絾栴}時，售后服務團隊應該能夠快速響應客戶的問題，并提供專業(yè)的指導和咨詢服務，這些服務可以通過遠程在線視頻會議形式進行，也可以安排專業(yè)人員上門培訓。此外，售后服務團隊應該做好備件庫存管理，確保能夠及時備貨和更換故障零部件。必要時建立完善的售后服務管理系統(tǒng)，可以通過電話、郵件、在線聊天等方式收集客戶反饋，包括客戶信息管理、投訴處理、維修記錄管理等。這樣可以幫助售后服務團隊更好地了解客戶需求、優(yōu)化服務流程，提升售后服務質量。

3）拓展市場需求。可以在互聯網上發(fā)布相關信息，通過社交媒體、電子郵件和搜索引擎優(yōu)化宣傳推廣機器設備[16]。定期投入幾批新研發(fā)的施肥噴藥機免費給需要的農戶使用，使農戶親身感受機器帶來的便利。同時，與相關企業(yè)、單位合作，增加銷售點，拓寬市場，拓展新的銷售渠道。