農(nóng)用植保機(jī)械的變量噴藥技術(shù)特點(diǎn)與發(fā)展趨勢(shì)分析

丁建華

(黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院，哈爾濱 150081)

0 引言

農(nóng)業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，在現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)揮了巨大的作用，植保機(jī)械作為農(nóng)業(yè)機(jī)械的一種，其廣泛應(yīng)用有效替代了傳統(tǒng)的人工植保模式，使農(nóng)業(yè)植保作業(yè)的效率和安全性都得到了顯著的提高。隨著植保機(jī)械的大量應(yīng)用，機(jī)械化作業(yè)的弊端也逐漸顯現(xiàn)，由于傳統(tǒng)的植保機(jī)械作業(yè)無(wú)法準(zhǔn)確分辨病蟲草害的嚴(yán)重程度，只能采取同等施藥量的方式進(jìn)行防治，存在著在同一片田地中某些病蟲草害嚴(yán)重區(qū)域農(nóng)藥噴施量不足，而很多地塊用藥量過(guò)度的問(wèn)題，不僅影響了植保作業(yè)的實(shí)際效果，更對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境造成了危害。隨著社會(huì)的環(huán)保意識(shí)增強(qiáng)，農(nóng)業(yè)植保中的變量噴藥技術(shù)得到了更深入的研究，并逐漸得到應(yīng)用，變量噴藥技術(shù)不僅能提高農(nóng)藥噴施效果，更有利于減少農(nóng)藥使用量，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)在更合理的方式下實(shí)施。

1 變量噴藥技術(shù)的研究與應(yīng)用

我國(guó)對(duì)于變量噴藥技術(shù)的引進(jìn)和研究相對(duì)起步較晚，近年來(lái)，在農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)和農(nóng)藥技術(shù)快速發(fā)展的情況下，變量噴藥技術(shù)的研究也取得了快速的發(fā)展，很多專業(yè)人士和農(nóng)機(jī)科研人員在精準(zhǔn)施藥、變量噴霧等方面取得了顯著的成果。江蘇大學(xué)利用多種傳感器獲取噴藥系統(tǒng)的速度、壓力、流量等信息，并結(jié)合GPS系統(tǒng)進(jìn)行分析，由內(nèi)嵌式計(jì)算機(jī)處理并快速形成噴施方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同噴頭噴施的變量控制要求；野秀玉等人對(duì)模糊控制的變量噴藥系統(tǒng)進(jìn)行了深入的研究，并設(shè)計(jì)出了可根據(jù)農(nóng)田實(shí)際情況控制農(nóng)藥噴施量的控制系統(tǒng)，利用模糊理論控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)閥，實(shí)現(xiàn)噴施量的快速改變[1]；李慧琴等人設(shè)計(jì)了對(duì)噴藥機(jī)的變量控制系統(tǒng)，通過(guò)分析攝像頭采集的信息結(jié)合定位坐標(biāo)，形成準(zhǔn)確的噴藥量?jī)?yōu)化方案，噴藥機(jī)構(gòu)可根據(jù)方案調(diào)整流量和噴施方向，實(shí)現(xiàn)了變量噴藥和對(duì)靶噴藥的技術(shù)要求[2]?？傮w來(lái)看，我國(guó)的變量噴藥技術(shù)理論研究開展較為豐富，但在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用仍比較少。

2 變量噴藥技術(shù)的工作模式

現(xiàn)階段，應(yīng)用于植保機(jī)械的變量噴藥技術(shù)主要有兩種實(shí)施模式，一是具備作業(yè)方案的變量噴施作業(yè)。在進(jìn)行噴藥作業(yè)之前，通過(guò)視覺設(shè)備、傳感器、人工數(shù)據(jù)采樣等多種方式結(jié)合GIS、GPS系統(tǒng)對(duì)需要進(jìn)行植保作業(yè)的耕地進(jìn)行詳細(xì)的農(nóng)作物生長(zhǎng)情況采集，并通過(guò)信息技術(shù)進(jìn)行匯總，形成具有農(nóng)作物病蟲草害特征的區(qū)域網(wǎng)格圖(如圖1所示)，通過(guò)計(jì)算機(jī)分析不同位置的信息，形成具體的作業(yè)方案，由植保機(jī)械在作業(yè)過(guò)程中結(jié)合GPS技術(shù)對(duì)不同坐標(biāo)位置的農(nóng)作物執(zhí)行變量噴霧作業(yè)。二是具備傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的變量噴藥作業(yè)。利用傳感器技術(shù)和視覺技術(shù)實(shí)時(shí)獲取土壤、作物、病蟲害等信息，并根據(jù)實(shí)時(shí)測(cè)量結(jié)果指導(dǎo)變量噴施作業(yè)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的變量噴藥作業(yè)對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)的運(yùn)算能力和反應(yīng)速度要求較高，現(xiàn)階段應(yīng)用精準(zhǔn)度仍有待提升。

圖1 變量噴藥作業(yè)方案網(wǎng)格圖

3 變量噴藥機(jī)械的技術(shù)特點(diǎn)

隨著農(nóng)村地區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的逐步完善，植保機(jī)械作業(yè)所能依托的先進(jìn)技術(shù)不斷增多，現(xiàn)階段我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中已經(jīng)可以充分利用遙感技術(shù)、衛(wèi)星定位技術(shù)、監(jiān)測(cè)技術(shù)完成更加科學(xué)的生產(chǎn)模式，具備變量噴藥功能的植保機(jī)械也普遍配備了GPS天線和數(shù)據(jù)接收處理終端，從而保證變量噴藥功能的實(shí)施。目前，可應(yīng)用的變量噴藥機(jī)械作業(yè)模式以具備作業(yè)方案的變量噴施作業(yè)為主，當(dāng)植保機(jī)械在田間作業(yè)時(shí)，駕駛員在駕駛室中可以通過(guò)顯示器觀察不同地域的噴施方案，隨著機(jī)具行駛到不同的田間位置，處理器會(huì)根據(jù)預(yù)設(shè)的方案控制噴藥機(jī)調(diào)整噴灑量，變量噴藥機(jī)的噴施作業(yè)流程如圖2所示。在生產(chǎn)過(guò)程中農(nóng)藥的濃度通過(guò)自動(dòng)混藥裝置進(jìn)行控制，噴施的農(nóng)藥量需要結(jié)合速度傳感器獲取的行駛速度和農(nóng)藥濃度綜合計(jì)算形成方案，通過(guò)氣泵和流量閥共同控制藥液流量的大小，實(shí)際噴施量通過(guò)流量傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)記錄不同坐標(biāo)位置的實(shí)際噴施量，以供使用者和技術(shù)人員查看。

4 變量噴藥技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

4.1 進(jìn)一步提高對(duì)環(huán)境變化的適應(yīng)能力

從現(xiàn)階段的變量噴藥機(jī)械技術(shù)來(lái)看，大多數(shù)的研究針對(duì)于獲取田間的病蟲害信息開展，進(jìn)而針對(duì)病蟲草害的發(fā)生情況改變噴藥量，這種方案在自然條件良好的狀態(tài)下能夠合理實(shí)施，但當(dāng)自然界的風(fēng)力、溫度變化較大時(shí)，可能導(dǎo)致農(nóng)藥的漂移和附著效果減弱等問(wèn)題，因此，在現(xiàn)階段的變量噴藥參數(shù)分析技術(shù)上，結(jié)合實(shí)時(shí)的氣候條件測(cè)量技術(shù)，并配套防漂移噴頭等設(shè)備，能夠進(jìn)一步提高噴施的準(zhǔn)確性，降低環(huán)境條件變化對(duì)噴施效果的影響。

圖2 變量噴藥機(jī)的噴施作業(yè)流程

4.2 加強(qiáng)先進(jìn)噴施技術(shù)的綜合應(yīng)用

變量噴藥技術(shù)的實(shí)施重點(diǎn)在于根據(jù)田間情況合理改變噴藥量，這有利于提高農(nóng)藥的利用率，如果在此技術(shù)上，能夠進(jìn)一步結(jié)合其他先進(jìn)的農(nóng)藥噴施技術(shù)，則能夠使噴藥機(jī)械的噴藥效果進(jìn)一步增強(qiáng)。例如，在變量噴藥機(jī)械上配套高霧化噴施技術(shù)，能夠有效提高農(nóng)藥的作用面積，提高病蟲害的防治效果；將靜電噴霧技術(shù)應(yīng)用到變量噴藥技術(shù)上，使霧滴具備一定的靜電吸附特性，有利于藥物在農(nóng)作物的噴施正面和背面均勻附著。

4.3 優(yōu)化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變量噴藥效果

盡管從目前來(lái)看，通過(guò)傳感器和視覺設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的變量噴藥技術(shù)存在精確度不足的問(wèn)題，但這主要是受到技術(shù)先進(jìn)性的制約，其本身的技術(shù)路線并不存在問(wèn)題，相對(duì)于預(yù)先具備作業(yè)方案的變量噴施作業(yè)而言，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的變量噴藥技術(shù)有利于實(shí)現(xiàn)作業(yè)工序的進(jìn)一步簡(jiǎn)化，而且實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)而獲得的數(shù)據(jù)，相對(duì)于預(yù)先設(shè)計(jì)的方案也更為合理，因此，從目前的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變量噴藥技術(shù)的不足之處出發(fā)，解決信息獲取精確度、數(shù)據(jù)運(yùn)算延遲、噴灑系統(tǒng)反應(yīng)延遲等問(wèn)題，從根本上提高變量噴藥的實(shí)際效果，也是變量噴藥技術(shù)合理化發(fā)展的有效途徑。

5 結(jié)語(yǔ)

變量噴藥技術(shù)是農(nóng)業(yè)機(jī)械化植保作業(yè)由粗放型向精確型轉(zhuǎn)變的重要技術(shù)，其合理化應(yīng)用對(duì)農(nóng)業(yè)發(fā)展的影響很大，從變量噴藥技術(shù)的理念來(lái)看，十分符合農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求，而且能夠進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率和防治效果。因此，農(nóng)業(yè)管理部門也應(yīng)積極加強(qiáng)對(duì)變量噴藥技術(shù)的普及推廣，為該技術(shù)的推廣與應(yīng)用創(chuàng)造有利條件，以幫助我國(guó)農(nóng)業(yè)的植保作業(yè)模式實(shí)現(xiàn)快速提升。