變量噴藥技術(shù)在農(nóng)業(yè)植保中的應(yīng)用與優(yōu)勢分析

關(guān)桂娟

(哈爾濱市阿城區(qū)農(nóng)業(yè)機械化技術(shù)推廣站，哈爾濱 150300)

0 引言

在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，為確保農(nóng)作物的穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，需要利用植保機械進行大范圍的多次農(nóng)藥噴施作業(yè)，以起到預(yù)防和治療病蟲害的作用。但從生產(chǎn)實際來看，大部分植保機械技術(shù)和使用特征過于粗放，造成農(nóng)藥使用量大，藥物噴施精確性不足，難以實現(xiàn)農(nóng)藥的有效利用。農(nóng)藥的不合理應(yīng)用已經(jīng)造成了較為嚴重的食品安全、環(huán)境污染和資源浪費問題，在可持續(xù)發(fā)展理念的影響下，人們越來越認識到合理利用農(nóng)藥資源的必要性，農(nóng)業(yè)植保工作的轉(zhuǎn)型升級勢在必行。近年來，變量噴藥技術(shù)得到了世界范圍內(nèi)的認可與應(yīng)用，作為精確農(nóng)業(yè)的重要技術(shù)體系，變量噴藥技術(shù)有效改善了傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)植保模式，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程變得更加合理。

1 變量噴藥技術(shù)的內(nèi)涵與應(yīng)用

變量噴藥技術(shù)是在傳統(tǒng)的植保噴霧技術(shù)基礎(chǔ)上結(jié)合現(xiàn)代化的科學技術(shù)和機械技術(shù)發(fā)展而來的，變量噴藥的過程充分考慮農(nóng)田環(huán)境、植株狀態(tài)、植株密度、土壤狀態(tài)、病蟲害程度等眾多因素，并利用計算機技術(shù)、數(shù)學模型、自動控制技術(shù)實現(xiàn)噴藥量的自動調(diào)節(jié)。變量噴藥技術(shù)對改善我國農(nóng)業(yè)植保的工作質(zhì)量意義重大，能夠更好地保障耕整地、播種、施肥、作物生長期等各個環(huán)節(jié)的生產(chǎn)環(huán)境，因此適合在我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中進行應(yīng)用。我國變量噴藥機械設(shè)備和技術(shù)的應(yīng)用都處于發(fā)展時期，很多關(guān)鍵的技術(shù)還處于研究和不斷改進的階段，變量噴藥技術(shù)的大部分研究集中在大型寬幅移動式噴藥機械和大棚管路式噴霧機械上，秸稈理論技術(shù)的研究不斷取得突破的同時，先進變量噴藥技術(shù)的應(yīng)用仍待普及推廣，大部分技術(shù)處于試驗和小范圍應(yīng)用上，且關(guān)于自動混藥、自動配比、變量算法、噴頭技術(shù)等方面與發(fā)達國家仍存在較大差距[1]。

2 變量噴藥技術(shù)的應(yīng)用形式

2.1 基于農(nóng)田信息實時采集的變量噴施

傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)植保機械噴施農(nóng)藥多采用一成不變的噴藥形式，不能根據(jù)農(nóng)田環(huán)境和作物植株的需求展開合理的噴施，往往造成農(nóng)藥的大量浪費和農(nóng)作物藥害等嚴重問題。因此，根據(jù)農(nóng)田實施的信息數(shù)據(jù)開展可變的噴施作業(yè)是最合理的植保噴藥形式之一。農(nóng)田信息實時采集包括了眾多先進技術(shù)的集成，包括視覺識別技術(shù)、遙感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)等[2]。圖1為利用無人機遙感技術(shù)獲取的某田地田間病蟲害分布情況，并將實時獲取的田間的各種數(shù)據(jù)信息傳輸給中央處理器進行分析處理，形成最佳噴施方案。植保機械根據(jù)處理器提供的方案控制各個管路和噴頭位置的噴霧量，實現(xiàn)各個噴頭的獨立可變控制，實現(xiàn)根據(jù)農(nóng)田不同位置作物情況進行科學的變量噴施[3]。

圖1 遙感技術(shù)獲取的田間病蟲害分布情況

2.2 基于處方圖的變量噴施

由于田間實時信息采集的技術(shù)復(fù)雜性較高，生產(chǎn)過程中實施的難度和成本也比較高，因此現(xiàn)階段的變量噴施作業(yè)更多地以處方圖的方式開展。處方圖就是在噴施作業(yè)前先利用遙感技術(shù)或視相技術(shù)及人工勘測對農(nóng)田各個位置的植株狀態(tài)或農(nóng)田信息進行標記，并制作出農(nóng)田各個坐標位置的噴藥量變化方案，這種噴施方案與農(nóng)田地圖的結(jié)合就是噴施作業(yè)的處方圖。在處方圖的指導下，農(nóng)機根據(jù)衛(wèi)星導航的定位實施不同位置的噴施作業(yè)。處方圖的優(yōu)點是以較低的成本實現(xiàn)變量噴藥作業(yè)，缺點是不具有實時性特點，精確性稍顯不足[4]。

2.3 農(nóng)藥高效利用技術(shù)

2.3.1 高霧化噴施技術(shù)

為進一步減少農(nóng)藥的使用量，實現(xiàn)利用最少的農(nóng)藥實現(xiàn)最佳的植保作業(yè)效果，國際上技術(shù)先進的植保機械很多都采用了低噴量的高霧化噴頭進行噴施，圖2為雷沃農(nóng)機生產(chǎn)的寬幅高物化植保機械，應(yīng)用了先進的高物化噴頭技術(shù)，高霧化噴頭通過離心噴頭技術(shù)實現(xiàn)噴出霧滴的進一步細化(圖3)，更小的霧滴直徑能有效提高藥霧與植株的接觸面積，提高附著率[5]。

圖2 雷沃高霧化噴施技術(shù)作業(yè)

圖3 高霧化噴頭噴施效果

2.3.2 靜電噴施技術(shù)

靜電噴施技術(shù)是通過對藥液施加電流，使噴出的霧滴帶電，在靜電的作用下，霧化的藥滴更容易吸附到農(nóng)作物植株的各個位置，提高農(nóng)藥的利用率[6]。

2.3.3 對靶噴施技術(shù)

該技術(shù)的實施需要根據(jù)作物的植株狀態(tài)開展，如利用視覺技術(shù)識別葉片的病害或蟲害位置，或利用葉色素光學傳感器識別葉片狀態(tài)，進而實施有針對性的噴霧作業(yè)，對靶噴施避免了傳統(tǒng)植保中無差別的大面積噴施作業(yè)，不僅降低了農(nóng)藥的浪費，同時有效控制了環(huán)境污染。

2.3.4 噴霧防漂移技術(shù)

噴霧防漂移是減少農(nóng)藥在空氣中損失的重要技術(shù)，針對自然環(huán)境對噴霧質(zhì)量的影響展開的專門研究，有利于降低不良天氣造成的噴霧飄逸問題?，F(xiàn)階段使用的防漂移技術(shù)包括噴頭防漂移技術(shù)、風幕技術(shù)、霧滴回收技術(shù)，以及上文介紹的靜電噴霧技術(shù)。據(jù)統(tǒng)計，合理利用靜電噴霧技術(shù)可減少50%～60%的藥液損失，并有效降低農(nóng)藥噴施造成的環(huán)境污染[7]。

3 變量噴藥技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢

3.1 有利于精確農(nóng)業(yè)的實現(xiàn)

變量噴藥技術(shù)作為精確農(nóng)業(yè)理念中的重要組成部分，其實施有效提升了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中農(nóng)藥噴施的精確化程度，使作業(yè)過程的合理性明顯提升。一方面，具有變量噴藥技術(shù)特征的植保機械能夠在衛(wèi)星定位和環(huán)境數(shù)據(jù)的支持下，以高度自動化的形式完成噴霧作業(yè)，作業(yè)過程中的行駛速度、作業(yè)線路、噴施量等關(guān)鍵參數(shù)更合理匹配；另一方面，變量噴霧的實施有效減少了植保作業(yè)過程中化學藥劑過量使用、噴霧不均勻、重噴漏噴等問題，植保作業(yè)的粗放性得到了很大程度的控制。

3.2 生產(chǎn)資源的利用率明顯提升

傳統(tǒng)的植保噴藥作業(yè)人力、物力需求量很大，由于作業(yè)過程較為粗放，往往不會根據(jù)作物實際狀態(tài)進行科學規(guī)劃，農(nóng)藥的噴施量和作業(yè)路徑規(guī)劃等都較為隨意，易產(chǎn)生較大的資源浪費。利用變量噴藥技術(shù)，通過農(nóng)藥噴施量合理控制、藥霧防漂移等技術(shù)，能顯著提高農(nóng)藥的利用率，并降低農(nóng)藥和水的使用量，有效節(jié)約農(nóng)藥資源；同時由于作業(yè)線路更為合理，不僅避免了重噴漏噴造成的浪費，也有效降低了農(nóng)機的作業(yè)時間，使燃油費用、農(nóng)機損耗、人工費用也相應(yīng)降低[8]。

3.3 作業(yè)過程的可靠性顯著提升

傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)植保機械在使用過程中常出現(xiàn)噴頭堵塞、藥液滴漏、噴施質(zhì)量不佳等問題，而具有變量噴藥技術(shù)特征的新型植保機械由于采用了先進的管路結(jié)構(gòu)設(shè)計、結(jié)合多級過濾、傳感器監(jiān)測、電氣控制等技術(shù)，使機具的故障問題得到了有效的規(guī)避，植保機械的整體品質(zhì)也明顯提升，機具的工作幅寬、作業(yè)效率得到優(yōu)化，對于可能存在的故障問題也能做到及時預(yù)警，避免出現(xiàn)噴施質(zhì)量不合格、機具損壞影響生產(chǎn)進度等問題。

3.4 植保污染問題得到了有效控制

首先，采用變量噴藥技術(shù)所使用的農(nóng)藥總量明顯減少，農(nóng)藥噴施過程可能造成環(huán)境污染的概率明顯降低，即使不采用其他先進的噴施技術(shù)，污染問題也會降低40%～50%；其次，由于采用了先進的霧化噴施和防漂移技術(shù)，農(nóng)業(yè)藥液主要作用在農(nóng)作物表面，因漂移、落入土壤造成的污染問題明顯減少；再次，由于植保機械的質(zhì)量得到提升，作業(yè)過程中的滴漏、維修泄漏等問題明顯減少，化學藥劑的大量污染得到有效控制。因此，變量噴藥技術(shù)的應(yīng)用會引領(lǐng)農(nóng)業(yè)植保作業(yè)向綠色化和環(huán)保化進步。

4 技術(shù)發(fā)展展望

生產(chǎn)實踐證實，變量噴藥技術(shù)在噴施精確性、合理性方面具有明顯優(yōu)勢，變量噴藥技術(shù)的應(yīng)用對于傳統(tǒng)噴藥過程的噴藥不均、農(nóng)藥浪費、環(huán)境污染等問題有明顯改善，但變量噴藥技術(shù)在我國的應(yīng)用仍處于初步階段，其普及程度仍不高，技術(shù)體系完善和普及還有很多工作要做。

總體來說，變量噴藥技術(shù)在我國的應(yīng)用和技術(shù)研究都還有很大的提升空間，未來應(yīng)當重點在以下及更方面加強工作：1)要積極探索變量噴施的最合理工作方案，利用計算機配合程序編制提高藥物噴施與農(nóng)作物實際需求的匹配度；2)加強噴頭技術(shù)、混藥技術(shù)等尖端技術(shù)的研發(fā)，并積極引進國際先進的變量噴施軟硬件技術(shù)，進一步提高噴藥機械的工作性能；3)提升農(nóng)田數(shù)據(jù)的獲取能力，根據(jù)我國農(nóng)田的實際情況和生產(chǎn)作業(yè)的特點，合理設(shè)計信息獲取的軟硬件，簡化數(shù)據(jù)獲取流程，提高數(shù)據(jù)獲取與利用的有效性。變量噴藥技術(shù)作為我國農(nóng)業(yè)植保作業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，既符合農(nóng)業(yè)發(fā)展的需求也能有效改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀，具有良好的經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益，應(yīng)當?shù)玫礁蠓秶钠占巴茝V與應(yīng)用。