李昕昊 王鵬飛 李建平

摘要 ? ?在果園管理工作中，病蟲害防治是極其重要的一環(huán)。近些年，我國果園風送式噴霧機得到了巨大發(fā)展，有效提高了農藥利用率，降低了農藥對農作物的影響，減小了環(huán)境污染問題。本文闡述了果園風送噴霧機研究進程，分析了噴霧機風送系統(tǒng)，以期為我國果園風送噴霧機的研發(fā)提供參考。

關鍵詞 ? ?果園風送噴霧機;風送系統(tǒng);精準噴藥

中圖分類號 ? ?S23 ? ? ? ?文獻標識碼 ? ?A

文章編號 ? 1007-5739（2020）04-0152-02 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）

Abstract ? ?In the management of orchards，pest control is an extremely important part. In recent years，China′s orchard air delivery sprayers have developed tremendously，effectively increasing the utilization rate of pesticides，reducing the impact of pesticides on crops，and reducing environmental pollution problems.This paper expounded the research progress of orchard air delivery sprayers，and analyzed the air delivery systems of sprayers，in order to provide references for the development of orchard air delivery sprayers in China.

Key words ? ?orchard air delivery sprayer;air delivery system;precision spraying

病蟲害防治工作是整個果樹管理作業(yè)中重要的環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)主要依靠噴施農藥。隨著季節(jié)變更、氣候變化，每年噴施農藥8～15次，其工作量約占果樹管理工作總量的30%[1-3]。目前，國外發(fā)達國家的果園病蟲害防治工作普遍應用風送式噴霧機。近年來，我國對現代化果園管理大力扶持，果園施藥機械化水平有了大幅提高。我國現代化果園種植模式以低矮密植型為主，行間距4～6 m，株間距3～6 m，樹高1.5～3.5 m，更方便果園植保機械以及其他作業(yè)機械的應用[4]。

風送式噴霧機核心在于風機和隔膜泵，二者的目的是提高霧滴在冠層中的穿透性能，提升藥液附著率，與傳統(tǒng)噴藥裝備相比，農藥利用率和作業(yè)效率都明顯提高，但缺點在于難以對風力進行精準控制，很難做到同時適用多種樹形，智能化噴霧程度較低。因此，全面分析我國施藥機械和施藥技術的發(fā)展現狀以及存在的各種問題，提高農藥利用率、提升病蟲害防治效果，積極借鑒國外成功經驗，研發(fā)智能化新型噴霧機，優(yōu)化已有噴霧機性能，對滿足農作物病蟲害防治要求、環(huán)保要求、農產品質量要求以及確保操作人員安全具有重要意義。

1 ? ?果園風送噴霧機研究進程

對于果園植保機具的發(fā)展，國內外都經歷了由手動施藥到機械施藥、由粗略施藥到精準施藥的歷程，都在向著提高農藥附著率和減少環(huán)境污染的方向前進。

早在20世紀40年代后期，國外發(fā)達國家就開始了果園植保機械研發(fā)，由軸流風機風送噴霧機代替原始的手動噴槍作業(yè)，此類噴霧機被稱為傳統(tǒng)果園風送噴霧機[5]，具有技術革命的重大意義。進入70年代后，由于果樹種植面積擴大以及高度和冠層直徑的減少，傳統(tǒng)果園噴霧機對于現代果園不再適用，因而歐美等國家開始對傳統(tǒng)果園風送噴霧機進行改進，進而誕生了塔式果園風送噴霧機。也有部分研究者把傳統(tǒng)果園風送噴霧機的軸流風機風送更改為橫流風機風送，該噴霧機為多風管果園風送噴霧機[5]。

相比國外植保機械的發(fā)展，國內對于果園風送噴霧機的研發(fā)要晚于國外30～40年，但發(fā)展歷程相同，均是傳統(tǒng)果園風送噴霧機—塔式果園風送噴霧機—多風管果園風送噴霧機—多風機果園風送噴霧機的發(fā)展歷程[6-11]。到目前為止，我國果園風送式噴霧機已經極大地縮小了與國外發(fā)展的差距，噴霧質量有了極大的改善。

2 ? ?噴霧機風送系統(tǒng)分析

2.1 ? ?傳統(tǒng)果園風送噴霧機

傳統(tǒng)果園風送噴霧機（圖1）采用牽引式，主要由牽引架、支架、隔膜泵、聯(lián)軸器、機架、藥箱、稱重輪及風送輔助裝置等組成[12]，工作時，藥液經加壓后由藥箱到達噴頭處進行噴霧，再由風送裝置產生的氣流使噴頭處霧滴進行二次霧化，將二次霧化后的霧滴送到果樹上，同時風機產生的氣流能夠翻轉枝葉，使霧滴更多地附著在枝葉正反兩面[5]。傳統(tǒng)果園風送噴霧機是風送式噴霧機的開端，其初衷是為了代替人力手動噴灑農藥，提升果園機械化水平，減小勞動力強度，提高作業(yè)效率，同時使藥液更多地附著在枝葉正反兩面，從而達到防治效果。丁素明等[13]研制的一種自走式果園風送噴霧機在噴霧壓力1.0 MPa、風機轉速1 450 r/min、行駛速度1.13 m/s的作業(yè)條件下進行噴霧，樹冠內部枝葉正、反面平均有61.22%、20.9%的藥液附著率，樹冠外層枝葉正、反面平均有77.22%、37.17%的藥液附著率。但這種傳統(tǒng)噴霧機采用的是放射式噴霧模式，噴霧半徑大，從而導致高度高于現代普遍果樹冠層高度，造成噴出的霧滴越過冠層，農藥在空氣中大量飄失，污染環(huán)境，農藥利用率低。

2.2 ? ?塔式果園風送噴霧機

塔式果園風送噴霧機（圖2）主要由風機、立板、導流裝置、噴頭、藥箱、藥泵等組成[14]，與傳統(tǒng)風送噴霧機相比，由圓形出風口改進為垂直直線形，使風機吹出的霧滴水平送至果樹枝葉，內部風機系統(tǒng)與傳統(tǒng)風送噴霧機相同。

與傳統(tǒng)果園風送噴霧機相比，塔式果園風送噴霧機垂直直線形的出風口水平噴出的霧滴高度顯著減低，軸流風機上的導風裝置使氣流定向噴出，霧化后的霧滴更精準地附著在果樹枝葉上，進而減少了藥液在空氣中的飄失，提高了農藥利用率，降低了農藥對環(huán)境的污染。曹龍龍[5]通過對比塔式果園風送噴霧機和傳統(tǒng)果園風送噴霧機的性能發(fā)現，塔式果園風送噴霧機果樹冠層整體藥液沉積量為1.932 μL/cm2，明顯高于傳統(tǒng)果園風送噴霧機。

2.3 ? ?多風管果園風送噴霧機

多風管果園風送噴霧機（圖3）是將傳統(tǒng)風送噴霧機的軸流式風機替換成離心風機風送，并由單獨的蛇形風管與單獨的噴頭相連接，噴頭的布置可根據果樹的高低和冠層直徑調整，因而也稱為仿形噴霧機。離心風機流量小，風壓高，傳輸距離遠[15]，可使每一個蛇形風管產生高壓氣流，穿透果樹冠層，達到噴藥效果。

對于多風管果園風送噴霧機則采用離心風機風送，由風機吹出的氣流通過8個蛇形風管到達噴頭，且導風管的位置可以隨果樹冠層直徑和高低進行調整，從而進一步減少農藥損失，使農藥噴灑更精準。多風機果園風送噴霧機采用軸流風機風送，噴霧效果與多風道果園風送噴霧機相近。張曉輝等[16]通過對履帶自走式果園定向風送噴霧機進行試驗，發(fā)現有風送時霧滴沉積量比無風送時提高了42.9%，變異系數降低了18.5%;定向噴霧比普通噴霧霧滴個數提高了30.9%，變異系數降低了55.3%。

2.4 ? ?多風機果園風送噴霧機

多風機果園風送噴霧機（圖4）每一個噴頭對應獨立的軸流風機，并在工作時根據農作物冠層高低調整噴頭高度以及角度，滿足噴藥要求。多風機風送噴霧機噴出的藥液能夠有效穿透果樹冠層，提升霧滴沉積率，但此項技術目前應用較少。

2.5 ? ?其他噴霧機

為了實現精準變量噴霧，除上述風送式噴霧機外，研究者們還利用紅外探測技術、超聲波技術、圖像識別技術、激光探測技術等智能探測技術識別果樹形態(tài)[5]，進行精準噴霧?；谏鲜黾夹g難以實現在線識別探測，仍需要依靠操作人員的經驗施藥或均勻施藥，無法控制農藥殘余量，致使農產品安全受到嚴重影響。研究者們還通過調節(jié)管道壓力技術、在線混藥技術、PWM脈寬調制技術等實現變量噴霧，但管道壓力調節(jié)技術和在線混藥技術無法實現對噴頭的單獨控制，不能針對無規(guī)則果樹按需施藥[17]。綜上所述，為實現果園病蟲害防治的精準變量施藥，還需對現有噴霧機及相應技術進行進一步優(yōu)化和研發(fā)，以提高農藥利用率，減少農產品農藥殘留和環(huán)境污染。

3 ? ?結語

目前，果園風送噴霧機已經實現了由手動到機械化的重大變革，實現了由大范圍放射式噴霧模式到精準噴霧的改變，有效提高了農藥利用率，減少了藥液在空氣中的飄失和環(huán)境污染，果樹的防治效果有了明顯改善。

但是，目前精準噴霧技術能夠達到的水平也僅僅是利用各種光學傳感器、超聲波傳感器以及圖像識別技術判斷果樹的位置、冠層直徑以及高度[17-19]，進而調整噴頭高度，噴頭與果樹間距以及噴出藥液的量和霧化程度。然而對于果樹冠層內部結構和疏密程度以及果樹病蟲害程度卻不能進行精準識別，因而也就無法達到精準變量噴霧的要求。

現階段果園風送噴霧機的優(yōu)化與研發(fā)主要面臨兩大難題。一是無法精準計算果樹病蟲害程度，難以精準控制噴霧機噴出的藥量，或導致藥量過大，藥液沉積，影響農作物安全以及環(huán)境污染，或導致藥量不足，不能達到防治果樹病蟲害效果;二是無法按需調控不同風送系統(tǒng)的風力大小，或導致風力過小無法穿透果樹冠層，病蟲害防治效果降低，或導致風力過大，藥液在空中飄失，造成環(huán)境污染和藥液浪費[13]。

未來風送式果園噴霧機將向著以下方向發(fā)展：一是對于風送式果園噴霧機的不同風送系統(tǒng)，目前采用的是軸流風機、橫流風機和離心風機產生不同風場，未來風送式噴霧機的風送系統(tǒng)會更精細，施藥更精準。二是病蟲害防治是果園治理的重要一環(huán)，每年需施藥數次，需要用到大量藥劑和水資源。因此，為響應“2020年農藥使用量零增長”計劃[20-22]，節(jié)約藥劑、節(jié)約水資源、提高農藥利用率是各類噴霧機亟需解決的問題。三是病蟲害防治效果是衡量噴霧機好壞的重要標準，既要使霧滴沉積率滿足防治要求，又不能使藥液過量沉積，影響農產品安全[23-24]。四是提高噴霧機的智能化水平是大勢所趨，應積極借鑒國外先進案例，利用各類傳感器以及新型技術實現精準變量噴霧的智能化控制。

4 ? ?參考文獻

[1] FAO.Minimum requirements for agricultural pesticide application equip-ment[R].Rome：Food and Agriculture Organization of the United Nations，2001.

[2] 李瀚哲，翟長遠，張波，等.果園噴霧靶標探測技術現狀分析[J].農機化研究，2016，38（2）：1-5.

[3] GIL E，ARN？魷 J，LLORENS J，et al.Advanced technologies for the impro-vement of spray application techniques in Spanish viticulture：An overv-iew[J].Sensors，2014，14（1）：691-708.

[4] 傅錫敏，呂曉蘭，丁為民.我國果園植保機械現狀與技術需求[J].新疆農機化，2011（1）：61-63.

[5] 曹龍龍.三種典型果園風送式噴霧機霧滴沉積特性與風送系統(tǒng)的優(yōu)化試驗研究[D].泰安：山東農業(yè)大學，2014.

[6] 郝永軍.果園打藥機自動行走控制系統(tǒng)研究[D].保定：河北農業(yè)大學，2013.

[7] 鄧巍，丁為民，何雄奎.變量噴施技術及其霧化特性評價方法綜述[J].中國農業(yè)大學學報，2009，14（3）：94-102.

[8] 鄧巍，何雄奎，丁為民.基于壓力變量噴霧的霧化特性及其比較[J].江蘇大學學報（自然科學版），2009，30（6）：545-548+563.

[9] 李麗，宋堅利，何雄奎.農作物噴霧靶標自動探測器設計與應用[J].農業(yè)機械學報，2010，41（7）：54-56.

[10] 何雄奎.我國植保無人機的研究與發(fā)展應用淺析[J].農藥科學與管理，2018，39（9）：10-17.

[11] 李龍龍，何雄奎，宋堅利，等.基于變量噴霧的果園自動仿形噴霧機的設計與試驗[J].農業(yè)工程學報，2017，33（1）：70-76.

[12] 王利源，李鑫，趙鵬，等.3 WFQ-1600型牽引式風送噴霧機噴霧性能試驗研究[J].農機化研究，2018，40（9）：167-171.

[13] 丁素明，薛新宇，張玲，等.自走式果園風送噴霧機的研制[J].中國農機化學報，2016，37（4）：54-58.

[14] 宋雷潔，李建平，楊欣，等.塔型風送式果園噴霧機風場參數優(yōu)化設計[J].農機化研究，2020，42（4）：12-17.

[15] 王杰.苗木對靶噴霧機風送系統(tǒng)設計及流場分析[D].南京：南京林業(yè)大學，2018.

[16] 張曉輝，姜宗月，范國強，等.履帶自走式果園定向風送噴霧機[J].農業(yè)機械學報，2014，45（8）：117-122.

[17] 翟長遠，趙春江，Ning Wang，等.果園風送噴霧精準控制方法研究進展[J].農業(yè)工程學報，2018，34（10）：1-15.

[18] 鄭文鐘，應霞芳.我國植保機械和施藥技術的現狀、問題及對策[J].農機化研究，2008（5）：219-221.

[19] 翟長遠.果園靶標在線探測方法及風送變量噴霧技術研究[D].楊凌：西北農林科技大學，2012.

[20] 何雄奎.植保精準施藥技術裝備[J].農業(yè)工程技術，2017，37（30）：22-26.

[21] NAGHAM SHALAL，TOBIAS LOW，CHERYL MCCARTHY，et al. Orchard mapping and mobile robot localisation using on-board camera and laser scanner data fusion-Part B：Mapping and localisation[J].Computers and Electronics in Agriculture，2015，119：267-278.

[22] 翟長遠，趙春江，王秀，等.幼樹靶標探測器設計與試驗[J].農業(yè)工程學報，2012，28（2）：18-22.

[23] ROSELL J R，SANZ R.A review of methods and applications of the geo-metric characterization of tree crops in agricultural activities[J].Compu-ters and Electronics in Agriculture，2011，81：124-141.

[24] ESCOL？魥 ALEXANDRE，PLANAS SANTIAGO，ROSELL JOAN RAM-ON，et al.Performance of an ultrasonic ranging sensor in apple tree can-opies.[J].Sensors（Basel，Switzerland），2011，11（3）：2459-2477.