莊玲紅，李國權(quán)，秦維彩

(1.常州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院，江蘇 常州213164；2.連云港市農(nóng)作物技術(shù)指導站，江蘇 連云港222000；3.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機械化研究所，江蘇 南京201114)

0 引言

植物保護是減少農(nóng)作物損失，保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)，奪取全面豐收的重要環(huán)節(jié)，而植保機械則是實現(xiàn)這一目的必不可少的生產(chǎn)工具[1]。中國植保機械的發(fā)展經(jīng)歷了人力背負式小型植保機械、畜力牽引式植保機械、小動力型植保機械、拖拉機懸掛或牽引式植保機械、自走式植保機械、航空植保機械的進程。1934年，南京的中央農(nóng)業(yè)實驗所創(chuàng)立了殺蟲機械研究室，成功研制了第1代噴灑農(nóng)藥使用的人力噴霧器，開啟了研制發(fā)展近代植保機械的序幕。新中國成立后，全國最大的農(nóng)業(yè)藥械廠——上海農(nóng)業(yè)藥械廠連續(xù)研發(fā)了手搖噴粉器，背負式、踏板式噴霧器，以及畜力噴霧機、機引噴霧機、擔架式動力噴霧機等植保機械，為中國農(nóng)業(yè)藥械工業(yè)的發(fā)展發(fā)揮了重要作用。在1962—1972年國家10年規(guī)劃期間，又相繼研發(fā)了適合水稻田病蟲害防治的南2604型遠程噴霧機，形成了5個系列產(chǎn)品，制訂了農(nóng)用機動噴霧機系列型譜，推動農(nóng)用機動噴霧機系列產(chǎn)品的設(shè)計、試制、試驗與推廣，如3Z-40型三缸柱塞泵噴霧機及東風-12型手動塑料噴霧器等。1976年后，組織植保機械行業(yè)廠對當時的3WS型壓縮式噴霧器及3WB型背負式噴霧器制定了全國統(tǒng)一的圖紙，凡不符合統(tǒng)圖質(zhì)量要求的產(chǎn)品不得進入市場，商業(yè)部門不得收購銷售，手動植保機械生產(chǎn)混亂的局面得到了有效控制。改革開放以來，我國農(nóng)業(yè)機械化水平得到了大幅提高，水稻、小麥、玉米主要糧食作物耕、種、收綜合機械化水平超過80%，農(nóng)業(yè)機械成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主力[2]。在機械化植保防治水平方面也有大幅度提升，除地面植保機械外，作為新興分支的農(nóng)業(yè)航空植保也得到蓬勃發(fā)展，尤其是植保無人飛機的快速發(fā)展，極大提升了我國植保機械化水平[3-5]。

1 發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 擁有量

2017年全國不同類型施藥機械的社會保有量約1.1億臺(套)，可使用的約6 200萬臺(套)。其中，背負式手動(電動)噴霧器約5 800萬臺，占93.5%；背負式機動(電動)噴霧機約300萬臺，占4.8%；噴桿噴霧機約60萬臺，占1%；擔架式及其他形式的噴霧機約60萬臺，占1%[6]。截至2019年底，我國共生產(chǎn)各類植保無人飛機170多個品種，保有量達5.5萬余架[7]。

盡管植保機械總保有量可觀，但存在的結(jié)構(gòu)性矛盾，已成為農(nóng)業(yè)全程機械化作業(yè)的短板。目前，國產(chǎn)各類植保施藥機械約有20個品種、80多個型號，但是大多情況下結(jié)構(gòu)比較簡單，功能相似，專業(yè)化、系列化、智能化程度低，尤其是手動藥械，市場覆蓋面較大，約占整個植保機械國內(nèi)市場份額的80%，擔負著全國農(nóng)作物病、蟲、草害防治面積70%以上的任務。

1.2 使用現(xiàn)狀

廣大農(nóng)村依然普遍存在“使用一種機型，一種噴頭防治各種農(nóng)作物的病蟲草害，打遍百藥”的狀況，這是造成農(nóng)藥用藥量大、農(nóng)藥有效利用率低、農(nóng)藥流失污染環(huán)境、農(nóng)產(chǎn)品中農(nóng)藥殘留量超標和操作者中毒等諸多問題的主要原因。近幾年，雖然隨著先進高效植保機械的發(fā)展與應用，中國農(nóng)藥有效利用率已提高至38.8%，但沒有落到靶標上的農(nóng)藥大多數(shù)在自然風的作用下散布到了農(nóng)田、水域、空氣等非靶標區(qū)，造成了土壤、水、空氣等環(huán)境資源的污染。

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全程機械化作業(yè)中，農(nóng)藥病蟲害防治機械化的應用水平最低。因此，我國加強了新型高效植保機械的引進、研發(fā)、推廣，自走式高稈作物噴霧機、大型風送式噴霧機、小型噴桿噴霧機、植保無人飛機和靜電噴霧器等新型植保機械及其配套使用技術(shù)得到廣泛應用，不僅加快補齊植保機械在農(nóng)業(yè)機械化領(lǐng)域的短板，而且大大提高我國農(nóng)藥科學安全使用水平。

1.3 行業(yè)現(xiàn)狀

截止到2019年3月底，我國共有植保機械生產(chǎn)企業(yè)520家，其中多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)是在改革開放后迅速發(fā)展起來的，企業(yè)的經(jīng)濟性質(zhì)以有限責任公司和私有(含個體)為主。生產(chǎn)規(guī)模較小的企業(yè)，多為職工少于100人、年產(chǎn)值在1 000萬元以下的小型企業(yè)，產(chǎn)值超過1億元的大型企業(yè)只占企業(yè)總數(shù)的2%左右。幾乎每個省份均有植保機械生產(chǎn)企業(yè)，其中：浙江省名列第一，共有163家；山東省第二，共有106家；江蘇省第三，共有48家。浙江等3省植保機械生產(chǎn)企業(yè)擁有量占全國總擁有量的比例分別為32.2%、20.9%、9.5%，合計占61.5%[8]。

浙江省臺州市具有“噴霧器之都”的稱號，有40多家植保機械整機生產(chǎn)企業(yè)和上百家噴霧器零配件企業(yè)，撐起了國內(nèi)植保機械生產(chǎn)的半壁江山，生產(chǎn)的植保機械品種繁多，不僅能滿足國內(nèi)市場，還積極出口創(chuàng)匯，每年國內(nèi)外市場銷售額超過100億元。山東省臨沂市曾經(jīng)是背負式噴霧噴粉機主要生產(chǎn)基地，鼎盛時期臨沂市就有60多家整機生產(chǎn)廠，100多家零配件廠，年產(chǎn)噴霧噴粉機超過100萬臺。隨著背負式噴霧噴粉機逐漸退出市場，山東臨沂原有200多家植保機械生產(chǎn)企業(yè)，現(xiàn)在僅剩20多家，而在冊有證生產(chǎn)背負式噴霧噴粉機的企業(yè)只剩8家。

1.4 質(zhì)量監(jiān)督

目前中國植保機械產(chǎn)品市場99%是國產(chǎn)產(chǎn)品，亞洲、非洲的背負式噴霧器市場70%以上由中國產(chǎn)品占據(jù)，歐美發(fā)達國家的家用植保機械市場大多由中國產(chǎn)品占有。

中國各級主管部門對植保機械產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督非常重視，連續(xù)20多年對產(chǎn)品的質(zhì)量監(jiān)督工作從未間斷，尤其把植保機械產(chǎn)品的“跑、冒、滴、漏”作為質(zhì)量監(jiān)控的重點。目前，除了植保機械用泵和植保無人飛機外，其他植保機械產(chǎn)品是中國第1批實施強制性認證目錄內(nèi)的產(chǎn)品，均須獲得強制性認證證書后方可生產(chǎn)、銷售和進出口，并須在機具顯著位置張貼、絲印或模壓CCC標志。

根據(jù)2018年國家植保機械質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心對全國91家植保機械生產(chǎn)企業(yè)的91種產(chǎn)品質(zhì)量抽查結(jié)果，檢查企業(yè)合格率和產(chǎn)品合格率均為96.8%。說明植保機械生產(chǎn)企業(yè)越來越重視涉及環(huán)境、人身安全、產(chǎn)品主要技術(shù)性能項目的研發(fā)能力和制造水平[8]。

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1.5 質(zhì)量標準

中國植保機械標準體系以GB10395.1—2009《農(nóng)林機械安全 第1部分：總則》和GB10395.6—2006《農(nóng)林拖拉機和機械 安全技術(shù)要求 第6部分：植物保護機械》為主，輔以各個單獨的產(chǎn)品標準。目前中國植保機械標準共有82個，其中國家標準44個(采用ISO國際標準30個)，行業(yè)標準38個。與國外標準相比，標準數(shù)量多，覆蓋面廣，適用性強，標準體系較為完善，且大多數(shù)國標采用了ISO國際標準，產(chǎn)品標準與國際接軌性強。

近年來，農(nóng)機行業(yè)對植保產(chǎn)品團體標準制定非常重視，團體標準考慮了生產(chǎn)運營各階段的要求，團體標準的制定，對規(guī)范企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營活動，保障作業(yè)安全和作業(yè)質(zhì)量，促進植保機械行業(yè)健康有序發(fā)展有重要意義。

植保無人飛機團體標準如表1所示。中國農(nóng)業(yè)機械工業(yè)協(xié)會對《背負式靜電噴霧噴粉機技術(shù)條件》等4項團體標準進行了立項。針對當前植保無人飛機技術(shù)領(lǐng)域標準化工作的需求，中國農(nóng)業(yè)機械化協(xié)會在2018年頒布實施了NY/T 3213—2018《植保無人飛機質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)范》，這是我國首部植保無人飛機行業(yè)標準，在此基礎(chǔ)上，又對12項植保無人飛機團體標準進行了立項[9]。中國農(nóng)藥工業(yè)協(xié)會也發(fā)布了3項團體標準，即T/CCPIA019—2019《植保無人飛機安全使用農(nóng)藥作業(yè)規(guī)范》、T/CCPIA020—2019《植保無人飛機防治水稻病蟲害施藥指南》和T/CCPIA021—2019《植保無人飛機防治小麥病蟲害施藥指南》。國際無人機系統(tǒng)標準化協(xié)會(依托中國航空綜合技術(shù)研究所)也對《植保無人機噴霧飄移的田間測試方法》等2項UASA植保無人機團體標準進行了立項[10]。

表1 植保無人飛機團體標準Tab.1 Group standard for plant protection unmanned aerial vehicle

2 存在的問題

2.1 噴藥設(shè)備先進程度不足

植保機械開發(fā)使用和噴施技術(shù)種類、技術(shù)先進程度相關(guān)較大，植保作業(yè)器械仍以手動噴霧器、背負式機動噴霧機等小型植保機械為主，導致勞動強度較大、工作效率較低。噴藥設(shè)備與發(fā)達國家之間的差距主要表現(xiàn)在以下兩個方面。

(1)噴頭技術(shù)相對落后，噴頭的種類少，且產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)工藝和材料性能亟待加強。目前，植保機械中常用的噴頭類型包括美國Teejet公司生產(chǎn)的F110系列、XR11001VS系列；德國Lechler公司生產(chǎn)的空氣射流噴頭ID/IDN系列、空氣射流小型噴頭IDK/IDKN系列、萬能型平面扇形噴頭LU系列、防漂移噴頭AD系列、標準扇形噴頭ST/SC系列和雙扇面射流小型噴頭IDKT系列；英國劍橋Lurmark公司生產(chǎn)的F110系列；國產(chǎn)包括Lanao F110、YZS80系列和YZK80系列[11-12]。如果將以上噴頭進行分類，可根據(jù)霧化方式分為旋轉(zhuǎn)離心霧化噴頭和液力霧化噴頭，其中離心霧化噴頭又可分為轉(zhuǎn)盤式離心噴頭和轉(zhuǎn)籠式離心噴頭；液力霧化噴頭依據(jù)霧流形狀可分為扇形噴頭和錐形噴頭兩類，噴頭分類方式及特點如表2所示。從生產(chǎn)噴頭的材料上來說，目前主要有陶瓷、不銹鋼、工具鋼、金剛石、人造寶石和塑料等多種材料。因生產(chǎn)材料的不同，噴頭的使用壽命和磨損程度與噴霧壓力、工作時間、噴灑農(nóng)藥類型有直接關(guān)系[13-15]。

表2 噴頭分類及特點Tab.2 Classification and characteristics of nozzles

(2)施藥機械的自動化程度不足。在施藥中，霧滴在作物冠層的沉積和穿透與噴霧的角度有較大關(guān)系。目前，我國的施藥機械，其噴灑系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架及噴頭的位置角度都是通過人工進行調(diào)節(jié)，而在復雜的農(nóng)田環(huán)境植保作業(yè)中，最合理的噴藥方式是通過圖像采集系統(tǒng)和計算機控制系統(tǒng)針對不同的靶標信息實時調(diào)節(jié)噴灑角度及噴施藥液量，這在我國的植保作業(yè)中還處于實驗研究階段[16]。

2.2 農(nóng)藥利用率偏低

按照農(nóng)業(yè)農(nóng)村部的統(tǒng)一部署，自2015年以來，經(jīng)過實施農(nóng)藥使用量零增長行動，農(nóng)藥減量增效取得明顯成效。截至2020年底，經(jīng)科學測算，中國水稻、玉米、小麥3大糧食作物農(nóng)藥利用率為40.6%，比2015年提高4個百分點，實現(xiàn)了預期目標[17-18]。但是與發(fā)達國家相比，還有很大差距。目前，歐美發(fā)達國家小麥、玉米等糧食作物的農(nóng)藥利用率在50%～60%，比中國高15～25個百分點。

3 發(fā)展趨勢

2019年中央1號文件提出“農(nóng)業(yè)農(nóng)村優(yōu)先發(fā)展”，通過引導小農(nóng)戶適度規(guī)模經(jīng)營和加快促進小農(nóng)戶和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的有機銜接，“合作”“抱團”噴灑農(nóng)藥將會得到快速發(fā)展。根據(jù)中國土地種植規(guī)模的特點，施藥機具必然也以中小型為主，輔之以大型機械。預計未來植保機具的發(fā)展總趨勢是發(fā)展低量、低污染、高效、精確施藥技術(shù)機電一體化技術(shù)，提高使用安全性、方便性、精確性，具體可分為以下7個方面。

(1)開展低量、低污染噴霧技術(shù)培訓，在提高防治效果的同時，減少農(nóng)藥對環(huán)境的污染。

(2)效率較高的寬幅或較高作業(yè)速度的自走式、牽引式大中型機械仍將占有大部分市場份額，廣泛采用風送系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)以提高作業(yè)性能。

(3)發(fā)展精確施藥技術(shù)，如采用計量施藥、霧滴大小控制施藥、氣流輔助施藥、微電腦控制光電自動選擇靶標施藥及衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)等精確施藥技術(shù)。

(4)提高植保機械的安全性，如自動混藥和農(nóng)藥定量注入系統(tǒng)將被廣泛采用并不斷完善，以減少操作者與藥液的接觸；采用遙控等無人駕駛技術(shù)；積極發(fā)展小型航空植保技術(shù)等。

(5)廣泛采用機電液(氣)一體化自動控制技術(shù)，提高操作的方便性，減少勞動強度。

(6)積極發(fā)展農(nóng)業(yè)航空植保。從動力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等方面，研發(fā)核心動力部件和全自主導航飛行技術(shù)，進一步提升植保無人飛機飛行性能。從施藥系統(tǒng)、施藥技術(shù)等方面，研發(fā)霧滴譜窄、低飄移專用航空壓力霧化系列噴嘴、優(yōu)化施藥參數(shù)，進一步提高霧滴沉積均勻性。在精準噴灑、專用飛防藥劑等方面，結(jié)合航空遙感技術(shù)獲取作物長勢和病蟲害信息，采用處方圖以及變量噴灑方式提高噴灑的精準性，最大化發(fā)揮農(nóng)藥藥效，降低農(nóng)藥使用量[19-23]。

(7)發(fā)展物理防治、生物防治技術(shù)。實踐證明，化學防治是當前農(nóng)業(yè)病蟲害防治的主要手段，也是綜合防治技術(shù)的重要組成部分。從提高效率、節(jié)省能源和保護生態(tài)環(huán)境的目標出發(fā)，各國都在積極發(fā)展農(nóng)業(yè)病蟲草害的綜合防治技術(shù)[24-25]。

4 結(jié)束語

現(xiàn)階段因我國農(nóng)村還是以戶為主進行小規(guī)模種植，我國植保機械仍以背負式噴霧器和背負式機動彌霧機等小型藥械為主導，但近10多年來發(fā)生了較大的變化，很多科研單位不僅開發(fā)了一些性能較好的手動噴霧器，還開發(fā)了如靜電噴霧機、自動對靶噴霧機、大型寬幅精準變量噴霧機、防飄噴霧機等新型智能高效藥械。與此同時，在低量與超低量施藥技術(shù)方面也做了大量的創(chuàng)新，如有人駕駛低容量航空施藥運-5型固定翼飛機，超低空低量植保無人飛機等先進的現(xiàn)代化高水平的藥械，大大提高了工作效率和農(nóng)藥利用率。若能加強植保機械基礎(chǔ)部件的創(chuàng)新和應用，盡快實現(xiàn)對傳統(tǒng)植保機具的更新?lián)Q代，同時加大新型機具施藥技術(shù)的研究力度和應用范圍，在不久的將來，我國的植保機械和施藥技術(shù)水平一定會與國際接軌。