蘇麗旭，劉莉滋

（重慶三峽學院機械工程學院，重慶 404130）

0 引 言

我國的果園總面積和總產(chǎn)量都位居世界前列，果園種植在我國農(nóng)業(yè)中占有重要的分量。隨著我國鄉(xiāng)村農(nóng)業(yè)的發(fā)展，水果種植產(chǎn)業(yè)已成為鄉(xiāng)村農(nóng)民重要的收入來源。果園植保是水果種植必不可缺的部分，果園種植每年都會因病蟲害而減產(chǎn)，造成的損失困擾廣大的果農(nóng)，威脅著國家糧食安全，所以對果樹定期進行病蟲害防治工作可有效解決果園減產(chǎn)等問題。

我國的果園按標準化分為傳統(tǒng)果園和現(xiàn)代果園。21 世紀之前建園的傳統(tǒng)果園多為低矮密植的種植方式，果樹的列距在3 m 左右，果樹間距為2～3 m，能長到3m 左右。樹冠密集式生長導致果樹之間枝葉交錯，也稱為郁閉型。這種情況機械作業(yè)空間小，對植保機的需求就是簡單而輕巧?，F(xiàn)代果園是21 世紀后引進國外種植模式，種植的果樹樹冠枝干大都是圓柱狀細小型，果樹行距在3～4 m，充足的空間。果樹間距在1～1.5 m，樹冠直徑大概1 m，具有良好的通過性，適合大中型噴霧機械[1]。

1 植保機械化的意義

從20 世紀50 年代到現(xiàn)在，我國果園種植和噴藥植保經(jīng)過不斷的發(fā)展，在果園治理和病蟲害防治方面得到明顯改善，水果的產(chǎn)量和質(zhì)量都有快速的提高。

1.1 提高噴霧作業(yè)效率

果園作物生長季節(jié)一年需要噴灑農(nóng)藥8～15次，占據(jù)著很高的果園管理工作量，機械噴藥可長時間、一次性代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工噴霧，降低勞動強度，減少人工作業(yè)的環(huán)節(jié)。機械效率高，大容量藥箱減少中途補充藥水的次數(shù)，可及時解決生長期出現(xiàn)的問題，挽回果園減產(chǎn)的局面。

1.2 改善防治效果，提高藥液利用率

傳統(tǒng)人工打藥時，大多采用大流量連續(xù)噴藥，壓力不足導致藥液霧化不均勻，大部分藥液流失，利用率低。采用機械式打藥能提升噴霧質(zhì)量，充足的壓力使藥液霧化更均勻，先進的噴藥技術可再次回收飄散的藥液，降低藥液損失，還能根據(jù)果樹種類的不同進行調(diào)節(jié)仿形噴霧。

1.3 可減少對果農(nóng)身體健康的危害

人工噴藥時缺乏防護裝備，與農(nóng)藥接觸會危害人身健康。機械化噴霧系統(tǒng)則采用了電控調(diào)速、隔離保護、在線混裝藥和遠距離遙控等多項手段,相比以前噴霧作業(yè)應更加注重對果農(nóng)的保護。減少了施藥人與藥劑的直接接觸，以確保果農(nóng)安全施藥。

2 常用的噴藥機械

2.1 背負式

人工背負式植保機結(jié)構(gòu)輕巧，使用簡單，市價穩(wěn)定便宜，果農(nóng)廣泛使用。噴霧又分為手動式和電動式，目前市場的手動式大都是改進版工農(nóng)16 型，可施放各類殺蟲劑、葉面肥等，也可應用于大田作物和果樹的病、蟲、草害治理，而電動式則使用蓄電池助力的電動隔膜泵對藥液加壓，不需果農(nóng)手工動桿，大大降低了施藥人的勞動強度，打藥的射程范圍不長，對于小地塊的果園很適用。

2.2 噴粉機

噴粉機與背負式相比不同的是，這類機型不是通過水泵裝置噴射, 而是直接通過風速把霧狀微粒擊碎（圖1）。主要是以汽油機當作助動力，采用空氣輸粉、空氣彌霧的方法，利用風力氣流把植物葉片刮翻，所噴射的藥物比霧滴細小。逐漸研制并應用了多種小噴量、高濃度有機物可使葉片正反面均可著藥，可以省藥省水。多容量的載藥量能在較大的果園施藥，作業(yè)高效靈活。

圖1 噴粉機

2.3 手推式

手推式也是人工高壓噴藥，通過隔膜泵從藥液箱吸水、經(jīng)過充分壓縮，再次轉(zhuǎn)換成高壓藥液，有大容量的藥液桶，可連續(xù)噴淋式作業(yè)。移動耐高壓的藥液供送水管，高壓藥液通過拉動噴槍水管噴灑。裝備大功率的液泵，可出現(xiàn)較高的藥液壓力，射程范圍可達8～9 m，對各類果園作物都能適用。

2.4 自走噴桿式

這一類機型大多由三輪車為動力搭載（圖2），降低了手推式的勞動強度，采用噴桿豎直做噴霧，支架調(diào)節(jié)范圍在1～1.5 m。汽油機提供隔膜泵動力，噴流平穩(wěn)，壓力較高，結(jié)構(gòu)簡單，運行維護簡便，作業(yè)壽命長。過濾系統(tǒng)可避免雜質(zhì)直接流入噴嘴，有效提高了噴灑作業(yè)的效率，對果樹病、蟲、草害預防和噴灑后作物生長的調(diào)節(jié)效果好。

圖2 噴桿噴霧機

2.5 牽引風送式

牽引風送式在20 世紀80 年代引進，主要采用拖拉機牽引（圖3），采用軸流風扇，農(nóng)藥經(jīng)過液泵液壓后由藥箱連接到噴頭灑射，然后通過風機帶來的風力使噴射的霧狀微粒實現(xiàn)二次霧化，把二次霧化后的霧狀微粒帶到枝葉上。風機出風量大，有效地抵御自然風的干擾。風機的強大風力使枝葉翻轉(zhuǎn)，射程遠可提高霧滴的穿透能力，能讓藥液更均勻地附著在果樹的枝葉上[2]。

圖3 風送式噴霧機

3 我國植保機械的不足之處

噴藥性能決定著果園防護和產(chǎn)量收益，果樹生長期內(nèi)多次噴藥對施藥機械化水平要求較高，而我國大部分果園噴藥機結(jié)構(gòu)簡單，先進技術裝備少，主要存在以下問題：

3.1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)單一，噴藥技術落后

果園低端型噴霧機因價格優(yōu)廉，得到果農(nóng)普遍使用，但作業(yè)效率低，液壓噴灑不穩(wěn)定，穿透性差，葉背附著率低，藥液很難達到果樹中間主干，經(jīng)常重噴、漏噴，農(nóng)藥利用率低。常用的風送式大流量噴藥噴霧量過大，不能精準控制噴藥量，風量供需不匹配。風量太小不能穿透每一層樹冠，噴藥防治效果下降。風力過大會引起藥液漂移，藥液會集中沉積在枝葉上，造成大量藥液流失浪費，還會影響周圍作物的生長環(huán)境。

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3.2 農(nóng)機與農(nóng)藝融合不充分

果園栽培果樹的規(guī)劃與植保機械的生產(chǎn)和應用有著密切的聯(lián)系?，F(xiàn)如今，由于新老果園的原因，植保機受果樹栽培方式的影響，一些果樹生長、施藥、耕作等環(huán)節(jié)的不同要求，植保機械作業(yè)很難有效相適應。中大型作業(yè)率高的噴霧機不能進入果園噴藥，中小型噴霧機也未能高效應用。

3.3 研發(fā)和創(chuàng)新應用不足

一般大公司在實際生產(chǎn)過程中,對新產(chǎn)品的研制往往只是做了幾個簡易的仿制，而小型噴霧機技術水平一般較小、易于模仿，但利潤率卻很低，因此有能力的大公司通常都不愿進行大量投資或開發(fā)新產(chǎn)品。中大型噴霧機科技含量高，且生產(chǎn)成本投入較高，大部分植保機械廠都不能夠?qū)ζ溥M行研究與制造。

3.4 施藥安全性低

不管是背負式、自走噴桿式還是牽引風送式噴霧，大都離不開人工的操作，作業(yè)人員在混藥、噴藥、清洗時，多次與農(nóng)藥接觸、吸入導致中毒，對人的身體造成傷害，所以要發(fā)展機械自動化噴藥。

4 國內(nèi)外果園植保現(xiàn)狀

20 世紀中期，國外發(fā)達國家的植保機械就已逐步實現(xiàn)機械化、系列化。水果生產(chǎn)多為規(guī)?；a(chǎn)，蘋果、葡萄等水果有專用的果樹型噴霧機?，F(xiàn)如今，歐美國家以中、大型噴霧機為主，運用靜電噴霧、低容量、自動混藥、機器視覺、防飄移、自動對靶、導航控制等技術展開研發(fā)應用[3]。

目前，以意大利為代表的歐美國家，柔性導管式噴霧機是最常見的植保機（圖4），可利用柔性導管將一部分藥液延伸至作物的另一側(cè)。工作原理與風送式有些類似，利用強烈的氣流將藥液噴灑至作物上，不過這種打藥機還利用機械臂將氣流與藥液運送到作物的另一面進行噴灑，在風送式打藥機優(yōu)勢的基礎上，更加節(jié)省藥量而且噴藥更具有針對性，噴灑效果更好。這種打藥機在一次行走的過程中可以對兩行作物四面進行噴藥，減少了行走路線，效率更高。

圖4 柔性導管式噴霧機

20 世紀70 年末國外就開始研制超低量靜電噴霧機（圖5），該機型與大功率拖拉機相配合，后牽引式作業(yè)，標配管路清洗用水泵以及自動清潔管路濾網(wǎng),并設有清洗水泵；利用高速攪拌機作為藥箱的混藥動力, 可以確保在工作過程中藥劑不產(chǎn)生沉降現(xiàn)象,對粉劑和低溶解性度殺蟲劑都有很大的適應性；強力風送式框架配以大排量隔膜泵，噴射透過力較強，適用于不同栽培密度的作物，可以有效提高葉面與葉背噴射效率。

圖5 靜電噴霧機

為了減少藥液損失、減少藥液對身體以及環(huán)境造成的危害，國外還研發(fā)了隧道式循環(huán)噴藥機，噴藥機對應的果樹列寬在2.5 m 左右，果樹種植寬度在2 m左右，機型高度3～4 m（圖6）。主要由兩大系統(tǒng)構(gòu)成：藥液回收循環(huán)系統(tǒng)和藥液噴施系統(tǒng)。作業(yè)時，果樹表面被噴霧泵的隧道裝罩蓋罩住，而霧狀微粒則可以在被套罩內(nèi)直接噴施在作物表面，對沒有沉積在葉叢、樹枝和葉片上的霧狀微粒，通過被套罩的循環(huán)后直接使用，能更有效地防止農(nóng)藥飄失。果樹生長期內(nèi)作業(yè)可節(jié)省50%的農(nóng)藥，減少農(nóng)藥飄失80%以上[4]。

圖6 隧道式循環(huán)噴藥機

隨著經(jīng)濟快速發(fā)展，國內(nèi)企業(yè)、高校也對果園植保機械進行高新技術上的研究，針對我國果樹栽培種植的特點研發(fā)多種噴霧機。

山東金原農(nóng)林裝備有限公司研發(fā)了一種履帶風送式噴霧機（圖7）,特別針對地皮疏松的果園,是一款輕松、靈活、高效的植保機，依靠單人完成噴藥作業(yè)。該機在低壓風機和高壓藥泵的聯(lián)合工作下，農(nóng)藥均勻融合在水霧中,并通過高速風流空氣，使內(nèi)外部層面果枝葉正反著藥，并快速地擴大霧化，進而增加了果樹附著度和通透性?，F(xiàn)已應用于規(guī)模化培育基地、標準化果樹園區(qū)、苗圃等多種類型果園。

圖7 履帶風送式噴霧機

魯虹植保企業(yè)為了解決果園噴藥難、噴藥累、噴藥效率低下的問題，研制了果園精靈3WP-100B 型遙控噴霧機（圖8），通過加裝2 個搖擺噴桿噴槍，噴槍長度僅30 cm，可以實現(xiàn)6 m 高度有效噴霧，180°無死角全方位噴灑，該機身高70 cm、寬80 cm，轉(zhuǎn)彎半徑僅1.2 m，適用于蘋果、梨、桃等喬木類果樹的噴灑作業(yè)，環(huán)境適應性好，擴展性能強。

圖8 遙控電動噴霧機

南京農(nóng)機所開發(fā)了一種3WQ-400 型果園雙風帶靜電噴霧，解決了水果施藥冠層過密，藥劑穿透難、操作自動化水平低等技術難題（圖9）。采用風送對靶變量施藥技術，霧化能力強，藥液覆蓋面大，附著性好，省水省藥，高效節(jié)能?？蛇m應目前廣泛種植栽培的密植式果樹和新型標準化紡錘式植保噴藥作業(yè)，也可以解決小型水果基地的果樹病蟲害防控需求。

圖9 3WQ-400 型果園雙風帶靜電噴霧

華南農(nóng)業(yè)大學的李震、韓清春等[5]人研發(fā)了一種軌道搭載式風送噴霧機（圖10），可以在不同的山地丘陵地形進行植保打藥，打藥機安放于固定的軌道上，經(jīng)過軌道移動平臺完成前進后退，可根據(jù)鋪設的軌道來達到噴藥覆蓋，解決坡度高的果園機械作業(yè)不便的難題。

圖10 軌道風送噴霧機

5 未來發(fā)展趨勢

目前，化學防治仍然是病蟲害防治的主要手段，我國雖然也生產(chǎn)了數(shù)量眾多的背負式、中小型噴霧機，但果園噴藥裝備相對國外先進設備還有一定差距，所以針對不同作業(yè)對象，仍需針對性開發(fā)，提高作業(yè)效率，從而提高果品品質(zhì)。

5.1 精準變量噴霧

現(xiàn)在的打藥方式常采用噴桿噴淋或大流量噴灑的方式，無論是液力式還是風送式，很容易造成局部枝葉農(nóng)藥殘留過多，使大量農(nóng)藥沉積，無法通過果樹的冠層、枝葉茂密程度進行自動調(diào)整，對藥的利用率很低。精準變量可減少農(nóng)藥殘留，可根據(jù)果樹的不同形態(tài)，隨時調(diào)整變量施藥，有效節(jié)省大約30%的農(nóng)藥，提高農(nóng)藥使用效率[8]。

主要是基于實時視覺傳感控制變量的方法，即自動對靶噴藥?？刹捎脠D像識別技術，通過將攝像頭采集的圖像數(shù)據(jù)處理，經(jīng)過圖像對比后，判斷出樹冠的有無、尺寸和密度，將信號傳輸給液泵流量控制系統(tǒng)進行噴藥。樹冠尺寸密集增大噴藥量，樹冠稀疏減少噴藥量，從而達到理想的噴霧狀態(tài)。也可通過傳感探測技術，通過超聲波反射回波識別、紅外線等檢測不同果樹形態(tài)的辨別。

5.2 防飄移技術

以前打藥時有30%～40%的藥劑附著在作物上，而且霧狀顆粒飄移現(xiàn)象嚴重，因此藥劑的高效使用率并不高。所以在打藥作業(yè)時減少藥液大量飄移，就能減少對附近作物環(huán)境和土壤的污染。

5.2.1 靜電噴霧技術

高壓靜電在噴頭與果樹枝葉間生成靜電場，藥液通過噴頭霧化帶電更容易附著于果樹枝葉，在靜電場、風速等的共同影響下做定向運動，最后吸附到果樹的各個部位。霧狀粒子飄散流失降低，可減少50%的藥物損失，同時有效沉降率也增加，并有效均勻地附著于樹葉正反面，從而增強防治效果。

5.2.2 風幕技術與防飄噴頭

這個風幕主要是在噴桿上安裝了風套和電機，通過在噴嘴上部沿噴霧方向的強力送風，形成風幕并提高了對霧狀農(nóng)藥的穿透力。防飄噴頭設計是由于霧滴在霧化過程中吸收了空氣，氣液一起混合產(chǎn)生起泡霧狀顆粒，從而提高了霧狀粒子的防漂移能力，同時接觸果樹枝葉時會形成更多的農(nóng)藥霧粒，從而增加了霧化農(nóng)藥顆粒的沉積和覆蓋均勻度。

5.3 霧滴回收技術

噴霧機采用了藥液的霧滴收集設備, 在工作時霧流橫向通過果樹枝葉時, 可將不容易被果樹葉子所吸收的霧狀顆粒收集出來, 經(jīng)過濾后再送回藥液箱再次循環(huán)使用,可節(jié)省30%的農(nóng)藥,不但可以保證農(nóng)藥的高效使用, 還能夠降低進入周圍農(nóng)作物環(huán)境的可能性。

5.4 自動混藥與清洗技術

自動混藥是分別設置藥箱與水箱，作業(yè)時將母液傾倒在配藥箱中，用藥量可以隨時調(diào)整，避免農(nóng)藥浪費。打開水箱轉(zhuǎn)換開關加入清水，母液與清水按比例調(diào)制藥液，將調(diào)制好的藥液倒入主藥箱里。這個過程減少了藥液和配藥人員接觸，減少農(nóng)藥對人的危害，更加安全、方便。清洗技術通過植保機的自清潔降低農(nóng)藥污染的概率，還能降低噴頭堵塞、霧化不足的現(xiàn)象發(fā)生。