山地果園管道噴霧技術及植保機械研究進展

李昕昊 王鵬飛

摘要 ? ?我國作為世界最大的水果出產國，果品質量影響著水果產業的發展，而噴施農藥是保證果品質量、減少病蟲害的有效途徑。但是，作為適宜水果種植的丘陵山地地區的果園植保機械化水平低。因此，發展適宜的果園植保機械才能促進我國水果產業的長期良性發展。本文簡要介紹了目前我國適用于山地果園植保的管道噴霧設備、小型噴霧機、電動遙控噴霧技術、軌道搭載風送式噴霧機以及無人機噴霧技術，以期為促進山地果園的發展提供參考。

關鍵詞 ? ?果園;管道噴霧;植保機械;山地

中圖分類號 ? ?S49 ? ? ? ?文獻標識碼 ? ?A

文章編號 ? 1007-5739（2020）13-0147-03 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）

Abstract ? ?As the largest fruit producer in the world， the quality of fruit affects the development of fruit industry in China， and spraying pesticide is an effective way to ensure the quality of fruit and reduce pests. However， the level of orchard plant protection mechanization is low in hilly and mountainous areas where is suitable for fruit planting. Therefore， the development of suitable orchard plant protection machinery can promote the long-term sound development of China′s fruit industry. This paper briefly introduced the current pipeline spraying equipment， small sprayer， electric remote control spray technology， track mounted air spraying sprayer and unmanned aerial vehicle spraying technology applied to plant protection in mountain orchard in China， so as to provide references for promoting the development of mountain orchard.

Key words ? ?orchard; pipeline spray; plant protection machinery; mountain

我國地域遼闊，地形豐富，其中我國國土面積的65%左右是丘陵山地，而丘陵山地適合果品經濟的發展，由此我國成為了世界上最大的水果出產國之一[1]。因此，研究并發展適宜的果園植保技術，能夠保證整個水果產業鏈可持續的健康發展[2]。

果樹的病蟲害防治工作是整個果園管理工作中極其重要的環節，該環節主要依靠噴施農藥，隨著季節變更，氣候變化，每年噴施農藥8～15次，其工作量占整個果園管理工作總量的30%左右[3-5]。但是，當前我國丘陵山地果園病蟲害防治工作機械化作業水平僅為7.5%，因而提高山地果園病蟲害防治技術水平已然成為我國果園規模化發展的必然趨勢[6-7]。借鑒國外經驗，研發并推廣適合我國實際情況的山地植保機械是當前促進山地果園發展的重點。

1 ? ?山地果園植保技術

丘陵山地是我國優質果園的集中地，山地果園種植面積大且果品質量好，但由于地形復雜、行株距狹窄，不適合大中型噴霧機械作業。因此，山地果園多采用自動噴霧設備、小型噴霧機以及管道噴霧方式，以提高噴霧效率[8]。

鑒于移動式機械噴霧設備難以進入山地果園的情況，管道噴霧成為規模化果園提高噴霧效率的有效手段。因此，我國自20世紀80年代中期引入管道噴霧技術后便得到迅速發展[9]。為應對丘陵山地果園的復雜地形，小型噴霧機也得到了廣泛應用及研究，此類小型噴霧機機身尺寸小，行走靈活，在丘陵山地果園和低矮密植果園有良好的通過性[10]。此外，電動遙控噴霧技術、軌道搭載風送式噴霧機以及無人機噴霧技術也在部分山地果園中得以應用。以上山地果園植保技術的發展均以提高噴霧效率、克服山地復雜地形及種植模式為前提。因此，為大力發展山地果園，需要協調好農藝與農機之間的適應關系，研發更合適的山地果園植保技術。

2 ? ?山地果園管道噴霧技術

山地果園管道式噴藥設備包括電磁閥、清水池、給水泵、調比泵、藥液池、控制系統、過濾器、液位傳感器、造霧主機、渦輪流量計、壓力變送器、干管、支管和噴頭等。噴藥設備工作時，控制系統上電初始化，控制系統實時監測清水池和藥液池的液位高度;通過手動調節調比泵，設定農藥與清水比例，實現藥液精準配比;渦輪流量計、壓力變送器與控制系統電連接;ARM模塊控制噴霧時間、流量和壓力，實現噴霧自動控制;射頻模塊和ARM模塊通過遙控器進行遠程數據通訊，實現遠程控制，此類管道噴霧較人工噴霧噴霧效率顯著提高，一次作業的總投入可降低15%左右[11-12]。

2.1 ? ?管道恒壓噴藥技術

此類山地果園管道式打藥技術在南方的山地柑橘園應用比較普遍，應用該技術能夠有效提高作業效率，降低果農的勞動強度[13]，但是由于管道內藥液壓力受外界因素的影響，會導致藥液在管道不同地段的壓力分布不均勻，因而藥液壓力嚴重影響管道式噴藥技術的噴霧效果，時常會導致噴霧管道爆裂[14-16]。

為解決上述管道爆裂的問題，宋淑然等[17-18]研發了山地果園管道恒壓噴霧控制裝置，并開發了管道果園噴霧系統藥液壓力的自整定PID模糊控制系統，設計控制器結構及算法并對模糊控制器量化計算，進行管道噴霧壓力控制實地試驗，可以有效解決壓力不穩定的問題;基于上述研究基礎，吳偉鋒等[19]基于ZigBee的管道噴霧多點藥液壓力控制系統，對整個噴霧管網的壓力進行了有效控制，系統以單片機為核心，在噴淋管道上部署ZigBee無線壓力傳輸節點，利用Zig

Bee無線模塊進行通信，對各節點的藥液壓力實時監測[13]。代秋芳等[20]通過改變壓力和孔徑，利用激光粒度儀采集霧滴粒徑參數數據，研究壓力和孔徑對果園用空心圓錐霧噴頭霧滴大小的影響，從而提高噴霧效果。

2.2 ? ?管道自動噴藥技術

在密植山地果園或成熟山地果園中，人工難以操作噴桿進行噴藥作業;同時，作業人員進行噴施作業時有發生農藥中毒的危險。因此，實現山地果園管道自動噴霧可以有效提高作業效率，很大程度上降低果農的中毒風險。王 ?輝等[21]研發了一種果園管道自動順序噴霧控制系統，該系統可以提前設定噴霧時間，從而實現對果樹的自動順序噴霧，不再需要人工進入果園，大大降低了勞動強度。Agnello等[22-23]分析優化了固定式管道噴霧系統，有效改善了清洗管道和不易調節藥液濃度的問題。噴霧架作為管道自動順序噴霧系統中重要組成部分，李民宇等[9]設計了一種管道自動順序噴霧架并對該噴霧架進行有效性試驗，試驗研究在柚子樹中通過自動順序噴霧系統進行噴霧的噴霧有效性及霧滴沉積，并對果園管道自動順序噴霧系統的性能及噴霧效果進行測試。

3 ? ?其他山地果園植保設備

3.1 ? ?山地果園小型噴霧機

由于山地果園的農藝條件不適合大中型機械噴霧入園作業，部分果園則采用小型噴霧機代替傳統人工背負式噴霧機，結構緊湊且能提供足夠的助力支持，能夠有效降低勞動強度。蔡 ?晨等[24]研制出小型助力推車式果園噴霧機，該噴霧機只需操作人員掌控機具行駛方向，大大減輕了操作人員的勞動強度，作業效率和防治效果也大幅提高。楊 ?洲等[25]針對南方丘陵地區果園研制了牽引式自走噴霧機，該機噴桿架可以根據南方丘陵果園矮化種植模式進行調節。

3.2 ? ?山地果園電動遙控噴霧裝置

由于部分山地果園規模較小，果農一般都是利用背負式噴霧機或擔架式噴霧機進行噴霧作業，需要專人操控噴霧機的啟停，而電動遙控噴霧裝置可以解決專人值機的問題[26]。如圖1所示，遙控裝置、遙控器與電動噴霧機組成一套遙控電動噴霧機，遙控裝置分遙控及手控2種工作模式，在山地果園最大遙控距離為370 m[27]。

3.3 ? ?軌道搭載風送式噴霧機

針對大中型植保機械無法在山地果園中正常行駛的問題，李 ?震等[28]研發出風送式農藥噴霧機及山地果園軌道運輸車，可以有效解決大中型植保機械正常行駛問題，將風送式噴霧機放置在軌道運輸車上，通過軌道進行移動，如圖2所示。此類軌道搭載風送式噴霧機的噴筒水平角度可以根據山頂、山腳位置進行俯仰調整，有效噴霧射程可達60 m，這種噴霧方式噴施距離遠、覆蓋面積廣[13]。

3.4 ? ?無人機噴霧技術

由于山地果園地形復雜，現有的地面作業機械通行困難，使得山地丘陵的機械化覆蓋率遠低于全國平均水平，而無人機作業不受地形影響，可在各種地形上垂直起降，其作業性能非常適合山地果園的植保施藥作業。王東[29]通過結合山地果園地形以及種植特點，分析計算出作業效率達到最優的作業路徑，并對山地果園自主導航系統進行試驗。結果表明，當無人機飛行速度為2 m/s，距離果樹冠層高度約2 m，相機傾角為46°，圖像導航控制率為3次/s時，該系統航跡控制絕對誤差為-47～42 cm，平均誤差為19 cm。

4 ? ?結語

丘陵山地果園植保機械化水平低的主要原因是地形復雜，現有的各類植保機械通行困難，但考慮到我國山地丘陵面積的占比、農村勞動力短缺以及當前果園全過程實現機械化的大背景，努力發展山地果園的機械化，研制出適宜山地果園的高效植保設備是至關重要的。因此，學習和借鑒意大利、日本等多山地丘陵國家發展果園植保的經驗，針對我國實際地形地貌，對山地果園進行宜機化改造，協調好農藝與農機的適應關系，研發出更高效、更精準的施藥機械。

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