農用植保機械的變量噴藥技術特點與發展趨勢分析

丁建華

(黑龍江省農業機械工程科學研究院，哈爾濱 150081)

0 引言

農業是國民經濟的基礎，在現代化的農業生產過程中，農業機械發揮了巨大的作用，植保機械作為農業機械的一種，其廣泛應用有效替代了傳統的人工植保模式，使農業植保作業的效率和安全性都得到了顯著的提高。隨著植保機械的大量應用，機械化作業的弊端也逐漸顯現，由于傳統的植保機械作業無法準確分辨病蟲草害的嚴重程度，只能采取同等施藥量的方式進行防治，存在著在同一片田地中某些病蟲草害嚴重區域農藥噴施量不足，而很多地塊用藥量過度的問題，不僅影響了植保作業的實際效果，更對農業生產環境造成了危害。隨著社會的環保意識增強，農業植保中的變量噴藥技術得到了更深入的研究，并逐漸得到應用，變量噴藥技術不僅能提高農藥噴施效果，更有利于減少農藥使用量，使農業生產在更合理的方式下實施。

1 變量噴藥技術的研究與應用

我國對于變量噴藥技術的引進和研究相對起步較晚，近年來，在農業機械技術和農藥技術快速發展的情況下，變量噴藥技術的研究也取得了快速的發展，很多專業人士和農機科研人員在精準施藥、變量噴霧等方面取得了顯著的成果。江蘇大學利用多種傳感器獲取噴藥系統的速度、壓力、流量等信息，并結合GPS系統進行分析，由內嵌式計算機處理并快速形成噴施方案，實現對不同噴頭噴施的變量控制要求；野秀玉等人對模糊控制的變量噴藥系統進行了深入的研究，并設計出了可根據農田實際情況控制農藥噴施量的控制系統，利用模糊理論控制執行機構調節閥，實現噴施量的快速改變[1]；李慧琴等人設計了對噴藥機的變量控制系統，通過分析攝像頭采集的信息結合定位坐標，形成準確的噴藥量優化方案，噴藥機構可根據方案調整流量和噴施方向，實現了變量噴藥和對靶噴藥的技術要求[2]。總體來看，我國的變量噴藥技術理論研究開展較為豐富，但在實際生產中的應用仍比較少。

2 變量噴藥技術的工作模式

現階段，應用于植保機械的變量噴藥技術主要有兩種實施模式，一是具備作業方案的變量噴施作業。在進行噴藥作業之前，通過視覺設備、傳感器、人工數據采樣等多種方式結合GIS、GPS系統對需要進行植保作業的耕地進行詳細的農作物生長情況采集，并通過信息技術進行匯總，形成具有農作物病蟲草害特征的區域網格圖(如圖1所示)，通過計算機分析不同位置的信息，形成具體的作業方案，由植保機械在作業過程中結合GPS技術對不同坐標位置的農作物執行變量噴霧作業。二是具備傳感器實時監測的變量噴藥作業。利用傳感器技術和視覺技術實時獲取土壤、作物、病蟲害等信息，并根據實時測量結果指導變量噴施作業，實時監測的變量噴藥作業對整個控制系統的運算能力和反應速度要求較高，現階段應用精準度仍有待提升。

圖1 變量噴藥作業方案網格圖

3 變量噴藥機械的技術特點

隨著農村地區基礎設施建設的逐步完善，植保機械作業所能依托的先進技術不斷增多，現階段我國農業生產中已經可以充分利用遙感技術、衛星定位技術、監測技術完成更加科學的生產模式，具備變量噴藥功能的植保機械也普遍配備了GPS天線和數據接收處理終端，從而保證變量噴藥功能的實施。目前，可應用的變量噴藥機械作業模式以具備作業方案的變量噴施作業為主，當植保機械在田間作業時，駕駛員在駕駛室中可以通過顯示器觀察不同地域的噴施方案，隨著機具行駛到不同的田間位置，處理器會根據預設的方案控制噴藥機調整噴灑量，變量噴藥機的噴施作業流程如圖2所示。在生產過程中農藥的濃度通過自動混藥裝置進行控制，噴施的農藥量需要結合速度傳感器獲取的行駛速度和農藥濃度綜合計算形成方案，通過氣泵和流量閥共同控制藥液流量的大小，實際噴施量通過流量傳感器進行監測，并由計算機系統自動記錄不同坐標位置的實際噴施量，以供使用者和技術人員查看。

4 變量噴藥技術的發展趨勢

4.1 進一步提高對環境變化的適應能力

從現階段的變量噴藥機械技術來看，大多數的研究針對于獲取田間的病蟲害信息開展，進而針對病蟲草害的發生情況改變噴藥量，這種方案在自然條件良好的狀態下能夠合理實施，但當自然界的風力、溫度變化較大時，可能導致農藥的漂移和附著效果減弱等問題，因此，在現階段的變量噴藥參數分析技術上，結合實時的氣候條件測量技術，并配套防漂移噴頭等設備，能夠進一步提高噴施的準確性，降低環境條件變化對噴施效果的影響。

圖2 變量噴藥機的噴施作業流程

4.2 加強先進噴施技術的綜合應用

變量噴藥技術的實施重點在于根據田間情況合理改變噴藥量，這有利于提高農藥的利用率，如果在此技術上，能夠進一步結合其他先進的農藥噴施技術，則能夠使噴藥機械的噴藥效果進一步增強。例如，在變量噴藥機械上配套高霧化噴施技術，能夠有效提高農藥的作用面積，提高病蟲害的防治效果；將靜電噴霧技術應用到變量噴藥技術上，使霧滴具備一定的靜電吸附特性，有利于藥物在農作物的噴施正面和背面均勻附著。

4.3 優化實時監測變量噴藥效果

盡管從目前來看，通過傳感器和視覺設備進行實時監測的變量噴藥技術存在精確度不足的問題，但這主要是受到技術先進性的制約，其本身的技術路線并不存在問題，相對于預先具備作業方案的變量噴施作業而言，實時監測的變量噴藥技術有利于實現作業工序的進一步簡化，而且實時監測而獲得的數據，相對于預先設計的方案也更為合理，因此，從目前的實時監測變量噴藥技術的不足之處出發，解決信息獲取精確度、數據運算延遲、噴灑系統反應延遲等問題，從根本上提高變量噴藥的實際效果，也是變量噴藥技術合理化發展的有效途徑。

5 結語

變量噴藥技術是農業機械化植保作業由粗放型向精確型轉變的重要技術，其合理化應用對農業發展的影響很大，從變量噴藥技術的理念來看，十分符合農業可持續發展的戰略要求，而且能夠進一步提高生產效率和防治效果。因此，農業管理部門也應積極加強對變量噴藥技術的普及推廣，為該技術的推廣與應用創造有利條件，以幫助我國農業的植保作業模式實現快速提升。