我國植保機械發展現狀

莊玲紅，李國權，秦維彩

(1.常州工業職業技術學院，江蘇 常州213164；2.連云港市農作物技術指導站，江蘇 連云港222000；3.農業農村部南京農業機械化研究所，江蘇 南京201114)

0 引言

植物保護是減少農作物損失，保證農業生產穩產、高產，奪取全面豐收的重要環節，而植保機械則是實現這一目的必不可少的生產工具[1]。中國植保機械的發展經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，南京的中央農業實驗所創立了殺蟲機械研究室，成功研制了第1代噴灑農藥使用的人力噴霧器，開啟了研制發展近代植保機械的序幕。新中國成立后，全國最大的農業藥械廠——上海農業藥械廠連續研發了手搖噴粉器，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，為中國農業藥械工業的發展發揮了重要作用。在1962—1972年國家10年規劃期間，又相繼研發了適合水稻田病蟲害防治的南2604型遠程噴霧機，形成了5個系列產品，制訂了農用機動噴霧機系列型譜，推動農用機動噴霧機系列產品的設計、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一的圖紙，凡不符合統圖質量要求的產品不得進入市場，商業部門不得收購銷售，手動植保機械生產混亂的局面得到了有效控制。改革開放以來，我國農業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%，農業機械成為農業生產的主力[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，作為新興分支的農業航空植保也得到蓬勃發展，尤其是植保無人飛機的快速發展，極大提升了我國植保機械化水平[3-5]。

1 發展現狀

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，但存在的結構性矛盾，已成為農業全程機械化作業的短板。目前，國產各類植保施藥機械約有20個品種、80多個型號，但是大多情況下結構比較簡單，功能相似，專業化、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市場份額的80%，擔負著全國農作物病、蟲、草害防治面積70%以上的任務。

1.2 使用現狀

廣大農村依然普遍存在“使用一種機型，一種噴頭防治各種農作物的病蟲草害，打遍百藥”的狀況，這是造成農藥用藥量大、農藥有效利用率低、農藥流失污染環境、農產品中農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展與應用，中國農藥有效利用率已提高至38.8%，但沒有落到靶標上的農藥大多數在自然風的作用下散布到了農田、水域、空氣等非靶標區，造成了土壤、水、空氣等環境資源的污染。

農業生產全程機械化作業中，農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、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得到廣泛應用，不僅加快補齊植保機械在農業機械化領域的短板，而且大大提高我國農藥科學安全使用水平。

1.3 行業現狀

截止到2019年3月底，我國共有植保機械生產企業520家，其中多數生產企業是在改革開放后迅速發展起來的，企業的經濟性質以有限責任公司和私有(含個體)為主。生產規模較小的企業，多為職工少于100人、年產值在1 000萬元以下的小型企業，產值超過1億元的大型企業只占企業總數的2%左右。幾乎每個省份均有植保機械生產企業，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省植保機械生產企業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企業和上百家噴霧器零配件企業，撐起了國內植保機械生產的半壁江山，生產的植保機械品種繁多，不僅能滿足國內市場，還積極出口創匯，每年國內外市場銷售額超過100億元。山東省臨沂市曾經是背負式噴霧噴粉機主要生產基地，鼎盛時期臨沂市就有60多家整機生產廠，100多家零配件廠，年產噴霧噴粉機超過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多家植保機械生產企業，現在僅剩20多家，而在冊有證生產背負式噴霧噴粉機的企業只剩8家。

1.4 質量監督

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

中國各級主管部門對植保機械產品質量監督非常重視，連續20多年對產品的質量監督工作從未間斷，尤其把植保機械產品的“跑、冒、滴、漏”作為質量監控的重點。目前，除了植保機械用泵和植保無人飛機外，其他植保機械產品是中國第1批實施強制性認證目錄內的產品，均須獲得強制性認證證書后方可生產、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2018年國家植保機械質量監督檢驗中心對全國91家植保機械生產企業的91種產品質量抽查結果，檢查企業合格率和產品合格率均為96.8%。說明植保機械生產企業越來越重視涉及環境、人身安全、產品主要技術性能項目的研發能力和制造水平[8]。

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1.5 質量標準

中國植保機械標準體系以GB10395.1—2009《農林機械安全 第1部分：總則》和GB10395.6—2006《農林拖拉機和機械 安全技術要求 第6部分：植物保護機械》為主，輔以各個單獨的產品標準。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)，行業標準38個。與國外標準相比，標準數量多，覆蓋面廣，適用性強，標準體系較為完善，且大多數國標采用了ISO國際標準，產品標準與國際接軌性強。

近年來，農機行業對植保產品團體標準制定非常重視，團體標準考慮了生產運營各階段的要求，團體標準的制定，對規范企業的生產經營活動，保障作業安全和作業質量，促進植保機械行業健康有序發展有重要意義。

植保無人飛機團體標準如表1所示。中國農業機械工業協會對《背負式靜電噴霧噴粉機技術條件》等4項團體標準進行了立項。針對當前植保無人飛機技術領域標準化工作的需求，中國農業機械化協會在2018年頒布實施了NY/T 3213—2018《植保無人飛機質量評價技術規范》，這是我國首部植保無人飛機行業標準，在此基礎上，又對12項植保無人飛機團體標準進行了立項[9]。中國農藥工業協會也發布了3項團體標準，即T/CCPIA019—2019《植保無人飛機安全使用農藥作業規范》、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》。國際無人機系統標準化協會(依托中國航空綜合技術研究所)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 噴藥設備先進程度不足

植保機械開發使用和噴施技術種類、技術先進程度相關較大，植保作業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。噴藥設備與發達國家之間的差距主要表現在以下兩個方面。

(1)噴頭技術相對落后，噴頭的種類少，且產品質量、生產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公司生產的F110系列、XR11001VS系列；德國Lechler公司生產的空氣射流噴頭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公司生產的F110系列；國產包括Lanao F110、YZS80系列和YZK80系列[11-12]。如果將以上噴頭進行分類，可根據霧化方式分為旋轉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盤式離心噴頭和轉籠式離心噴頭；液力霧化噴頭依據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、噴灑農藥類型有直接關系[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系。目前，我國的施藥機械，其噴灑系統的結構框架及噴頭的位置角度都是通過人工進行調節，而在復雜的農田環境植保作業中，最合理的噴藥方式是通過圖像采集系統和計算機控制系統針對不同的靶標信息實時調節噴灑角度及噴施藥液量，這在我國的植保作業中還處于實驗研究階段[16]。

2.2 農藥利用率偏低

按照農業農村部的統一部署，自2015年以來，經過實施農藥使用量零增長行動，農藥減量增效取得明顯成效。截至2020年底，經科學測算，中國水稻、玉米、小麥3大糧食作物農藥利用率為40.6%，比2015年提高4個百分點，實現了預期目標[17-18]。但是與發達國家相比，還有很大差距。目前，歐美發達國家小麥、玉米等糧食作物的農藥利用率在50%～60%，比中國高15～25個百分點。

3 發展趨勢

2019年中央1號文件提出“農業農村優先發展”，通過引導小農戶適度規模經營和加快促進小農戶和現代農業發展的有機銜接，“合作”“抱團”噴灑農藥將會得到快速發展。根據中國土地種植規模的特點，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展總趨勢是發展低量、低污染、高效、精確施藥技術機電一體化技術，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、低污染噴霧技術培訓，在提高防治效果的同時，減少農藥對環境的污染。

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

(3)發展精確施藥技術，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星定位系統(GPS)等精確施藥技術。

(4)提高植保機械的安全性，如自動混藥和農藥定量注入系統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；積極發展小型航空植保技術等。

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

(6)積極發展農業航空植保。從動力系統、控制系統等方面，研發核心動力部件和全自主導航飛行技術，進一步提升植保無人飛機飛行性能。從施藥系統、施藥技術等方面，研發霧滴譜窄、低飄移專用航空壓力霧化系列噴嘴、優化施藥參數，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，結合航空遙感技術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，最大化發揮農藥藥效，降低農藥使用量[19-23]。

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

4 結束語

現階段因我國農村還是以戶為主進行小規模種植，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多年來發生了較大的變化，很多科研單位不僅開發了一些性能較好的手動噴霧器，還開發了如靜電噴霧機、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方面也做了大量的創新，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代化高水平的藥械，大大提高了工作效率和農藥利用率。若能加強植保機械基礎部件的創新和應用，盡快實現對傳統植保機具的更新換代，同時加大新型機具施藥技術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水平一定會與國際接軌。