中國果園植保機械化技術與裝備研究

李 興

(山東魯抗生物農藥有限責任公司，山東 德州 251100)

0 引言

無論是從規模還是產量上來看，我國水果產出都位居世界前列。但與此同時，我國果園植保機械化發展起步時間相對較晚，很多地區在進行果園植保作業時，機械化技術及設備應用程度還相對較低，這對于我國水果產業發展產生了直接影響。從技術層面上來看，我國果園植保機械化技術目前發展態勢良好，無論是自研設備還是根據發達國家相關設備思路進行研究的設備都具有較好的使用參數。由于水果種植業是我國農業生產的重要組成部分，同時水果種植也是我國農民重要的經濟來源，因此提升果園植保機械化技術及設備應用水平進而強化水果種植業的整體作業效率，保障水果產量，對于我國農業經濟乃至整體經濟發展都具有重要意義，因此必須加強果園植保機械化技術及裝備的研究。

1 果園施藥技術分析

1.1 管道噴霧

管道噴霧技術是當前果園比較常見，且應用范圍相對較廣的施藥技術。管道噴霧技術具體來講，是指將藥液箱內的藥液通過電泵進行增壓，經由鋪設好的管道進行藥物輸送，由噴頭將藥液霧化形成小液滴，作用于作物表面達到相應的施藥防治目的。就目前我國果園植保工作中管道噴霧的應用情況來看，山東、浙江、廣西及相當一部分華北地區在水果種植過程中均廣泛應用管道噴霧技術[1]。而從該技術與相關地區地理情況的匹配程度上看，該技術可在丘陵地區發揮較好的給藥效果，由于這些區域人工給藥不便，且大范圍給藥人力勞動輸出相對較大，因而在這些區域更適合采用管道噴霧技術。就當前我國管道噴霧技術實際應用情況來看，其相較于傳統推車式、背負式噴藥作業方式具有給藥效率高、整體給藥效果持平、投資少、收益高等諸多優勢。

1.2 風力輔助噴霧

果園施藥過程中，應將相應藥物均勻噴施于冠層，以此達到較好的防治效果，而基于這一給藥目標，風力輔助噴霧技術逐漸發展，并大范圍應用于果園植保作業中。風力輔助噴霧是指通過電泵將管道內的藥液進行加壓，通過霧化噴頭噴出，而在這一基礎上使用大型風機對噴出的霧化小液滴進行吹送，這樣能夠較好地保證將噴出的霧化藥液均勻送至果樹冠層[2]。相較于管道噴霧，通過風機進行風力輔助吹送能更好地將霧化藥液遠距離輸送至果樹相應部位，且能夠達到更為均勻的給藥效果，傳統噴霧技術果樹葉片背部給藥效果相對較差，而在風力輔助的基礎上，通過氣流擾動可以對葉片背部實現較好的給藥效果。數字統計研究顯示，通過風機進行風力輔助吹送，藥物均勻覆蓋的幅寬提升了40%左右，通過仿真模擬實驗可知，其相較于傳統噴霧給藥，給藥偏差下降了33%，可見其技術優勢明顯。

1.3 航空施藥

航空施藥是現代化果園植保作業的一種典型技術，航空施藥是指利用各種飛行器從空中進行藥液噴灑的一種作業方式，不同地區其果園植保航空給藥所利用的飛行器不盡相同，近年來隨著我國無人機技術的快速發展，通過無人機進行航空施藥成為了果園植保作業的一種重要形式。由于無人機負載能力不斷提升，其一次性攜帶藥量相對增加，一次升空所能覆蓋的給藥范圍也明顯增大，而且隨著無人機攜帶的噴霧設備不斷發展，其所能覆蓋的噴灑幅寬得到提升。無人機具有升空高度控制性相對較好、噴灑速度相對均勻等作業優勢，而且通過這種航空施藥的形式能夠克服傳統地面施藥所面臨的不利情況，并可在一些特殊情況下作為應急施藥手段應用。另外采用航空施藥方式，可以通過無人機上攜帶的攝錄系統，實現對果園整體情況的了解，包括給藥情況及當前果園整體生長態勢等數據獲取[3]。

2 果園噴霧作業機械化的意義

2.1 提高噴霧作業效率

果園噴霧機械化作業相比傳統手工噴霧作業，可以利用單行或多行的方式完成大面積作業，并且機械化噴霧設備具備大功率藥泵和大容量藥箱，能夠有效保障作業人員的作業效率，減少中途補充藥水的次數。據統計，果園機械化噴霧設備較傳統人工噴霧作業效率提升3～20倍左右。

2.2 藥液噴灑均勻

傳統人工噴霧作業過程中，由于部分施藥手段不成熟，導致藥液沒有均勻液化，進而導致噴霧作業針對果樹背面的噴霧率較低。而機械式噴霧能更好保證藥液分布均勻，再通過藥泵的高壓減少藥液飄失。此外，機械式噴霧還能根據果樹種類的不同進行適配噴霧作業，提高噴霧效率。

2.3 減少藥液流失

傳統的噴霧作業主要以大面積噴灑為主，在實際噴霧作業過程中，常出現藥液噴灑量過高，但有效噴灑面積較低的現象。據統計，淋洗式連續噴霧作業過程中80%以上的藥液都沒有被科學合理地利用。

而通過機械式噴霧技術，作業人員根據不同果樹類型可以進行仿形噴霧作業，自動對靶功能可有效減少藥液飄失現象的發生，進而減少水資源和農藥資源的浪費。此外，靜電噴霧技術還可提高藥液的附著力，減少在噴霧作業過程中藥液的飄失，促進環境保護工作的開展。

3 國內果園機械式噴霧作業現狀

在21世紀初期，我國果園以老果園為主，當時由于機械化設備不足，因此果樹在生長過程中導致果園郁閉。并且由于郁閉型果園普遍存在果園架較低的現象，使果園機械式噴霧作業無法有效開展。但隨著我國科學技術的不斷發展，農業與機械制造業逐漸結合，使機械化農具普及率顯著提升。目前，我國使用的機械式果園噴霧設備主要包括：高紡錘形果園噴霧機械、郁閉型果園噴霧機械和丘陵山地果園噴霧機械。

高紡錘形果園噴霧機械主要是通過牽引式風送噴霧機對高紡錘形果樹進行噴霧作業。牽引式風送噴霧機由變速箱、隔膜泵、扇葉、導流板、藥箱、傳動軸承、懸掛、底架和承重輪構成。其中，牽引式風送噴霧機通過風動力機和隔膜泵對高紡錘形果樹進行噴霧作業，提高施藥面積，使牽引式風送噴霧機具有結構簡單實用性強的特點。

而在2017年，我國農業專業技術人員根據高紡錘形果樹設計了果園自動仿形噴霧機。果園自動仿形噴霧機由獨立風機和霧化噴頭構成霧化單元，內部結構由噴霧機架、電磁閥、發電機組、藥液箱、驅動系統、線纜拖鏈、激光傳感器、單片機信號控制板、變壓器、隔膜泵、蝸桿支撐輪及速度傳感器構成。自動仿形噴霧機由于搭載了獨立風機的霧化單元，使其在噴霧作業過程中可根據高紡錘形果樹的冠層分割模型采用與之適配的噴霧方案。

由于低矮密植是我國郁閉型果園主要栽培方式，因此相關技術人員研發了自走式果園風送定向噴霧機。自走式果園風送定向噴霧機由駕駛室、電磁離合器、隔膜泵、藥箱、皮帶組、靜液壓裝置、風機、車架、兩個萬向節聯軸器、風機支路傳動主軸、行走支路傳動主軸、分動箱、取力箱、變速箱和發動機構成。自走式果園風送定向噴霧機以柴油發動機為動力，通過四輪驅動方式提高運動能力，并且利用14個可調節式噴頭，實現對郁閉型果園的低矮果樹進行均勻噴灑作業。自走式果園風送定向噴霧機利用離心風機、鴨嘴出風口等自由調節設備能夠實現對不同低矮果樹冠層進行多方位噴霧，降低了噴霧變異系數。

由于丘陵山地果園相比于郁閉型和高紡錘形果樹果園，具有種植面積大、坡度跨度大、行株距狹窄等特點，導致丘陵山地果園無法應用大型果園噴霧機械設備。

因此，相關技術人員根據丘陵山地的地理面貌研發了小型助力推車式果園噴霧機。小型助力推車式果園噴霧機由輪轂電機、機架、藥液箱、汽油機、高速液泵、巡航調速把手、輪轂電機控制器、鋰電池和萬向輪構成。小型助力推車式果園噴霧機利用可調式噴槍和仿形均勻霧噴桿能夠有效對果樹進行噴霧作業。此外，由于小型助力推車式果園噴霧機質量較輕，該設備便于在丘陵山地果園和低矮密植果園開展噴霧作業。

此外，相關技術人員針對南方丘陵山地果園還研發了果園在線混藥型靜電噴霧機。該設備由噴霧機架、混藥系統、水箱、傳動帶、液泵、轉向桿、汽油機、傳動鏈、變速箱和萬向傳動軸構成。能夠實現豎直方向0.7 m的高度調節，而利用在線混藥技術和靜電噴霧技術能夠有效開展果樹病蟲害防治工作。

4 果園植保機械裝備研究

4.1 管道噴霧設施

管道噴霧設施主要包括藥池、加壓電泵、地下管道、地上管道及噴霧頭等，通過管道噴霧給藥，能夠對連片果園尤其是占地面積相對較大的大型果園達到較好的均勻給藥目的。整個噴霧系統需要有良好的水源供應，同時噴霧電機及加壓電泵都需要有穩定的電源供應。目前來看多數大型果園，在選擇管道噴霧進行給藥時，所選擇的電機功率一般在4 kW左右，而根據果園種植的作物種類不同，地面管道和噴頭間距距離設置也各不相同，一般平均距離為50 m左右，當然，這也與整體噴霧壓力和噴霧頭相應的覆蓋參數有關。地面立管長度一般控制在10～20 cm左右。而且隨著管道噴霧的應用覆蓋范圍逐漸擴大，相應的技術改進也在持續跟進，包括恒壓噴霧管道、在線混藥系統，以及全自動順序噴藥系統等，都是當前管道噴霧系統的重要組成部分。

4.2 風送噴霧機

風送噴霧機是當前果園植保機械中一種比較常見的設備。風送噴霧機的核心部件是大型風機及風體導流設備，風機是提供送藥風力的主要設備，而導流設備則能夠將風機產生的風力向固定方向引導。不同形式的果園，其種植作物差異相對較大，對于一些寬行窄株，樹冠相對高大的果園而言，更適合使用懸掛式或牽引式風送噴霧機，而對于一些行距株距基本一致，作物整體密度相對較低的果園則更適合使用小型風送噴霧機。兩者之間優勢各異，大型牽引式或懸掛式風送噴霧機，覆蓋范圍大，能夠對大型高密度果園進行持續給藥，而小型風送噴霧機，則具有靈活性較強、整體應用投入相對較少、結構緊湊等優勢，適用于小型果園。當前比較常見的導流裝置，包括離心多導管、軸流導流板、加農炮式導流系統等。

4.3 植保無人機

植保無人機根據果園實際給藥需求，可選擇不同類型不同帶藥量的機種。當前比較常見的植保無人機主要包括單旋翼無人機、四旋翼無人機、六旋翼無人機、四軸八旋翼無人機。這些不同的植保無人機，其藥箱容量、平均作業速度、噴幅、續航里程、續航時間等都有一定差異。對于在日常植保作業中需要頻繁用到無人機噴灑系統的果園，應選擇藥箱容量相對較大，持續作業時間相對較長，噴幅相對較寬的無人機。且在設定相應的給藥任務計劃時可通過改變系統設定調整飛行方式及作業模式。目前來看，我國植保無人機可實現手動噴灑、定點噴灑、連續噴灑、全自動噴灑等作業模式，飛行方式上可以選擇手動控制飛行、設定航行任務軌跡的自動飛行模式。植保無人機可以克服地面噴施植保的諸多困難，但其對于氣象情況也有較高要求，因此需要根據所使用的無人機類型，遵照使用規范科學應用[4]。

5 結語

針對我國果園植保機械化相關技術及技術體系下的各類型裝備進行了詳細分析。當前我國果園植保作業過程中機械化水平仍有待提升，希望文中所述相關內容能夠切實幫助各果園在進行植保作業過程中提升機械化水平，強化技術應用的科學性，提升整體作業效率。