摘要: 植物化學保護即使用植保機械噴施化學農藥是當前最主要的病蟲害防控方法，一直以來對保障農業生產安全與糧食有效供給起至關重要作用。能夠實現按需精準施藥、變量施藥、人機分離與人藥分離的高效、精準、智能的施藥技術和裝備是提高農藥藥效與利用率的保證，也是保障食品安全、降低農民勞動強度的重要措施，是目前國內外研究的熱點。本研究對精準施藥關鍵技術及研究現狀進行了分析，對適用于不同作業場景的精準施藥裝備的研究現狀、典型代表、應用進展等進行了分類總結，分析了目前精準施藥發展中面臨的挑戰，并提出了對策和建議。本研究可為精準施藥技術研究的推進、智能施藥裝備的研發和現代化農業的發展提供參考和思路。

　　關鍵詞: 精準施藥；變量施藥；自動對靶噴霧；仿形噴霧機；噴桿噴霧機；無人機

　　1 引言

　　農藥在保障國家糧食安全和農產品有效供給中發揮著不可替代的作用。自1997年起，中國成為世界上最大的農藥生產國與使用國[1]，但中國施藥技術與植保機械發展水平卻和農藥高速發展水平極不相稱，農藥有效利用率僅為20%~40%[2]。此外，現階段中國農業還存在農藥用量大、利用率低、植保機械作業效率低、農民勞動強度大、農產品農藥殘留超標等問題。

　　2 精準施藥關鍵技術及研究現狀

　　精準施藥技術是通過傳感探測技術獲取噴霧靶標即農作物與病蟲草害的信息，利用計算決策系統制訂精準噴霧策略，驅動變量執行系統或機構實現實時、非均一、非連續的精準噴霧作業，最終實現按需施藥[4]。技術體系包括探測技術、施藥控制系統及算法、噴霧控制技術等。

　　施藥技術與施藥裝備正向著智能、精準、低量、高效方向發展。表1為國內精準施藥關鍵技術的主要研發團隊和研究內容。

　　3 精準施藥裝備研究進展

　　依托精準施藥技術的發展，中國精準施藥裝備的發展也非常迅速。果園自動對靶噴霧機、基于風量調節的果園變量噴霧機、玉米田間自動對靶除草機、可調地隙與輪距的高地隙自走式噴桿噴霧機、自適應均勻噴霧機、循環噴霧機以及仿形噴霧機等新型施藥裝備紛紛問題，實現了農藥的精準噴施，大大提高了農藥利用率。此外還有遙控自走式作物噴桿噴霧機和植保無人機，它們實現了人機分離和人藥分離，非常適合中國中小型農場的減量精準施藥技術要求，發展迅速，深受用戶歡迎。

　　3.1　果園自動對靶噴霧機

　　為解決傳統果園噴霧機無法識別靶標及靶標間空隙差異連續噴霧而造成農藥浪費和環境污染問題，研究人員開展了一系列針對果園自動對靶噴霧裝備的研究探索。表2為中國研制成功的果園自動對靶噴霧機典型成果及關鍵技術點。

　　從表2可以看出，目前果園自動對靶噴霧機的關鍵技術集中于紅外傳感激光測距和超聲波等。相比于傳統的風送式果園噴霧機，自動對靶噴霧機能夠提高在目標冠層及葉片背面的沉積量，且沉積均勻，使農藥沉積利用率達到52.5%，實現節藥40%~60%，減少霧滴的飄失及農藥浪費，提高農藥利用率及防治效果[31]。但是，目前自動對靶噴霧機靶標識別過程中產生誤判概率高，尤其是在復雜環境中精準識別靶標的能力不強，在識別精度上仍有提高空間。

　　3.2　果園風送變量噴霧機

　　中國各地果園大多密植且布局形態各異，果樹冠層在不同生長周期枝葉茂密程度不一，葉面指數（Leaf Area Index，LAI）在生長期內由0不斷增大直至最大值，傳統的純液力噴霧機難以穿透枝葉茂密的果樹冠層在樹膛內沉積，且在早期的稀疏冠層內容易造成霧滴飄失。

　　傳統果園噴霧機因茂密的枝葉霧滴難以穿透冠層，而采用風力輔助輸送霧滴，可以提高霧滴在果樹冠層的穿透和沉積分布。同時，風送噴霧機利用氣流輔助技術，可脅迫霧滴定向沉積至目標冠層，在此過程中氣流進一步第二次破碎霧滴同時翻轉擾動冠層內部枝葉使得霧滴沉積到目標冠層內部，從而增加霧滴在目標冠層內部的穿透能力、葉片背面的沉積量、沉積分布均勻性，提高病蟲害防治效果。聯合國糧食及農業組織（Food and Agriculture Organization of the United Nations，FAO）于20世紀60年代在全球推廣風送噴霧技術，中國在20世紀80年代引進該技術并進行了推廣應用取得了良好的防治效果[32]。但在實際果園噴霧作業過程中，同一植株在不同生長周期冠層枝葉茂密程度不同，所需風量不同，傳統風送噴霧機無法根據枝葉稀疏度調整風量作業，導致不同生長周期的目標冠層風量不足或過量，從而造成霧滴難以在目標冠層有效沉積。

　　4 精準施藥面臨的挑戰及發展建議

　　4.1　面臨的挑戰

　　目前，精準施藥在中國應用領域非常廣泛，發展前景廣闊。中國植保機械研究科研院所及相關領域的科學研究人員開展了大量的精準施藥技術研究，取得了豐碩的成果，但因研發與技術條件等缺陷，在以下方面還面臨著挑戰。

　　（1）精準施藥裝備研發還處于探測技術與機電一體化的集成階段，市場上的精準變量施藥裝備普遍存在裝備結構復雜、造價高、不易操作等問題，關鍵技術與產品的研發水平遠遠落后于中國智慧農業發展的要求。

　　（2）農業專業傳感器研發不夠、農業專用傳感器研發生產較少，同時市場上可用的傳感器、控制與自動調節部件主要以購買進口為主，大規模應用少。

　　4.2　建議和展望

　　國民經濟的快速增長與勞動市場人力的不斷短缺必然伴隨著對新型智能施藥機械的需求。為了確保農藥的精準噴霧，精準對靶、智能變量以及實現“人機分離”的自動化作業是植保機械在今后一段時期的發展主要方向。盡管國家加大了研發投入，在精準施藥技術、新型施藥機具研發應用推廣方面取得了一定的成果，但與發達歐美國家相比，研發力度與投入力度明顯不足、與中國高速發展的經濟、生產實際應用明顯不符，我們還需要做出更大的努力。

　　（1）開展關鍵傳感技術與專業傳感器、關鍵部件的研發、系統性的開展專業仿形變量噴霧的算法研究，研發出專業的計算芯片，將計算芯片通過中央控制裝置控制電磁閥進行“有靶標噴霧，沒有不噴霧”的仿形噴霧作業，可大大節省農藥、提高農藥利用率。所以建議國家層面上的農業、科研管理部門應該加大科研與資金投入力度，加強精準變量噴霧技術與裝備及部件的研發、應用與推廣。

　　（2）隨著中國現代化的推進，新型精準施藥技術與植保裝備必將取代傳統植保模式，將植保領域推向“簡單化、智能化、精準化”的方向。建議加大高效施藥技術與新型精準植保裝備的推廣應用，從而使先進的植保技術真正地服務于中國植保領域，突破長期在施藥過程中的弊病，提高病蟲草害的防治水平，讓農業的增產增收達到良性循環的過程。

　　參考文獻

　　[1] 何雄奎. 植保精準施藥技術裝備[J]. 農業工程技術, 2017, 37(30): 22-26.

　　[2] 何雄奎. 我國植保無人機噴霧系統與施藥技術[J]. 農業工程技術, 2018, 38(9): 33-38.

　　[3] 翟長遠, 朱瑞祥, 張佐經, 等. 精準施藥技術現狀分析[J]. 農機化研究, 2010, 32(5): 9-12.Zhai C, Zhu R, Zhang Z, et al. Status analysis of precision pesticide application techniques[J]. Journal of Agricultural Mechanization Research, 2010, 32(5): 9-12.

　　作者：何雄奎