當前，由于我國農業生產植保機械化作業水平低、植保機械品種相對單一、系列化基礎部件嚴重匱乏，導致植保行業一機多用現象普遍存在，農藥流失嚴重，從而造成農業生態環境惡化、農產品品質下降等一系列問題。

 

　　從2012年起，農業部南京農業機械化研究所（以下簡稱“南機所”）著手立足于植保機械通用基礎部件研究和專用施藥機械技術的研究。近期，由南機所承擔的公益性行業（農業）科研專項“植保機械關鍵技術優化提升與集成示范”項目成功完成驗收。項目通過5年的實施，突破了“航空精準施藥技術”、“雙風送靜電噴霧技術”等8項關鍵技術，取得了“植保機械關鍵基礎部件”、“果園風送噴霧技術與裝備”等8項標志性成果，為加快我國植保機械發展提供技術支撐。

 

　　8項關鍵性技術

 

　　“我們團隊在適宜產區對技術裝備進行熟化、集成和示范，因地制宜，制定適合不同作物的機械化施藥技術規范，形成適合我國農業生產特點的現代植保機械化工程技術體系。在整個創新研發中，我們取得了航空精準施藥技術、雙風送靜電噴霧技術、靜電噴霧技術、在線混藥技術、氣力輔助靜電噴霧技術、自走式高稈噴霧技術、低量防飄噴霧技術、果園風送式對靶噴霧技術共8項關鍵性技術，實現了我國植保機械化技術上的突破。”南機所研究員、項目首席科學家薛新宇欣慰地說道。

 

　　據了解，植保無人機進行病蟲害防治作業，農藥有效利用率超過35%，在達到同樣的防效情況下，平均能節省農藥10%—20%，減少農藥使用對環境的污染，具有良好的生態效益。并且，植保無人機的使用，能夠實現省工、省時、節本、增效，緩解了勞動力短缺的矛盾，能有效防治作物病蟲，保證了糧食。

 

　　“此次項目突破的關鍵技術之一就是航空精準施藥技術。我們通過開發低空噴灑霧滴沉降、‘農田環境—作物—氣液流場’相互作用規律研究，確定無人機施藥參數量化指標，制訂技術規范，確保科學作業。同時，研究了高穩定飛行控制技術、高精度導航技術、變量施藥技術等，并通過系統集成形成無人機精準施藥裝備，提高作業效率。之后，通過建立田間防治效果測定、農藥高濃度施用技術規范，開展施藥飄移預測模型與評估技術研究，保障施藥效果和性。目前該技術已經達到可實際應用水平，與多家植保無人機生產企業合作，已經形成相應的技術產品在市場銷售、應用，取得了良好的社會、經濟效益。”薛新宇研究員向記者介紹道。

 

　　據了解，該技術已分別在無錫漢和航空技術有限公司、總參第六十研究所、廣州極飛科技有限公司、蘇州綠農航空植保技術有限公司等企業進行成果轉化并在CD-15/20、Z-3N等多種機型上進行應用，在江蘇、河南、安徽、新疆、湖北等多個省份累計使用面積超過50萬畝次，節水省藥效果明顯，有效減輕了環境污染的壓力。

 

　　“植保無人機作業平均每天200至500畝，效率是傳統植保機具的20—25倍。以防治水稻病蟲害為例，水稻田使用的Z-3N型無人航空植保裝備，作業效率為34.5畝/小時,農藥投入成本9元/畝，人工成本為100元/畝，每畝消耗燃油費為0.53元，每天工作五小時計算，每畝作業成本為10.85元，作業成本可節省45%。”負責水稻病蟲害防治技術示范的相關技術人員說道。

 

　　據悉，中國農業科學院植物保護研究所在本次項目中負責“高稈作物輕便高架噴桿噴霧技術集成與示范”，并在自走式高稈噴霧技術上獲得重大進展。

 

　　“經過兩年在北京、河北、遼寧、山東、內蒙古和黑龍江等地的反復生產試驗示范，篩選應用自走式噴桿噴霧裝備，選擇低毒農藥，根據氣象條件確定噴霧時間，在每個施藥噴霧作業季節開始時、噴霧機械檢修后、輪胎更換或者安裝新的噴頭后，我們都對該噴霧機進行校準，根據病蟲草害發生危害規律選擇噴頭和噴頭作業參數。”中國農科院植物保護研究所的科研人員詳細介紹了整個技術研發過程，“最終，團隊設計出操作方便、病蟲害防治效果好的適用于玉米生長中后期病蟲害防治的高稈噴桿噴霧樣機。機具的噴灑性能、使用性、使用經濟性、防治效果和適用農藥都得到很好驗證，充分體現了農機農藝融合，玉米種植栽培模式與噴桿噴霧作業需求的緊密結合，為玉米田以及高稈作物中后期病蟲害防治提供了技術與裝備支撐。”

 

　　據了解，自走式高稈噴霧技術在玉米黏蟲、玉米螟和玉米穗蚜以及玉米中后期大斑病防治中得到了廣泛應用，適合于我國東北、華北、華東和華中等玉米主產區，解決了農戶背負噴霧器鉆入玉米田手動噴霧作業的模式。此項技術不僅克服了高溫季節農戶鉆入高大玉米田噴灑農藥防治病蟲害時發生人員中毒的風險，還成功防控了暴發性害蟲如玉米黏蟲的發生，社會效益顯著。相比于農戶采用傳統背負手動噴灑農式，自走式噴桿噴霧技術工作效率高、省工省水、防治效果好、農藥利用率高，經濟效益和生態效益顯著。

 

　　“目前，由于我國果園施藥冠層密，存在藥液穿透困難、噴霧量過大、風量供需不匹配、噴霧作業自動化程度低等技術難題。此次項目在果園風送式對靶變量噴霧技術方面也進行了艱苦攻關，攻克了風送對靶變量施藥技術，可廣泛應用于我國普遍分布的密植型果園及新型標準化紡錘型果樹的植保噴霧作業，能夠滿足華北平原中小型果園基地的果樹病蟲害防治要求，主要防治對象為蘋果樹、棗樹、葡萄、梨樹等經濟作物。果園風送對靶變量噴霧隨著現代標準機械化果園建設的推進將被越來越廣泛的應用，按照每1000畝1臺市場保有量測算，市場前景廣闊。”薛新宇介紹道。

 

　　中國農業大學作為此部分的參與單位，項目執行期間在北京等地作業1000畝次，利用此成果能夠減少農藥對環境的污染，實現自動化作業，降低操作員勞動強度，并降低農產品中的農藥殘留，提高農產品品質，提高了生態效益，并具有良好的經濟和社會效益。

 

　　相關技術人員為記者算了一筆賬：“運用該技術的作業效率為200畝/天，是人工噴霧作業效率的20倍。按每個人工平均100元/天計算，使用果園風送式對靶噴霧技術操作時需要2人作業，因此200畝作業面積可每天減少人工支出1800元，并減少農藥用量20%，每畝又節省約60元。通過實際應用證明，新型施藥設備平均減少農藥用量20%，增加農民收入3000元。”

 

　　果園風送式對靶噴霧技術是果園植保機械化的重要手段，使用該技術能夠大大提高作業效率，減少勞動力強度，降低農藥用量，解決目前果園管理人工需求多與農村勞動力短缺日益突出的矛盾，同時提高了果園性、作業人員操控舒適性，降低了對生態環境的污染。

 

　　8項標志性成果

 

　　據薛新宇研究員介紹，項目還取得了植保關鍵基礎部件研究、水稻病蟲害防治技術與裝備、小麥等旱地矮稈作物噴霧技術與裝備、高稈作物輕便高架噴桿噴霧技術與裝備、果園風送式噴霧技術及裝備、電誘導頻振殺蟲技術及裝備、設施園藝彌霧技術及裝備、典型作物施藥技術規范共8項標志性成果，完成了我國水稻水田作物、小麥旱地矮稈作物、玉米旱地高稈作物、果樹、設施園藝5類典型作物現有植保施藥技術與裝備的篩選對比試驗。

 

　　項目實施過程中，針對每類作物不同生長期不同病蟲害種類分別對比分析3—5種植保機具，在北京、天津、河北、山東、黑龍江、江蘇、河南、湖北、湖南、新疆等主要作物產區，在6—10個典型區域進行萬畝先進植保技術作業模式的示范，減少作業成本20%—30%。此外，團隊還完成了典型作物機械施藥技術規范制訂，構建植保機械使用技術標準及防治效果評價體系。

 

　　據介紹，在水稻病蟲害防治技術與裝備方面，此次研發成果包括5種水稻病蟲害防治技術與裝備，主要包括水田航空施藥裝備、1種水田自走式噴桿裝備、3種水田高壓寬幅施藥裝備。

 

　　“我們的創新點在于研制除了水田自主飛行航空施藥裝備，實現均勻施藥。基于北斗GPS與GIS融合的航路規劃系統，借助無人機飛控技術，實現‘航路規劃—自主飛行—定點施藥’；基于聲納傳感器、氣壓高度計等多傳感器與垂向加速度互補濾波、高度數據融合控制算法，降低地效影響；研究了恒速速度下流量控制以及基于速度反饋的變量施藥技術，開發了變量航空施藥系統，實現航空變量施藥；開發新型輕量化施藥關鍵部件，減輕施藥裝備重量，減小風阻，降低功耗，程度地減輕裝備重量，增加載藥量，提高施藥效率。”植保機械團隊科研人員向記者介紹道。

 

　　“在小麥等旱地矮稈作物噴霧技術與裝備方面，創新研究了均勻噴灑穩壓噴霧技術，創制小型機械化均勻施藥噴霧機，可實現植保機械多品種、噴霧形式多樣化，滿足不同作物病蟲害防治需要。另外，我們還優化了高地隙自走式底盤技術，實現高地隙自走式底盤的穩定性支撐、動力傳遞、行走及轉向控制。同時，研究噴桿噴霧機噴桿自平衡技術，通過降低噴桿垂直振動和水平搖擺，實現噴桿與作物高度差變化范圍小，提高施藥質量，解決噴桿易于損壞的問題。”科研人員繼續講解道。

 

　　“在自走式高稈噴霧技術上獲得重大突破的基礎上，我們主要試驗了2種自走式高地隙噴桿噴霧機與2種輕便高架噴桿噴霧機。”中國農科院植物保護研究所的相關技術人員解釋道，“主要加強了高地隙自走式底盤行走穩定性技術的研究。通過降低噴霧機中心高度、前輪氣液組合減振，以減輕機具振動，提高駕駛員舒適性。同時，優化提高高地隙底盤地隙和輪距動態調控技術，實現噴霧機的地隙和輪距的可調整，以適應作物行距和生長高度的需要。”

 

　　“中國農業大學在設施園藝彌霧技術及裝備方面也有重要貢獻，攻克了傳統的高壓包直接升壓的方式，研發了可靠、低成本的農用靜電發生系統，并基于該系統研制了氣力輔助式靜電霧化噴槍。該噴槍可手持作業，霧化效果較好，荷電效果優異，借助風力輔助技術其噴幅超出普通靜電噴霧機，作業范圍更廣。項目中，主要設計了1種氣力輔助靜電噴霧裝備與2種溫室風助式彌霧裝備。”薛新宇介紹道。

 

　　“本次項目研究攻克或優化提升了8項關鍵技術，取得了8項標志性成果，創制、研發、優化提升了73臺（套）設備，建立了22個示范基地，申請專利111項，培訓農民超過5000人，機械化生產技術累計示范面積777.6萬畝，共獲得綜合經濟效益10.67億元。下一步，我們將持續進行攻關，爭取在植保機械技術上取得更大的創新突破。”薛新宇對植保機械化發展充滿了希望。