我国植保机械化发展研究(上)

在农机购置补贴政策拉动下，我国农机化水平已近73%，成为农业生产的主力。但我国植保机械化水平显著滞后，并已成为导致农药用量过高、有效利用率偏低、农产品质量安全危机、农残超标严重、对外贸易受阻以及环境污染加剧等系列问题的重要成因，严重阻碍和制约农业现代化的进程和农业的可持续发展。

因此，2015—2022年连续8年中央一号文件从环保、农产品质量安全、可持续发展等战略高度，对植保机械化提出具体要求；《中国制造2025》对植保机械化进一步具体化：围绕建设资源节约、环境友好农业，实现资源综合循环利用和农业生态环境建设保护，发展新型高效农业机械装备，实现“安全多能、自动高效、精准智能”，支撑农业发展的可持续。本文就此展开研究，以期提高我国植保机械化，加速全面农机化发展。

一、我国植保机械化现状与存在问题

在农业生产中，对植物生长过程中产生的病、虫、草害进行防治，是确保农业高产稳产的重要手段。而施药技术则处于植保的中心地位。现代农药使用技术由三部分组成：农药与剂型、施药工艺、施药器械。因此，植保机械、农药、防治技术成了化学防治的3大支柱。我国农药生产技术处于国际先进水平，美国排名第一，我国位居第二。而我国植保机械和农药使用技术严重落后的现状，与我国高速发展的农药水平极不相称，我国植保机械落后于欧美发达国家15年达左右。我国采用落后的植保机具和施药技术不合理，使农药残留居高不下。据对陕西省汉中市南郑区调查，目前全县广泛使用的植保器械主要是背负式手动（电动）喷雾器，占全县植保器械总量的60％以上，主要为一家一户的农民所持有，平均2~4个农户拥有一部背负式手动喷雾器，而机动植保机械仅占不到40%，与规模化生产对高效植保机械的现实需要极不相称。植保机械不同于其他的农业机械，其质量和使用的好坏牵涉到操作人员和农产品的安全，对提高我国农产品安全性具有战略意义。

为满足农业生产需要，我国引进生产了结构简单的单筒式喷雾机和手摇式喷粉机，加之中国农村劳动力多、经济基础薄弱等多种原因，喷药防治一直是以手动药械为主。进入21世纪以来，脉冲喷气式动力烟雾机、气压式自动喷雾器等相继研制成功。植保机械行业已涌现一批优秀企业，目前国内拥有各类植保机械生产企业350余家，形成年产300万台套100余种规格型号的植保机械产能。目前，我国70％左右的植保机械处于发达国家20世纪80—90年代的水平。虽然近年来出现了国产先进的智能化植保机械、农用飞机等，但由于受户营农业超小经营规模的限制，普及率提速缓慢。常用机具仍以背负式喷雾机、喷杆喷雾机等，存在严重的“跑、冒、滴、漏”现象。同时，当前机械施药技术不规范，农民缺乏正确的施药方法指导，每年因农药和药械使用不当而产生大量的中毒伤亡事故，造成农产品中农药残留超标，使农产品品质下降，价格难以提高，制约农民收入的提高，挫伤农民的生产积极性。同时也难以满足人们对优质农产品的消费需求，从宏观上制约现代农业的发展。

从农业生产实际看，我国植保机械化存在的主要问题是：

1、植保机械型号品种单一 ，工效低下。无法满足不同作物、不同病虫害防治的需要；一方面单一的植保机械品种不能适应病虫害适时防治和应急防治。用一种机型防治各种农作物的病、虫、草害，“打遍百药”是造成农药用量过大、农药浪费、农产品中农药残留超标、环境污染、作物药害、操作者中毒等重要原因之一。另一方面，植保机具70％是手动（电动）背负式喷雾器，很难保证适时防治。现有的植保机具不仅工效低而且用水量高。据不完全统计，每年消耗在施药作业上的劳动量达5亿个劳动日，消耗的水资源达3000万t，这与开发适合西部地区节水农业使用新机器的战略极不适应。

2、药机的喷洒部件相对落后。 现有喷雾机及喷洒部件不适合科学使用农药的要求，75％以上的喷雾机还是使用圆锥雾喷头。近几年来虽然化学除草发展很快，但由于没有与之配套、质量好的扇型喷头，使除草效果大大降低，且单位面积上使用的除草剂剂量成倍增加，既造成周围敏感作物的药害，同时也大大增加了相应的支出，提高了农产品生产成本。

3、农药与施药机械的研究分离。农药施用问题涉及农药制剂、喷撒机具、施药方法、施药行为、生物行为、药物毒理学、气象学以及环境科学各方面的综合性科学技术。化学防治水平的提高和植保机械的研究、开发、生产也有赖于农药应用工艺学的发展，并反过来促进农药应用工艺学的进一步发展和提高；长期以来，农药剂型和施药机具的研究互相分离，没有形成农药与施药机具的有机结合。

4、农药有效利用率低、浪费大、流失严重。采用现有植保机具和施药技术，农药的有效利用效率最好的也不足30％，农药的流失量高达60％~70％，不仅经济损失重大，也造成了严重的“农残问题”。此外，施药过程中飘移、流失的农药是一种非常危险的环境污染源，每年因除草剂雾滴飘移而引起作物药害造成很大的经济损失。

二、欧美发达国家的植保机械向智能化、光机电一体化方向快速发展

采用大型悬挂式或牵引式喷杆喷雾机，喷幅达18~34m，药箱容量为400~3000L，作业速度达8~10km/h，配套拖拉机功率在5.88~73.5kW。各种大型植保机械都是机、电、液一体化的复杂系统，设计完善，制作精美，工作安全可靠，操作方便。

1、 采用机电一体化技术 

电子控制系统显示机组前进速度、喷杆倾斜度、喷量、压力、喷洒面积和药箱药液量等。通过面板操作，控制和调整系统压力、单位面积喷液量及多路喷杆的喷雾作业等。系统依据机组前进速度自动调节单位时间喷洒量，依据施药对象和环境严格控制施药量和雾粒直径大小。控制系统与个人计算机相连，还可配置GPS系统，实现精准、精量施药。

2、 采用全液压驱动系统 

在大型自走式喷杆喷雾机上采用全液压系统，如转向、制动、行走、加压泵等都由液压驱动，不仅使整机结构简化，也使传动系统的可靠性提高。采用液压减震悬浮系统，它可以依据负载和斜度的变化进行调整，从而保证喷杆升高和速度变化时系统保持稳定。此外，有些牵引式喷杆喷雾机产品在牵引杆上还装有电控液压转向器，以保证在拖拉机转弯时与机具完全保持一致。

3、 采用农药注入和自清洗系统

 国外植保机械已采用自动混药技术，由于母液制备量比药液少得多，不但减少了原药与水源、人体接触的机会，而且方便灵活，可根据需要调节混药比例。这种方法免除了配药时操作人员与农药的接触，同时用药量可以随时调节，防止药瓶直接连接到喷杆的混药器上，利用液体的抽吸作用在雾化前自动混药，完全避免了农药原液与操作者接触的危险。

4、 完善的过滤系统和产品系列化

喷雾系统一般都具备四级过滤，避免系统堵塞及因堵塞造成漏喷或喷头雾化不良。一种有自洁能力的压力过滤器安装在系统中以提高过滤能力，减少堵塞或可减少操作者排堵的劳动强度以及污染的可能。另一方面，其植保机械产品品种多，专用化程度高。针对不同作物、不同地区、不同种植制度研制相应的植保机械。从液泵到喷头，每一种工作部件都有完整的系列产品，仅喷头就有几十个系列，几百种规格，可以满足各种作物和药剂的不同喷雾要求，大大提高了喷洒质量。