何雄奎

（中國農業(yè)大學藥械與施藥技術研究中心，北京 100193）

我國是一個蔬菜消費大國，隨著人民生活水平的逐步提高，越來越多的四季蔬菜被端上了人們的餐桌，對蔬菜產量和品質的需求也在日益提升。病蟲害是蔬菜種植過程中的重要影響因素，病蟲害不僅會影響蔬菜的外觀，還會影響其長勢、產量及質量[1-4]。據調查，我國露地蔬菜與設施蔬菜病蟲有1 600余種，常年發(fā)生的有500余種，每年必須防治的病蟲有50～70種，其中難以防控的有10余種，一般產量損失20%～30%，嚴重時損失達50%以上，甚至絕收。目前，蔬菜病蟲仍大多采用化學農藥防控，施藥次數較多，尤其是設施蔬菜生產環(huán)境溫暖、潮濕，病蟲極易暴發(fā)，危害損失相對嚴重，因而施藥次數最多，每667 m2農藥施用量為大田作物的十幾倍，甚至數十倍，是形成農藥面源污染的重要因素，也是蔬菜產品農殘超標的控制關鍵點；因此，運用高效施藥裝備與技術是現代設施農業(yè)節(jié)藥、節(jié)水、高工效生產和控制面源污染、保障蔬菜質量安全的迫切需要[5-7]。

國內外蔬菜安全生產高效減量施藥技術與裝備發(fā)展及應用現狀

20世紀80年代中期開始，發(fā)達國家開始推行農藥減量與統(tǒng)防統(tǒng)治新技術應用計劃，在確保高工效、高防效的同時非常重視施藥過程對環(huán)境和人的污染。經過30多年的發(fā)展，發(fā)達國家農藥利用率已提升50%～60%，大型寬幅噴桿噴霧機可確保高效作業(yè)，防飄技術的運用減少了農藥霧滴對非靶標的污染，可達到環(huán)境友好的目的。我國高效植保機械與施藥技術發(fā)展起步較晚，但在過去10年中發(fā)展迅速，防控水平發(fā)生了巨大的變化[8-11]。

通常影響施藥效果的主要因素：一是霧滴大小；二是霧滴均勻度。霧滴大小決定霧滴顆粒在空中的飄逸時間。我國目前普遍使用的背負式噴霧器噴出的多是粗霧滴，霧滴直徑400～500 μm，甚至更大，在空中飄逸時間短，很快就能沉降，接觸到靶標后易彈跳流失，并且不易沉積到作物冠層中下部，農藥利用率低，防治效果較差。如果將1個直徑為500 μm的霧滴變成直徑為250 μm的霧滴，霧滴就成了8個；直徑縮小成125 μm，霧滴就成了64個；直徑62.5 μm時，霧滴數變成512個；直徑變成31.25 μm，霧滴成了4 096個。霧滴越小飄逸時間越長，較小的霧滴顆粒有利于藥劑擴散和均勻分布，能節(jié)省農藥、提高農藥利用率；然而，霧滴也不是越細越好，太小的霧滴在大田噴霧中很容易受外界自然風的影響而飄失至非靶標區(qū)域，并且當霧滴直徑比PM2.5還小時就不能有效沉降，影響農藥的有效利用，還會對環(huán)境產生污染[12-15]。

國外蔬菜施藥裝備與技術研究及應用現狀

從20世紀40年代開始，發(fā)達的歐美國家已經開始走“植保機械專業(yè)化、法律化”的道路。目前，歐美發(fā)達國家植保機械以中、大型噴霧機為主（懸掛、牽引和自走式，圖1），并采用了大量的先進技術，現代微電子技術、儀器與控制技術、信息技術等許多高新技術現已被廣泛地應用。這些高新技術的應用一是提高了設備的可靠性、安全性及便捷性；二是滿足越來越高的環(huán)保要求，實現低噴量、精噴灑、少污染、高工效、高防效，進而實現病蟲害防治作業(yè)的高效率、高質量、低成本和操作者的舒適性和安全性。國外的植保機械正朝著智能化、光機電一體化方向快速發(fā)展。對于大田露地蔬菜，國外普遍采用大型懸掛、牽引或自走式噴桿噴霧機，噴幅在18～34 m，藥箱容量為400～3 000 L，作業(yè)速度達8～10 km/h，配套拖拉機功率在5.88～73.50 kW（80～100馬力）。各種大型植保機械都是機、電、液一體化的復雜系統(tǒng)，設計完善，制作精美，工作安全可靠，操作方便[1、12、16-19]。

植保機械作業(yè)是一項特殊的田間作業(yè)，有其嚴格的要求。目前，國外的蔬菜大田高效施藥技術主要有低量噴霧技術、自動對靶噴霧技術、防飄移技術和精準施藥技術。發(fā)達國家都制定了諸如采取何種噴頭、何種壓力、多大風速下噴霧等嚴格的施藥作業(yè)技術規(guī)范。國際上許多著名的植保機械廠家開發(fā)了旱地氣力輔助噴桿式噴霧機、各類靜電噴霧機、回收式噴霧機和采用微波、紅外傳感或者圖像識別技術的自動對靶噴霧機等。同時，原藥自動注入系統(tǒng)、靜電噴頭、防飄噴頭、恒壓防滴裝置等精準施藥技術己經成熟，并應用于相關施藥機械中，實現了施藥技術與機具向精準化的轉型[20-21]。

常溫煙霧施藥技術是20世紀90年代發(fā)達國家設施農業(yè)普遍使用的高效施藥技術（圖1f），其工作原理是通過高速、高壓氣體或超聲波原理在常溫下將藥液破碎成超微粒子（20～50 μm），藥液能在設施內充分擴散，長時間懸浮，對病蟲進行觸殺、熏蒸，同時對棚室內設施進行全面消毒滅菌，農藥利用率高達50%～60%。該技術優(yōu)點主要有：一是省藥、節(jié)水。較常規(guī)施藥節(jié)省農藥30%左右，每667 m2施藥液2～4 L，較常規(guī)施藥節(jié)水近40倍，不增加空氣濕度，施藥不受天氣限制。二是施藥均勻、擴散性能好，藥劑附著沉積率高，尤其適合棚室內作物病蟲害防治。三是對藥劑適應性廣。將藥液變成煙霧時無需加熱，只是借助常溫煙霧機在常溫下將藥液霧化成煙狀藥霧，不受農藥劑型限制。四是不損失農藥有效成分。在常溫下將藥液物理破碎呈煙霧狀，藥劑有效成分無任何損失。五是施藥無需進棚作業(yè)，效率高，省工、省力，對施藥者無污染。六是應用范圍廣。不但可用于設施園藝，還可用于工業(yè)水霧降溫、增濕、衛(wèi)生殺蟲、滅菌、防疫和食用菌生產等[22-23]。

國內蔬菜施藥裝備與技術研究及應用現狀

設施蔬菜化學防治

目前，在設施蔬菜病蟲害防治上，化學防治仍然是其他防治方法難以替代的。我國用于設施蔬菜施藥的機具類型主要有：背負式手動（電動）噴霧器、靜電噴霧器、背負式動力噴霧機、擔架（推車）式機動噴霧機及常溫煙霧機等。

背負式手動（電動）噴霧器背負式噴霧器（圖2）是我國目前農用最廣、保有量最大的傳統(tǒng)型施藥機具，具有成本低、操作簡便、適應性廣等特點；但此類機具施藥效率低，難以用于規(guī)?；乐危幰红F化質量差，藥液在作物植株上的附著率不高，霧滴沉積分布也不均，總體防治效果不理想。

背負式、擔架式動力噴霧機此類噴霧機具（3WZ-45K型擔架式動力噴霧機，圖3）采用高壓噴霧方法，霧化效果好，藥液霧滴在農作物冠層中的穿透性強，對農作物病蟲害防治效果顯著，并且機具作業(yè)效率高。該機具主要應用在水稻、果園、花圃苗木、蔬菜基地、設施大棚等害蟲防治作業(yè)上。但由于噴灑的霧滴直徑較大，霧滴在植株莖葉上的附著率不高，農藥流失到地面情況嚴重；機具噴霧時用水量大，施藥后會使設施內的濕度增加，在防治病蟲害的同時又滋長誘發(fā)了另外一種病蟲害的條件，造成惡性循環(huán)；此外，施藥操作者在密閉空間內施藥，不僅勞動強度大，并且極易造成農藥中毒，對人身健康造成威脅。

圖1 國外高效蔬菜施藥裝備

常溫煙霧機常溫煙霧機（圖4）是我國在第9個“五年計劃”期間從日本引進，并在國內開始推廣應用于設施農業(yè)病蟲害防治的新型機具。在引進的日本SLVH-10型、LVH-15DX型基礎上，研發(fā)出了OR-DP2、OR-DP3型電動超低容量常溫噴霧機（圖4a）和3YC-50型常溫煙霧機（圖4b）等高效常溫煙霧機，繼而改進開發(fā)出3YC-1000-Ⅲ高效常溫煙霧機和3YCB1200D-Ⅲ型（圖4c）自發(fā)電背負式常溫煙霧機，這類機具噴灑的平均霧滴直徑約20 μm，噴霧流量在50～70 mL/min。該機具細霧滴及低容量噴霧不僅能有效提高作業(yè)質量，而且用水量少，設施棚室內的濕度增加不顯著，可避免誘發(fā)二次病蟲害，對于密閉設施內病蟲害防治效果較顯著。施藥作業(yè)時，施藥操作人員也無需進入設施內，因而對操作人員的人身安全更有保障。此外，由于常溫煙霧機噴射部件的孔徑小，霧化機理為氣液兩相流霧化，因此對農藥劑型及機具霧化系統(tǒng)的過濾條件要求高。當噴射部件管路系統(tǒng)過濾未達標時，易導致噴射口堵塞，噴施生物農藥時，由于噴射孔徑小，易對生物農藥的活性造成損傷。

圖2 WS-16D型背負式電動噴霧器

圖3 3WZ-45K型擔架式動力噴霧機

設施蔬菜病蟲害物理防治

隨著人們對無公害蔬菜產品和環(huán)境保護的雙重要求，對有害生物實行非農藥防治愈來愈受到重視。采用物理方法對設施內的蔬菜進行病蟲害防治是綠色、環(huán)保、無毒和無公害的防治方法。物理防治是指通過栽培設施創(chuàng)造不利于病蟲發(fā)生但卻有利于或無礙于蔬菜生長的生態(tài)條件的防治方法。它可以利用病蟲對溫度、濕度或光譜、顏色、聲音等的反應能力，用調控這些因素的辦法來控制病害的發(fā)生，殺死、趨避或隔離害蟲。首先，在蔬菜種植前對棚室土壤進行消毒處理，是一種被廣泛采用的積極有效的防治病蟲草害的方法，主要有熱力學土壤消毒技術、火焰殺蟲殺菌技術和微波土壤消毒技術；其次，對設施蔬菜生長階段出現的蟲害，通過采用防蟲網隔離技術、燈光誘殺技術、色板誘殺技術及移動誘捕等物理防治方法，可杜絕化學農藥的使用，提高蔬菜品質（圖5）。

圖4 國產常溫煙霧機

露地蔬菜化學防治

對于露地蔬菜，施藥裝備與技術與大田糧食作物所采用的相同。目前我國農民使用的蔬菜施藥機械主要以中、小型背負式手動或機動噴霧器、擔架式機動噴霧機為主，大型施藥機械應用仍然較少。此類植保機具及噴灑技術落后、型號品種單一，而且依靠人背機器進地進行作業(yè)，作業(yè)效率和農藥沉積分布均勻度都非常低，均勻性變異系數高達50%以上，不能滿足不同作物、不同種植模式和不同病蟲害防治的需要。近年來隨著國家政策的支持和引導，土地流轉、植保機械補貼和病蟲害統(tǒng)防統(tǒng)治工作逐步推進，懸掛式噴桿噴霧機、自走式噴桿噴霧機（圖6a）和植保無人機（圖6b）已經越來越多地被應用到大田露地蔬菜的病蟲害化學防治中。

圖5 設施蔬菜病蟲害物理防治技術

圖6 露地蔬菜高效施藥裝備

我國蔬菜施藥裝備與技術存在的問題

目前，在蔬菜病蟲害防治上，化學防治仍然難以被其他防治方法所取代，而生態(tài)調控、生物防治、物理防治及農業(yè)防治被輕視。由于生物農藥藥效較慢，且易受環(huán)境條件的影響，農民往往不愿意采用；為了追求高產，農民常常采用大水、大肥的栽培管理方式，而忽視環(huán)境調控的控病作用；防蟲網、性誘劑、色板和黑光燈等物理防治措施往往因防效較差、防治對象較少而不受重視。

在化學農藥的使用上，殺菌劑、殺蟲劑、土壤消毒劑、植物生長調節(jié)劑（激素）使用較多。蔬菜作物霜霉病、灰霉病、白粉病、葉霉病等氣傳病害及蚜蟲、粉虱、薊馬、茶黃螨等小型害蟲在一個生長季節(jié)需多次噴藥防治，這就導致了設施蔬菜生產中化學農藥和化肥被濫用、低效使用或過量施用的現象頻繁發(fā)生，過度依賴農藥和化肥可能導致其過量使用，影響農產品質量安全，造成土壤鹽漬化及環(huán)境污染等問題。農藥被過度使用，會導致有害生物產生抗藥性，農產品中農藥殘留超標，蔬菜品質下降，人畜健康受損害，消費者缺乏安全感；農田生態(tài)環(huán)境遭到破壞，土壤中有益微生物群落下降，有害微生物群落積累泛濫。而抗藥性又會導致藥劑使用壽命縮短，藥效變差，施藥次數、用藥劑量、用藥成本增加，農藥企業(yè)對化學藥劑的開發(fā)風險和研發(fā)成本也會增加。

我國設施蔬菜生產上噴施農藥使用的噴霧器80%以上仍然是20世紀五六十年代使用的背負柱塞式手動噴霧器，由于結構原理不合理，即使是全新的合格噴霧器，農藥利用率最高只有30%。隨著使用時間延長，噴霧器材質老化，自然磨損，密封性變差，噴頭噴片孔徑變大，跑、冒、滴、漏等問題隨之顯現，農藥有效利用率迅速下降，病蟲防治效果大打折扣；所以，類似我國目前的背負式手動噴霧器發(fā)達國家在20世紀80年代就法律禁止生產、銷售和使用了。使用背負式噴霧器施藥時，為保持農藥較好地均勻分布，配制農藥必須按照固定稀釋倍數稀釋后均勻噴施，田間防治實際效果和噴施藥液量由噴霧作業(yè)人員決定，不同操作人員之間往往相差很大。背負式噴霧器在田間施藥的工作強度極高，許多農民為降低施藥強度而縮短施藥時間，呈“跑馬”式噴藥，噴灑不均勻，田間防治效果不理想；當病蟲發(fā)生較重或遇到難防治的病蟲時往往加大用藥量，噴施時藥液甚至順著葉片往下流淌，這樣既浪費農藥又浪費人工，防治效果不理想，還容易造成農殘超標。目前使用背負式手動噴霧器施藥防治蔬菜病蟲的標準藥液量每667 m2為50～150 L，蔬菜植株越高大、密植，防治病蟲所需藥液會越多，由于噴施藥液量大，棚室內空氣濕度顯著增加，實際防治效果得不到保障。

建議及對策

加強基礎理論和應用技術研究

加強農藥霧滴霧化、沉積、飄失等霧滴運動規(guī)律的基礎理論和作用機理研究；研制防飄噴頭、復合噴頭噴霧技術，氣流輔助噴霧技術，智能噴霧技術；抓好低容量噴霧技術特別是精準施藥技術的研究，為減少浪費和污染、切實提高農藥利用率、推動農藥應用技術進步打下扎實的基礎。

加強新技術的推廣和應用

隨著科學技術的不斷進步，機電一體化技術不斷發(fā)展，一些老舊的蔬菜施藥技術裝備將逐漸被新型施藥技術裝備所取代，簡化施藥裝置中復雜的機械傳動結構、動力傳遞方式以及淘汰普通材料和落后的生產工藝，延長機具的使用壽命及降低勞動使用費用等將作為主要設計目標應用于蔬菜施藥裝備的設計制造中。隨著國內外相關技術的進一步發(fā)展，如何將最新技術更好地應用到實際生產中，也是目前蔬菜施藥裝備與技術需要盡快解決的問題。

著力提高機具通用性與適用性

我國南、北方的農作物病蟲害防治情況各異，由于南、北方農作物種植模式及氣候有明顯的差異，許多施藥機具只是針對某一區(qū)域內的農作物，且施藥機具受農作物種植規(guī)模的影響程度較大，許多新發(fā)明的施藥機具通用性較差。在現有新技術的基礎上繼續(xù)深入提升其通用性和適用性，使其不僅能夠作為單一品種農作物的施藥機具，而且能夠應用于其他農作物的施藥，對于推動農作物病蟲害全程機械化有著重要的作用。

進一步加大政府對高效、低污染蔬菜植保機具的購機補貼力度

設施農業(yè)作為現代農業(yè)的顯著標志，促進設施農業(yè)發(fā)展是實現農業(yè)現代化的重要任務，受到從中央到地方各級政府高度關注，我國設施農業(yè)已進入了快速發(fā)展階段?！笆濉币詠?，政府對農機的財政補貼政策對我國農業(yè)機械的科研開發(fā)與生產應用都發(fā)揮了積極的導向作用。“十三五”是農業(yè)實現現代化的關鍵時期，要盡快淘汰劣質、低效、對環(huán)境污染嚴重的老舊植保機具類型，鼓勵農民購買、使用新型優(yōu)質的蔬菜高效植保機具，應將節(jié)能減排納入財政補貼招標的指標評價體系，對農藥利用率高、防治效果好，符合安全、環(huán)保要求的機具應加大補貼力度。

完善施藥技術領域規(guī)范

按照節(jié)能減排的相關技術要求，不斷完善設施農業(yè)植保裝備產品的標準體系，蔬菜植保與農機推廣應用部門，要把研究開發(fā)節(jié)能減排和環(huán)境友好的施藥裝備作為關鍵性經濟技術指標，并將其納入到植保機具的試驗鑒定與示范推廣工作中。

逐步加大新型農機技術人員培訓

有關部門應大力開展設施農業(yè)施藥機具使用和施藥技術應用的相關培訓，提高基層農技人員和農民的安全施藥水平，引導他們改變陳舊的施藥觀念，幫助基層農民盡快掌握科學的農藥使用技術和方法，使機械化高效施藥技術與裝備能夠真正發(fā)揮其節(jié)約成本、提高效率、節(jié)能減排的作用。

結語

隨著我國對農作物病蟲草害防治需求的持續(xù)增長，以及農藥與環(huán)境、生態(tài)、農產品質量、國民身體健康之間矛盾的日益突顯，高效、低量、低污染、精準施藥技術裝備的市場需求也將越來越大，其產業(yè)化前景十分廣闊。為推動我國蔬菜施藥裝備與技術的發(fā)展，必須從以下幾個方面入手：首先，均勻、高效施藥是原則；其次，基礎理論研究十分重要，霧化、沉積、飄失等的基礎理論與作用機理必須持續(xù)研究；同時，新藥械的研發(fā)是關鍵，需要提升產品和關鍵工作部件的可靠性和作業(yè)效果；最后，病蟲害統(tǒng)防統(tǒng)治是解決手段，需要不斷提高蔬菜施藥裝備水平，使技術輕簡化，達到實用化要求。

蔬菜施藥裝備與技術發(fā)展任重道遠，在設施農業(yè)產業(yè)實際需求拉動和政府出臺的相關政策有效推動下，在植保機械設計制造工藝水平和施藥技術水平的不斷提高的基礎上，我國的蔬菜施藥裝備與技術必將走上健康、快速發(fā)展的道路。