劉 錚，馬開(kāi)東，呂小榮

（1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)電學(xué)院，四川 雅安 625014；2.三臺(tái)縣金石鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)綜合服務(wù)中心，四川 三臺(tái) 621100）

大豆又叫黃豆，發(fā)源于我國(guó)，含有豐富的蛋白質(zhì)、脂肪，還有卵磷脂及多種維生素，有著益氣潤(rùn)膚、寬中下氣、潤(rùn)脾消痢、清熱解毒的作用[1]。我國(guó)是大豆的主產(chǎn)國(guó)之一，我國(guó)大豆種植比較分散，除青海省外，其余各個(gè)省份均有種植，從國(guó)內(nèi)生產(chǎn)布局來(lái)看，逐步形成東北春作大豆種植區(qū)、黃淮海流域夏大豆種植區(qū)、長(zhǎng)江流域春夏大豆種植區(qū)和南方多作大豆種植區(qū)的生產(chǎn)格局[2]。

四川省農(nóng)作物產(chǎn)區(qū)豐富，是我國(guó)的農(nóng)業(yè)大省。地形多為海拔較低的丘陵和山地，且大部分耕地為旱地，是我國(guó)多熟早作物農(nóng)業(yè)的典型代表。四川豆類(lèi)種植很廣泛，種植規(guī)模僅次于玉米、小麥，其中以大豆種植為主。2018年，四川全省大豆總產(chǎn)量為88.80×104t[3]，省內(nèi)大豆種植范圍比較集中，主要分布在川東丘陵地區(qū)，占全省總種植面積的70%以上[4]。由于受丘陵地形有效種植耕地面積小、地塊小、土地肥力不足、作物種類(lèi)較多并且規(guī)模較小等問(wèn)題的影響，一些高效的大型植保機(jī)械無(wú)法使用。丘陵山區(qū)農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)仍然相對(duì)滯后，道路寬度不夠且崎嶇不平，道路建設(shè)不全，機(jī)械通行難度大的問(wèn)題依然存在，造成作業(yè)局限性較大，作業(yè)成本高，投入產(chǎn)出比不高，這是影響丘陵山區(qū)植保機(jī)械化發(fā)展的另一個(gè)重要因素[5]。四川丘陵山區(qū)的豆類(lèi)植保工作主要還是由傳統(tǒng)人工分散完成。對(duì)于同一片地，如果種植了多種作物，對(duì)植保機(jī)械的要求更是多種多樣。因此，提高丘陵山區(qū)豆類(lèi)植保的機(jī)械化作業(yè)水平，改善作業(yè)條件，降低生產(chǎn)成本和增加生產(chǎn)效益，對(duì)于丘陵地區(qū)豆類(lèi)產(chǎn)量和品質(zhì)的提升有現(xiàn)實(shí)意義。

本文對(duì)四川省丘陵山區(qū)大豆植保機(jī)械化發(fā)展現(xiàn)狀和展望做出了綜述，通過(guò)分析一些地區(qū)的植保機(jī)械應(yīng)用和相關(guān)研究現(xiàn)狀，總結(jié)了四川省丘陵大豆植保機(jī)械化存在的問(wèn)題，并對(duì)其發(fā)展的趨勢(shì)提出了合理的建議。

1 四川丘陵大豆植保機(jī)械化發(fā)展現(xiàn)狀

在我國(guó)南方丘陵山區(qū)各省中，四川省的植保機(jī)械化水平排在第3位[6]，僅次于浙江和湖北2省，為22.14%，但跟第1名浙江省的65.65%相比較，差距還非常巨大。中國(guó)國(guó)產(chǎn)植保機(jī)械以手動(dòng)噴霧器為主，其中囊括了20多個(gè)品種、80多個(gè)型號(hào)，其中75%左右的產(chǎn)品僅處于發(fā)達(dá)國(guó)家20世紀(jì)六七十年代的水平。四川丘陵山區(qū)大豆植保也是以手動(dòng)噴霧器噴灑農(nóng)藥為主[7]，最常用的機(jī)具包括單管、壓索、背負(fù)式噴霧器等，市場(chǎng)占有率達(dá)到80%[8]，且90%以上的噴霧器仍使用的是圓錐霧噴頭。這種動(dòng)用人力較多的老式噴霧式作業(yè)方法，由于其工作過(guò)程中存在的“跑、冒、滴、漏”現(xiàn)象，大多數(shù)情況下的農(nóng)藥有效利用率只有1/3左右，浪費(fèi)極其嚴(yán)重，農(nóng)藥的毒性也會(huì)給人們帶來(lái)不小的安全隱患[9]；其次是噴霧效率低下，很難滿(mǎn)足實(shí)際農(nóng)村生產(chǎn)所需。

四川省有關(guān)植保機(jī)械的相關(guān)企業(yè)總體呈現(xiàn)為產(chǎn)量較低、規(guī)模較小、核心技術(shù)不夠先進(jìn)。截至到2016年4月，成都和瀘州的4個(gè)廠家通過(guò)了3C認(rèn)證，但只有位于成都的2個(gè)廠家在正常生產(chǎn)，主要的產(chǎn)品還是以背負(fù)式的手動(dòng)/電動(dòng)噴霧器為主[10]。

盡管四川在植保機(jī)械技術(shù)和設(shè)備方面目前還比較落后，但在開(kāi)發(fā)和推廣新型大豆植保機(jī)械方面得到了國(guó)家的重點(diǎn)支持和關(guān)注，革新后的新型大豆植保機(jī)械在適用范圍和適用群體上也在逐年擴(kuò)大。

1.1 四川丘陵山區(qū)大豆植保機(jī)械應(yīng)用現(xiàn)狀

綿陽(yáng)市對(duì)大豆的病蟲(chóng)害防治主要是以人工噴霧或者電動(dòng)噴霧為主，但是由于效率較低、人工費(fèi)用較高等原因，嚴(yán)重影響了農(nóng)民防治病蟲(chóng)害的積極性。無(wú)人植保機(jī)具有操作簡(jiǎn)單、速度快且效率高、噴灑均勻且霧化效果好、環(huán)保性好等優(yōu)點(diǎn)，為了探索無(wú)人機(jī)在丘陵山區(qū)病蟲(chóng)害防治方面的效果，2016年，四川省綿陽(yáng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院在三臺(tái)縣開(kāi)展了無(wú)人機(jī)試飛防治試驗(yàn)，無(wú)人機(jī)防治對(duì)比人工防治組，作物的發(fā)病率和病情指數(shù)分別降低了23.86%和18.62%[11]。

四川省自貢市沿灘區(qū)處于川南丘陵區(qū)，屬亞熱帶濕潤(rùn)氣候，適宜種植大豆[12]。該區(qū)對(duì)大豆的病蟲(chóng)害防治通常采用的是背負(fù)手動(dòng)式噴霧器和背負(fù)機(jī)動(dòng)式彌霧機(jī)這2種半自動(dòng)化的噴藥機(jī)械，部分機(jī)型還存在植保過(guò)程中農(nóng)藥使用量過(guò)大、利用率低等問(wèn)題。為適應(yīng)大豆中后期藥物噴施需要，近年來(lái)開(kāi)始使用高地隙噴藥機(jī)。為適應(yīng)不同作物不同行距帶來(lái)的工作環(huán)境變化，通常高地隙噴藥機(jī)底盤(pán)的輪距都是可調(diào)節(jié)的。常用機(jī)型有東方紅-WPZ2500型、亞泰3WZG-650型、約翰迪爾4730型等高地隙噴藥機(jī)[13]。

從2013年開(kāi)始，四川省綿陽(yáng)、廣安等多地對(duì)植保無(wú)人機(jī)在丘陵地區(qū)的作業(yè)情況進(jìn)行了試驗(yàn)和示范，主要還是針對(duì)的病蟲(chóng)害防治，其次用于作物的施肥等。從目前的發(fā)展形勢(shì)看，無(wú)人機(jī)植保防治作業(yè)針對(duì)的作物種類(lèi)還在不斷擴(kuò)大，從矮稈作物的大豆、水稻、小麥擴(kuò)展到高稈的玉米、高粱等，且作業(yè)量也增大到13.33×104hm2，無(wú)人機(jī)利用率不斷提高[14]。截至到2018年底，省內(nèi)保有的農(nóng)用植保無(wú)人機(jī)架次達(dá)300多架，并且以每年幾十架的增速增長(zhǎng)。

1.2 四川丘陵山區(qū)植保機(jī)械研究現(xiàn)狀

2014年華南農(nóng)業(yè)大學(xué)的洪添勝等[15]對(duì)作業(yè)環(huán)境為丘陵山區(qū)的一類(lèi)植保機(jī)械進(jìn)行了研究并取得成果，研制出一種能夠適用于多人同時(shí)噴施作業(yè)的恒壓噴霧機(jī)。該機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)：能保持工作時(shí)的噴霧始終恒壓，保證噴施均勻穩(wěn)定；設(shè)置有過(guò)載保護(hù)裝置，壓力傳感器檢測(cè)到壓力超過(guò)限定值時(shí)，機(jī)器立即停止工作，達(dá)到防止爆管的效果；整機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中不存在機(jī)械沖擊轉(zhuǎn)矩，能增加機(jī)器的工作壽命；噴霧工作完成時(shí)能進(jìn)行“軟停車(chē)”，避免水錘效應(yīng)對(duì)整機(jī)管路影響。

2011年，雷小龍等[16]經(jīng)研究制造了一種解放人力，并且能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制自動(dòng)噴霧工作的自走式電控植保噴霧機(jī)械。通過(guò)自動(dòng)控制技術(shù)和植保機(jī)械相結(jié)合，采用直流電機(jī)脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)與液壓技術(shù)，達(dá)到精確調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速和噴藥器噴桿高度與轉(zhuǎn)向控制的作用。通過(guò)對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行編程，使機(jī)器能按照指令行走并且準(zhǔn)確轉(zhuǎn)向。帶有空氣室的活塞泵可以在噴霧時(shí)比普通的活塞泵受到更小的壓力脈沖影響，保證其工作穩(wěn)定?？傮w提高了藥液的利用率，減少了藥液的用量，對(duì)于土壤環(huán)境的保護(hù)有一定積極作用。

王海艷等[17]針對(duì)丘陵山區(qū)背負(fù)式噴霧器效率低等問(wèn)題，對(duì)傳統(tǒng)背負(fù)式噴霧器進(jìn)行了改進(jìn)，增加了速度控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了自走功能，以電力為能源提供動(dòng)力，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)把手調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，采用可調(diào)節(jié)長(zhǎng)度的噴桿以適應(yīng)不同環(huán)境噴灑高度的變化，該機(jī)高效環(huán)保，可一機(jī)多用，山地、大棚使用效果均良好。

中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)聯(lián)手德國(guó)技術(shù)部門(mén)研發(fā)的小型機(jī)動(dòng)/電動(dòng)背負(fù)式均勻穩(wěn)壓噴桿噴霧機(jī)突破了以往背負(fù)式噴霧機(jī)作業(yè)范圍不均勻、噴霧效率低下的瓶頸，能高效完成全面機(jī)械化均勻施藥；針對(duì)低稈高稈作物的植保需求，同時(shí)滿(mǎn)足植保機(jī)械的機(jī)械多用性要求，研發(fā)出單旋翼動(dòng)力的電動(dòng)植保無(wú)人機(jī)等新型低空低量無(wú)人機(jī)機(jī)型[18]。

周彥春等[19]設(shè)計(jì)了一種高效的適用于丘陵山區(qū)的履帶自走式植保機(jī)械，經(jīng)植保作業(yè)實(shí)驗(yàn)，該機(jī)械有以下優(yōu)點(diǎn)：一是設(shè)計(jì)的履帶式底盤(pán)能保證在丘陵地帶穩(wěn)定通過(guò)，且行走速度（≤1 m/s）符合植保要求，每側(cè)3個(gè)噴藥口保持較大的噴藥量；二是兩側(cè)同時(shí)工作的噴幅最大能達(dá)到12 m，噴頭的噴灑角度能在0°～180°內(nèi)變化，符合多數(shù)地塊植保要求；三是履帶式底盤(pán)可原地360°轉(zhuǎn)向，解決了地塊小、轉(zhuǎn)向困難的難題，能穩(wěn)定通過(guò)40 cm的溝渠。履帶自走式植保機(jī)械的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 履帶自走式植保機(jī)械結(jié)構(gòu)Fig.1 The structure of crawler self-propelled plant protection machinery

受?chē)?guó)外先進(jìn)植保機(jī)械化發(fā)展現(xiàn)狀的啟發(fā)，近年來(lái)國(guó)內(nèi)有關(guān)的植保研究團(tuán)隊(duì)也啟動(dòng)了對(duì)丘陵山區(qū)植保機(jī)械及技術(shù)的研究，在高效噴霧技術(shù)方面取得了不俗成果，但在較為前沿的無(wú)人機(jī)植保技術(shù)和精準(zhǔn)噴藥技術(shù)的研發(fā)等方面仍進(jìn)展緩慢，較為落后，亟待取得新的突破。部分最新研發(fā)的植保機(jī)械還在試驗(yàn)示范和推廣階段，暫時(shí)不能實(shí)現(xiàn)在大范圍植保作業(yè)中的使用。

2 四川丘陵大豆植保機(jī)械化的展望

2.1 四川丘陵大豆植保機(jī)械發(fā)展存在的問(wèn)題

2.1.1 設(shè)計(jì)落后產(chǎn)品單一

當(dāng)前市面上的大多數(shù)手動(dòng)噴霧機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)落后，噴頭關(guān)鍵部件單一，霧化性能不穩(wěn)定，易造成藥液浪費(fèi)，增加植保成本；產(chǎn)品種類(lèi)規(guī)格少，對(duì)于不同作物在不同生長(zhǎng)時(shí)期的病蟲(chóng)害防治作業(yè)并不能達(dá)到完全適用；核心部件的工藝、普及程度及產(chǎn)品可靠性不足，還不足以達(dá)到我國(guó)國(guó)情的需求。

2.1.2 農(nóng)藥有效利用率較低

目前，我國(guó)農(nóng)田單位面積的用藥量是美國(guó)、德國(guó)的1/2，但農(nóng)殘為他們的數(shù)倍，嚴(yán)重的高達(dá)數(shù)十倍，農(nóng)藥利用效率較低，僅為30%左右，流失率高達(dá)50%以上，可見(jiàn)我國(guó)針對(duì)提高農(nóng)藥利用率的植保機(jī)械施藥技術(shù)研究尚處于較為落后的階段。

2.1.3 先進(jìn)施藥技術(shù)和完備的技術(shù)規(guī)范的缺失

3S技術(shù)（GPS技術(shù)、GIS技術(shù)、RS技術(shù)）等先進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)被發(fā)達(dá)國(guó)家廣泛運(yùn)用到丘陵植保機(jī)械的研制中，使其達(dá)到高效、安全、智能、精確的噴灑要求，并且也出臺(tái)了相應(yīng)的有關(guān)安全無(wú)害地處理廢棄農(nóng)藥和農(nóng)藥容器的行業(yè)要求。而放眼國(guó)內(nèi)，我國(guó)丘陵植保機(jī)械所搭載的關(guān)鍵技術(shù)還較為落后，多數(shù)研發(fā)的植保作業(yè)機(jī)械仍與國(guó)外存在一定的差距，且由于缺乏植保規(guī)范的普及，農(nóng)民只能依據(jù)說(shuō)明書(shū)中規(guī)定的用量或者經(jīng)驗(yàn)來(lái)施藥，在植保作業(yè)方面可能操作得不標(biāo)準(zhǔn)、不安全，達(dá)不到現(xiàn)代施藥技術(shù)中安全高效施藥的要求。

2.2 四川丘陵大豆植保機(jī)械化的發(fā)展趨勢(shì)

2.2.1 低容量與超低容量技術(shù)

小霧滴覆蓋密度更大，漏施情況少，防治效果好，研究施藥時(shí)藥液霧滴運(yùn)動(dòng)的仿真模型，與田間小生態(tài)環(huán)境如環(huán)境溫度等對(duì)作物受藥情況影響，找到其中的物理學(xué)規(guī)律，為新型機(jī)器研發(fā)提供理論研究模型，對(duì)研發(fā)生產(chǎn)植保無(wú)人機(jī)和風(fēng)送式低量噴桿噴霧機(jī)的進(jìn)程有積極推進(jìn)作用。

2.2.2 機(jī)電一體化技術(shù)

采用機(jī)械、電控技術(shù)結(jié)合的植保機(jī)械可通過(guò)顯示器實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)組速度、噴藥速度、噴頭壓力、藥液余量等。并且能通過(guò)人工操作改變相應(yīng)參數(shù)，達(dá)到控制噴液量、行進(jìn)速度等目的，操作簡(jiǎn)單，并通過(guò)安裝GPS系統(tǒng)來(lái)展開(kāi)精量施藥、精準(zhǔn)施藥，提高了工作效率。

2.2.3 大型噴桿及防飄噴霧機(jī)的生產(chǎn)

在普通噴桿噴霧機(jī)上采用防飄噴頭，可以降低70%左右的噴藥損失。

2.2.4 全液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

采用液壓的結(jié)構(gòu)可簡(jiǎn)化噴霧機(jī)，液壓裝置因?yàn)槠渚彌_吸震的特性，相對(duì)于機(jī)械的結(jié)構(gòu)提高了整機(jī)的穩(wěn)定性。比如液壓懸浮減震設(shè)備，可以讓植保機(jī)械在丘陵上坡和平地行走的時(shí)候做出相應(yīng)調(diào)整，進(jìn)而確保噴桿速度與高度改變時(shí)系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.2.5 健全的過(guò)濾產(chǎn)品與系統(tǒng)

不同種類(lèi)的藥液流動(dòng)性不盡相同，為了防止系統(tǒng)堵塞造成漏噴或霧化不良，噴霧器應(yīng)設(shè)置能夠自潔、防堵的壓力過(guò)濾器，以滿(mǎn)足多種藥劑與多種作物的噴霧要求，從而提高噴灑質(zhì)量。

2.3 四川丘陵大豆植保機(jī)械化的發(fā)展建議

一直以來(lái)，我國(guó)從事農(nóng)藥產(chǎn)業(yè)和有關(guān)機(jī)械生產(chǎn)的部門(mén)之間缺少針對(duì)農(nóng)藥和藥械產(chǎn)品生產(chǎn)和病蟲(chóng)害防治三者有機(jī)結(jié)合的合作，未來(lái)的農(nóng)機(jī)研究不可避免地要將“農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝相結(jié)合”放在優(yōu)先地位，各部門(mén)之間與學(xué)科之間的協(xié)同研究變得格外重要。為此，針對(duì)大豆植保機(jī)械與施藥技術(shù)、農(nóng)藥、病蟲(chóng)害防治方面產(chǎn)生的問(wèn)題提出如下發(fā)展建議。

2.3.1 注重農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝結(jié)合

丘陵山區(qū)地形特點(diǎn)就是斜坡、碎石居多，地勢(shì)也不平坦，很大程度上阻礙了大型植保機(jī)械的進(jìn)入，根據(jù)大豆不同生長(zhǎng)時(shí)期的株高研究相應(yīng)的自走式高地隙大豆植保機(jī)械意義重大，可大大提高丘陵地區(qū)植保效率。

2.3.2 借鑒國(guó)際經(jīng)驗(yàn)

由于施藥技術(shù)落后，不僅有農(nóng)藥噴施不均勻的問(wèn)題，而且大量農(nóng)藥浪費(fèi)還會(huì)污染環(huán)境、危害人類(lèi)健康。為此，應(yīng)吸收國(guó)外研究經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行施藥技術(shù)的基礎(chǔ)研究，從根源上解決施藥效率低和浪費(fèi)的問(wèn)題。

2.3.3 制定完善健全的技術(shù)規(guī)范

由農(nóng)機(jī)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)相關(guān)部門(mén)等制定一套完整、健全的山地環(huán)境農(nóng)藥施用、農(nóng)機(jī)使用技術(shù)規(guī)范，并派專(zhuān)職講師對(duì)相關(guān)務(wù)農(nóng)人員講授有關(guān)農(nóng)藥施用方法和機(jī)具使用細(xì)則，以提升廣大務(wù)農(nóng)人員的植保水平和環(huán)保意識(shí)。

3 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)目前四川丘陵山地地區(qū)大豆植保機(jī)械的使用情況可以發(fā)現(xiàn)，多數(shù)地區(qū)植保機(jī)械和施藥方式還處于落后水平，從生產(chǎn)結(jié)果來(lái)看，在一定程度上阻礙了地區(qū)大豆生產(chǎn)效益的提高。為改變現(xiàn)狀，亟待研發(fā)適用于丘陵山地的高地隙高效植保機(jī)械。

國(guó)外的無(wú)人機(jī)植保技術(shù)已經(jīng)比較成熟。作為一種新型的植保機(jī)械，無(wú)人機(jī)是丘陵山區(qū)植保機(jī)械發(fā)展的方向之一。對(duì)于一般噴霧機(jī)施藥困難的高稈作物，無(wú)人機(jī)施藥則是得心應(yīng)手，不僅節(jié)約成本而且高效。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)技術(shù)人員也加大了對(duì)丘陵山區(qū)無(wú)人機(jī)植保的研究與推廣。

缺乏先進(jìn)的施藥技術(shù)和完整、系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范，且缺乏對(duì)于農(nóng)民群眾在植保機(jī)械使用和施藥技術(shù)方面的培訓(xùn)教育，多數(shù)農(nóng)民只能操作簡(jiǎn)易的背負(fù)式噴藥機(jī)。通過(guò)專(zhuān)職人員的相關(guān)培訓(xùn)，提高農(nóng)民群眾的機(jī)械使用技術(shù)和施藥水平，對(duì)提高丘陵地區(qū)的作物產(chǎn)值有極大的作用。