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机械化植保中变量喷雾技术原理的应用优势

2021-06-09 123 上传者：管理员

摘要：机械化植保作业的质量对于农业生产的产量和农田周边的环境影响很大,合理实施农业机械的植保作业是农业生产长久发展的必然要求。变量喷雾技术作为植保机械中应用的新技术,对于改善现阶段农业生产模式具有积极作用。从传统植保喷药机存在的不足出发,说明了变量喷雾的技术原理及其研究与应用情况,并强调了基于变量喷雾技术的植保作业优势。

关键词：
农业机械化
农业现代化
农业生产
变量喷雾技术
机械植保
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机械化植保作业是现代化的农业生产稳产高产的基础保证，近年来，随着植保机械的技术升级，机械化植保作业模式已经有效替代了传统的人工喷施作业，使农业生产的植保喷药工作效率和安全性大幅提升[1]。但与此同时，传统人工喷施中存在的农药使用过量、喷施均匀度不合理、环境污染严重等问题并没有在机械作业中得到有效解决，导致现阶段的药物喷施仍然采用大剂量的恒量喷施作业为主。农药的大量使用不仅造成了药物浪费和环境污染，也同时造成粮食中的药物残留量超标、粮食品质下降等问题[2]。变量喷雾技术是针对传统的粗放型植保喷雾技术研究的新型植保技术，更适合农业生产的精细化作业使用，对于节能环保和粮食安全具有积极作用，加强对其研究和应用能有效改善我国现阶段的植保作业问题。

1、传统植保喷药机存在的不足之处

现阶段，我国的农药技术发展很快，应用于农业生产的农药品种多达180种以上，能够应对绝大部分病虫害的防治工作。但从现阶段生产中使用的喷药机械技术来看，其平均技术水平仍比较落后。据统计，我国植保机械作业的平均农药有效利用率仅为20%～30%，而发达国家的综合农药利用率已经超过50%，农药利用率低已经对农业的发展和生态环境建设造成了很多不利影响[3]。

1.1 喷药机的技术与性能相对落后

从现阶段我国使用的喷药机产品来看，大多数农业生产使用的都是结构简单的低价产品，其设计和制造过程对于药物喷施的合理性缺少研究，导致实际应用过程中药物因为雾化不良、覆盖面不合理，造成喷施效果不理想，部分机具甚至存在着农药渗漏、农药缓滴等问题，对农田土壤造成了较为严重的污染。

1.2 机具结构不合理

随着近年来农业生产中合作经营的模式增多，农业经营的土地面积逐渐向着扩大化发展，土地的连片化对于喷雾效率的要求更高。中大型的宽幅喷雾机占比不足，小型机具的作业效率低下。小幅宽机具的喷雾作业需要往返多次才能完成耕地的作业任务，而多次往返既造成了喷雾效率低下，不利于病虫害的及时防治，又造成重喷和漏喷概率的增加，影响最终的植保效果。

1.3 操作不规范

人工操作对作业质量影响较大，植保作业的药物喷施过程会受到驾驶员主观判断的影响。由于缺少科学的病虫害程度评判就直接进行药物喷施，会存在喷施过量或喷施量不足等问题。同时机具喷雾的高度、行驶速度也会对喷雾后的实际效果产生较大影响。

2、变量喷雾的技术原理

变量喷雾技术实施的主要目的是能根据农田作物的实际情况进行分析，并通过数据运算有针对性地调整喷施量和喷施方式，以最小的农药喷施量达到最佳的防治效果。在变量喷药技术的发展过程中，对于变量喷药的执行逻辑，不同研究过程存在着一定的差异性，但在其机构组成与运行原理方面存在着很多相似点。总体来讲，变量喷雾技术的系统基本组成如图1所示，变量喷雾技术工作过程主要涉及到环境信息获取、位置信息获取、执行动作感知、数据处理与控制、可供控制的泵体和喷头等，其中利用计算机技术实现的逻辑分析、信息处理、方案决策等功能是变量喷雾技术运行的核心，而运行过程中利用卫星定位系统、地理信息系统、传感器技术来获取环境、位置和执行结果等信息供计算机进行分析与处理，根据农田的实际情况，对喷雾的速率、位置等进行计算和校正，实现喷雾过程的柔性调整。

3、变量喷雾技术的研究和应用

现阶段研究并逐步应用的变量喷雾技术主要有两种类型[4]。

3.1 基于处方图的变量喷雾技术

主要是利用地理信息系统对需要进行植保作业的农田进行相关的信息采集，采集后利用计算机或农田管理人员对数据进行分析，形成区域化的网格图，并对每个区域的植保喷施量进行设计，从而形成以单位区域为基础的变量喷药作业模式，将这种作业方式称为处方图作业。在植保机械作业时，利用卫星定位确定机具位置，控制器会根据机具所在的区域自动调整药量和雾滴大小，从而形成机具作业按照处方图实施喷雾的效果。

3.2 基于实时感知的变量喷雾技术

这种变量喷雾技术主要依靠传感器和视觉技术配合实现，使传感器和视觉系统获取的信息与农机具进行配套，通过植保机械行驶过程实施获取农田和作物的相关特点，并利用计算机快速对获取的方案进行判断和形成决策。

3.3 对比情况

对比来说，基于处方图的变量喷雾技术实施的技术难度相对更小，技术的普及相对容易，但其存在着对农田信息掌握的实时性较差，植保作业实施具有明显滞后性的特点，对于环境变化的适应能力不足。而基于实时感知的变量喷雾技术对于农田的变化适应能力较好，作业的合理性更强，但其应用对于传感器和处理器的性能要求很高，项目实施过程不仅耗费较大，而且难度较高。

4、变量喷雾技术的植保作业优势

4.1 作业过程的合理性明显提升

具有变量喷雾技术的植保机具配套了先进的定位和控制系统，机具作业的过程中对于行驶路线、行驶速度、喷药量、喷药高度的调整极为合理，作业过程中产生的重喷、漏喷、喷施量不合理问题有效改善，植保作业的效果大幅提升。

4.2 农药的有效利用率得到显著改善

变量喷雾技术利用农药喷施量调控、高雾化喷施、对靶喷施、静电喷施等技术使农药的作用得到充分发挥。据统计，合理地应用变量喷雾技术，农药的有效利用率可达到60%～70%，有效避免农药使用过程中的浪费问题。

4.3 植保机具作业的可靠性明显提高

由于采用了多传感器检测和分路控制等方式，植保机具工作过程中出现的堵塞、雾化不良等问题得到有效改善，同时植保机具整体的结构和制造品质也得到明显提升，作业过程中的故障率显著降低。

4.4 生产过程的环境污染问题得到改善

利用变量喷雾技术单位面积的农药使用量明显减少，使农药喷施对环境的污染问题明显减轻，机具作业过程中的漏、滴问题明显改善，化学植保的过程向着科学化和绿色化发展。

5、结语

近年来，各级政府和农业主管部门都加强了对于农药使用的管理力度，要求在农业生产的过程中合理化使用农药。具有变量喷药技术特点的植保机械能够良好实现农业生产的任务需求，做到科学利用农药进行合理喷施，有利于更好地保证食品安全并减少植保作业造成的环境污染问题，其普及与应用是我国农业机械化生产向着精确化和科学化发展的表现。

参考文献:

[1]史万苹,王熙,王新忠,等.基于GPS和GIS的变量喷药技术研究[J].农机化研究,2007(2):19-21.

[2]杜立昌.变量喷药技术的应用与发展介绍[J].农机使用与维修,2017(11):77.

[3]朱聪慧,田耘.变量喷药技术的研究与发展[J].农业与技术,2013,33(11):107-108.

[4]胡志超,田立佳,彭宝良,等,变量技术在农业机械上的应用[J].农机化研究,2009,31(4):226-229.

文章来源：吕海杰.变量喷雾技术原理及其在机械化植保中的应用优势[J].农机使用与维修,2021(06):7-8.