8項關(guān)鍵技術(shù)+8項標(biāo)志性成果——南機所植保機械化研究實現(xiàn)創(chuàng)新突破

 　　當(dāng)前，由于我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)植保機械化作業(yè)水平低、植保機械品種相對單一、系列化基礎(chǔ)部件嚴(yán)重匱乏，導(dǎo)致植保行業(yè)一機多用現(xiàn)象普遍存在，農(nóng)藥流失嚴(yán)重，從而造成農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境惡化、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)下降等一系列問題。

 

　　從2012年起，農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)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(chǔ)部件研究和專用施藥機械技術(shù)的研究。近期，由南機所承擔(dān)的公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項“植保機械關(guān)鍵技術(shù)優(yōu)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(zhǔn)施藥技術(shù)”、“雙風(fēng)送靜電噴霧技術(shù)”等8項關(guān)鍵技術(shù)，取得了“植保機械關(guān)鍵基礎(chǔ)部件”、“果園風(fēng)送噴霧技術(shù)與裝備”等8項標(biāo)志性成果，為加快我國植保機械發(fā)展提供技術(shù)支撐。

 

　　8項關(guān)鍵性技術(shù)

 

　　“我們團(tuán)隊在適宜產(chǎn)區(qū)對技術(shù)裝備進(jìn)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(shù)規(guī)范，形成適合我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特點的現(xiàn)代植保機械化工程技術(shù)體系。在整個創(chuàng)新研發(fā)中，我們?nèi)〉昧撕娇站珳?zhǔn)施藥技術(shù)、雙風(fēng)送靜電噴霧技術(shù)、靜電噴霧技術(shù)、在線混藥技術(shù)、氣力輔助靜電噴霧技術(shù)、自走式高稈噴霧技術(shù)、低量防飄噴霧技術(shù)、果園風(fēng)送式對靶噴霧技術(shù)共8項關(guān)鍵性技術(shù)，實現(xiàn)了我國植保機械化技術(shù)上的突破。”南機所研究員、項目首席科學(xué)家薛新宇欣慰地說道。

 

　　據(jù)了解，植保無人機進(jìn)行病蟲害防治作業(yè)，農(nóng)藥有效利用率超過35%，在達(dá)到同樣的防效情況下，平均能節(jié)省農(nóng)藥10%—20%，減少農(nóng)藥使用對環(huán)境的污染，具有良好的生態(tài)效益。并且，植保無人機的使用，能夠?qū)崿F(xiàn)省工、省時、節(jié)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(guān)鍵技術(shù)之一就是航空精準(zhǔn)施藥技術(shù)。我們通過開發(fā)低空噴灑霧滴沉降、‘農(nóng)田環(huán)境—作物—氣液流場’相互作用規(guī)律研究，確定無人機施藥參數(shù)量化指標(biāo)，制訂技術(shù)規(guī)范，確?？茖W(xué)作業(yè)。同時，研究了高穩(wěn)定飛行控制技術(shù)、高精度導(dǎo)航技術(shù)、變量施藥技術(shù)等，并通過系統(tǒng)集成形成無人機精準(zhǔn)施藥裝備，提高作業(yè)效率。之后，通過建立田間防治效果測定、農(nóng)藥高濃度施用技術(shù)規(guī)范，開展施藥飄移預(yù)測模型與評估技術(shù)研究，保障施藥效果和性。目前該技術(shù)已經(jīng)達(dá)到可實際應(yīng)用水平，與多家植保無人機生產(chǎn)企業(yè)合作，已經(jīng)形成相應(yīng)的技術(shù)產(chǎn)品在市場銷售、應(yīng)用，取得了良好的社會、經(jīng)濟(jì)效益。”薛新宇研究員向記者介紹道。

 

　　據(jù)了解，該技術(shù)已分別在無錫漢和航空技術(shù)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(nóng)航空植保技術(shù)有限公司等企業(yè)進(jìn)行成果轉(zhuǎn)化并在CD-15/20、Z-3N等多種機型上進(jìn)行應(yīng)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(jié)水省藥效果明顯，有效減輕了環(huán)境污染的壓力。

 

　　“植保無人機作業(yè)平均每天200至500畝，效率是傳統(tǒng)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(yè)效率為34.5畝/小時,農(nóng)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(yè)成本為10.85元，作業(yè)成本可節(jié)省45%。”負(fù)責(zé)水稻病蟲害防治技術(shù)示范的相關(guān)技術(shù)人員說道。

 

　　據(jù)悉，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所在本次項目中負(fù)責(zé)“高稈作物輕便高架噴桿噴霧技術(shù)集成與示范”，并在自走式高稈噴霧技術(shù)上獲得重大進(jìn)展。

 

　　“經(jīng)過兩年在北京、河北、遼寧、山東、內(nèi)蒙古和黑龍江等地的反復(fù)生產(chǎn)試驗示范，篩選應(yīng)用自走式噴桿噴霧裝備，選擇低毒農(nóng)藥，根據(jù)氣象條件確定噴霧時間，在每個施藥噴霧作業(yè)季節(jié)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(jìn)行校準(zhǔn)，根據(jù)病蟲草害發(fā)生危害規(guī)律選擇噴頭和噴頭作業(yè)參數(shù)。”中國農(nóng)科院植物保護(hù)研究所的科研人員詳細(xì)介紹了整個技術(shù)研發(fā)過程，“最終，團(tuán)隊設(shè)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(jīng)濟(jì)性、防治效果和適用農(nóng)藥都得到很好驗證，充分體現(xiàn)了農(nóng)機農(nóng)藝融合，玉米種植栽培模式與噴桿噴霧作業(yè)需求的緊密結(jié)合，為玉米田以及高稈作物中后期病蟲害防治提供了技術(shù)與裝備支撐。”

 

　　據(jù)了解，自走式高稈噴霧技術(shù)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(yīng)用，適合于我國東北、華北、華東和華中等玉米主產(chǎn)區(qū)，解決了農(nóng)戶背負(fù)噴霧器鉆入玉米田手動噴霧作業(yè)的模式。此項技術(shù)不僅克服了高溫季節(jié)農(nóng)戶鉆入高大玉米田噴灑農(nóng)藥防治病蟲害時發(fā)生人員中毒的風(fēng)險，還成功防控了暴發(fā)性害蟲如玉米黏蟲的發(fā)生，社會效益顯著。相比于農(nóng)戶采用傳統(tǒng)背負(fù)手動噴灑農(nóng)式，自走式噴桿噴霧技術(shù)工作效率高、省工省水、防治效果好、農(nóng)藥利用率高，經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)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(fēng)量供需不匹配、噴霧作業(yè)自動化程度低等技術(shù)難題。此次項目在果園風(fēng)送式對靶變量噴霧技術(shù)方面也進(jìn)行了艱苦攻關(guān)，攻克了風(fēng)送對靶變量施藥技術(shù)，可廣泛應(yīng)用于我國普遍分布的密植型果園及新型標(biāo)準(zhǔn)化紡錘型果樹的植保噴霧作業(yè)，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(jīng)濟(jì)作物。果園風(fēng)送對靶變量噴霧隨著現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)機械化果園建設(shè)的推進(jìn)將被越來越廣泛的應(yīng)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(nóng)業(yè)大學(xué)作為此部分的參與單位，項目執(zhí)行期間在北京等地作業(yè)1000畝次，利用此成果能夠減少農(nóng)藥對環(huán)境的污染，實現(xiàn)自動化作業(yè)，降低操作員勞動強度，并降低農(nóng)產(chǎn)品中的農(nóng)藥殘留，提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，提高了生態(tài)效益，并具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

 

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

 

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

 

　　8項標(biāo)志性成果

 

　　據(jù)薛新宇研究員介紹，項目還取得了植保關(guān)鍵基礎(chǔ)部件研究、水稻病蟲害防治技術(shù)與裝備、小麥等旱地矮稈作物噴霧技術(shù)與裝備、高稈作物輕便高架噴桿噴霧技術(shù)與裝備、果園風(fēng)送式噴霧技術(shù)及裝備、電誘導(dǎo)頻振殺蟲技術(shù)及裝備、設(shè)施園藝彌霧技術(shù)及裝備、典型作物施藥技術(shù)規(guī)范共8項標(biāo)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(shè)施園藝5類典型作物現(xiàn)有植保施藥技術(shù)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(chǎn)區(qū)，在6—10個典型區(qū)域進(jìn)行萬畝先進(jìn)植保技術(shù)作業(yè)模式的示范，減少作業(yè)成本20%—30%。此外，團(tuán)隊還完成了典型作物機械施藥技術(shù)規(guī)范制訂，構(gòu)建植保機械使用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及防治效果評價體系。

 

　　據(jù)介紹，在水稻病蟲害防治技術(shù)與裝備方面，此次研發(fā)成果包括5種水稻病蟲害防治技術(shù)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(chuàng)新點在于研制除了水田自主飛行航空施藥裝備，實現(xiàn)均勻施藥?；诒倍稧PS與GIS融合的航路規(guī)劃系統(tǒng)，借助無人機飛控技術(shù)，實現(xiàn)‘航路規(guī)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(shù)據(jù)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(shù)，開發(fā)了變量航空施藥系統(tǒng)，實現(xiàn)航空變量施藥；開發(fā)新型輕量化施藥關(guān)鍵部件，減輕施藥裝備重量，減小風(fēng)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(tuán)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(shù)與裝備方面，創(chuàng)新研究了均勻噴灑穩(wěn)壓噴霧技術(shù)，創(chuàng)制小型機械化均勻施藥噴霧機，可實現(xiàn)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(yōu)化了高地隙自走式底盤技術(shù)，實現(xiàn)高地隙自走式底盤的穩(wěn)定性支撐、動力傳遞、行走及轉(zhuǎn)向控制。同時，研究噴桿噴霧機噴桿自平衡技術(shù)，通過降低噴桿垂直振動和水平搖擺，實現(xiàn)噴桿與作物高度差變化范圍小，提高施藥質(zhì)量，解決噴桿易于損壞的問題。”科研人員繼續(xù)講解道。

 

　　“在自走式高稈噴霧技術(shù)上獲得重大突破的基礎(chǔ)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(nóng)科院植物保護(hù)研究所的相關(guān)技術(shù)人員解釋道，“主要加強了高地隙自走式底盤行走穩(wěn)定性技術(shù)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(yōu)化提高高地隙底盤地隙和輪距動態(tài)調(diào)控技術(shù)，實現(xiàn)噴霧機的地隙和輪距的可調(diào)整，以適應(yīng)作物行距和生長高度的需要。”

 

　　“中國農(nóng)業(yè)大學(xué)在設(shè)施園藝彌霧技術(shù)及裝備方面也有重要貢獻(xiàn)，攻克了傳統(tǒng)的高壓包直接升壓的方式，研發(fā)了可靠、低成本的農(nóng)用靜電發(fā)生系統(tǒng)，并基于該系統(tǒng)研制了氣力輔助式靜電霧化噴槍。該噴槍可手持作業(yè)，霧化效果較好，荷電效果優(yōu)異，借助風(fēng)力輔助技術(shù)其噴幅超出普通靜電噴霧機，作業(yè)范圍更廣。項目中，主要設(shè)計了1種氣力輔助靜電噴霧裝備與2種溫室風(fēng)助式彌霧裝備。”薛新宇介紹道。

 

　　“本次項目研究攻克或優(yōu)化提升了8項關(guān)鍵技術(shù)，取得了8項標(biāo)志性成果，創(chuàng)制、研發(fā)、優(yōu)化提升了73臺（套）設(shè)備，建立了22個示范基地，申請專利111項，培訓(xùn)農(nóng)民超過5000人，機械化生產(chǎn)技術(shù)累計示范面積777.6萬畝，共獲得綜合經(jīng)濟(jì)效益10.67億元。下一步，我們將持續(xù)進(jìn)行攻關(guān)，爭取在植保機械技術(shù)上取得更大的創(chuàng)新突破。”薛新宇對植保機械化發(fā)展充滿了希望。