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【机械化】设施生产少用农药?施药设备很重要!

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设施农业是现代农业发展的显著标志,我国设施农业目前已进入了快速发展阶段。但设施农业施药技术装备的整体发展水平不高,机械化程度较低。设施农业由于其特殊的生态环境及全年连续生产和高质量产品的特点,对环境的要求更加严格,对以农药为重点的农业面源污染将控制更加严格。因此,设施栽培作物的病虫害防治频率更高,难度更大,更需要专业化的防治机具。

可控雾滴施药技术是目前发达国家发展较快的低容量喷雾技术之一,离心雾化是目前国际上普遍认为获得均匀细雾滴的最适宜方式,应用时不仅能达到有效防治农业病虫害的目的,而且会降低对周围环境造成的污染。

该技术可通过离心雾化器的转速变化来控制雾滴直径,以满足不同作业对象及气象条件对雾滴的要求。采用此项施药技术,在提高农药雾滴在靶标作物上的附着率及分布均匀性的同时,能大量减少无效雾滴数量,从而达到提高农药有效利用率,以及节水、省药的目的。

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主要技术装备优缺点对比

目前,我国用于设施农业施药技术装备的机具类型主要有:背负式手动(电动)喷雾器、静电喷雾器、背负式动力喷雾机、担架(推车)式机动喷雾机及常温烟雾机等。

背负式手动(电动)喷雾器

背负式喷雾器是我国目前农用最多、保有量最大的传统型施药机具,具有成本低、操作简便、适应性广等特点,主要适用于小麦、玉米、棉花、水稻、果树、设施大棚、葡萄、茶树、花卉及园艺等各种农作物,但此类机具施药效率低,难以用于规模化防治,药液雾化质量差,药液在作物植株上的附着率不高,雾量分布也不均,总体防治效果不理想。

背负式动力喷雾机、担架(推车)式机动喷雾机

此类喷雾机具是采用高压喷雾方法,雾化效果好,药液雾滴在农作物冠层中的穿透性强,对农作物病虫害防治效果显著,并且机具作业效率高。该机具主要应用在水稻、果园、花圃苗木、蔬菜基地、设施大棚等喷药害虫防治作业。

但由于喷洒的雾滴直径较大,雾滴在作物植株上的附着率不高,农药流失到地面情况严重;机具喷雾时用水量大,施药后会使设施棚室内的湿度增加,在防治病虫害的同时又滋长了诱发另外一种病虫害的条件,造成恶性循环;此外,施药操作者在密闭空间内施药,不仅劳动强度大,并且极易造成农药中毒,对人身健康有威胁。

常温烟雾机

常温烟雾机是我国在第9个五年计划期间从日本引进,并在国内开始推广应用于设施农业病虫害防治新技术。机具喷洒的平均雾滴直径约20μm,喷雾流量在50~70mL/min范围。

该机具细雾滴及低容量喷雾不仅能有效提高作业质量,而且用水量少,设施棚室内的湿度增加不显著,避免诱发二次病虫害,对于密闭设施棚室内病虫害防治效果较显著。

施药作业时,施药操作人员也无需进入设施棚室内,因而对操作人员的人身安全更有保障;但较之背负式、担架(推车)式喷雾机,常温烟雾机的作业效率较低。

此外,由于常温烟雾机的喷射部件的孔径小,雾化机理为气液两相流雾化,因此对农药剂型及机具雾化系统的过滤条件要求高。当喷射部件管路系统过滤未达标时,易导致喷射口堵塞,喷施生物农药时,由于喷射孔径小易对生物农药的活性造成损伤。

推车式离心雾化喷雾机

农业部南京农业机械化研究所针对设施农业棚室作物病虫害防治的特殊要求,以离心雾化技术为核心技术,集成风送低量喷雾技术、电子遥控技术等多项技术,研制开发了适用于设施农业棚室作物病虫害防治的新型离心雾化喷射部件及配套的可控雾滴施药技术装备。

此施药装备是基于国外一项研究即生物最佳粒径理论研发的,这一理论确定生物体对不同细度的雾滴都有一种选择捕获能力,都有一个最易于它们捕获的雾滴粒径范围。

该施药装备可根据不同农作物品种、防治对象、农药剂型以及设施棚室内的作业环境对雾滴直径大小的不同要求,对雾滴直径进行有效的控制,在达到更好的防治效果的同时,减少了农药的用量。

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可控雾滴施药技术装备

可控雾滴施药技术是目前发达国家发展较快的低容量喷雾技术之一,其核心技术—离心雾化技术是目前国际上普遍认为获得均匀细雾滴的最适宜方式。研究表明:离心雾化施药技术不仅能有效防治农作物病虫害,而且有助于减少对周围环境的污染。

该技术通过离心雾化器的转速变化来控制雾滴直径以满足不同对象及气象条件对雾滴的要求,是当前世界上公认的产生雾滴均匀度比较好,雾滴粒谱范围较窄的“可控雾滴”施药技术,经离心雾化的液滴直径在50~100μm。

离心雾化器主要有转盘式和转笼式两种结构形式:转盘式离心雾化器工作时,液体被送到转盘表面的中心附近,由于离心力的作用,被抛向盘的边缘先形成液膜,在接近或达到边缘后再形成雾滴,通过改变雾化器的转速,可以有效地控制雾滴的直径;

转笼式离心雾化喷头工作时,液体从中心孔流出,在转笼高速旋转产生的离心力作用下,将药液抛到转笼的笼网上,经过第1层网筛的粗细化,第2层网筛的精细化而使其雾化成微小的雾滴,雾滴大小由转笼的工作速度、直径及其网目大小所决定。 

离心雾化装置被广泛地应用于农作物病虫害防治和卫生防疫,平均可省水50%以上,节省农药15%~20%左右,适合于农作物中后期的病虫害防治。近年来,离心雾化技术已被应用于飞机超低量喷雾领域。

可控雾滴施药技术装备部件

机具部件主要由信号发送与接收装置、控制指令执行装置、驱动电机、离心雾化喷射部件、低压小流量潜水泵、药箱及管路系统、药液过滤混合系统、轴流式风机、三维换向机构等组成,如图5所示。其中,离心雾化喷射部件是机具的核心部件。

离心雾化喷射部件工作原理

作业时,喷雾机供液系统将药液送至雾化转盘表面的中心附近,药液在雾化转盘高速旋转产生的离心力的作用下,被抛向雾化转盘的边缘先形成液膜,在接近或达到边缘后分裂成液丝,再呈点状抛甩出,与空气撞击后形成雾滴,雾滴再与固定齿盘上的雾化齿撞击破碎,形成更细小的雾滴。


可控雾滴喷雾机具的创新点

雾滴直径精准可控 

该离心雾化喷射部件工作转速可在一定范围内实现无级调节,达到了雾滴平均直径在50~200μm范围内的精准可控,改变了传统施药技术装备的雾滴谱宽、雾滴直径不可调的现状,而传统的施药技术装备无法满足不同农作物品种、不同防治对象、农药剂型及设施棚室内的作业环境对雾滴直径的要求。

提高药液雾滴在靶标作物上的附着率及分布均匀性的同时,充分考虑到了“生物最佳粒径”理论,很大程度上减少了无效雾滴数量,提高了农药的有效利用率,减少了农药用量,在节约作业成本的同时也有效解决了因过量施药造成的设施棚室内环境污染及农产品农药残留超标的问题。

流量快速、精准可调

通过小流量液压控制、以及信号传输、采集、分析处理等技术研究,以及夹管机构、电动机构、控制电路的设计开发,研制了电子控制夹管流量阀,攻克了采用液泵变频调速、电磁阀控制流道截面等现有技术难以对小流量条件下的液泵流量进行快速、精量调节的技术难题,实现了机具供液流量的实时、精准可调。

三维远程均匀送风

三维换向机构为二次雾化药液雾滴提供沿射程方面均匀分布的运输载体,实现了机具喷雾方向及风力辅助系统送风的三维可调,以满足不同的设施大棚幅宽及不用作物品种、作物生长期的喷雾需求,更有效地提高了药液雾滴在靶标作物上的分布均匀性。

机具作业状态及参数可自动控制 

采用了单片机技术及电子远程遥控技术等机电一体化自动控制技术,实现了对离心雾化喷射部件、变量供液系统、三维风力辅助换向系统等部件的工作状态或参数的自动化控制。电子远程遥控技术的应用实现了农药喷洒作业的远程控制,人机分离的作业方式,不仅极大地减轻了劳动强度,更避免了作业人员在棚内近距离接触农药、长期呼吸药雾中毒,对施药人员的人身安全更有保障。

免责声明:本文内容来源于《农机化研究》,原题《设施农业施药技术装 备机械化研究进展》,作者刘德江等,图片来源于网络。本文目的在于传递信息,版权归作者所有,如涉及版权问题,请与我们联系,我们将第一时间友好处理。

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