农药剂型博客

来源：《农药学学报》

作者：闫晓静1 杨代斌1 薛新宇2 王国宾3 崔丽1 冯超4 秦维彩2 袁会珠*,1（1.中国农业科学院植物保护研究所；2.农业农村部南京农业机械化研究所；3.山东理工大学农业工程与食品科学学院；4.中国农业科学院烟草研究所）

原标题：中国农药应用工艺学20年的理论研究与技术概述

农药应用工艺学（pesticide application technology）作为农药学的一个重要分支，是研究提高农药利用率和施药效率，减轻或消除农药对环境的污染和对人、畜及有益生物危害风险的一门综合性学科，是化学防治方法的理论基础之一。这门学科是在100多年的农药实际应用历程中逐渐形成的，是一门高度综合性的边缘学科。2006年，屠豫钦和李秉礼主持编写出版了《农药应用工艺学导论》专著，系统分析了中国化学农药使用中长期存在的问题，提出人们对化学农药的种种批评与农药应用工艺学的研究落后有很大关系，该专著的出版推动了中国农药工艺学研究的发展和深化。积极推动农药应用工艺学的发展，不仅是提高中国农药科学使用水平的迫切需要，也是研究开发和推动中国农药事业向高水平发展的需要。本文从农药的吸收传导规律、农药控制释放理论与技术、省力化农药施用理论与技术、农药雾滴的运动规律与控制技术、低容量喷雾技术、智能精准施药技术和植保机械的发展与应用7个方面来阐述中国农药应用工艺学20年的发展和变革。

01

农药的吸收传导规律

农药活性成分根据其作用方式可分为内吸性和非内吸性两大类：能被植物吸收且能在植物的木质部或韧皮部传导的化合物被认为具有内吸性，如吡虫啉、戊唑醇等；反之则不具有内吸性，如毒死蜱、百菌清等。特殊化合物，如阿维菌素虽能进入植物的薄壁组织中，但不能在植物的木质部和韧皮部中传导，称为具有渗透性的化合物。农药的吸收传导规律研究一直是植保工作者关心的研究领域，也是农药使用技术设计开发的科学依据。

1.1 作物对农药的吸收传导

新烟碱类杀虫剂被作物吸收后主要在木质部随蒸腾流向上传导，在韧皮部传导作用很弱，将其进行包衣处理后，发现下部叶片杀虫剂含量最高，其次是上部叶片，茎部含量最低。对核桃树进行树干注射吡虫啉后发现，吡虫啉含量的高低依次为叶片＞果皮＞果仁。通过比较灌根和喷雾处理吡虫啉在作物中的吸收传导性发现：吡虫啉通过灌根处理后在植株内输导分布更均匀，持效期更长；而喷雾施药则能更好地作用于叶片部位，速效性更好。除了新烟碱类杀虫剂的向上传导作用，还有研究发现，氧乐果和敌敌畏在杨树、国槐和苹果树内呈双向传导，传导主要在木质部中进行，其次在韧皮部和形成层部位。王珏等通过灌根和植株中部涂抹等施药方式证明，螺虫乙酯在番茄植株内具有双向内吸传导性能。灌根处理后，螺虫乙酯可被植株根部吸收并向上转运，但根部吸收与传导性较差；而经植株中部涂抹处理后，叶片对螺虫乙酯的吸收较快，其向下传导能力明显高于向上传导。

根据里宾斯基五规则（Lipinski’s Rule of Five），一个内吸性化合物应具备以下特征：相对分子质量≤500、氢键氢原子供体数≤5、氢键氢原子受体数≤10以及logKow≤5等。徐汉虹团队发现，在化合物结构中引入葡萄糖基可以改善化合物的内吸传导性能，如在氟虫腈分子中引入葡萄糖基形成的葡萄糖基-氟虫腈偶合物，不仅在大豆木质部具有比母体氟虫腈更好的传输性能，还可以在蓖麻植株的韧皮部中进行传导。

杀菌剂氰烯菌酯（JS399-19）通过灌根处理后在叶片上表现出一定的向上传导性能，但在叶片间的输导性较差，不能被小麦穗颈吸收，因而对处理部位的下部几乎没有防效。韩平等比较了不同施药方式下氟唑菌苯胺（penflufen）在植株体内的吸收传导性，发现其于小麦植株根部施用后，可迅速在根部吸收并向茎部传导，在不同部位的累积表现为先快速吸收而后缓慢平衡；氟唑菌苯胺经叶部单叶片施药后，可快速被叶片吸收，并可跨叶传导至其他叶片，进而在茎部和根部累积。陈凤平等研究表明，啶菌噁唑（SYP-Z048）在番茄植株体内具有明显的向顶传导性及一定的向基传导性，同时其内吸传导过程以被动吸收占主导。

1.2 作物对农药的吸收选择性和吸收能力

农药的活性成分是否具有内吸性一直是大家关心的问题。里宾斯基五规则是判断化合物是否具有内吸性的基本标准，前美国罗门哈斯公司的Tice首先提出里宾斯基五规则可以用于农药领域，在此基础上逐步发展出农药领域的“五规则”。在该过程中华中师范大学杨光富研究团队认为，一个能被有效利用的农药分子应具有的特征为：相对分子质量≤435、logKow≤6、氢键氢原子供体数≤2、氢键氢原子受体数≤6、自由旋转化学键个数≤9以及芳香键个数≤17等，该标准也常常作为判断一个农药分子是否具有内吸性重要参考。

关于作物对农药活性成分的吸收传导能力，一般认为根系对药剂的吸收能力与药剂LogKow大小之间关系应符合高斯分布，但杨代斌等研究发现，作物种子对药剂的吸收选择性与药剂的LogKow之间关系并不符合高斯分布，且不同作物种子之间也存在显著差异。在种子吸收能力方面，发现作物种子对药剂的吸收存在饱和效应，并建立了吸收量与包衣剂量之间的关系模型，见（1）式。

其中，Y为种子吸收量，x为包衣剂量，A和k为常数项，y0为吸收饱和值。

1.3 助剂对杀虫剂穿透昆虫表皮的作用

助剂在提高杀虫剂穿透害虫表皮和提高药效方面也起着积极的作用，如阳离子助剂十二烷基二甲基苄基氯化铵（1227）与毒死蜱复配，可显著提高毒死蜱对甜菜夜蛾的毒力。与传统的增效剂作用机制不同，助剂1227对甜菜夜蛾的解毒代谢酶没有抑制作用，也不影响甜菜夜蛾表皮的超微结构，但其可提高毒死蜱在甜菜夜蛾表皮的穿透速率。在含有助剂1227情况下，给药8 h后毒死蜱的穿透率从76.6%提高到91.5%。

02

农药控制释放理论与技术

在国家实施农药减施增效背景下，控制释放技术在农药领域得到广泛应用。针对防治对象及环境因素，自20世纪80年代起，中国开始将微囊控释技术应用到了农药领域，随着高分子材料的发展，微囊制剂在农药领域的研究取得了突破性进展。农药缓释剂可有效提高农药精准施药、延长药剂在作物上的持效期，从而对提高农药利用率、减少用量具有重要意义。

控制释放技术主要包括物理型和化学型缓释剂。物理型缓释剂主要包括包覆型微囊、吸附性颗粒、均一混溶体系、包合型缓控释体系等；化学型缓释剂主要包括农药自身聚合或缩聚、农药与高分子化合物的直接结合、通过交联剂间接结合、通过有机或无机反应生产络合物或分子化合物。目前研究最多、应用最为广泛的是包覆型微囊，其原理是将芯材制成几个纳米至几十微米的颗粒，然后通过物理或化学方法在芯材表面形成囊壁，通过调节囊壁组成、厚度、强度和孔径大小达到控制释放的目的。微囊可显著提高农药的稳定性，延长药剂作用于靶标的时间，减少施药量和施药次数，提高农药利用率，降低高毒农药的危害。冯超等以脲醛树脂为载体，采用原位聚合法制备了噻菌铜微囊，其表面光滑致密无凹陷，载药量67%，包覆率80%，平均粒径80μm，施药20 d后对烟草青枯病的防治效果为75.1%，高于噻菌铜悬浮剂的防治效果（57.8%），具有良好的长效抑菌作用。董瑜等研制出了15%甲霜灵微囊悬浮剂，平均粒径12.93μm，包覆率93.58%，制剂有效成分在水相中缓慢释放，施药21 d后对烟草黑胫病的防治效果为82.2%，高于25%甲霜灵可湿性粉剂（75.7%）。Soliman等以百里香精油、丁香精油和肉桂精油为芯材，制备了海藻酸钠微囊，对黑曲霉菌和轮状镰刀霉菌的抗菌活性持效期达到8 d。刘亚静等采用高分子材料壳聚糖和甲基丙烯酸甲酯为壁材，以原位聚合法制备了氟乐灵微囊，解决了氟乐灵见光容易分解的问题。

在现代农业生产过程中，种子药剂处理是一项非常重要的植保措施，也是中国“种子工程”的重要内容。种衣剂施用具有靶向性强、施药高效经济、对天敌安全等优点，但种衣剂本身也存在两点不足之处：1）对作物生长中后期病虫害控制作用较差；2）对种子存在药害风险。微囊悬浮种衣剂的发展在很大程度上弥补了种衣剂这两大缺陷。

近些年地下害虫猖獗，尤以花生地下害虫最为突出，种子包衣是优先考虑的防控技术。但从花生播种到蛴螬危害盛期的时间间隔太长，导致活性成分本身的持效期不足以有效控制蛴螬危害。例如在黄淮地区，春花生的播种在5月上旬，而花生的重要地下害虫的危害盛期在7月中下旬，时间相隔2月以上，现有大部分杀虫剂对害虫的控制作用不能维持如此长的时间。典型的例子是氟虫腈对蛴螬的室内毒力非常高，但对花生蛴螬的防治效果非常不理想。中国农业科学院植物保护研究所、山东农业大学等单位研究的微囊悬浮种衣剂，延长了种衣剂的持效期，证明种子处理是防治花生蛴螬有效途径。山东农业大学刘峰团队研究了不同条件下毒死蜱微囊的成囊工艺、环境安全性以及对花生蛴螬的防治效果，发现毒死蜱微囊悬浮剂对斑马鱼、鹌鹑、家蚕、蜜蜂等环境生物的安全性明显高于乳油，30%毒死蜱脲醛树脂微囊悬浮剂7.5 L/hm2在拌种、灌穴、拌种+灌根3种不同施药方式下，对花生蛴螬防治效果分别为72.8%、76.6%和82.7%，明显高于相同剂量下30%毒死蜱乳油。中国农业科学院植物保护研究所采用原位聚合方式研发的18%氟虫腈·毒死蜱微囊悬浮种衣剂首次实现了固体原药和液体原药的同时包覆成囊，对花生出苗和生长安全，种子包衣一次即可有效控制花生蛴螬危害，与常规种衣剂相比防治效果提高48.4%。现在市场上已经有70多个商品化毒死蜱微囊悬浮剂或微囊悬浮种衣剂。另外，安徽农业科学院等还研发了辛硫磷微囊悬浮剂用于花生蛴螬防治。

03

省力化农药施用理论与技术

随着城镇化程度的推进，中国农村劳动力短缺已成为一个不争的事实。传统农药剂型和采用常规人工背负大容量喷雾方式劳动强度大，费工、费时，已不能满足农户对轻简化生产技术的需求，特别在用药量大、施药条件苛刻的水稻田表现得尤为突出。近年来，中国研究了秧盘处理缓释颗粒剂、水面展膜油剂、泡腾片剂和撒滴剂等省力化农药制剂，进而改变了稻田农药应用技术体系，显著降低了稻田农药应用的劳动强度。

3.1 秧盘处理缓释颗粒撒施技术

秧盘处理缓释颗粒撒施技术（granule for nursery-box treatment technology）是中国农业科学院植物保护研究所和河北博嘉农业科技有限公司联合开发的一种水稻省力化施药技术，于2018年开始大规模推广和示范。该项技术是针对水稻机插秧而设计。其原理在于将水稻用杀虫剂和杀菌剂制备成具有一定缓释性能的固体颗粒，在秧盘中进行水稻育秧。育秧后，在插秧当天将缓释颗粒均匀撒在秧盘上，插秧时秧苗带药下田。在秧苗生长发育过程中，位于秧苗根部的缓释颗粒将杀虫剂和杀菌剂活性成分逐渐释放出来，通过内吸传导到秧苗地上部而起到对水稻病虫害的控制作用。从现有产品设计角度分析，秧盘处理颗粒剂对水稻病虫害的控制时期是从插秧到水稻破口，而这段时间内不再需要使用其他杀虫剂和杀菌剂，从而实现施药省力化（图1）。

图1 秧盘处理颗粒剂防治水稻病虫害施药时期示意图

缓释颗粒秧盘处理技术具有如下特点：1）缓释颗粒秧盘处理技术适合于机插秧；2）缓释颗粒撒于秧盘上可以有多种方式，机器撒施或人工撒施均可；3）缓释颗粒位于秧苗根部将农药活性成分逐步释放，靶标性强，而且整个施药过程不会产生药剂飘移；4）药剂不接触天敌，对天敌安全；5）施药操作简单，省时省力。

3.2 水面铺展剂

水面铺展剂（formulation for paddy water surface dispersion）可分为2类：一是以水溶性固体物质作为载体，加入展开剂或崩解剂，制成颗粒剂，当药剂施于水中后，水溶性载体崩解，推动附着在上面的原药浮于水面并扩散；二是将原药溶解在溶剂里，加入表面活性剂配制成可在水面迅速展开的油剂。展膜油剂是水面铺展剂的一种。

水田展膜油剂（spreading oil）在水面可迅速分散，贮存时化学稳定性好，制备工艺简单，使用方便。其特点是：1）由于配制过程不使用有机溶剂，因而可减少药害和环境污染；2）施药时在稻田设几个点，将药剂滴入水面，药剂可迅速在水面扩散并形成药膜，完整覆盖于水面，形成的药膜不易挥发，有保温作用，对水稻生长可起到促进作用；3）在表面张力作用下，药剂沿植株爬覆，可有效保护水稻根茎部。近年来，随着公众对农产品质量安全和环境生态问题的关注，二甲苯、甲苯、二甲基甲酰胺和四氯化碳等毒性较高的有机溶剂的使用饱受争议，而一些植物源类和生物酯类等环保型溶剂的应用备受关注，目前已出现不少以环保型溶剂为主要溶剂配制的展膜油剂，如冯超等研制的5%醚菊酯展膜油剂，施药量为150 g/hm2时对稻飞虱的防治效果为71.87%；卢瑞等研制的5%氟环唑展膜油剂在有效施药量为90 g/hm2时对水稻纹枯病的防效可达76.18%；黄崇春等研制的4%呋虫胺展膜油剂在有效施药量为150 g/hm2时对稻飞虱的防治效果为83.3%。

04

农药雾滴的运动规律与控制技术

农药喷雾过程是由药液雾化、雾滴运动和沉积等多个阶段组成。了解和掌握农药雾化、雾滴运动和沉积规律及其控制技术是提高农药利用率的根本途径。

4.1 农药雾化机理与喷头

近20年来，中国学者从理论上对雾滴破碎机理、雾化可视化研究、雾滴的运动特性以及航空喷嘴设计与雾化等方面进行了研究。在结构设计方面对不同类型的喷头，包括液力式雾化喷头、旋流雾化喷头、离心雾化喷头、超声雾化喷头及静电喷头等进行了结构优化或参数研究。整体来说，中国植保机械上使用的喷头较为成熟，基本满足田间喷洒需要，其中新型植保设备上喷头的选择与安装仍需要进一步优化，例如现阶段植保无人飞机喷洒喷液量较低、雾滴粒径较细，易飘移，如何研发新型喷头，在满足低容量喷雾的基础上，提高喷洒均匀性，提高雾滴抗飘移能力和雾滴沉积率是下一步研究重点。

4.2 雾滴沉积流失规律

植保机械在喷施药剂过程中，雾滴从喷头喷出是一个复杂的物理过程，包括药液雾化、雾滴在外力作用下的运动以及复杂的沉积过程。经历这一过程，雾滴分别分布到靶标作物表面、土壤表层以及大气中。在病虫害防治过程中，有更多的药剂沉积在靶标作物上才能起到更好的防治效果，而药剂在靶标作物或靶标生物上的最终沉积分布是由喷头类型、压力、流速，喷雾药液的物化性质（黏度、表面张力、蒸气压和密度等），施药器械的行进速度，喷头与施药器械的相对位置，大气稳定性，温、湿度以及冠层密度、结构和高度，雾滴的穿透性和雾滴与作物表面的相互作用等多方面因子决定的。

农药雾滴粒径的大小对于农药在靶标上的沉积以及农药药效的发挥具有重要作用。已有很多研究证明，单个雾滴对病虫害的杀伤面积远大于其本身的粒径范围。近年来，对药剂浓度、雾滴密度与病虫害防治效果关系的研究逐渐深入。袁会珠等、崔丽等和曹源等通过对药液浓度、雾滴密度与药剂对病虫害防治效果关系研究得出了氧乐果、吡虫啉和甲氨基阿维菌素苯甲酸盐的最佳施药液量和质量浓度。在此基础上进一步提出了雾滴“杀伤半径”概念，比较了不同杀菌剂和杀虫剂“杀伤半径”的差异。结果表明：氟啶虫胺腈和噻虫嗪的杀伤半径远大于阿维菌素的杀伤半径，更适合用于小麦蚜虫的防治以及低容量喷雾，施用丙环唑和嘧菌酯防治小麦白粉病时其雾滴密度在10～30个/cm2时即可达到较好的防治效果。

4.3 农药雾滴飘移规律

农药雾滴的飘移是指喷雾雾滴受到风的影响由靶标区迁移至非靶标区，包含蒸发飘移和随风飘移。雾滴飘移在施药过程中不可避免，尤其是在当前采用的细雾滴喷洒技术下，因此如何减少雾滴飘移，提高农药的使用效率和利用率，如何避免或减轻农药对非靶标生物的影响和对环境的压力（3E问题，Effectiveness-Efficiency-Environment）是农药使用技术研究的重要问题。从20世纪50～60年代，欧美国家重视农药的环境安全问题以来就开始不断研制新型抗飘移设备。与发达国家相比，中国田块较小，飘移风险更高，但是中国抗飘移技术的应用较少，这也导致中国飘移药害问题频发。在抗飘移技术方面，中国也研制了风幕式超高地隙喷杆喷雾机、静电喷雾技术、风洞测试技术、抗飘移喷雾助剂等，但是除东北地区大面积田块有使用风幕式防飘移技术外，其他地区对防飘移技术使用较少。尤其是近年来植保无人飞机喷施，如何防飘移仍然是亟需解决的重要问题。

4.4 田间喷雾的农药沉积利用率检测

利用率的高低是衡量科学施药的标志。在田间农药沉积利用率的测定中，常常会使用到喷雾示踪剂替代农药。代表性的示踪剂包括金属离子、食品色素（酒石黄、诱惑红和丽春红）、荧光剂（BSF）及荧光剂（罗丹明）等，不同的示踪剂各有优缺点。袁会珠团队系统研究了诱惑红作为农药利用率测定指示剂的可行性（图2）。主要依据为：1）安全性。诱惑红为食品添加剂，对靶标作物、施药者和环境具有很好的安全性，是被FAO/WHO推荐的低毒性食品添加剂之一。2）稳定性。系统研究了诱惑红的水解和光解稳定性。结果表明，在pH值分别为4、7和9的水溶液中，诱惑红5 d的分解率分别为0.34%、3.32%和4.53%，说明诱惑红具有较好的稳定性。3）良好的回收率。诱惑红在水稻、小麦和玉米等作物以及滤纸、麦拉片等雾滴收集器上的回收率在95.87%～115.33%之间。此外，诱惑红还具有水溶性好、廉价以及和作物颜色反差大，易于观察等优点。

图2 诱惑红用于农药沉积率测定

经中国农业科学院植物保护研究所和全国农业技术推广服务中心测算，2017年在中国水稻、玉米、小麦三大粮食作物上的农药利用率达到了38.8%。

05

低容量喷雾技术

5.1 温室大棚低容量喷雾技术

目前中国用于设施蔬菜的喷雾技术主要有：背负式手动（电动）喷雾技术、背负式动力喷雾技术、推车式离心雾化喷雾技术、静电喷雾技术、常温烟雾施药技术和热力烟雾施药技术等。

背负式手动（电动）喷雾技术因具有成本低、操作方便和适用性广等特点而一度成为中国设施蔬菜病虫害防治的主要施药技术手段，但由于该施药技术药液雾化质量差、雾滴沉积分布不均匀等原因逐渐被背负式动力喷雾技术、推车式离心雾化喷雾技术和静电喷雾技术所替代。这3种施药技术雾化效果好，药液雾滴在农作物冠层中的穿透性强，对病虫害的防治效果明显优于背负式手动（电动）喷雾技术。然而由于温室大棚特殊的生态环境采用大容量施药技术会增加设施内的湿度，利于病害发展，因此常温烟雾施药技术和热力烟雾施药技术等超低容量施药技术便崭露头角，显示出其独有的优越性。同时利用热力烟雾施药技术进行生物农药喷施也得到了进一步研究和发展。王学贵等、吴丽媛等系统研究了不同施药技术对番茄灰霉病的防治效果及药剂在番茄叶片上的沉积分布。结果表明，热力烟雾施药技术和静电喷雾技术相比于背负式电动喷雾技术能大大提高药剂在番茄叶片上的沉积量及对番茄灰霉病的防治效果。

5.2 果园低容量喷雾技术

果树种植树冠高大、枝繁叶茂，传统人工喷施作业药液雾滴难以穿透冠层进入内膛，药液堆积叶冠外层滴落严重，农药利用率低，迫使农药大容量多次喷洒，由此导致的环境污染和食品安全问题日益突出。为减少污染，改善喷雾效果，果园施药向低容量、超低容量方向发展。果园低容量喷雾技术是在窄谱细雾雾化技术、风送喷雾技术及静电施药技术等理论方法和实践探索的基础上发展起来的，其特点是施药雾滴粒径小（50～200μm），能够在果树冠层形成飘逸性沉降，细雾滴吸附能力强不易发生弹跳溅落，喷药液量低（300～800 L/hm2），单位面积上药液用量小，避免传统“水洗式”喷洒产生的大量药液流失，减少农药污染。

随着各项技术的逐步成熟，融合细雾雾化技术、风送喷雾技术及静电喷雾技术，形成了一种双风道静电喷雾果园施药技术，内风道气流为静电雾化区形成“护驾风帘”，保障荷电雾滴快速脱离反响吸附区，减少荷电雾滴损失，外风道裹挟荷电雾滴精准穿透果树冠层，到达靶标冠层內膛区域，缩短荷电衰减时间，提升有效荷电雾滴附着量。为果园低容量喷雾技术的推广应用提供了很好的技术基础。

5.3 植保无人飞机低空低容量喷雾技术

农用植保无人飞机因其具有作业效率高、适用性好、节水、节药和省工等优点而在农作物病虫害防治中发挥着越来越重要的作用。目前植保无人飞机喷雾日益成为病虫害快速、高效防治广泛选择的作业模式。随着植保无人飞机硬件设备和飞控系统的快速发展，植保无人飞机操控更为智能和简便，与此同时与植保无人飞机相匹配的施药技术也在行业需求的推动下得到了快速发展。植保无人飞机由于硬件设备的发展愈发成熟，其作为一种高效施药技术已逐渐被农民所接受，特别是近几年，中国农林生产上采用植保无人飞机防治面积得到突发猛进的发展。截至2018年，中国植保无人飞机防治面积约为0.18亿hm2次，无人机保有量也升至3万架（图3）。

图3 植保无人飞机数量和防治面积

植保无人飞机低空低容量喷雾技术研究主要集中在药剂、制剂、助剂和施药参数4个方面，涉及作物包括水稻、玉米和小麦等主要粮食作物，瓜果蔬菜和各种经济作物如苹果、葡萄、柑橘、豇豆、小白菜、棉花、花生、油葵、油菜和茶树等，主要用于防治水稻稻飞虱、玉米螟、小麦吸浆虫和棉花蚜虫等。

06

智能精准施药技术

6.1 变量施药喷雾技术

变量喷雾是精准施药的重要方式之一。首先通过获取作物的病虫草害、密度和形貌等喷雾特征并结合喷雾机自身位置、作业速度以及喷洒参数等对喷雾对象进行按需喷施。中国在此方面还主要处在研究阶段，例如翟长远等基于超声传感器搭建靶标外形轮廓探测试验平台，对自制规则树树冠进行探测；乔红波等利用手持式高光谱仪和基于数字技术的低空遥感系统，建立了光谱反射率与不同严重度的小麦白粉病冠层之间的相关性。近年来随着精准农业航空学科的发展，采用近地面遥感结合全球定位系统GPS、地理信息系统GIS、变量控制系统、处方图实时解译系统以及地面验证等技术，以实现植保无人机精准定位及喷洒正在成为中国新的智能精准施药趋势。

6.2 隧道式循环喷雾技术

隧道式循环喷雾起源于20世纪70年代，欧洲果园篱架式种植技术发展，传统轴流风机飘移严重，不适合新型的种植模式，而隧道式循环喷雾能利用药液回收装置收集未沉积药液，并减少雾滴飘移，提高农药利用率因此具有广阔前景。在此方面，中国还需要进一步加强农机与农艺技术的结合。研究人员也进行了初步的研究，宋坚利等针对于篱壁式种植葡萄设计了一款“Π”型循环喷雾机，并测试了喷雾机药液回收率与冠层中药液沉积分布状态之间关系，显示循环喷雾机能较好的提高冠层内部及叶背面沉积；张京等对其飘移特性进行研究表明，“Π”型循环喷雾机可以减少90%以上的雾滴飘移。

6.3 人工智能技术（AI）技术

随着植保信息大数据时代的发展，如何快速处理海量植保数据，进而筛选有效的信息，成为智慧植保重要课题。而在处理海量数据中，人工智能技术体现着巨大的优势。人工智能是计算机科学的一个分支，所包含的机器视觉，图像识别，深度学习等技术在智能农业领域以及农田病虫害识别技术方面都展现了较大的潜力。较多的科学研究表明，利用深度学习方法对图像特征进行自动提取和识别，并建立病虫害识别模型可以实现病虫害的快速识别，且准确度高。在遥感领域也证明了通过深度学习方法来识别遥感影像可行性，但是目前还存在识别精度低、处理时间长以及缺少训练集数量等问题，但是随着数据积累，人工智能在智慧植保方面将会发挥更大的潜力。

6.4 植保机器人

精准定位与导航技术、图像识别技术的发展为具备自动化能力的植保机器人成为新兴的农田植保机械提供了可能。在此其中，导航路径规划以及农田垄行识别是实现上述目标的关键技术。艾长胜等[92]为提高植保机器人葡萄园作业在垄行识别和路径规划中的精确度和可靠性，提出了一种基于支持向量机的多支持向量配比权重进行葡萄园垄行识别与农业机器人作业路径规划的算法。孙意凡等设计了一种包含自动导航系统、采摘系统、运动系统、控制系统及动力系统果实自动采摘机器人以满足果实采摘需求，随着人力成本的上升，包含植保无人机在内的植保机器人将在未来发挥更大的作用。

07

植保机械的应用现状和发展趋势

20年来，中国植保机械的发展经历了从低效手工植保机械向大型化、高效化、精准化、智能化植保机械发展的过程。据全国农业技术推广服务中心2018年统计数据（未发表）显示，截至目前，全国各类植保机械社会保有量约1.1亿台，可使用的约6,200万台套。其中：背负式手动（电动）喷雾器约5,800万台，占93.5%；背负式机动（电动）喷雾机约300万台，占4.8%；喷杆喷雾机约60万台，占1%；担架式及其他形式的喷雾机约60万台，占1%；植保无人飞机约3万架。

2013年以来，随着农村经济的发展和城镇化进程的快速推进以及农村土地流转加速推进，家庭农场、农民专业合作社、新型农业经营主体和种植大户得到了快速发展，导致病虫害防治组织方式和施药器械发生重大转变，作业效率高、适用范围广、节水节药环保型大中型施药器械发展较快，特别是国家大力推进统防统治和到2020年农药使用量零增长行动等，拓宽了新型高效植保机械的需求空间，大大加快了中国植保机械升级换代步伐，尤其是近几年，植保无人飞机的快速发展，指引着高效精准施药前进的方向，现已成为现代植保的一个重要标志。

7.1 中国植保机械应用中存在的问题

中国植保机械行业发展方兴未艾，但也存在产品质量参差不齐、施药技术观念落后、农艺配套不足等弊端。“大国小农”是中国的基本国情农情，小农户现象还将长期存在，小型背负式施药机具还是今后一段时间内主要施药机具，而作业效率较高、价格较贵的喷杆喷雾机将受到种植规模与作业环境限制。果园风送喷雾机近2年随着矮化密植果园的发展市场销售量逐年提高，但多数果园受地形限制行走困难，无法使用。水田喷杆喷雾机作业质量与性能稳定还有不足。航空植保（无人机）在施药技术规范、环境污染监测、相应的法律法规准入制度监管机制等方面还不健全，系列化航空植保专用喷施系统和关键部件方面还严重落后，航空植保涉及的专用配套药剂严重不足。有人机作业空域条件限制大、使用范围有限。

7.2 中国植保机械的发展趋势

2019年中央一号文件提出“农业农村优先发展”，通过引导小农户适度规模经营和加快促进小农户和现代农业发展的有机衔接，“合作”“抱团”“喷洒农药现象将会得到快速发展。根据中国土地种植规模的特点，施药机具必然也以中小型为主，辅之以大型机械。预计未来植保机具的发展方向有如下特征：常规小型背负式施药机具的市场份额继续下降，主要满足无法实现大规模作业的小地块、山区等环境作业。喷杆喷雾机逐渐取代背负式喷雾机具的市场份额，以自走式喷杆喷雾机为主，三轮高地隙喷杆喷雾机被性能更稳定的四轮高地隙喷杆喷雾机取代。果园、设施蔬菜专用喷雾机持续发展。航空植保（无人机）继续稳定发展，水田喷杆喷雾机将迅速发展，同无人机一起组成水田病虫害全程防治机械化作业体系。

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展 望

20年来，中国农药应用基础理论研究越来越深入，药剂在植物体内传导规律、农药雾滴运动飘移和沉积流失规律、农药雾滴在生物靶体对靶沉积机制、有害生物抗药性机理、农药混用增效机制等研究已处于国际前列；农药制剂研发与应用结合更加紧密，省力化农药剂型如超低容量制剂、烟雾剂、粉尘剂、展膜油剂、颗粒剂、泡腾片剂等的研发推动了热烟雾法、熏烟法、粉尘法、撒滴法、撒粒法等省力化应用技术的发展；适应现代农业发展的农药应用技术更加丰富，种子处理技术、植保无人机低容量喷雾技术、智能精准施药技术等得到越来越广泛的应用；农药应用工艺学的理论和技术进步，显著提高了中国农药利用率，提升了农药行业服务“三农”的能力。在可预见的历史时期内，使用农药仍将是农作物病虫草害防治的重要技术手段，亟需研究发展高效、精准、环境友好的化学防治技术，农药应用工艺学研究任重道远。随着农作物病虫草害监测预警信息化技术完善、物联网技术发展、农药吸收传导规律明晰、绿色新农药创制、靶标导向药剂研发、控缓释技术创新、人工智能技术应用，农药应用的工艺水平将迅速提高，通过农机农艺融合，建立起基于物联网、智能识别、智能决策、精准对靶施药的农药应用工艺体系，显著提高农药利用率，促进中国施药技术革命，为绿色高质量发展助力