内容简介
《高效施药技术与机具》系统总结了国家攻关计划“高效施药技术与机具开发研究”与科技支撑计划“高效施药技术研发与示范”、“863”高新技术计划“农作物靶标光谱探测技术”与“新型施药技术与农用药械”、国家自然科学基金委“农药雾滴在典型作物冠层中的沉积行为及高效利用”以及相关研究工作与技术内容;针对我国农业生产现状,介绍了适合于不同专业作物的自动对靶喷雾技术与机具、自走式水田风送喷杆喷雾技术与机具、循环喷雾技术与机具、防飘喷雾技术与机具、静电喷雾技术与机具、航空喷雾技术与机具等内容,尤其是该领域的研究方法。
作者简介
何雄奎,男,1966年12月出生,中国农业大学理学院教授,博士生导师。主要从事植保机械与施药技术研究,重点研究施药技术基础理论、农药雾滴雾化、沉积和飘失规律、精准施药技术、高效施药机具研发与应用等。现任中国农业大学植保机械与施药技术研究中心主任、国际标准委员会ISO/TC 23/SC 6植保机械与施药技术分委员会委员、中国国家标准化技术委员会植保机械分委会委员、中国植物保护学会植保机械与施药技术委员会副主任委员、中国植物保护学会理事、全国植保机械与清洗机械学会副理事长、北京市农药学会秘书长。兼任《International Journalof Agricultural and Biological Engineering》、《农药学报》、《植物保护学报》编委。2006年获“北京市教育创新标兵”称号,同年入选国家“新世纪优秀人才支持计划”。2009年获得国务院政府特殊津贴。
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目录
第1章 自动对靶喷雾技术与机具
1.1 自动对靶喷雾国内外技术研究进展
1.2 自动对靶喷雾机系统体系结构和组成
1.3 自动对靶喷雾机整机及关键工作部件设计
1.3.1 喷雾机的整体结构型式
1.3.2 喷雾装置
1.3.3 风机及风送系统
1.3.4 喷雾控制系统
1.3.5 静电系统
1.3.6 自动对靶系统
1.4 果园自动对靶喷雾机试验研究
1.4.1 红外光电探测器
1.4.2 实际试验及应用效果
1.4.3 静电喷雾装置试验研究
1.4.4 植株模拟测试
1.5 结论
1.6 致谢
参考文献
第2章 自走式水田风送低量喷杆喷雾技术与机具
2.1 国内外技术现状
2.2 研究系统体系结构和组成
2.3 自走式水田风送低量喷杆喷雾机整机及主要部件设计
2.3.1 喷雾机的整体结构型式
2.3.2 药液箱
2.3.3 轻型液泵
2.3.4 风机及出风管
2.3.5 增速箱
2.3.6 喷杆折叠机构
2.3.7 喷幅标识系统
2.3.8 “三位一体”组合式防滴喷头
2.4 提高农药在水稻上的有效附着率的高效施药技术研究
2.4.1 风送系统出口风速确定
2.4.2 有、无风送条件下雾滴沉积试验研究
2.5 试验与结论
2.6 致谢
参考文献
第3章 循环喷雾技术与机具
3.1 引言
3.1.1 研究背景及意义
3.1.2 国外植保机械发展现状
3.1.3 “Ⅱ”型循环喷雾机(tunnel sprayer)研究现状
3.1.4 主要研究内容
3.2 药液雾化及雾滴在流场中的运动特性
3.2.1 材料与方法
3.2.2 不同粒径雾滴的分布
3.2.3 雾滴运动
3.2.4 雾化过程中气流流场运动
3.2.5 小结
3.3 “Ⅱ”型循环喷雾机设计与试验研究
3.3.1 整机研制实施方案
3.3.2 主要部件设计
3.3.3 小结
3.4 “Ⅱ”型循环喷雾机防飘性能研究
3.4.1 方法与材料
3.4.2 飘失量测定
3.4.3 “Ⅱ”型循环喷雾机与果园风送喷雾机药液飘失情况比较
3.4.4 小结
3.5 结论
3.6 致谢
参考文献
第4章 防飘喷雾技术与机具
4.1 引言
4.1.1 研究背景
4.1.2 罩盖防飘喷雾技术的国内外研究现状
4.2 导流挡板的防飘机理研究
4.2.1 气流对雾滴飘失的影响
4.2.2 冠层对雾滴沉积飘失的影响
4.2.3 导流挡板的防飘机理
4.3 3WFP-350挡板导流式喷雾机的研制
4.3.1 挡板导流式喷雾机的设计要求
4.3.2 试验机具的设计
4.3.3 最优作业参数的确定
4.3.4 3WFP-350挡板导流式喷雾机的整体结构设计
4.4 挡板导流式喷雾机的防飘性能研究
4.4.1 防飘性能的风洞试验
4.4.2 防飘性能的田间试验
4.4.3 喷施除草剂药效对比试验
4.5 结论
4.6 致谢
参考文献
第5章 小区喷雾技术与机具
5.1 引言
5.1.1 研究背景及意义
5.1.2 国内研究现状
5.1.3 国外研究现状
5.2 小区喷雾机方案确定
5.2.1 机械系统方案
5.2.2 喷雾高度和喷头间距的确定
5.2.3 速度计算系统
5.3 小区喷雾机的设计
5.3.1 液泵选择及性能测试
5.3.2 小区喷雾机的设计
5.3.3 小区喷雾机整机系统
5.4 小区喷雾机速度计算系统
5.4.1 小区喷雾机速度计算系统
5.4.2 速度计算系统的原理
5.4.3 速度计算系统软件
5.4.4 速度计算系统硬件
5.5 性能对比试验
5.5.1 试验材料与方法
5.5.2 试验结果分析
5.6 结论
5.7 致谢
参考文献
第6章 机动背负式喷杆喷雾技术与机具
6.1 历史与现状
6.2 原理与设计
6.3 使用方法
6.4 性能分析
6.5 应用前景
6.6 致谢
参考文献
第7章 静电喷雾技术
7.1 引言
7.1.1 研究背景及意义
7.1.2 农药静电喷雾技术研究进展
7.2 静电喷雾系统理论研究
7.2.1 雾滴荷电原理
7.2.2 雾滴荷电效果评定参数及测量方法
7.2.3 荷电雾滴的输运过程
7.3 气助式感应静电喷雾系统的研制与试验
7.3.1 系统组成
7.3.2 气助式感应静电喷头结构
7.3.3 高压电源的设计
7.3.4 荷质比测量装置
7.3.5 气助式感应静电喷头的荷电性能测试
7.3.6 气助式静电喷头的雾滴谱
……
第8章 农作物靶标光谱探测技术研究
第9章 枣树防尘喷雾技术
第10章 风送式喷杆喷雾机减少雾滴飘失的仿真模拟研究
第11章 作物冠层微气候对雾滴沉积的影响
第12章 农药雾滴在水稻叶片上的沉积行为与效果研究
第13章 农药喷雾作业对施药者体表污染及肌肉疲劳研究
第14章 感应式静电喷雾系统及其助剂研究
第15章 航空施药设备与技术
第16章 除草剂阿特拉津与2,4-D丁酯挥发性及其收集方法
精彩书摘
3.1.1 研究背景及意义
病虫害防治是果园管理环节中必不可少的一项重要环节。目前,我国果园病虫害防治手段还是以喷施化学农药为主,化学农药在保证水果稳产、丰产方面起了不可替代的作用。我国应用于果园植保作业的药械产品主要有手动(电动)背负式喷雾器、机动背负式弥雾机、踏板式喷雾器、机动喷枪(杆)、果园风送喷雾机等。目前担负果园植保作业主要任务的是手动背负式喷雾机和机动喷枪。主要存在的问题是喷施方式粗放、农药损失严重、农药有效利用率低、劳动强度大、作业效率低等问题。虽然近年来我国植保机械有了飞快的发展,但是植保机械技术蛮平落后的问题一直没有得到很好的解决。尤其是在解决大量使用农药所造成的一系列社会、环境、生态问题时,更是束手无策。
国外发达国家果园植保机具的发展历程同我国类似,经历了由手动到机动、粗放到精细的发展过程,目前不论是政府、还是民间团体组织以及农户都十分关注植保机械的使用性能、产品质量和对环境的影响,这就促使国外植保机械在性能上一直在朝着更高的农药利用率和更少的农药污染方向发展。目前的果园植保作业要求是:①雾滴在冠层中具有好的穿透性;②工作适应性强,受环境影响小;③工作参数等能够灵活调整;④喷施精准;⑤对环境友好。为了达到优良的作业效果,国外果园喷雾机普遍采用风送喷雾技术。
国外果园喷雾机从工作原理上可以分几种:轴流风机风送喷雾机、横流风机风送喷雾机、多风管直接风送喷雾机、循环喷雾机。
20世纪40年代后期开始,为了替代喷枪作业,具有技术革命意义的轴流风机风送喷雾的果园喷雾机被广泛使用,目前仍然是果园植保作业的主力军。这种喷雾机机一般由拖拉机牵引或悬挂作业,在风送条件下将细小的药液雾滴吹至靶标,使施药液量大量减少。早期的果园风送喷雾机雾化装置沿轴流风机出风口成圆形排列,可以产生半径3~5 m的放射状喷雾范围,喷雾高度可达4 m以上,欧美国家称这种喷雾机为传统果园喷雾机。进入70年代,矮化果木种植面积迅速扩大,果树采用篱架式种植,原来普遍高达4 m的果树冠层降低到2.5 m以下,冠径也大大减小。传统果园风送喷雾机在这种果园作业时,喷雾高度高于冠层高度,气流夹带大量雾滴越过冠层,造成大量的农药飘失,因此传统果园喷雾机已经不再适合现代果园植保作业。为减少飘失,适应新型矮化果园的植保作业,欧美等国对传统喷雾机进行改进。改进的主要措施是在轴流风机上安装导风装置,气流方向不再成放射状,而是沿导风装置定向导出,喷雾装置也由原来的圆形安装变为直线安装,此举大大降低了喷雾机的喷雾高度。经过改进,新型轴流风机风送喷雾机已经能够适应新的作业要求。这种喷雾机被称为导流果园喷雾机(deflector sprayer)。
果园种植模式的变化使许多新型喷雾机设计成为可能,在对传统果园喷雾机改进的同时,许多应用不同风送方式以实现定向风送的新型喷雾机也陆续出现,采用横流风机风送就是其中广泛采用的一种措施。相对传统轴流风机来讲横流风机产生的气流较易控制,出风口气流速度均匀,雾滴能够更加准确地沉积到靶标上,所以此类喷雾机发展很快。
随着环保要求的不断提高,需要喷雾机能够进一步减少农药损失,在这种要求下一种采用多风管定向风送的喷雾机被开发出来,此类喷雾机采用离心风机作为风源,产生的气流通过多个蛇形管导出,每个蛇形风管对应一个雾化装置,可以根据冠层形状和密度调整蛇形管出口位置,实现定向仿形喷雾,这种喷雾机被称为射流喷气喷雾机(directed air-jet sprayer)。较轴流风机和横流风机风送方式,定向射流喷雾机能够进一步减少农药损失。
……
前言/序言
现代农业高新技术成果丛书:绿色种植的未来密码 —— 深入解析作物健康管理与可持续发展之道 现代农业,正以前所未有的速度与深度,拥抱科技的革新。从基因编辑到智能传感,从精准灌溉到病虫害绿色防控,每一次技术的突破,都为保障全球粮食安全、提升农产品品质、促进农业可持续发展注入强大动力。而在这场变革的浪潮中,一套汇聚行业前沿智慧、聚焦关键技术突破的《现代农业高新技术成果丛书》应运而生,旨在系统梳理、总结和推广那些能够引领农业现代化进程的核心技术与理念。 本卷——《绿色种植的未来密码:作物健康管理与可持续发展之道》,作为丛书中的重要组成部分,将目光聚焦于农业生产中最核心、也最富挑战性的议题之一:如何科学、高效、环保地实现作物的健康生长,并在整个生产链条中践行可持续发展的理念。本书并非侧重于单一的技术应用,而是着眼于一个更为宏观的视角,探讨作物健康管理的整体性、系统性思维,以及如何将绿色、低耗、高效的原则融入农业生产的每一个环节,最终实现经济效益、社会效益和生态效益的和谐统一。 一、 从“治病”到“防病”:作物健康管理的理念跃迁 长期以来,传统的作物病虫害防治策略,往往偏重于“亡羊补牢”式的救治。一旦发现病虫害发生,便立即采取化学农药等手段进行干预。这种模式不仅容易造成农药残留超标、环境污染、抗药性增强等一系列问题,而且在经济上也是一种效率低下、成本高昂的应对方式。 本书将重点阐述作物健康管理从“被动治疗”向“主动预防”的理念转变。这包括: 深入理解作物生理与病理生态: 并非简单地认识病虫害的形态,而是要理解作物在不同生长阶段对环境因子(光照、温度、湿度、土壤养分等)的需求与应激反应,以及病原菌、害虫及其天敌之间的复杂生态关系。唯有如此,才能在病虫害发生前,通过优化种植环境、调整栽培措施,构建有利于作物健康生长、不利于病虫害发生的内生环境。 建立完善的监测预警体系: 强调利用现代科技手段,如遥感技术、物联网传感器、大数据分析、人工智能等,构建精准、实时的作物健康监测网络。通过早期识别潜在的风险信号,将病虫害扼杀在萌芽状态,从而大大减少后期干预的频率和强度。 推行综合性植保策略(IPM): 并非依赖单一的防治手段,而是将生物防治、物理防治、农业防治、抗性育种以及必要时的化学防治等多种手段有机结合,形成一套系统、协同的病虫害管理方案。这种策略的精髓在于“因地制宜,因害施策”,最大化利用自然生态系统中的调控力量,最大限度地减少对化学农药的依赖。 二、 绿色种植的基石:土壤健康与养分高效利用 土壤是农业生产的命脉,其健康状况直接关系到作物的生长潜力、抗逆能力以及农产品的品质。本书将深入探讨如何通过科学的土壤管理,为作物提供最佳的生长环境,并实现养分的精细化、高效化利用。 土壤健康诊断与改良: 介绍土壤理化性质、生物活性的检测方法,以及针对不同土壤类型和问题的改良技术,如有机肥的合理施用、绿肥的种植、秸秆还田、微生物菌剂的应用等,以恢复和提升土壤的肥力、保水保肥能力以及生物多样性。 精准施肥与养分管理: 强调“缺什么补什么,缺多少补多少”的原则。介绍基于作物生长模型、土壤养分信息、气候数据等进行的精准施肥技术。这包括: 养分诊断技术: 通过土壤养分速测、叶片养分分析等手段,准确评估作物对各种养分的需求状况。 新型肥料的应用: 介绍缓释肥、控释肥、水溶肥、有机-无机结合肥等新型肥料的特性与应用方法,以及如何根据作物生长周期和需求,进行分期、分量、分区域的科学施用。 生物肥料与有机改良: 探讨微生物菌剂、腐殖酸等在提升土壤养分有效性、促进作物生长方面的作用,以及如何与化肥协同增效,降低化肥用量。 循环农业与废弃物资源化利用: 倡导将农业废弃物(如畜禽粪污、秸秆、餐厨垃圾等)通过发酵、堆制等方式转化为有机肥或生物能源,实现农业生产要素的循环利用,减少环境污染,降低生产成本,构建资源节约型、环境友好型农业模式。 三、 水资源的智慧管理:从“量多”到“质优” 水是生命之源,也是农业生产不可或缺的关键要素。然而,在全球水资源日益紧张的背景下,如何实现水资源的节约与高效利用,已成为现代农业面临的严峻挑战。 智能化灌溉技术: 介绍滴灌、喷灌、微喷灌等节水灌溉技术的原理、优势及应用场景。重点阐述如何结合土壤墒情监测、气象数据、作物生理指标等,实现按需灌溉、精准灌溉。 传感器技术在灌溉中的应用: 阐述土壤水分传感器、环境因子传感器等如何为精准灌溉提供决策依据。 自动化灌溉控制系统: 介绍利用物联网、云计算等技术构建的智能化灌溉控制平台,实现远程监控、自动调节,最大限度地减少人力投入,提高灌溉效率。 雨水收集与利用: 探讨雨水收集系统的设计与应用,以及如何将收集的雨水用于农田灌溉,补充农田水分。 抗旱作物品种与栽培技术: 介绍选育和应用具有抗旱特性的作物品种,以及通过优化栽培密度、地膜覆盖、秸秆覆盖等措施,减少土壤水分蒸发,提高水分利用效率。 四、 生物技术赋能作物健康:安全、高效的新选择 生物技术是现代农业发展的强大引擎,为作物健康管理提供了全新的、更环保的解决方案。 生物农药与生物防治: 详细介绍苏云金芽孢杆菌(Bt)、白僵菌、绿僵菌、Bt毒蛋白、植物源农药(如印楝素、除虫菊酯)等生物农药的种类、作用机理、优点及使用注意事项。探讨生物防治技术,如释放天敌、引入捕食性昆虫等,在维持生态平衡、控制病虫害方面的作用。 植物生长调节剂与抗逆性增强: 介绍植物生长调节剂(PGRs)在促进作物生长发育、提高抗逆性(抗旱、抗寒、抗盐碱)方面的应用。重点强调天然来源的生长调节剂和低毒、高效的合成型生长调节剂。 抗性育种与基因编辑技术: 概述通过传统育种和现代基因编辑技术(如CRISPR-Cas9),培育具有抗病、抗虫、抗逆性的优良品种,从源头上减少对化学农药的依赖。 五、 数据驱动的智能农业:精准决策与高效管理 在大数据、人工智能、物联网等技术的推动下,农业生产正迈向智能化、数据驱动的新时代。 精准农业的核心理念: 阐述精准农业如何通过对农田信息进行精细化采集、分析与应用,实现对作物生长过程的精细化管理,从而提高资源利用效率,降低生产成本,提升农产品品质。 大数据在农业生产中的应用: 介绍如何利用气象数据、土壤数据、作物生长数据、病虫害监测数据、市场信息等,构建农业大数据平台,为农户提供科学的种植建议、病虫害预警、市场预测等服务。 人工智能在作物健康管理中的角色: 探讨人工智能在图像识别(识别病虫害、作物长势)、预测模型(预测病虫害发生趋势、产量)、智能决策支持系统等方面的应用。 物联网技术构建智能农场: 介绍通过传感器网络、通信设备、自动化执行单元等构建的智能农场系统,实现对农田环境、作物生长、农事活动的实时监测、远程控制与自动化作业。 六、 可持续发展与未来展望 本书将贯穿可持续发展的核心理念,强调在追求高产、高效的同时,必须兼顾环境保护、资源节约和生态平衡。 绿色农业的经济效益与社会效益: 分析绿色种植模式如何通过降低农药化肥投入、减少环境污染、提升农产品品质,最终实现经济效益的提升,并为消费者提供更安全、健康的农产品,促进社会福祉。 生态农业与生物多样性保护: 探讨如何通过科学的种植方式,维护农田及周边生态系统的健康,保护生物多样性,构建人与自然和谐共生的农业生态。 面向未来的挑战与机遇: 展望农业科技发展趋势,如智慧农业、生物制造、垂直农场等,以及这些新技术如何进一步推动作物健康管理向更智能化、更高效、更可持续的方向发展。 《绿色种植的未来密码:作物健康管理与可持续发展之道》,不仅仅是一本技术指南,更是一次关于农业未来发展方向的深入思考。它汇集了众多专家学者的智慧结晶,旨在为广大农业科技工作者、生产者、管理者提供一套系统、前沿、可操作的理论体系与技术方法。通过学习和实践本书中的理念与技术,我们相信,中国农业必将加速迈向绿色、高效、可持续的现代化新征程,为保障国家粮食安全、促进乡村振兴、建设美丽中国贡献智慧与力量。