水果已成為繼糧食和蔬菜后的中國第三大種植業， 據農業部規劃，到 2020 年中國果園面積將穩定在 1.33×107 hm2。在果園管理中，果園植保是保障水果穩產、增產的關鍵環節，其工作量約占果園管理總工作量的 25%。當前果園植保主要依賴噴施化學農藥進行病蟲害防治，先進的施藥技術與植保機械是提升農藥利用率、提高作業效率、增強防治效果的重要手段。

　　目前，中國果園施藥仍以手動噴霧器大容量淋雨式噴霧法為主，用水量達 600～1 200 L/hm2 ，農藥利用率尚不足 30%，造成大量藥液浪費、環境污染及果品農藥殘留超標，嚴重時甚至導致作業人員中毒;而發達國家大量應用低容量、超低容量、循環噴霧等新技術，用水量低至 200 L/hm2左右，施藥量大大降低，農藥利用率大幅提高。關于植保機械，中國各類背負式手動(電動、機 動)噴霧器社會保有量達1億臺以上，一臺設備打遍百藥防治各種病蟲害是普遍情形;而發達國家已普遍采用 機械施藥，實現專業化植保。從成本上看，隨著中國城市化進程加快，農村勞動力轉移，人工施藥成本增加且作業效率低，導致水果種植效益不斷降低，水果產業發展緩慢。果園機械施藥不僅用藥少、農藥利用率高，在降低勞動強度、提升作業效率、節約生產成本等方面也具有突出優勢，是未來中國果園植保發展的必然趨勢。

　　本文首先介紹中國果園的主要種植方式及其植保機械化發展水平，然后闡述當前植保機械化關鍵技術與裝備研究進展，最后結合果園種植方式與植保機械研究現狀，提出果園植保機械化發展建議。

　　1 果園種植方式與植保機械化發展水平

　　1.1 果園種植方式

　　中國果園品種繁多、地域分布廣泛、種植歷史悠久。 按照地形劃分，主要分為丘陵山區果園和平原果園， 但以丘陵山區果園為主，約占果園總面積的 65%。丘陵 山區果園大多為陡丘陵和緩丘陵種植，僅有少許平地種植。特別是陡丘陵地區，坡度較大、崎嶇不平，主要采 用梯面種植方式，其垂直方向呈階梯式，水平方向依山走勢，由于山坡多為凸起狀態，同一梯面種植果樹并不 在同一直線上，且不同階梯彎曲度也不相同;緩丘陵地 帶存在溝溝坎坎且田塊分散，階梯種植或順坡種植方式 居多;坡度更小，地勢更加平坦的平地果園則接近平原果園種植方式。

　　按照年代劃分，主要分為傳統果園和現代標準化果園，但以傳統果園為主，約占果園總面積的 75%。傳統 果園有喬化稀植型和低矮密植型，目前以低矮密植型居多。以蘋果為例，傳統果園行距一般為 4.0～5.0 m，株距 3.0～4.0 m，樹冠多為開心形，冠層高大、枝干粗壯，因 建園時未考慮機械化作業需求及管理粗放等，易形成行間郁閉;現代標準化果園行距一般為3.0～4.0 m，株距 1.0～1.5 m，樹型有紡錘形、直干形、Y形等，冠幅小而細高，管理規范，易于機械化作業。此外，果樹設施栽培作為露地自然栽培的特殊形式，具有調控果實成熟期、延長果品供應期、擴大種植范圍和控制病蟲害傳播 等優點，在中國得到快速發展，其主要種植方式有日光溫室、塑料大棚和避雨栽培等，目前在葡萄、草莓、櫻桃、桃等果品種植中，應用較為成熟。

　　1.2 果園植保機械化發展水平

　　受果園立地條件及種植方式等因素影響，中國果園植保機械化發展水平仍然偏低，資料顯示丘陵山區果園 僅為 7.5%，平原果園為 15%。分析原因主要有：丘陵 山區果園種植面積比例大，但其地形地勢復雜，嚴重阻礙機械化施藥;如陡丘陵果園地面植保機械根本無法進 園，導致幾乎無機可用;緩丘陵果園同樣地勢凹凸起伏， 加之分散種植、分戶管理，缺乏機械行走、轉場農機道， 導致機械化施藥程度低。平原果園立體條件雖好，但由于以家庭種植方式為主，單戶種植規模小，購買設備成本高、獲益慢，影響了植保機械化發展;傳統果園種植方式農藝管理較為粗放，行株距不規范、大樹冠、平拉枝、行間郁閉，影響植保機械通過性。此外，植保服務體系不健全，技術推廣培訓不到位以及果農對機械施藥認識不足等，均是限制植保機械化發展的重要原因。

　　2 果園施藥技術發展

　　實現果園植保機械化，離不開先進的施藥技術與植保機械。其中施藥技術是果園噴霧作業的關鍵環節，目前國內果園施藥技術主要包括管道噴霧、風力輔助噴霧、 靜電噴霧、循環噴霧、變量噴霧和航空施藥等。如今施藥技術與植保機械正逐漸向著智能、精準、高工效、低噴量的方向發展。

　　2.1 管道噴霧技術

　　管道噴霧技術指采用地下埋設管道，經立管聯結地面高壓軟管和噴槍，通過藥泵對藥液加壓送入管道后帶動多個噴槍同時作業。該技術多適用于中國丘陵山區果園， 自 20 世紀 80 年代中期引入中國后得到不斷推廣，表1為果園管道噴霧技術在中國部分地區的應用發展。

　　從表 1 可以看出，管道噴霧技術在中國應用分布廣 泛，且較人工背負式、推車式及車載式噴藥省工省時、 效率高、投資少、效益好，能夠有效控制病蟲害發生和蔓延。但由于該技術仍然存在管道壓力分布不均時常爆管、管道藥液殘留腐蝕、郁閉果園施藥人員易中毒等問題，后續仍需進行針對性研究。

　　2.2 風力輔助噴霧技術

　　風力輔助噴霧技術是利用高速風機產生的強氣流， 將經過藥泵和噴頭霧化形成的細小霧滴吹送到果樹冠 層，進而達到果樹防蟲治病的效果。該技術既能保證 噴霧距離，又能增強霧滴穿透性和沉積均勻性，同時氣流擾動葉片翻轉提高了葉片背面藥液附著率，自20世紀80年代引進中國，經過多年研究改進，已取得長足發展。

　　國內學者王榮等[23]通過改進風機蝸殼結構使出口風 速提高 61.5%;劉青等通過在風筒中加裝導流器使噴灑 幅寬提高 22%～46%;祁力鈞等通過 CFD 仿真與試驗發現距風機中心 2.4 m處霧滴沉積量分布平均相對誤差 最低為 33%;張曉辛等通過優化導流片與噴頭噴射角度，使風速和噴霧量分布曲線與樹冠輪廓高度吻合。風力輔助噴霧技術的不斷進步，為風送噴霧機在中國的應用發展提供了良好的技術基礎。

　　2.3 靜電噴霧技術

　　靜電噴霧技術源于 20 世紀 40 年代的法國，指通過 高壓靜電發生裝置讓靜電噴頭與靶標之間形成電場，使 帶電霧滴與冠層形成“靜電環繞”效應并在靜電力、氣 流曳力和重力作用下快速沉積到靶標，從而增加霧滴在作物表面的附著能力。該技術能夠顯著提高霧滴沉 積量，特別是作物背面霧滴沉積率，一度成為國內學者研究的熱點。

　　針對靜電噴霧技術在果園的應用，舒朝然等采用 數理方法建立了樹冠靜電噴霧過程的電子-機械模型，精 確表達了樹冠靜電噴霧過程中荷電霧滴的沉積機制，驗 證了果園靜電噴霧的可行性，且其研究表明：霧滴粒徑 在 30～80 μm 時，霧滴荷電性能最好，考慮自然蒸發和 風的影響，建議作業霧滴粒徑譜寬范圍以 50～100 μm 為 宜;周良富等[30]提出風送噴霧與靜電噴霧相結合，并通 過響應面模型分析法研究了感應電壓、風機頻率、噴霧 距離和噴霧壓力等工作參數對葉背面霧滴覆蓋率的影響，結果表明該模型決定系數為 93.68%，相對誤差小于 10%，工作參數對響應面模型有顯著性影響;除此，周良富等還設計了雙氣流道輔助靜電噴頭，通過試驗表明該 噴頭在噴霧壓力 0.4 MPa、感應電壓 6 kV、采集距離 1.0 m 以內條件下，靜電噴霧葉背面霧滴覆蓋密度較非靜電噴霧 提高 15%以上。上述研究均為果園靜電噴霧機的研制及部件選擇、作業參數匹配等提供了良好的理論依據。

　　2.4 循環噴霧技術

　　循環噴霧技術最早出現在 20 世紀 70 年代，那時國外果園趨于矮化種植，原來高達近 4.0 m 的果樹冠層 降到 2.5 m 以下，使其能夠被橫跨覆蓋噴霧，并且采用藥液回收裝置攔截并收集未沉積的藥液回收再利用成為可能，由此循環噴霧應運而生。循環噴霧種類繁多，主要可概括為“П”型罩蓋型、收集器型、反射型和氣流循環型 4 種類型。隨著技術發展，多技術融合，各類型之間區別已不再明顯，如“П”型罩蓋型與氣流循環型相 結合。Ade 等通過葡萄噴霧試驗發現，循環噴霧較普通風送噴霧地面流失量減少5%，霧滴沉積率提升至87%; Peterson 等[35]通過改進循環噴霧風機配置方案，進一步提高了循環噴霧的工作性能。

　　2.5 變量噴霧技術

　　果園變量噴霧技術最早開始于 20 世紀 70 年代，是 將對靶噴霧與變量控制相結合，通過非接觸式靶標探測 技術獲得樹冠特征信息，在大量試驗基礎上建立與樹冠 特征信息適應的噴霧決策模型，依據模型反饋的噴霧參數進行動態調節，最終實現變量噴霧。該技術核心是 靶標探測技術，重點是變量控制系統，表 2 為目前最具 代表性的靶標探測技術原理及優缺點，表3為變量控制系統及其效果。

　　2.6 航空施藥技術

　　航空施藥技術指利用飛機或其他飛行器將農藥從 空中均勻噴施在目標區域的施藥方法[51-52]。2010 年以 來，隨著植保無人機在中國的迅速發展，以植保無人機 為應用載體的低空低量航空施藥技術已逐步成為研究 熱點。植保無人機施藥藥箱容量一般在 5～20 L(最近兩年相繼出現過藥箱容量大于 30 L 的植保無人機，但是應用相對較少)，噴灑幅寬在 5～20 m，果園植保時飛 行高度一般設置距離冠層頂端 1.5～2.0 m，距地面高度至少為 3.5～4.0 m[59]。該技術具有作業效率高、作業效果好、 應急能力強等優點，應用前景廣闊。