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靜電噴霧裝置破解農藥減量增效瓶頸
弶港農場防效試驗現場。 吳奕 攝
盛夏的一天，在江蘇射陽縣的蘇墾農發臨海農場裡，機手正在准備防治稻飛虱的農藥。隻見四個年輕人風塵仆仆地趕到田邊，不等歇腳，其中三人就挽起褲腿，赤腳走進水田，放置試驗設備，另一人則爬上自走式噴杆噴霧機，和機手交流了起來。
這群年輕人來自江蘇大學農業工程學院賈衛東團隊。團隊研制的“噴杆噴霧減藥增效關鍵技術及裝備”陸續在全國各地試驗推廣了三年時間，臨海農場正是試驗基地之一。據悉，其中兩項技術經機械工業聯合會科技成果鑒定已達到國際領先水平，擔任鑒定專家委員會主任的中國工程院院士陳學庚建議“加快成果轉化及推廣”。
攻關靜電噴霧關鍵技術
我國是農業大國，同時也是農藥使用大國。但我國植保機械作業指標和性能較為落后，特別是在大田和果園施藥作業中，存在農藥利用率低、作業效率低的問題。
“水稻、小麥種植過程中的農藥減量增效一直是困擾業內的重要難題。”賈衛東研究員介紹，江蘇大學在國內較早從事植保機械研究，從上世紀70年代開始，學校就研究植保機械靜電噴霧技術，在草原治蝗和衛生防疫方面，靜電噴霧治虫居國際領先水平。其原理是在靜電場的作用下，霧滴做定向運動，且噴洒均勻，作物葉子正背面和枝干上都能均勻地吸附霧滴。但由於該項技術不穩定、電子元器件價格高昂，所以一直藏在“閨中”，沒有向社會推廣開來。
隨著技術的不斷完善，推廣應用靜電噴霧技術成為江蘇大學新一代植保人的使命和擔當。從2015年開始，針對大田水田噴杆噴霧機，賈衛東課題組開展了自走式噴杆噴霧機的減藥增效關鍵技術和裝備研究。經過五年多的攻關，課題組完成了雙平板低量靜電噴頭部件研制，開發了高壓發生器，完成了低量靜電噴霧系統集成開發，成為這項研究的關鍵突破點。
據賈衛東介紹，在低電壓條件下荷上靜電，而且達到更好的效果，是一個關鍵技術難題。傳統的低電壓靜電荷電方式有感應式、接觸式、電暈式三種類型，其中感應式最安全，所需電壓也最低。針對大田實際情況，課題組最終採用了雙平板感應環形成感應電場，滿足扇形噴頭的需求，並優化了噴嘴內流道結構。
衡量荷電效果的關鍵指標是荷質比。試驗數據顯示，噴頭工作電壓10千伏，噴頭流量每分鐘0.6升。和常規噴頭流量相比減小了50％以上，荷質比提高了15％，絕緣可靠，滿足了田間長期作業的需求。
大田用噴杆噴霧機展開后噴幅達到了25米，一共裝有56個噴頭，如何給每個噴頭荷上電並且同步一致，是課題組面臨的另一個“攔路虎”。考慮到高壓發生器多用於工業，且價格也在2萬元左右，於是課題組自行研發出了農用高壓發生器，四倍壓整流后輸出直流電壓，重量大約在800克，安裝方便，一個發生器可以帶動19個噴頭工作，而且一個發生器僅700元左右，大大降低了成本。
專注所長 將特色做強
盡管在國內植保機械靜電噴霧技術領域處於領先地位，但是一項研究成果從實驗室走向田間地頭，注定不會是坦途。
賈衛東坦言，在靜電噴霧技術推廣應用的過程中，課題組走過了多次彎路。2012年，團隊想要學習美國經驗，在國內推廣氣流輔助靜電噴霧技術，結果發現噴槍體積過大，噴頭霧形不匹配，不適用於國內農用植保機械。2015年，團隊又謀劃著做大做強，攻克大田用噴杆噴霧機整機。
“底盤不是我們的專長，且研發經費動輒就要幾百萬，在底盤研發上我們明顯感到吃力。”在一次交流中，陳學庚院士提出要快速推廣技術的思路，這給課題組指明了方向。賈衛東意識到，做技術推廣不能貪大求全，而是要專注自己的領域，推出團隊最擅長的技術。
從那時起，團隊開始專攻主流機型即自走式噴杆噴霧機的系統改造，完成了適用於自走式噴杆噴霧機的低量靜電噴霧系統集成開發。該系統由變量噴霧控制閥、靜電發生器、傳感器組件和低量靜電噴頭組成，實現了56個靜電噴頭噴霧，相對於以往的單噴頭和少量噴頭的噴霧器相比，在多噴頭噴杆靜電噴霧技術方面實現了突破。
如今，完成一台自走式噴杆噴霧機的系統改造，隻需要外裝課題組自主研發的噴頭和高壓發生器，器件加工、系統改造整個過程僅需15天時間，改造費用在4萬元左右，大大降低了技術推廣的成本。
2018年至今，在江蘇農墾集團的弶港農場和臨海農場，該系統已經開展了多輪次試驗示范和防效試驗工作，試驗示范面積達到了1萬畝，這也是國際上首次開展的水稻田靜電噴杆噴霧裝備的試驗示范和防效試驗。
到田裡發現問題 解決問題
每次農場開展病虫害防治，課題組的師生總是第一時間來到現場採集數據和調試設備。博士生周慧濤回憶說，實驗室中，團隊所做的是噴杆為12米的小型噴杆樣機。2018年3月，弶港農場聯系團隊對一台機器進行改裝，“一到現場我們就傻眼了，正式機器的噴杆有24米，帶著56個噴頭。”
為了趕上水稻病虫害防治季，團隊僅有一個月的改造時間，“從12米加寬到24米不是簡單的系統移植，而是要改進噴頭結構，解決封裝等一系列參數問題。”那一個月，團隊除了吃飯外全部待在實驗室裡，光是三維結構圖就出了8個版本，每天完成噴灌試驗走出實驗室時，全身衣服也早已濕透了。
改裝順利完成，到了農場試驗，效果卻仍然不理想。“數據在實驗室裡很完美，但是農田的作業環境復雜，不是問題的問題，到了農田裡都成了問題。”周慧濤說，第一次推廣試驗，防治效果隻有85％，沒有達到綜合防治效果90％以上的農業生產要求，以失敗告終。
團隊返校后，對每個影響因素重新試驗，后來發現系統改造沒有問題，只是機手操作時為了趕時間，習慣性地快速操作，使噴杆的高度過高導致了防治效果不佳。
“在農田裡，為了趕農時、趕效率，正常的作業參數恰恰是操作機手忽略的。”賈衛東說，通過試驗，他們確定了操作流程和作業規范，嚴格規定了噴霧作業高度、噴霧壓力、行走速度，確保霧滴有足夠的穿透性，能夠更多地到達作物根部。
規范操作后，團隊又在農場開展了小麥全過程跟蹤試驗，防治效果達到了95％。試驗結果顯示，該系統實現了節水50％和省藥30％以上的目標。
經過三年的推廣試驗，臨海農場農業中心給出的試驗鑒定顯示，在播時干旱、播后多雨及暖冬條件下用靜電噴霧機械施藥，用水量達到每畝10升時，能夠達到普通機械每畝30升的防除效果﹔在小麥中后期田間麥苗長勢好、較隱蔽的情況下，靜電噴霧機防治病虫害的水量與普通機械相比每畝減少20升，也能達到較好的防治效果。
“我們臨海共有73萬畝耕地，農業機械340多台（套），其中噴霧機38台，2台噴霧機進行了靜電噴霧系統改造。”臨海分公司總經理助理朱忠陽算了筆賬，靜電噴霧機能省藥20％左右，以1畝田130元的農藥投入計算，每畝可以節省農藥25元，而且機器作業效率高，一天作業面積可達到2000畝。
正是該套系統在保証防治效果的同時，還能省藥、節水、高效，江蘇農墾集團的多個分公司正在和賈衛東團隊聯系，加快推進多台噴霧機的系統改造合作，今年試驗示范面積將達1.2萬畝以上。
吳奕 本報記者 顏旭
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