2020-08-21 08:39:38
弶港農(nóng)場防效試驗(yàn)現(xiàn)場。 吳奕 攝
盛夏的一天，在江蘇射陽縣的蘇墾農(nóng)發(fā)臨海農(nóng)場里，機(jī)手正在準(zhǔn)備防治稻飛虱的農(nóng)藥。只見四個年輕人風(fēng)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(jìn)水田，放置試驗(yàn)設(shè)備，另一人則爬上自走式噴桿噴霧機(jī)，和機(jī)手交流了起來。
這群年輕人來自江蘇大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院賈衛(wèi)東團(tuán)隊(duì)。團(tuán)隊(duì)研制的“噴桿噴霧減藥增效關(guān)鍵技術(shù)及裝備”陸續(xù)在全國各地試驗(yàn)推廣了三年時間，臨海農(nóng)場正是試驗(yàn)基地之一。據(jù)悉，其中兩項(xiàng)技術(shù)經(jīng)機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會科技成果鑒定已達(dá)到國際領(lǐng)先水平，擔(dān)任鑒定專家委員會主任的中國工程院院士陳學(xué)庚建議“加快成果轉(zhuǎn)化及推廣”。
攻關(guān)靜電噴霧關(guān)鍵技術(shù)
我國是農(nóng)業(yè)大國，同時也是農(nóng)藥使用大國。但我國植保機(jī)械作業(yè)指標(biāo)和性能較為落后，特別是在大田和果園施藥作業(yè)中，存在農(nóng)藥利用率低、作業(yè)效率低的問題。
“水稻、小麥種植過程中的農(nóng)藥減量增效一直是困擾業(yè)內(nèi)的重要難題。”賈衛(wèi)東研究員介紹，江蘇大學(xué)在國內(nèi)較早從事植保機(jī)械研究，從上世紀(jì)70年代開始，學(xué)校就研究植保機(jī)械靜電噴霧技術(shù)，在草原治蝗和衛(wèi)生防疫方面，靜電噴霧治蟲居國際領(lǐng)先水平。其原理是在靜電場的作用下，霧滴做定向運(yùn)動，且噴灑均勻，作物葉子正背面和枝干上都能均勻地吸附霧滴。但由于該項(xiàng)技術(shù)不穩(wěn)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(shù)的不斷完善，推廣應(yīng)用靜電噴霧技術(shù)成為江蘇大學(xué)新一代植保人的使命和擔(dān)當(dāng)。從2015年開始，針對大田水田噴桿噴霧機(jī)，賈衛(wèi)東課題組開展了自走式噴桿噴霧機(jī)的減藥增效關(guān)鍵技術(shù)和裝備研究。經(jīng)過五年多的攻關(guān)，課題組完成了雙平板低量靜電噴頭部件研制，開發(fā)了高壓發(fā)生器，完成了低量靜電噴霧系統(tǒng)集成開發(fā)，成為這項(xiàng)研究的關(guān)鍵突破點(diǎn)。
據(jù)賈衛(wèi)東介紹，在低電壓條件下荷上靜電，而且達(dá)到更好的效果，是一個關(guān)鍵技術(shù)難題。傳統(tǒng)的低電壓靜電荷電方式有感應(yīng)式、接觸式、電暈式三種類型，其中感應(yīng)式最安全，所需電壓也最低。針對大田實(shí)際情況，課題組最終采用了雙平板感應(yīng)環(huán)形成感應(yīng)電場，滿足扇形噴頭的需求，并優(yōu)化了噴嘴內(nèi)流道結(jié)構(gòu)。
衡量荷電效果的關(guān)鍵指標(biāo)是荷質(zhì)比。試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，噴頭工作電壓10千伏，噴頭流量每分鐘0.6升。和常規(guī)噴頭流量相比減小了50％以上，荷質(zhì)比提高了15％，絕緣可靠，滿足了田間長期作業(yè)的需求。
大田用噴桿噴霧機(jī)展開后噴幅達(dá)到了25米，一共裝有56個噴頭，如何給每個噴頭荷上電并且同步一致，是課題組面臨的另一個“攔路虎”?？紤]到高壓發(fā)生器多用于工業(yè)，且價格也在2萬元左右，于是課題組自行研發(fā)出了農(nóng)用高壓發(fā)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(fā)生器可以帶動19個噴頭工作，而且一個發(fā)生器僅700元左右，大大降低了成本。
專注所長 將特色做強(qiáng)
盡管在國內(nèi)植保機(jī)械靜電噴霧技術(shù)領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，但是一項(xiàng)研究成果從實(shí)驗(yàn)室走向田間地頭，注定不會是坦途。
賈衛(wèi)東坦言，在靜電噴霧技術(shù)推廣應(yīng)用的過程中，課題組走過了多次彎路。2012年，團(tuán)隊(duì)想要學(xué)習(xí)美國經(jīng)驗(yàn)，在國內(nèi)推廣氣流輔助靜電噴霧技術(shù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)噴槍體積過大，噴頭霧形不匹配，不適用于國內(nèi)農(nóng)用植保機(jī)械。2015年，團(tuán)隊(duì)又謀劃著做大做強(qiáng)，攻克大田用噴桿噴霧機(jī)整機(jī)。
“底盤不是我們的專長，且研發(fā)經(jīng)費(fèi)動輒就要幾百萬，在底盤研發(fā)上我們明顯感到吃力。”在一次交流中，陳學(xué)庚院士提出要快速推廣技術(shù)的思路，這給課題組指明了方向。賈衛(wèi)東意識到，做技術(shù)推廣不能貪大求全，而是要專注自己的領(lǐng)域，推出團(tuán)隊(duì)最擅長的技術(shù)。
從那時起，團(tuán)隊(duì)開始專攻主流機(jī)型即自走式噴桿噴霧機(jī)的系統(tǒng)改造，完成了適用于自走式噴桿噴霧機(jī)的低量靜電噴霧系統(tǒng)集成開發(fā)。該系統(tǒng)由變量噴霧控制閥、靜電發(fā)生器、傳感器組件和低量靜電噴頭組成，實(shí)現(xiàn)了56個靜電噴頭噴霧，相對于以往的單噴頭和少量噴頭的噴霧器相比，在多噴頭噴桿靜電噴霧技術(shù)方面實(shí)現(xiàn)了突破。
如今，完成一臺自走式噴桿噴霧機(jī)的系統(tǒng)改造，只需要外裝課題組自主研發(fā)的噴頭和高壓發(fā)生器，器件加工、系統(tǒng)改造整個過程僅需15天時間，改造費(fèi)用在4萬元左右，大大降低了技術(shù)推廣的成本。
2018年至今，在江蘇農(nóng)墾集團(tuán)的弶港農(nóng)場和臨海農(nóng)場，該系統(tǒng)已經(jīng)開展了多輪次試驗(yàn)示范和防效試驗(yàn)工作，試驗(yàn)示范面積達(dá)到了1萬畝，這也是國際上首次開展的水稻田靜電噴桿噴霧裝備的試驗(yàn)示范和防效試驗(yàn)。
到田里發(fā)現(xiàn)問題 解決問題
每次農(nóng)場開展病蟲害防治，課題組的師生總是第一時間來到現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)和調(diào)試設(shè)備。博士生周慧濤回憶說，實(shí)驗(yàn)室中，團(tuán)隊(duì)所做的是噴桿為12米的小型噴桿樣機(jī)。2018年3月，弶港農(nóng)場聯(lián)系團(tuán)隊(duì)對一臺機(jī)器進(jìn)行改裝，“一到現(xiàn)場我們就傻眼了，正式機(jī)器的噴桿有24米，帶著56個噴頭。”
為了趕上水稻病蟲害防治季，團(tuán)隊(duì)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(tǒng)移植，而是要改進(jìn)噴頭結(jié)構(gòu)，解決封裝等一系列參數(shù)問題。”那一個月，團(tuán)隊(duì)除了吃飯外全部待在實(shí)驗(yàn)室里，光是三維結(jié)構(gòu)圖就出了8個版本，每天完成噴灌試驗(yàn)走出實(shí)驗(yàn)室時，全身衣服也早已濕透了。
改裝順利完成，到了農(nóng)場試驗(yàn)，效果卻仍然不理想。“數(shù)據(jù)在實(shí)驗(yàn)室里很完美，但是農(nóng)田的作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，不是問題的問題，到了農(nóng)田里都成了問題。”周慧濤說，第一次推廣試驗(yàn)，防治效果只有85％，沒有達(dá)到綜合防治效果90％以上的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要求，以失敗告終。
團(tuán)隊(duì)返校后，對每個影響因素重新試驗(yàn)，后來發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)改造沒有問題，只是機(jī)手操作時為了趕時間，習(xí)慣性地快速操作，使噴桿的高度過高導(dǎo)致了防治效果不佳。
“在農(nóng)田里，為了趕農(nóng)時、趕效率，正常的作業(yè)參數(shù)恰恰是操作機(jī)手忽略的。”賈衛(wèi)東說，通過試驗(yàn)，他們確定了操作流程和作業(yè)規(guī)范，嚴(yán)格規(guī)定了噴霧作業(yè)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(dá)作物根部。
規(guī)范操作后，團(tuán)隊(duì)又在農(nóng)場開展了小麥全過程跟蹤試驗(yàn)，防治效果達(dá)到了95％。試驗(yàn)結(jié)果顯示，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了節(jié)水50％和省藥30％以上的目標(biāo)。
經(jīng)過三年的推廣試驗(yàn)，臨海農(nóng)場農(nóng)業(yè)中心給出的試驗(yàn)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(jī)械施藥，用水量達(dá)到每畝10升時，能夠達(dá)到普通機(jī)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(jī)防治病蟲害的水量與普通機(jī)械相比每畝減少20升，也能達(dá)到較好的防治效果。
“我們臨海共有73萬畝耕地，農(nóng)業(yè)機(jī)械340多臺（套），其中噴霧機(jī)38臺，2臺噴霧機(jī)進(jìn)行了靜電噴霧系統(tǒng)改造。”臨海分公司總經(jīng)理助理朱忠陽算了筆賬，靜電噴霧機(jī)能省藥20％左右，以1畝田130元的農(nóng)藥投入計算，每畝可以節(jié)省農(nóng)藥25元，而且機(jī)器作業(yè)效率高，一天作業(yè)面積可達(dá)到2000畝。
正是該套系統(tǒng)在保證防治效果的同時，還能省藥、節(jié)水、高效，江蘇農(nóng)墾集團(tuán)的多個分公司正在和賈衛(wèi)東團(tuán)隊(duì)聯(lián)系，加快推進(jìn)多臺噴霧機(jī)的系統(tǒng)改造合作，今年試驗(yàn)示范面積將達(dá)1.2萬畝以上。 吳奕 記者 顏旭
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