摘要：变量喷药技术是基于精准农业理念而发展的技术，旨在通过针对性地调整农药施用量和施用位置，提高农药使用效率，降低环境影响，并减少生产成本。论文综述了变量喷药的主要技术以及最新研究进展,并提出了未来的发展建议。旨在通过对变量喷药技术的研究进展进行系统梳理，为相关领域的研究者和从业者提供参考，并促进该技术在农业生产中的广泛应用。

　　关键词：喷药；变量；化肥农药；减施增效

　　1.引言

　　随着全球人口的不断增长和对粮食需求的增加，农业生产面临着提高产量与减少环境影响的双重挑战。传统的农业生产方式依赖于大规模均匀施用化肥和农药，不仅导致资源浪费，还可能引发一系列环境问题，如土壤退化、水体污染和生物多样性损失。为应对这些问题，精准农业应运而生，其核心理念是根据作物和土壤的实际状况进行管理，以提高资源利用效率和农业生产的可持续性。

　　变量喷药技术作为精准农业的重要组成部分，通过感知和分析作物及环境的异质性，进行差异化的农药施用。该技术利用现代传感器、地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）和数据分析技术，针对不同田块的具体需求，动态调整农药施用量和施用位置，从而实现高效、经济和环境友好的农业生产。

　　近年来，变量喷药技术得到了广泛关注与研究，并在全球范围内逐渐推广应用。随着传感器技术、数据分析方法和自动化设备的不断进步，变量喷药技术的发展呈现出智能化和自动化的趋势。然而，尽管该技术在提高农药使用效率、减少环境污染和降低生产成本方面具有显著优势，其在实际应用中仍然面临诸多挑战，包括设备成本高、技术实施复杂以及数据管理困难等问题。

　　本文将从变量喷药的主要技术和自动化设备的应用方面，综述变量喷药技术的研究进展，分析其在实际应用中的挑战，探讨未来的发展方向。通过对变量喷药技术的全面分析与总结，为未来的研究提供参考，并促进该技术在农业生产中的广泛应用。

　　2.变量喷药主要技术

　　变量喷药技术的核心目的是根据作物的实际需求精确喷洒农药，以提高农药使用效率。变量喷药技术通过实时监测作物的健康状态和环境条件，动态调整喷药量和喷药位置。这样可以确保每一部分的作物获得适量的农药，避免了传统方法中常见的过量施药现象。由于传统喷药方式容易造成农药的漂移和流失，污染空气、水体和土壤。而变量喷药技术通过精准施药，减少了农药的过量使用，从而降低了对环境的污染且减少农药使用，有助于保护土壤中的微生物和生态系统，维护农业生态平衡。

　　2.1防漂移技术

　　防漂移技术是指在农业喷药过程中，通过各种技术手段和方法减少农药从目标作物区域漂移到非目标区域的现象。这些技术的应用可以提高喷药的有效性，减少对周围环境的污染，并降低对人类和动物健康的风险。目前防漂移主要通过改变喷嘴形状，设计生成较大液滴的喷嘴，这些液滴在空气中更稳定，减少漂移。还可以通过气幕喷洒，使用一层气流包围喷雾，稳定液滴的xx方向。

　　2.2静电喷雾技术

　　静电喷雾技术是一种通过给液滴施加静电荷以增强其附着力的喷洒技术。这种方法在农业、工业涂装和消毒领域广泛应用，旨在提高喷洒效率，减少药剂浪费，并降低对环境的影响。静电喷雾技术的基本原理是利用静电力来增加液滴与目标表面之间的附着力。由于大多数植物和目标表面是带有相反电荷或是接地的，带电液滴会受到目标表面的吸引，从而附着在其上。可以提高附着力和覆盖率：由于液滴被静电吸附在目标表面上，喷洒的覆盖率和附着力大大增强，特别是在叶片背面和其他难以到达的区域。同时静电喷雾技术可以减少药剂用量，减少漂移现象的发生。

　　2.3自动对靶施药技术

　　自动对靶施药技术是一种精准农业技术，旨在通过自动化手段实现对目标区域的精确施药。该技术利用先进的传感器、控制系统和数据分析工具，确保农药、肥料或其他施用剂只施加在需要的区域，最大限度地提高施药效率，减少浪费和环境影响。该技术可以确保药剂准确施加在目标区域，避免浪费和漂移，提高施药效果并且减少对非目标区域的化学物质施用，降低对水体、土壤和非目标生物的污染。

　　3.国内外研究现状

　　目前，变量喷药系统主要通过人工智能技术实现，人工智能技术在变量喷药系统中的应用正在逐渐改变农业领域的作业方式，尤其是在精准农业方面。

　　3.1国内研究现状

　　王新东等设计了一种以STM32单片机为控制核心的系统，其中包括变量喷药决策子系统和喷药控制子系统。并且深入研究了变量喷药控制子系统的硬件设计、软件流程和控制算法，并通过改进的遗传算法优化控制参数，开发了改进的遗传PID控制算法，用于调节执行部件电动阀的开度，实现变量喷药。该系统具有高控制精度、快速响应速度和良好的实时性，为变量喷药系统在农田中的应用提供了理论依据和技术支持。

　　郭娜等设计了一种旁路节流式变量喷药控制系统，以提升变量喷药控制效果。该系统用于变量喷药和幅宽调节控制，该系统由泵轴转速传感器、流量传感器、压力传感器、电动调节阀、电磁阀组成。研究中应用流体网络理论构建了喷药网络的数学模型，并将模糊PID控制与基于喷药网络模型的Smith预估控制相结合，从而减小变量喷药系统的滞后性和非线性对控制效果的不利影响。

　　在农药喷施中，不仅需要对喷施量进行精准变量调控，还需进行在线监测和溯源管理，以提供农药监管和残留风险评估的数据支持。翟长远等人结合自动控制、物联网和传感器技术，设计了一种基于溯源的精准变量喷药监控系统。该系统能够实现精准变量喷施，并对作业地块、时间、面积、农药种类和配比、喷施量、喷雾压力、实时流量和作业速度等信息进行在线监测、实时显示和溯源管理，为大田作物的农药残留风险评估提供支持。

　　申锴等设计了一种双路自动调节变量喷药监控系统，系统根据喷药区域病虫草害程度的不同，将喷药执行管路分为两条支路分别控制，系统可以采集速度信息、流量信息以及压力信息，结合采集的信息实现自动调节变量喷药，使喷药控制方法更加精确、农药有效使用率更高。

　　3.2国外研究现状

　　Adhitya Saiful Hanif等研究了无人机进行变量喷药的自主控制系统，包括微控制器、传感器和喷洒装置在内的各种硬件组件，以及用于导航和控制的软件系统。这些系统利用先进的算法和数据处理技术，确定最佳的化学品施用量，以满足特定作物的需求和环境条件。

　　NEEDHAM等研制了一种利用高频PWM信号调节流体压力，进而控制雾滴粒径的比例电磁阀控制系统，经过仿真与试验表明该控制方式对药液雾滴粒径的控制效果良好。

　　Lei Tian等人利用机器视觉技术设计了一种田间杂草自动控制系统，系统设置匀速前进，计算机根据采集的图像信息判断杂草的分布情况，单独控制每一个喷头进行变量喷洒作业,。试验结果表明该系统在保持高识别精准度（91%）的前提下，同时能够完成西红柿的田间除草作业，能节省的除草剂用量为52%—71%。

　　4.变量喷药技术发展趋势

　　变量喷药技术作为提升农业生产效率和可持续性的关键技术，正逐步在我国农业中发挥着重要作用，且近年来取得了显著的进步，主要体现在精准控制和自动化操作方面，集成了GPS、遥感技术以及先进的数据分析算法。这些技术的融合提高了喷药的精准度和效率，使得农药和肥料的使用更加科学和经济。我国变量喷药技术未来发展应着重于以下几个部分。

　　4.1技术智能化和自动化

　　目前，我国在智能化方面仍有很大提升空间，未来，我国的变量喷药技术将进一步集成人工智能、机器学习和大数据分析等先进技术。智能喷药系统将能够实时分析作物健康状况、土壤条件和气象数据，自动调整喷药策略，达到更高的施药精度和效率；利用先进的数据处理技术，使变量喷药系统能够进行实时监控，并根据实际情况动态调整喷药策略，确保喷药效果的最佳化。

　　4.2经济性与普及性

　　随着技术的进步和生产规模的扩大，应逐步降低变量喷药设备的生产成本。这将使中小规模农场能够负担得起，并广泛应用这一技术，促进其在农业中的普及，且应加快对变量喷药设备和技术的国产化进程，提升自主研发能力，减少对进口设备的依赖，从而进一步降低成本，提高市场竞争力。

　　4.3环境保护与可持续发展

　　技术将更加注重减少农药的使用量，通过精准施药和智能调节，降低对环境的影响。环保型喷药技术将助力我国实现绿色农业目标，减少土壤和水源的污染。

　　实时与生态农业理念相结合，推动农业生产的可持续发展，支持土壤健康、生态平衡和生物多样性的保护。

　　5.结论

　　尽管变量喷药技术带来了许多积极变化，但仍面临一些挑战和局限性。高昂的初期投资、技术复杂性以及对数据准确性的高度依赖，都是当前技术推广和应用中需要解决的问题。随着传感器技术、数据分析技术和智能设备的不断进步，变量喷药技术有望在更广泛的领域中发挥作用，推动农业生产向更加高效和环保的方向发展。

　　总体而言，变量喷药技术的持续发展和应用不仅将提升农业生产的效率和可持续性，还将推动农业科技的进步。未来的研究和实践应继续关注技术创新、系统优化以及市场需求的变化，探索更加适应不同生产条件的解决方案，以实现精准农业的全面发展和推广。通过不断的技术改进和应用拓展，变量喷药技术必将在现代农业中发挥越来越重要的作用，为农业生产和环境保护作出更大的贡献。

       参考文献：

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