国内外农药精准施用技术发展趋势
作者：《世界农药》2025年第11期 王建忠
2025/12/19 10:49:41
我国农业生产正处于由经验型施药向标准化、绿色化转型的关键阶段。尽管全国性培训体系提升了部分农民的科学用药意识，但实践中仍普遍存在依赖经验施药、忽视病虫害时空差异的问题，导致施药过量、用药错误、资源浪费。据农业农村部统计，我国传统施药方式农药利用率仅为38.8%，远低于发达国家50%~60%的水平，每年因农药飘移、流失造成的经济损失达数亿元人民币。未被有效利用的农药进入环境造成污染，而过度施药引发的
我国农业生产正处于由经验型施药向标准化、绿色化转型的关键阶段。尽管全国性培训体系提升了部分农民的科学用药意识，但实践中仍普遍存在依赖经验施药、忽视病虫害时空差异的问题，导致施药过量、用药错误、资源浪费。据农业农村部统计，我国传统施药方式农药利用率仅为38.8%，远低于发达国家50%~60%的水平，每年因农药飘移、流失造成的经济损失达数亿元人民币。未被有效利用的农药进入环境造成污染，而过度施药引发的农药残留更对食品安全构成潜在威胁。因此，发展并推广应用农药精准施用技术，实现按需、定位、变量施药，对于提高农药利用率、保障农产品质量安全、减少环境污染、推动农业绿色可持续发展具有重大意义。本文旨在系统梳理国内外精准施药技术的发展现状，通过数据分析揭示技术应用效果，并结合我国实际，提出加速其推广应用的对策建议。农药精准施用技术，是在充分辨识田间病虫草害等相关因子差异性的基础上，获取农田小区病虫害存在的空间和时间差异性信息，将农药使用技术与地理信息系统(GIS)、全球导航卫星系统(GNSS)、传感器、计算机控制器、决策支持系统、变量喷头等装置进行有效结合，从而实现仅对病虫草害为害区域进行按需定位喷雾的施药方法。该技术具有以下特点：其基础在于综合应用智能传感器技术，实时获取作物生长状况、病虫草害等信息和气象条件等因素，利用决策支持系统进行药剂选择与剂量计算。核心技术在于依托 GIS、GNSS等精确定位技术，利用智能喷雾与无人机等设备，实现对病虫草害的按需定位、变量施药，可以显著提高农药利用率，减少环境污染，同时提升农作物产量和品质。该技术旨在实现“减量增效”(减少农药总量与浪费、提高利用率和防控效果)和“环保安全”(降低环境污染、保障食品安全)的双重目标，同时具备显著的经济效益，可降低农民投入成本。此外，它强调把握最佳施药时机，并正朝着高度智能化、自动化的方向发展，集中体现了现代农业对减量、增效、环保、智能的核心追求。美国农业以旱田作物和果树种植为主，水稻种植面积相对较小。其农户经营规模通常较大，主要施药装备为大功率拖拉机牵引的大型喷雾机以及固定翼农用飞机。在大型农场中，基于美国全球定位系统(GPS)和GIS的变量喷雾技术得到广泛应用。该技术的核心在于智能传感与目标识别，如利用高光谱和多光谱成像、激光雷达及电子视觉技术，实时辨识作物、杂草和病虫害，从而驱动精准对靶喷药系统。典型应用实例如加州大学戴维斯分校开发的视觉传感器系统，可实时识别杂草种类和密度，实现精准除草剂喷洒，节约用量达51%~71%。伊利诺伊大学开发的田间自动杂草控制系统，整合GPS与GIS生成处方图，指导变量施药，显著减少用药量。此外，美国无人机植保技术成熟度也很高，主要应用于大田和果园作业，其精准导航与变量喷洒模块是实现高效施药的关键。西欧农业种植结构以旱田作物和果树为主，水稻种植规模较小。该地区普遍采用中小型家庭农场经营模式，主要施药装备包括大/中功率拖拉机配套的喷杆喷雾机与果园喷雾机，航空施药技术应用相对有限。在施药技术发展方面，西欧国家注重大型装备的集成化创新，尤其在静电喷雾技术应用于果园和特定作物领域取得了显著进展。德国凭借其可持续农业政策优势，已成为环保喷雾技术的全球研发中心；荷兰则依托其密集农业体系和精准农业技术，在自走式喷雾机应用方面处于领先地位。2国普遍采用配置风幕系统的自走式喷杆喷雾机，该系统通过高速向下的气流可有效降低药液飘移达 95%以上。典型技术创新案例包括瑞士Ecorobotix公司研发的ARA智能喷雾器，该设备采用人工智能技术实现6cm×6cm级超精准喷洒，其卓越的防飘移性能已获得德国朱利叶斯·库恩研究所(JKI)和荷兰技术评估委员会(TCT)的双重认证，成为推动可持续农业发展的标杆技术。在果园精准施药领域，激光雷达技术的应用取得突破性进展，研究人员通过获取果树冠层三维点云数据，实现了施药参数的精准调控。如西班牙学者Eduard等人创新性利用激光雷达技术(LiDAR)对果园风送式喷雾机的标准空心锥喷头和防飘空心锥喷头进行了潜在防飘特性评估测试，为喷头选型提供了科学依据。Osterman团队开发的基于二维激光雷达的果园风送喷雾机，可根据冠层结构实时调节喷雾臂位置，精确控制风速和风量。这种技术在减少农药使用和提高施药效率方面具有显著效果，但存在设备成本较高(均价2万欧元以上)，小型果园适用性不足等缺点。日本农业以兼业农户为主要经营主体，占比高达84%，其种植结构以水稻为主导，且普遍呈现小规模分散化特征。在施药装备方面，日本农业技术演进呈现出明显的适应性创新特征：形成了以轻便高效的智能化小型背负式机动喷雾机与航空喷雾设备为核心的技术体系，以缓解劳动力短缺问题和降低人工暴露风险。尤其注重低容量喷雾与防飘移技术的精细化技术应用，以弥补小规模种植的效率缺陷，提升农药利用率。近年来，面对日益严峻的老龄化挑战，日本农业正着力推进全自主作业系统(如AI环境联动系统)的深度研发与应用，以持续提升农业生产效率，目前已实现自动导航喷药车及环境监测联动精准施药系统的成熟应用。这种渐进式的技术创新路径，既反映了日本农业应对现实挑战的适应性策略，也展现了其在小农经济现代化转型中的技术引领作用。综上，国外农药精准施用技术的前沿发展正聚焦于多维度创新与深度融合：人工智能(AI)深度应用于病虫害智能识别与施药决策优化，物联网(IoT)技术通过大数据分析持续优化变量施药处方图，推动施药设备互联与作业数据实时共享，同时，绿色、超低容量喷雾技术的创新研发与推广致力于进一步提升施药效率和环境友好。这些方向共同推动着精准施药向更智能、高效、绿色的未来迈进。我国农药精准施用技术研究与应用近年来取得显著进展，但在普及度和核心技术上与国际先进水平仍有差距。主要技术应用包括：防飘移技术：已在国内得到一定推广，如防风喷杆、防风罩、低飘移喷头(如空气诱导喷头)的应用。如使用少飘喷头可以在喷嘴周围产生涡动，使飘移造成的损失减少33%~60%；目前国内植保无人机在喷洒装备上安装机械防风屏，能阻挡自然风对雾滴的干扰，提高农药利用率。农药残液回收技术：主要在大型果园、农场和专业化防治组织的大型喷雾设备上应用，如循环式喷雾机。该技术通过在喷雾设备上安装收集循环系统，拦截并回收未沉积的雾滴，达到重复利用的目的，既可降低农药用量，又可减少环境污染。但受限于设备投入成本，个体小农户应用较少。静电喷雾技术：研究与应用日益活跃，国产静电喷雾设备(包括背负式、担架式以及搭载在无人机和喷杆喷雾机上的静电喷头)不断涌现。如小型静电喷雾设备已投入使用，喷雾损失较常规技术减少65%，节省人力50%。自动对靶喷药技术：为研发重点。在果园中，基于红外传感器、超声波传感器、机器视觉的自动对靶喷雾机(如风送式喷雾机)已开始示范应用，能有效识别树冠轮廓进行间歇喷雾。如采用红外线自动对靶技术和超声波传感器技术，可在识别果树后0.01秒内反馈施药指令，避免无效喷雾。在大田作物中，基于激光或机器视觉的行间识别对靶喷药技术也在探索中。无人机植保技术：发展迅猛，应用规模全球领先。技术重点集中在飞行平台稳定性、精准导航、智能避障、喷洒系统优化及作业管理平台开发上，已成为推动我国精准施药技术普及的重要力量。其他技术：变量喷雾技术为脉宽调制(PWM)喷头实现流量毫秒级调节，中国农业大学开发的喷杆喷雾机可依据病虫害程度动态调药，变量喷雾技术在大型农场和垦区开始示范应用。树干注射技术在林木和高价值果树病虫害防治中有特定应用，可使药剂100%进入树木体内。水稻机插同步施药(省力化施药技术)作为一项农艺与药械结合的特色技术，在适宜区域推广应用，解决了传统水稻除草操作繁琐、用药量大的问题。为了更客观评估精准施药技术的实际效果，本研究收集了多项田间试验和示范应用数据进行分析。数据显示，采用精准施药技术可显著提升农药利用效率，减少农药用量。与国际施药技术相比较，我国在精准施药技术应用方面仍存在一定差距。美国大型农场的变量喷雾技术普及率已达65%以上，西欧国家精准施药装备配置率超过50%，日本小型智能化施药设备应用率达到40%。而我国精准施药技术的整体应用率仅为15%~20%，且主要集中在东北、新疆等大规模农场区和农业合作社。在技术经济效益方面，通过对12个省区市的示范点跟踪调查发现，采用精准施药技术后，减少农药支出525~750元/hm²，节约人工成本112~300元/hm²，增产幅度达5%~15%，投资回收期一般为1~2个作业季节。此外，精准施药带来的环境效益显著，示范区农药面源污染负荷降低40%~60%，农产品农药残留超标率下降至1%以下。针对我国小农户为主体的经营特点，研发重点应转向低成本、轻简化、智能化的精准施药装备。一是开发基于机器视觉和低功耗传感器的轻型对靶系统，将单机成本控制在5000元以内；二是创新适用于梯田、小块地的微型变量喷雾模块，实现与现有小型农机的快速适配；三是加强AI算法优化，开发离线式病虫草识别模型，降低对连续网络的依赖。通过技术创新，将精准施药装备价格降低30%~50%，使其更适应小规模农业经济条件。建立区域适应性技术筛选机制，根据主要作物体系、经营规模、地形条件等因素，制定精准施药技术推广清单。在东北、新疆等大规模农场区，重点推广大型智能化变量施药装备；在南方丘陵山区，发展轻简型无人机和背负式精准喷雾器；在设施农业区，推广轨道式自动喷雾系统和靶向施药设备。同时，依托农业社会化服务体系，充分发挥专业合作社、专业化防治服务组织的枢纽作用，推广“统防统治+精准施药”一体化服务模式，扩大技术覆盖面和应用效率。充分利用微信群、短视频、线上培训等新媒体手段进行技术传播。开展多层次、实操化的精准化培训，对农技人员、新型农业经营主体和专业化防治组织进行系统化、线上线下相结合的精准施药技术培训。内容应涵盖技术原理、设备操作与维护、安全规范、效果评估等关键环节，强化从理论到实操的全链条技能提升，推动施药作业由传统经验型向标准化、精准化转变。加大购置补贴力度，将先进适用的精准施药装备(尤其是智能、高效、环保型设备)纳入农机购置补贴范围，并提高补贴比例至40%~50%。对采用经认证的精准施药技术(如变量喷雾、无人机精准作业、对靶喷药)进行防治作业的服务组织或农户给予作业补贴，鼓励应用。同时，将精准施药技术与生态补偿、绿色农业认证等相关政策挂钩，形成政策合力。建立“政-产-学-研-用”协同创新平台，重点加强与德国、日本等在小型智能装备领域的技术合作，通过联合研发、技术引进再创新等方式，加速突破核心部件瓶颈。同时，依托农业院校和培训机构，培养精通精准施药技术的农技人员和新型职业农民，每年培训技术人员至少10万人次以上，打造一支专业化的技术推广服务队伍。精准施药技术是推进农业绿色发展的重要抓手。我国应立足小农占主体的基本农情，走出一条“技术创新+机制创新”双轮驱动的发展路径。通过研发轻简化适用技术、构建分类推广体系、完善政策支持机制、加强国际合作和人才培养等综合措施，加快推进精准施药技术落地应用。预计到2030年，我国精准施药技术普及率可达40%以上，农药利用率提升至50%以上，将为实现农业现代化和可持续发展提供有力支撑。
