農用無人機在水稻病蟲害防治中的應用綜述

闕名錦

(廣西玉林農業學校，玉林 537000)

1 植保無人機發展概述

1.1 植保無人機國內發展背景

我國是世界聞名的農業大國，近幾年，現代農業技術發展迅猛，這也在很大程度上加快了我國農業生產水平的發展。傳統的農業生產從翻耕到收獲全部采用人工的形式，這種作業形式相較于機械化作業效率較差且質量不能保障。近年來為了實現農業生產的全面機械化，降低農業植保的污染度，植保無人機已經在部分地區使用[1]。人工手動噴霧器和背負式電動噴霧器也存在作業強度大、時間長、效率低、施藥作業人員易中毒、藥液用水量大等缺點[2]。為推動新農業新型主體的快速發展，提前預防病害蟲害，降低損耗，大力推進統防統治、少用化學農藥、科學使用農藥，努力實現減量控害、節本增效、農藥零增長，植保無人機在水稻的專業化統防統治上將會更廣泛[3]。無人機的全面推廣證明我國開始向機械化農業生產模式邁進，也證明了我國在農業科技上的巨大進步。采用植保無人機在空中噴灑農藥，會達到減少植物病蟲害的統防統治目的，同時在藥劑配置上和操作方法上也對作業者提出了更高的要求。

1.2 無人機國外、國內的使用情況

植保無人機主要應用地區集中在亞洲。其中，日本與韓國是使用小型植保無人機較多的國家。而在歐美國家則是利用大型飛機進行農藥噴灑作業，由于小型植保無人機作業面積較小，因此，在農藥噴灑工作上，無法起到很好的效果。再加上美國航空領域非常廣闊，所以，在水稻病蟲害防治工作中，美國基本上都采用大型無人機進行農藥噴灑[4]。由于我國人多地少，水稻種植又是以小型分散式農田為主，在進行農藥噴灑時，大型機械進入農田工作 將造成機械的沉陷。因此，我國水稻病蟲害防治目前主要采用人工作業的形式。近幾年來，對小型植保無人機進行一些創新與改良后，我國植保無人機才逐步得到推廣的工作。

1.3 植保無人機簡介

植保無人機屬于遙控模式的小飛機，專門應用于農藥的噴灑，這種機械體積相對較小，但是相對于傳統農藥噴灑的操作卻擁有較強的優越性，最大起飛重量能夠承載25kg以上，其中包括10kg以上的農藥[5]。噴灑水稻農藥時為低空操作，平均667m2地能夠在半分鐘之內完成作業，而傳統的人工噴灑農藥方式完成667m2地平均用時半個小時左右。可見，植保無人機工作效率相當于傳統農藥噴灑效率的60倍[6]。此外，植保無人機為智能操作，操作人員在地面上利用智能手機和遙控器指揮無人機作業，利用多旋翼無人機向下的強烈旋轉氣流在風力翻滾和搖晃農作物的同時噴灑農藥能夠更好的讓藥液粘在植物的每一張葉片上，在下方的農作物形成一個的紊流區，可以非常均勻地噴灑農藥，因此能夠將部分農藥噴灑落到莖葉背面和根上部，這是目前人工和其他噴灑的設施設備無法做到的噴灑質量。由于多旋翼飛機下風力集中，采用超細霧狀噴灑比較容易透過植物絨毛的表面形成一層農藥膜，有效的提高了對農作物的防治效果。在此基礎上，無人機由GPS裝置全自主飛行噴灑農藥，噴灑作業人員避免了直接接觸農藥，保障了操作人員的安全。即使采取手動遙控作業，作業人員與無人機的距離較遠，發生操作故障或緊急情況時也不會對在場的工作人員造成危害。如果在植保無人機上加裝了攝影鏡頭，還能通過所拍下的視頻對病蟲害進行實時監控[7]。多旋翼無人機具有作業時高度低，飄移減少，可空中懸停，無需專用的起降機場。由此可見，植保無人機具有遙控操作方便，防治效果好，噴灑作業安全等諸多優點。

另外，多旋翼電動植保無人機噴灑技術采用超細噴霧噴灑方式至少可以節約30%的農藥使用量和用水量，有效減少了農藥殘留和土壤殘留，符合了綠色農業的發展要求。電動無人機與油動的相比，整體尺寸更小，重量更輕，折舊率更低、單位作業人工成本不高、易保養。

2 國內植保無人機在水稻病蟲害防治上的應用

2.1 植保無人機在水稻病蟲害防治工作的研究進展

由于我國人多地少，南方水稻種植又是以小型分散式農田為主，在進行農藥噴灑時，如果大型機械進入農田工作將造成機械的沉陷。因此，我國南方主要采用人工操作無人機的操作形式進行水稻的農藥噴灑。近年來，南方各地根據我國水稻種植的特點，對小型植保無人機進行了多方面的創新與改良，使其更適應我國農田種植的實際情況。自2011年開始，我國對小型植保無人機進行了大規模示范與使用，不僅提高了水稻種植的機械化程度，而且在病蟲害防治中，也取得了一定的應用成果。

2.2 植保無人機在水稻病蟲害防治工作的優點

應用于水稻病蟲害防治作業中的植保無人機按機翼分為單旋翼植保無人機、多旋翼植保無人機2種，按動力源可分為電動植保無人機和油動植保無人機2大類，電動無人機與油動的相比，整體尺寸小，重量輕，攜帶方便、折舊率更低、單位作業人工成本不高、易保養，地形要求低，作業不受海拔限制，起飛調校短、效率高、出勤率高[9]。

2.3 全程機械化作業

農業生產機械化進程的快速發展中，水稻種植也基本上實現了收割和插秧全面機械化的水平。但是，在農藥的噴灑環節上基本上還是靠人工噴灑的形式進行。人工操作不但沒有效率且并不能保障噴灑的均勻性，效果不佳。而無人機噴灑能夠有效降低噴灑過程的勞動強度，且能夠在很大程度上提高噴灑的質量。在無人機的開發和實施過程中農業生產已經全面實現了全程機械化作業[9]。

2.4 適應多種地形

水稻田對機械的要求較高，很多水稻田都沒有規則且較為雜亂，原始的作業形式只需要有較小的空間便能噴灑農藥。但是在稻田里面穿行很容易對部分水稻葉片受到損傷，而且作業人也容易受到農藥的感染而出現中毒現象。而其他地面形式的機械噴灑無法進入農田，在這樣的情況下，無人機就能夠展現出硬件和軟件結合成仿地形飛行作業噴灑，能夠在飛行時一直與植物保持安全的飛行高度。只需要起飛的地點和降落的地點便能夠實現不限地形的農藥噴灑作業，對地形的適應能力比其它機械強很多。

2.5 提高統防統治效率

因為無人機的機型較小，因此使用比較方便且統防統治效率高。生產無人機的很多廠家都會為農民提供無人機的使用方案，并隨其進行基礎講解與演示。根據本人歷年來的作業數字統計：無人機作業效率相當于人工效率的30至60倍。如此鮮明的對比，可見，無人機的全面推行勢在必行。

3 在水稻病蟲害防治作業中推廣無人機存在的問題

3.1 技術人員短缺

植保無人機在水稻病蟲害的應用過程中由于技術人員操作問題，經常出現噴灑不當的現象。因為無人機是最近一段時間才開始被使用在我國南方，人們對無人機的了解還比較少，且無人機在推進過程中沒有考慮到操作人員的技術水平和專業能力，導致無人機雖然在效率上提高了對水稻病蟲害的統防統治農藥噴灑效率。但是由于技術人員欠缺，作物的統防統治需要提前排隊才能進行無人機機械噴灑，這很大程度的影響了農藥的最佳防治噴灑時期，延誤防治工作，導致統防統治工作無法在短時間內完成。據統計，2014年我國植保無人機保有量為695架，飛控手人數1100多人，總作業面積28.4萬hm2;2015年我國植保無人機保有量為2324架(31個省統計)，總作業面積76.85萬hm2，增長幅度分別為234%、170.6%。預計到2020年名中國對植保無人機的需求量是10萬架，從業人員需求量達到40萬人。

3.2 缺乏操作規范性，使用效率不高

植保無人機的規范性使用，主要受到兩方面因素的影響。一是機器本身功能設置的規范性。目前，植保無人機還沒有統一的設置規范和標準，因為無人機還處于試用階段，針對機器的管理機構并沒有設立，導致了現在市場上的植保無人機各部分的功能參數參差不齊。二是操作技術的規范性。植保無人機因為沒有統一的功能設置標準，農民在使用無人機的過程中一旦出現問題只能和廠商直接聯系，廠商通常會派遣技術人員指導和遠程指導。由于農民文化水平較低，而且也沒有進行過專業的培訓，但是，水稻的病蟲害一旦發生便會快速蔓延，需要及時噴灑農藥，以免錯過最佳的防治時間，所以遠程指導有時并不能解決無人機使用過程中的燃眉之急，即使能及時解決了個別問題，也會大大降低植保無人機的使用效率。

3.3 藥劑掌控問題

植保無人機掌控問題包括藥液精準配制的技術問題以及缺乏專用藥劑產品的問題。植保無人機所用的藥液濃度高，用水量少，需要精準配制。根據筆者近年來的作業經驗，植保無人機一般噴667m2水稻只需要用1～1.3kg水即可，這就要求農藥的配制需要非常精準，這和傳統噴壺模式的藥劑對比有非常大的差別。因此，無人機的藥劑掌控非常重要，現階段，無人機的藥劑大部分都是由農民自己選擇。目前市場上常見的農藥都不是專門針對無人機使用而設定的藥劑，一旦使用了非無人機專用農藥，無人機在作業過程中就會經常出現噴灑故障，比如藥量無法均勻噴灑等現象。目前，廠家只提供無人機的銷售，并沒配套銷售無人機專用的水稻農藥，也并未明確說明無人機適用什么種類的農藥，這大大的降低了水稻病蟲害的預防效率。

4 推廣植保無人機的對策

4.1 培養專業技術人才

要提高無人機在水稻病蟲害防治工作中的應用效果，首先面臨的就是操作人員的技術培訓問題。但是目前現在的無人機飛手基本沒系統學習過植物的基本知識和相關的農藥專業知識，專業化水平較低。有些飛手能夠實現飛防作業，但是并未經過相關的考核，而且購置無人機的基本都是種植大戶，種植大戶基本上都是普通農民，且年齡在40～60歲之間，他們對新知識的接受能力較差，這是推廣無人機應用的首先要解決的問題。鑒于此，本人認為應在當地的農業部門設立無人機使用培訓機構，提高無人機工作者的專業素質。無人機使用培訓機構要制定科學的人才培養的制度和具備完善的課程設計。培訓的內容應包括三個環節——理論學習、模擬操作及實踐飛行、考證。在培訓課程的設置上，還要注意無人機的維修和養護方面知識的培訓。為了提高培訓質量，培訓結束后必須對參與培訓的學員進行考核。

4.2 加強操作的規范性管理

為了加強植保無人機的規范性管理，相關部門應編寫規范性的使用制度及操作規程。操作規程包括以下內容：1.對植保無人機接貨的檢查。2.對植保無人機使用要求。3.對植保無人機啟動前和飛行結束后的檢查。4.對植保無人機操作人員的要求。5.對植保無人機飛行作業要求。在無人機的操作過程中，天氣因素和地理因素都會對無人機的噴藥效果造成影響，特別需要注意的是陰雨天不能強行使用無人機，在風力級別較大的天氣也不能進行作業。在地理上主要體現在：作業區域范圍內的十米之內不能有人員居住且這一范圍內沒有防護林和高壓線等障礙物，且田間有能夠讓操作人員行走的空間。

現在市面上使用較為廣泛的植保無人機在技術領域上已逐漸成熟，且具有良好的植保防治效果，尤其是在水稻病蟲害的防治上效果更好。植保無人機如今還有部分的機器沒有斷點巡航功能，一旦機械出現故障就從而無法記錄上次的噴灑地點，不能準確的對水稻繼續進行定點噴灑，這樣就會出現重復噴灑和遺漏噴灑的問題。為了避免這樣的情況發生，建議無人機管理部門應規范所有無人機必須具備斷點巡航功能，以減少由于電力和故障而出現重復噴灑的現象，影響水稻病蟲害的防治效果。其次，為了提高無人機的安全系數，應該采用載波相位差分技術保障無人機能夠達到厘米級的精準度，保障定位的絕對準確性，根據開始設計的航線達到厘米級的自主形式。以往的無人機大多數都是采用GPS定位，有時候會受到周邊環境的影響將信號誤差的概率增大，不能精準的實現當前地點定位。例如，在一些地區的無人機噴灑過程中，無人機距離水稻的高度為3m，3m的高度能夠有效的保障飛機的安全系數，但是在藥效上卻不能完善保障。若采用載波相位差分技術對其進行精準定位，那么水稻的病蟲害統防統治效果將進一步提升。為了加強無人機在農業水稻病蟲害防治的效果，應大力推廣智能化機械設備，保障無人機市場的有序發展，進一步加強無人機使用的規范性。

4.3 加強農藥的規范使用

近年來采用無人機進行農藥噴灑已經受到越來越多人的認同，但市場上無人機專用農藥十分缺乏，極大地制約了無人機行業的發展。這兩年來，全國多省也相繼成立了植保無人機專用農藥藥劑研發中心，旨在為植保無人機研發專用藥劑，這對于農藥減施增效、促進農藥使用零增長具有重大意義。如廣西，目前正與善思公司在全國首批達成納米農藥試驗示范合作。納米農藥技術是與無人機低容量噴霧相匹配的航空植保專用藥劑，對提升全區專業化統防統治水平，探討并制定無人機在水稻、甘蔗等作物上的作業技術規程有很大的推進作用。

在規范藥劑上，建議將不同類別的無人機分別采用不同的專用藥劑進行效果對比，通過對比效果，在不同地區，選擇對水稻防治效果最好的無人機專用農藥。藥劑的使用也要結合當地的環境氣候選擇。目前專門應用于無人機的藥劑較少，傳統的農藥平均667m2地需要用水幾十公斤以上，而無人機需要的水和藥劑量并不多，但是濃度卻相較于傳統農藥高出很多。因此支持研制毒性較低且藥效持久無人機專用藥是迫不急待的。

綜上所述，植保無人機不但具有效率高且安全性能高等特點，而且還能降低勞動力的成本和藥劑使用量，減少農業成本的支出，很大程度上提高了農民的經濟效益，同時也進一步保護了農業生態環境。由此可見，無人機經過一段時間的推廣應用，勢必會突破局限，為把農業生產推向全機械化、綠色發展方向發展奠定堅實的基礎。