植保無人機在江蘇農(nóng)墾稻麥病蟲草害防治中的應(yīng)用及展望

秦建華，耿輝輝，李艷朋，伏 進，羅登忠，孫文忠，朱忠陽

（江蘇省農(nóng)墾農(nóng)業(yè)發(fā)展股份有限公司，江蘇南京210008）

作物病蟲草害是制約糧食生產(chǎn)的重要因素之一。隨著全球氣候的變化，我國病蟲草害發(fā)生的面積和種類有逐年增加的趨勢[1]。農(nóng)村土地流轉(zhuǎn)加快、土地兼并產(chǎn)生的家庭農(nóng)場等新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體與種植方式越來越普遍[2]；城市化進程加快，農(nóng)村勞動力向城市轉(zhuǎn)移，人口老齡化造成勞動力短缺以及人工成本大幅上升[3]；施藥器械落后帶來的工作效率低、農(nóng)藥中毒事件頻發(fā)等問題嚴(yán)重[4]；這些因素使得傳統(tǒng)的農(nóng)藥使用技術(shù)難以適應(yīng)當(dāng)下農(nóng)業(yè)發(fā)展全程機械化的需求。國外農(nóng)業(yè)發(fā)展的趨勢表明，使用飛機進行航空施藥是目前較為高效的施藥手段[5]。航空施藥與地面施藥相比，具有工作效率高、不受地形因素的限制、施藥均勻且穿透性好等優(yōu)點。同時，施藥時人機分離，能夠降低藥劑對人體的影響，飛機產(chǎn)生的下旋氣流可有效減少藥劑的漂移，減少對環(huán)境的危害[6]。植保無人機作為航空施藥的一種新機型異軍突起，在我國近幾年的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)展迅速。

1 國內(nèi)植保無人機施藥技術(shù)的發(fā)展概況

我國航空施藥起步相對較晚，最早可追溯到20世紀(jì)50年代初，當(dāng)時以載人固定翼飛機為主，并在很長一段時間內(nèi)占據(jù)飛防的主要地位[7]。20世紀(jì)90年代，隨著專門配置于輕型飛機的農(nóng)藥噴灑設(shè)備應(yīng)用，無人機施藥應(yīng)用于農(nóng)田雜草防除和病蟲害防治的面積越來越大[8]。

目前，國內(nèi)無人機生產(chǎn)銷售企業(yè)200多家，其中160多種植保無人機投入市場[9]，常見的植保無人機品牌主要有深圳大疆、極飛科技、安陽全豐等，主要在水稻、小麥、玉米、棉花等作物上開展病蟲害防治工作。

國內(nèi)使用的植保無人機按動力可分為電動和機動，按結(jié)構(gòu)主要分為單旋翼和多旋翼[10]。人為控制無人機飛行與施藥已不能滿足當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。隨著精準(zhǔn)施藥的推行和信息技術(shù)的發(fā)展，越來越多的新技術(shù)與無人機聯(lián)系起來，如遙感技術(shù)、Global Positioning System（GPS）導(dǎo)航技術(shù)、Geographic Information System（GIS）系統(tǒng)、DecisionSupportSystem（DSS）系統(tǒng)等新技術(shù)的加入，促進了植保無人機的進一步發(fā)展[11]。目前，全國農(nóng)業(yè)航空技術(shù)95%以上用于航空植保作業(yè)，還有5%左右用于農(nóng)情信息獲取、航空拍攝、農(nóng)作物的輔助育種等[12]。

2 江蘇農(nóng)墾植保無人機的應(yīng)用情況

江蘇省農(nóng)墾農(nóng)業(yè)發(fā)展股份有限公司作為江蘇農(nóng)墾集團有限公司農(nóng)業(yè)上市版塊，現(xiàn)有耕地超7.3萬hm2，其中本部種植5.93萬hm2、外拓種植1.4萬hm2，主要是稻麥輪作種植。公司全面推進稻麥綠色優(yōu)質(zhì)高效模式提升活動，全年稻麥產(chǎn)量在18 000 kg/hm2左右。

江蘇農(nóng)墾從2012年開始逐步了解植保無人機對病蟲害的應(yīng)用情況，2017—2019年連續(xù)3年針對植保無人機對稻麥病蟲草害防治效果進行立項研究，分別針對不同無人機廠家、不同無人機機型以及植保無人機噴施不同藥劑與常規(guī)自走式噴霧機進行防治效果對比等開展試驗示范。其中，東辛、新洋、黃海、白馬湖、云臺、復(fù)興圩等分公司在小麥赤霉病的防效試驗中，試驗面積均達6 hm2。連續(xù)3年的試驗結(jié)果表明，植保無人機防治小麥赤霉病的效果與常規(guī)自走式噴霧機防效相當(dāng)，均能達到較好的防治效果。在試驗之外，各分公司進行大面積示范，植保無人機對小麥赤霉病的病害防治效果較好，未對小麥產(chǎn)量產(chǎn)生明顯影響[13-14]。在2018、2019年水稻綜合病蟲草害防治中，東辛、新洋、黃海、復(fù)興圩、白馬湖、臨海、淮海分公司使用植保無人機和常規(guī)自走式噴霧機同一時間噴施相同藥劑配方進行試驗示范對比，田間防效結(jié)果表明，植保無人機對葉瘟、紋枯病、穗頸瘟、飛虱處理等主要病蟲害的防治效果與常規(guī)自走式噴霧機防效相當(dāng)，與空白清水對照比較，防治效果均在90%以上。

由于植保無人機對稻麥病蟲草防治效果的良好表現(xiàn)，植保無人機示范應(yīng)用面積由2017年511.3 hm2次增加到2018年的2.8萬hm2次，2019年植保無人機的應(yīng)用達15.2萬hm2次，其中水稻應(yīng)用11.5萬hm2次，小麥應(yīng)用3.7萬hm2次。目前墾區(qū)植保無人機作業(yè)模式主要有3種：分公司自行購買并培訓(xùn)員工操作、購買植保無人機服務(wù)公司作業(yè)服務(wù)、外包給植保無人機服務(wù)公司。購買使用的植保無人機品牌以大疆、極飛為主，試驗示范的機型有大疆MG-1P、大疆 T16、極飛 P20、極飛 P30、安陽全豐自由鷹1S等。

3 植保無人機應(yīng)用存在的問題

3.1 續(xù)航時間短制約作業(yè)效率

植保無人機續(xù)航時間短及載液量少制約其作業(yè)效率，尤其在墾區(qū)條田長度超過800 m情況下，飛機無效作業(yè)時間占比大，達到56%。

3.2 植保無人機電池與信號存在不穩(wěn)定現(xiàn)象

電池在低溫環(huán)境下需自動加熱一段時間才能進行使用，在高溫條件下無法進行充電作業(yè)，導(dǎo)致無人機作業(yè)耗費大量時間，同時，無人機在作業(yè)過程中經(jīng)常出現(xiàn)信號異常問題，致使無人機作業(yè)時間延遲，甚至突然出現(xiàn)墜機現(xiàn)象，損失嚴(yán)重。

3.3 植保無人機施藥易受環(huán)境影響

風(fēng)力大小是影響無人機能否正常作業(yè)的主要因素，風(fēng)力超過3級時，會導(dǎo)致無人機施藥不均，出現(xiàn)重噴漏噴現(xiàn)象，難以補噴，造成防治效果不佳；其次，高溫天氣作業(yè)時霧滴小易揮發(fā)，難以沉積到作物上發(fā)揮藥效；第三，植保無人機噴灑的藥液霧滴小，易受風(fēng)力影響產(chǎn)生漂移，對周邊作物造成藥害。

3.4 植保無人機配套服務(wù)不到位

農(nóng)藥劑型是影響農(nóng)藥實際作用效果的重要因素。當(dāng)前，植保無人機作業(yè)服務(wù)使用的藥劑主要以常規(guī)藥劑為主，藥劑使用量在無人機施藥時不適合低水量施藥要求，藥液濃度大，藥害現(xiàn)象時有發(fā)生；常規(guī)藥劑以可濕性粉劑、懸浮劑等劑型為主，低水量溶解時易飽和，導(dǎo)致沉淀現(xiàn)象或藥劑間反應(yīng)，影響防效。新型的適合無人機施用藥劑的研發(fā)缺乏。

3.5 植保無人機專業(yè)化服務(wù)水平亟待提高

專業(yè)化的飛防組織為航空施藥的普及帶來生機，但缺乏相應(yīng)的植保服務(wù)，在缺少田間調(diào)查的情況下進行統(tǒng)防統(tǒng)治，易造成成本增加或者防治不力的問題；飛防組織對作業(yè)過程中無人機出現(xiàn)故障維修不及時，會導(dǎo)致錯過防治最佳時期。另外，飛防組織的操作人員飛防經(jīng)驗不足及對無人機操作的穩(wěn)定性不夠，也是影響飛防質(zhì)量的一大因素。

4 展望

植保無人機作為墾區(qū)稻麥病蟲草害防治的先進施藥方式還處于試驗探索階段，實際生產(chǎn)過程中還存在諸多問題和不足，但其操作靈活、實際作業(yè)效率高、可規(guī)?；鳂I(yè)的特點，能有效解決現(xiàn)有勞動力不足、勞動力成本高和作業(yè)效率低的問題，是一種真正解放生產(chǎn)力的先進農(nóng)業(yè)工具。其施藥作業(yè)能避免常規(guī)自走式噴霧機在田間行走對產(chǎn)量造成損失的現(xiàn)象。同時，無人機的低量施藥技術(shù)響應(yīng)國家“減肥減藥”的號召，有利于減少農(nóng)產(chǎn)品及環(huán)境污染，保障了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全和生態(tài)環(huán)境安全。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中能否通過縮短田間長度，減少無人機空飛時間的措施，強化無人機優(yōu)勢等，值得進一步探索。

隨著飛防行業(yè)的持續(xù)發(fā)展、植保飛防隊伍與植保技術(shù)隊伍的深度合作、無人機廠家與農(nóng)藥廠家的深度合作以及植保無人機專用藥劑的深入研發(fā)等，無人機在性能穩(wěn)定、續(xù)航時間方面，還需繼續(xù)探索，藥劑研發(fā)、作業(yè)成本等方面還需不斷改進完善。近年來，隨著植保無人機的大力推廣，對植保無人機作業(yè)的各項參數(shù)及影響因素進行了一系列試驗探索，如：篩選不同施藥環(huán)境下的飛防參數(shù)替代現(xiàn)有的統(tǒng)一性參數(shù)，保證植保無人機在各種施藥環(huán)境下的最佳防效；研究噴施藥劑在作物冠層中的霧滴沉積量、霧化覆蓋率、穿透性和霧滴漂移控制對施藥效率和防效的影響；研發(fā)和選擇合適噴頭、改善霧化和機翼風(fēng)場的關(guān)系等措施，優(yōu)化施藥霧化和霧滴的沉積狀態(tài)；在無人機專用藥劑中添加沉淀劑及防漂移、防揮發(fā)等助劑，以減小風(fēng)力對施藥均勻性的影響等。

隨著產(chǎn)業(yè)融合和技術(shù)發(fā)展，無人機飛防技術(shù)將不斷完善、成熟，并向標(biāo)準(zhǔn)化、精確化、節(jié)水、安全的方向發(fā)展，必將成為未來農(nóng)業(yè)生產(chǎn)植保技術(shù)的有效工具。