植保無(wú)人機(jī)作業(yè)參數(shù)對(duì)茶樹(shù)冠層霧滴沉積分布特性的影響

胡傳峰

（信陽(yáng)市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全檢測(cè)中心，河南 信陽(yáng) 464000）

我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，擁有1.35億hm2耕地、近3億農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者，按照每年4次病蟲草害防治，每年的病蟲草害防治面積為5.4億hm2次。農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程分為耕、種、管、收4個(gè)環(huán)節(jié)。根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局的數(shù)據(jù)，在2016年，農(nóng)業(yè)耕地機(jī)械化占50%，播種機(jī)械化占64%，收割機(jī)械化占89%，而管理機(jī)械化只占不到7%。從2014年到2017年，我國(guó)鄉(xiāng)村人口占總?cè)丝诘谋壤?8.24%下降至34.47%，而且65歲以上的老人66.67%都在農(nóng)村，可見(jiàn)農(nóng)村的老齡化越來(lái)越嚴(yán)重，勞動(dòng)力也極其短缺，這對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了巨大的影響，對(duì)農(nóng)村現(xiàn)代化進(jìn)步也造成了阻礙。因此，提高機(jī)械化程度是農(nóng)業(yè)發(fā)展過(guò)程中必不可缺的。2016—2020年的“十三五”規(guī)劃指出，讓農(nóng)田標(biāo)準(zhǔn)化、農(nóng)業(yè)機(jī)械化成為我國(guó)農(nóng)村發(fā)展的核心，而想要將機(jī)械化農(nóng)業(yè)做到精準(zhǔn)、智能、高效，制定合理的農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)參數(shù)是必然的，農(nóng)用無(wú)人機(jī)作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中最薄弱的“管”這一環(huán)節(jié)的主力農(nóng)業(yè)機(jī)械，制定出合理的作業(yè)參數(shù)并能夠有效地對(duì)病蟲草害進(jìn)行防治，對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械化程度的提高具有重大意義。隨著科技的不斷進(jìn)步以及國(guó)家政策的不斷扶持，航空植保技術(shù)在近年來(lái)也得到了飛速的提升［1-11］。經(jīng)過(guò)不懈的努力及國(guó)家政策的支持，到2016年我國(guó)農(nóng)用植保無(wú)人機(jī)數(shù)量已經(jīng)超過(guò)日本，位居世界第一位。近幾年，我國(guó)航空植保作業(yè)面積更是大幅增加，這預(yù)示著我國(guó)農(nóng)業(yè)植保產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)入全新時(shí)代。

多旋翼農(nóng)用無(wú)人機(jī)適用多種地形，能夠應(yīng)付各種復(fù)雜多變的作業(yè)環(huán)境，旋翼引起的氣流也可以將藥液更加均勻地噴灑在作物的正反面，對(duì)于突發(fā)的農(nóng)業(yè)病蟲害防治能力反應(yīng)比較快、作業(yè)效率高、不碾壓作物、節(jié)約用水量，這是傳統(tǒng)背負(fù)式噴霧器遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及的，因而能夠在世界范圍內(nèi)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。目前，多旋翼農(nóng)用無(wú)人機(jī)采用的是壓力式噴頭及離心式噴頭2種，壓力式噴頭由于開(kāi)孔比較小，在應(yīng)用過(guò)程中很容易出現(xiàn)堵塞的問(wèn)題。極飛農(nóng)用植保無(wú)人機(jī)XP2020采用的是離心式噴頭，離心式噴頭的口徑相對(duì)于壓力式噴頭來(lái)說(shuō)比較大，并且可以控制噴頭電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而可以調(diào)節(jié)離心噴頭甩出來(lái)的霧滴大小，這樣可以針對(duì)農(nóng)田中不同的情況噴灑大小不同的霧滴，有利于提高霧滴沉積分布，達(dá)到有效防治的目的。以極飛農(nóng)用植保無(wú)人機(jī)XP2020為研究對(duì)象，探討植保無(wú)人機(jī)作業(yè)高度和噴幅寬度對(duì)茶樹(shù)冠層霧滴沉積分布特性的影響，為植保無(wú)人機(jī)的高效利用提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試植保無(wú)人機(jī)是極飛農(nóng)用植保無(wú)人機(jī)XP2020，由廣州極飛科技有限公司生產(chǎn)，其技術(shù)參數(shù)詳見(jiàn)表1。大疆霧滴分析儀，由深州市大疆創(chuàng)新科技有限公司生產(chǎn)。水敏試紙，由先正達(dá)農(nóng)業(yè)有限公司生產(chǎn)。

表1 極飛農(nóng)用植保無(wú)人機(jī)XP2020技術(shù)參數(shù)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2020年10月—2021年3月在信陽(yáng)市浉河區(qū)浉河港鎮(zhèn)郝家沖村茶園（114°08′34″E、31°24′06″N）進(jìn)行。試驗(yàn)開(kāi)始之前，在茶園中尋找一塊地形相對(duì)平坦并且適合植保無(wú)人機(jī)正常飛行作業(yè)的田地，然后打開(kāi)“極飛農(nóng)業(yè)”APP，連接確山固定基站，對(duì)試驗(yàn)地塊進(jìn)行測(cè)繪，測(cè)量出一塊80 m×45 m的田地，測(cè)繪好的地塊用“極飛農(nóng)業(yè)”APP中的分割線功能隔離劃分為9個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)的大小為80 m×5 m。在每個(gè)小區(qū)中隨機(jī)找到一排茶樹(shù)，每排茶樹(shù)設(shè)置5個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，重復(fù)3次，用曲別針將水敏試紙分別安插在試驗(yàn)點(diǎn)的上、中、下層，利用水敏試紙遇水顯色的原理，在飛行結(jié)束后收集水敏試紙，觀察分析霧滴沉積分布特性。

根據(jù)預(yù)試驗(yàn)結(jié)果，霧滴沉積分布特性與環(huán)境風(fēng)速以及植保無(wú)人機(jī)的飛行高度、飛行噴幅、噴頭種類有較大的關(guān)系。在試驗(yàn)飛行過(guò)程中，保持用量、霧滴大小以及飛行速度不變，分別為15 000 mL/hm2、135 μm、5 m/s，設(shè)置不同的作業(yè)高度（2.0、2.5、3.0 m）和噴幅寬度（3.5、4.0、4.5 m），研究其對(duì)霧滴沉積分布的影響。試驗(yàn)共飛行9個(gè)架次，分別在每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)中進(jìn)行。

將植保無(wú)人機(jī)放在試驗(yàn)小區(qū)旁的空地，然后將植保無(wú)人機(jī)藥壺加入5 L清水，在“極飛農(nóng)業(yè)”APP中對(duì)飛行參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，疏散人員距離植保無(wú)人機(jī)10 m以外，待風(fēng)速穩(wěn)定之后，啟動(dòng)植保無(wú)人機(jī)在小區(qū)中進(jìn)行試驗(yàn)。每次飛行試驗(yàn)結(jié)束后等待5～10 min，使得噴灑出的霧滴完全沉落，帶上橡膠手套，將所有試驗(yàn)點(diǎn)的水敏試紙收集到自封袋中，并用記號(hào)筆在袋子上標(biāo)記飛行參數(shù)和編號(hào)。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

將試驗(yàn)中的水敏試紙用大疆霧滴分析儀進(jìn)行分析，得出霧滴密度、霧滴覆蓋率。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)使用Excel 2017進(jìn)行匯總整理，利用SPSS 22軟件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 植保無(wú)人機(jī)作業(yè)高度和噴幅寬度對(duì)茶樹(shù)冠層霧滴密度的影響

從表2可以看出，當(dāng)植保無(wú)人機(jī)在作業(yè)高度為2.0 m時(shí)，噴幅寬度越大，茶樹(shù)各層冠層霧滴密度越小。當(dāng)噴幅達(dá)到4.5 m時(shí)，下層冠層霧滴密度最少，僅為14.02個(gè)/cm2。當(dāng)植保無(wú)人機(jī)在作業(yè)高度為2.5 m時(shí)，茶樹(shù)各層冠層霧滴密度隨著噴幅寬度的增加先增加后降低，噴幅寬度為4.0 m時(shí)，茶樹(shù)各層冠層霧滴密度均最大，其中上層冠層霧滴密度達(dá)到了72.56個(gè)/cm2。植保無(wú)人機(jī)在作業(yè)高度為3.0 m時(shí)，噴幅寬度越大，茶樹(shù)各層冠層霧滴密度越大。在相同噴幅寬度下，隨著作業(yè)高度增加，茶樹(shù)各層冠層霧滴密度先增加后降低，在2.5 m時(shí)最大。整體來(lái)看，在作業(yè)高度2.5 m、噴幅寬度4.0 m時(shí)，茶樹(shù)各層冠層霧滴密度最大。

表2 植保無(wú)人機(jī)作業(yè)高度和噴幅寬度對(duì)茶樹(shù)各層冠層霧滴密度的影響

由圖1可知，隨著作業(yè)高度增加，各噴幅寬度下茶樹(shù)冠層霧滴密度均先增加后降低，以作業(yè)高度2.5 m最大。隨著噴幅寬度增加，在飛行高度2.0 m時(shí)，茶樹(shù)冠層霧滴密度逐漸降低；在飛行高度2.5 m時(shí)，茶樹(shù)冠層霧滴密度先增加后降低，以噴幅寬度4.0 m最大；在飛行高度3.0 m時(shí)，茶樹(shù)冠層霧滴密度逐漸增加。整體來(lái)看，飛行高度2.5 m、噴幅寬度4.0 m組合茶樹(shù)冠層霧滴密度最大，飛行高度2.5 m、噴幅寬度3.5 m組合次之。

圖1 植保無(wú)人機(jī)作業(yè)高度和噴幅寬度對(duì)茶樹(shù)冠層霧滴密度的影響

綜上，植物無(wú)人機(jī)最佳作業(yè)參數(shù)為飛行高度2.5 m、噴幅寬度4.0 m。

2.2 植保無(wú)人機(jī)作業(yè)高度和噴幅寬度對(duì)茶樹(shù)冠層霧滴覆蓋度的影響

由圖2可知，隨著作業(yè)高度增加，各噴幅寬度下茶樹(shù)冠層霧滴覆蓋度均先增加后降低，以作業(yè)高度2.5 m最大。隨著噴幅寬度增加，在飛行高度2.0 m時(shí)，茶樹(shù)冠層霧滴覆蓋度逐漸降低；在飛行高度2.5 m時(shí)，茶樹(shù)冠層霧滴覆蓋度先增加后降低，以噴幅寬度4.0 m最大；在飛行高度3.0 m時(shí)，茶樹(shù)冠層霧滴覆蓋度逐漸增加。整體來(lái)看，飛行高度2.5 m、噴幅寬度4.0 m組合茶樹(shù)冠層霧滴覆蓋度最大，飛行高度2.5 m、噴幅寬度3.5 m組合次之。綜上，植保無(wú)人機(jī)最佳作業(yè)參數(shù)為飛行高度2.5 m、噴幅寬度4.0 m。

圖2 植保無(wú)人機(jī)作業(yè)高度和噴幅寬度對(duì)茶樹(shù)冠層霧滴覆蓋度的影響

3 結(jié)論

為了研究植保無(wú)人機(jī)在茶樹(shù)上的最佳作業(yè)效果，以極飛農(nóng)用植保無(wú)人機(jī)XP2020為研究對(duì)象，研究植保無(wú)人機(jī)作業(yè)高度和噴幅寬度對(duì)茶樹(shù)冠層霧滴密度和霧滴覆蓋度的影響，為植保無(wú)人機(jī)的高效利用提供參考。結(jié)果表明，隨著作業(yè)高度增加，各噴幅寬度下茶樹(shù)冠層霧滴密度和霧滴覆蓋度均先增加后降低，以作業(yè)高度2.5 m最大。隨著噴幅寬度增加，在飛行高度2.0 m時(shí)，茶樹(shù)冠層霧滴密度和霧滴覆蓋度逐漸降低；在飛行高度2.5 m時(shí)，茶樹(shù)冠層霧滴密度和霧滴覆蓋度先增加后降低，以噴幅寬度4.0 m最大；在飛行高度3.0 m時(shí)，茶樹(shù)冠層霧滴密度和霧滴覆蓋度逐漸增加。整體來(lái)看，飛行高度2.5 m、噴幅寬度4.0 m組合茶樹(shù)冠層霧滴密度和霧滴覆蓋度最大，飛行高度2.5 m、噴幅寬度3.5 m組合次之。綜上，當(dāng)作業(yè)高度2.5 m、噴幅寬度4.0 m時(shí)，茶樹(shù)冠層霧滴密度和霧滴覆蓋度均最大，霧滴沉積分布最均勻，能夠?qū)Σ枞~病蟲害的發(fā)生達(dá)到有效防治，作業(yè)效果最佳。

植保無(wú)人機(jī)在農(nóng)田飛行作業(yè)時(shí)，除了作業(yè)參數(shù)對(duì)其作業(yè)效果有影響外，環(huán)境因素也會(huì)導(dǎo)致霧滴沉積分布不均勻。如果風(fēng)速過(guò)大，風(fēng)力超過(guò)4級(jí)，植保無(wú)人機(jī)在農(nóng)田作業(yè)不能達(dá)到有效防治，建議此種情況下不要繼續(xù)作業(yè)；當(dāng)環(huán)境溫度過(guò)高時(shí)，高溫會(huì)導(dǎo)致植保無(wú)人機(jī)噴灑出來(lái)的霧滴蒸發(fā)，也會(huì)影響霧滴沉積。