多旋翼植保無(wú)人機(jī)施藥防控草原毛蟲技術(shù)研究

金麗華，王鐵城

（內(nèi)蒙古自治區(qū)通遼市科左中旗林業(yè)和草原工作站 內(nèi)蒙古，通遼 029300）

1 引言

草原，是生態(tài)環(huán)境體系中不容分割的一個(gè)重要部分，草原的生長(zhǎng)與發(fā)展影響著生物的多樣性，同時(shí)也影響著牧民的生活質(zhì)量。草原蟲害問題的肆意滋生，極大程度上降低了草地的質(zhì)量，降低了草地的載畜量，影響了草地的健康生長(zhǎng)。如何科學(xué)合理的應(yīng)對(duì)草原蟲害問題，成為了我們需要重點(diǎn)探索的領(lǐng)域。在過去的很長(zhǎng)一段時(shí)間當(dāng)中，黑龍江省給予草原生態(tài)畜牧業(yè)的發(fā)展充足的重視，通過運(yùn)用大型噴霧器以及背負(fù)式噴霧器相結(jié)合的形式意指草原蟲害問題的出現(xiàn)，盡管已經(jīng)取得了一定的成果，但與此同時(shí)，一系列新的問題也接踵而來(lái)，例如農(nóng)藥消耗量過大、人工作業(yè)壓力過大、對(duì)地形地貌條件要求過高等。我們急需一種效率更高、安全性更強(qiáng)、綠色環(huán)保型更加突出的毛蟲防控技術(shù)，為草原的生態(tài)平衡提供充足的保障。于是，植保無(wú)人機(jī)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。多旋翼植保無(wú)人機(jī)與常規(guī)的人工噴灑藥物相比，效率更高、形式更加便捷、農(nóng)藥的利用率更高，且無(wú)需受到地勢(shì)環(huán)境的影響，更有助于提高草原蟲害的防控水平。在下文中，我們就具體對(duì)于多旋翼植保無(wú)人機(jī)是要防控草原毛蟲技術(shù)開展分析。

2 試驗(yàn)區(qū)域具體情況介紹

本次試驗(yàn)選定在內(nèi)蒙古自治區(qū)開展，內(nèi)蒙古自治區(qū)的草原覆蓋面大，為當(dāng)?shù)匦竽翗I(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了有利的條件，也為本次實(shí)驗(yàn)工作的開展提供了充足的支持。近年來(lái)，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平飛速進(jìn)步的大背景下，草原資源受損極為嚴(yán)重，當(dāng)?shù)卦诔浞忠庾R(shí)到草原植被已經(jīng)遭受嚴(yán)重破壞情況下，實(shí)施了一系列草原保護(hù)條例，禁止在已經(jīng)出現(xiàn)沙化和堿化的草地上放牧，并在給予牧民合理補(bǔ)償?shù)那闆r下，規(guī)定牧民在特定季節(jié)放牧，以便給予草原生態(tài)足夠的恢復(fù)空間。試驗(yàn)區(qū)屬于大陸性半干旱半濕潤(rùn)氣候帶，海拔150-200m，三面環(huán)山，牧草豐富，降雨充沛，光照充足，土壤為淡黑鈣土，屬鹽基飽和土壤，地形相對(duì)較為復(fù)雜。草場(chǎng)建群種主要為鹽漬化羊草、有角堿蓬、多根蔥、狗尾草、星星草、堿蒿等，屬于草原毛蟲的高發(fā)區(qū)。一旦草原毛蟲問題爆發(fā)，毛蟲啃食草體，輕則導(dǎo)致草體無(wú)法健康生長(zhǎng)，重則導(dǎo)致草體枯黃死亡。

3 試驗(yàn)的過程與方法

3.1 試驗(yàn)的過程

所需藥劑為2%的苦參堿水劑和短穩(wěn)桿菌。應(yīng)用的器材為多旋翼植保無(wú)人機(jī)、小彩旗、卷尺、剪刀、白紙等。本次實(shí)驗(yàn)開展過程中運(yùn)用的無(wú)人機(jī)標(biāo)準(zhǔn)載重量為10kg，最大有效起飛重量為23kg，配備多個(gè)鴨嘴式噴頭，所產(chǎn)生的最大功耗為6400w，飛行速度約為7m/s，精度較高，能夠靈活躲避障礙物，定位能力突出強(qiáng)。結(jié)合試驗(yàn)區(qū)域的規(guī)模以及無(wú)人機(jī)的蓄電能力，配備多臺(tái)多旋翼植保無(wú)人機(jī)共同開展作業(yè)。

3.2 試驗(yàn)的方法

結(jié)合《草地毛蟲生物防治技術(shù)規(guī)程》、《草地鼠蟲害、毒鼠調(diào)查技術(shù)規(guī)程》、《草原蟲害直升飛機(jī)防治技術(shù)規(guī)程》等落實(shí)草原毛蟲的防治與防控工作，運(yùn)用多旋翼無(wú)人機(jī)在實(shí)驗(yàn)區(qū)域內(nèi)噴灑抑制毛蟲生長(zhǎng)的藥物，觀察藥物的噴灑情況以及毛蟲病害的控制情況。

4 研究的成果

4.1 多旋翼植保無(wú)人機(jī)的基本參數(shù)測(cè)定

為了確保本次試驗(yàn)工作能夠得以順利、有效的開展，在正式落實(shí)試驗(yàn)工作之前，試驗(yàn)人員特地對(duì)于本次試驗(yàn)所運(yùn)用到的多旋翼植保無(wú)人機(jī)防控技術(shù)的作業(yè)參數(shù)進(jìn)行了測(cè)試了解，其目的是為了更加精準(zhǔn)、細(xì)致的把控多旋翼植保無(wú)人機(jī)在試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)防控草原毛蟲的基本性能。在確定多旋翼植保無(wú)人機(jī)處在正常運(yùn)行狀態(tài)下時(shí)，分別開展了三次參數(shù)測(cè)定試驗(yàn)，試驗(yàn)當(dāng)天天氣為無(wú)風(fēng)。多旋翼植保無(wú)人機(jī)的載藥量為7kg，第一次測(cè)驗(yàn)，將多旋翼植保無(wú)人機(jī)的飛行高度控制在2m，飛行速度保持5m/s 不變，此時(shí)噴霧的寬度約為4.5m，霧滴約為34滴/cm；第二次測(cè)驗(yàn)，將多旋翼植保無(wú)人機(jī)的飛行高度控制在2.5m，飛行速度保持5m/s 不變，此時(shí)噴霧的寬度約為5.5m，霧滴約為30滴/cm；第三次測(cè)驗(yàn)，將多旋翼植保無(wú)人機(jī)的飛行高度控制在3m，飛行速度保持5m/s 不變，此時(shí)噴霧的寬度約為7.5m，霧滴約為50滴/cm。

4.2 多旋翼植保無(wú)人機(jī)的草原毛蟲防控效果實(shí)驗(yàn)

在正式施藥之前，技術(shù)人員特別對(duì)于實(shí)驗(yàn)區(qū)域內(nèi)的防前密度開展的調(diào)查，分別在施藥完成后的3d、5d、7d 獲取防控效果數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行深層分析。本次測(cè)驗(yàn)所運(yùn)用到的藥品為短穩(wěn)桿菌以及2%的苦參堿。在使用短穩(wěn)感菌進(jìn)行測(cè)驗(yàn)時(shí)，藥劑為225mL/hm，防前平均蟲口的密度為46/m，防后平均蟲口的密度為5/m，平均防控效果為89.21%；藥劑為300mL/hm，防前平均蟲口密度為55/m，防后平均蟲口的密度為4.33/m，平均防控效果為92.12%；藥劑為375mL/hm，防前平均蟲口密度為87/m，防后平均蟲口密度為5.67/m，平均防控效果為93.46%。在使用2%的苦參堿進(jìn)行測(cè)驗(yàn)時(shí)，藥劑為150mL/hm，防前平均蟲口的密度為87/m，防后平均蟲口的密度為9/m，平均防控效果為89.69%；藥劑為225mL/hm，防前平均蟲口的密度為36/m，防后平均蟲口的密度為2.67/m，平均防控效果為92.52%；藥劑為300mL/hm，防前平均蟲口的密度為49/m，防后平均蟲口的密度為2.67/m，平均防控效果為94.51%。

4.3 多旋翼植保無(wú)人機(jī)防控草原蟲害示范區(qū)的構(gòu)建

本次研究共計(jì)花費(fèi)兩個(gè)星期的時(shí)間，由于試驗(yàn)區(qū)域草場(chǎng)面積較大，由當(dāng)?shù)啬成鷳B(tài)治理公司派遣六臺(tái)多旋翼植保無(wú)人機(jī)實(shí)施施藥防控。所使用到的防控藥物為2%的苦參堿705kg 以及短穩(wěn)桿菌60kg，施藥當(dāng)天天氣晴朗，無(wú)風(fēng)無(wú)雨，每臺(tái)多旋翼植保無(wú)人機(jī)作業(yè)時(shí)間為8 分鐘左右，每天作業(yè)48-58架次，每架次防治約0.5hm，每天每臺(tái)多旋翼植保無(wú)人機(jī)防控面積約為25km以上，每天可以防治草原毛蟲約25km。但如果施藥時(shí)恰逢大風(fēng)天氣，無(wú)人機(jī)的穩(wěn)定性明顯降低，穩(wěn)藥性能也會(huì)有所削弱，藥液的分散缺乏均勻性，不適宜進(jìn)行施藥處理。針對(duì)多旋翼植保無(wú)人機(jī)的載藥量，當(dāng)儲(chǔ)藥量控制在7kg 以下時(shí)，無(wú)人機(jī)能夠保持穩(wěn)定飛行狀態(tài)，藥液噴灑也十分均勻，但當(dāng)儲(chǔ)藥量達(dá)到了7kg 以上時(shí)，無(wú)人機(jī)在起飛階段十分困難，運(yùn)行的穩(wěn)定性也明顯降低。無(wú)人機(jī)處在平面運(yùn)行狀態(tài)時(shí)飛行狀態(tài)最優(yōu)，同時(shí)也能夠滿足30°以下的坡度的藥液噴灑，如果坡度超過了30°，則需要采取人工輔助作業(yè)的形式，保障藥物噴灑的穩(wěn)定性，此時(shí)無(wú)人機(jī)的精度有所降低，防治的效果也自然而然的會(huì)受到一定的影響。建議可以結(jié)合草場(chǎng)環(huán)境、施藥當(dāng)天的氣候條件、藥物噴灑的需求等，合理運(yùn)用無(wú)人機(jī)。

在藥物噴灑后的一個(gè)星期內(nèi)，對(duì)防控效果進(jìn)行了三次監(jiān)測(cè)，2%的苦參堿以及短穩(wěn)桿菌對(duì)草原毛蟲產(chǎn)生的防控效果已經(jīng)達(dá)到了90%以上，且草場(chǎng)的生長(zhǎng)環(huán)境并未受到破壞，草場(chǎng)仍然能夠始終保持正常生長(zhǎng)狀態(tài)，總體來(lái)說，防控效果較好。根據(jù)多旋翼植保無(wú)人機(jī)施藥過程中生成的作業(yè)軌跡圖、作業(yè)的時(shí)間和面積以及海拔高度等信息，判定多旋翼植保無(wú)人機(jī)的防控區(qū)域十分精準(zhǔn)，值得推廣應(yīng)用。

5 研究結(jié)論及展望

在運(yùn)用多旋翼植保無(wú)人機(jī)施藥防控草原毛蟲的過程中，無(wú)人機(jī)的運(yùn)行始終采取智能操控的方式加以管控，無(wú)人機(jī)的控制者只需要在地面使用遙控器加以操控即可。無(wú)人機(jī)的旋翼處在運(yùn)行狀態(tài)下時(shí)，能夠產(chǎn)生強(qiáng)大的氣流，藥液在較短的時(shí)間內(nèi)就可以穿透到植被群中，覆蓋面更廣，防治效率更高，以往大范圍施藥產(chǎn)生的作業(yè)死角被清除。從技術(shù)人員的角度上來(lái)看，無(wú)人機(jī)的噴藥效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過人工操作，能夠有效降低技術(shù)人員承擔(dān)的工作壓力，技術(shù)人員無(wú)需在直接與農(nóng)藥接觸，其自身的安全性更能得到保障。同時(shí)，因無(wú)人機(jī)能夠判定防控的海拔高度、經(jīng)度和緯度，定位的精準(zhǔn)性較強(qiáng)，能夠有效提高藥物的利用率，避免重復(fù)噴灑或因遺漏而未噴灑的情況。尤其應(yīng)當(dāng)注意的是，無(wú)人機(jī)具備避障的能力，運(yùn)行十分靈活，在感知到障礙物的存在后能夠自動(dòng)躲避或停止。

但與此同時(shí)，我們也發(fā)現(xiàn)了許多關(guān)于多旋翼植保無(wú)人機(jī)的問題。首先，無(wú)人機(jī)電池使用的持久性較差，及時(shí)處在電力充足的狀態(tài)下，也只能運(yùn)行短短一段時(shí)間。如果更換續(xù)航能力較為持久的電池，而無(wú)人機(jī)能夠帶動(dòng)的自身重量是有限的，如果電池重力增加，其儲(chǔ)藥量必然會(huì)有所降低。同時(shí)，無(wú)人機(jī)蓄電池充電時(shí)間為半小時(shí)左右，相對(duì)于耗電速度而言，充電速度相對(duì)較慢，這也在很大程度上降低了無(wú)人機(jī)的使用優(yōu)勢(shì)。其次，無(wú)人機(jī)的運(yùn)行會(huì)對(duì)于地勢(shì)條件產(chǎn)生一定的要求，如果草原地勢(shì)十分陡峭，高低不平，坡度較大，則不適宜使用多旋翼植保無(wú)人機(jī)進(jìn)行毛蟲防控。如果當(dāng)天恰巧為風(fēng)天，無(wú)人機(jī)的作業(yè)效率將明顯降低，如果風(fēng)力較強(qiáng)，無(wú)人機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性無(wú)法得到保障，會(huì)直接影響施藥的效果。除此之外，不同于常規(guī)的人工噴灑藥物，無(wú)人機(jī)噴藥對(duì)于技術(shù)人員的專業(yè)能力有著較高的要求，無(wú)人機(jī)前期購(gòu)入的成本較高，通常需要由有能力、有資質(zhì)的專業(yè)人員、組織或企業(yè)負(fù)責(zé)，技術(shù)推廣空間較大。

多旋翼植保無(wú)人機(jī)作為現(xiàn)代化農(nóng)牧設(shè)備的代表，如今已經(jīng)被越來(lái)越廣泛的應(yīng)用于農(nóng)牧領(lǐng)域當(dāng)中，且發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。以多旋翼植保無(wú)人機(jī)防控草原毛蟲問題，可以有效避免技術(shù)人員直接接觸農(nóng)業(yè)藥物，對(duì)保障人體安全更加有利，噴灑效率較高，極大程度上節(jié)約了人力成本，提高了農(nóng)藥的利用率和噴灑效率。以往我們較為常用的直升飛機(jī)防控設(shè)備，雖然也有著突出的應(yīng)用價(jià)值，但體積較大，攜帶的便捷性較差。科學(xué)合理的運(yùn)用多旋翼植保無(wú)人機(jī)進(jìn)行施藥處理，能夠滿足智能防控、靈活防控、綠色防控草原毛蟲的需求。在今后發(fā)展的過程中，首先，應(yīng)當(dāng)加大對(duì)于多旋翼植保無(wú)人機(jī)等現(xiàn)代化技術(shù)設(shè)備的推廣應(yīng)用，讓更多人能夠認(rèn)識(shí)到利用智能化設(shè)備的優(yōu)勢(shì)，從而主動(dòng)的汲取技術(shù)養(yǎng)分。其次，相關(guān)組織和企業(yè)應(yīng)當(dāng)主動(dòng)承擔(dān)起技術(shù)推廣的職責(zé)，一方面為自身的發(fā)展開拓有利的空間，另一方面為帶動(dòng)畜牧領(lǐng)域的穩(wěn)定發(fā)展提供適宜條件。最后，我們應(yīng)當(dāng)予以草原管理工作足夠的重視，結(jié)合現(xiàn)實(shí)情況，有針對(duì)性的選擇防控技術(shù)，促進(jìn)生態(tài)領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展。