植保無人機(jī)施藥防治水稻病蟲害的研究進(jìn)展

徐廣春, 徐 鹿, 石偉山, 王聰博, 胡雙女, 徐德進(jìn)

(1.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所,江蘇南京 210014; 2.江蘇艾津農(nóng)化有限責(zé)任公司,江蘇南京 211511)

水稻的一生經(jīng)歷的病蟲害種類繁多,常見的蟲害主要有稻飛虱,以褐飛虱(Nilaparvatalugens)、灰飛虱(Laodelphaxstriatellus)為主;螟蟲,以稻縱卷葉螟(Cnaphalocrocismedinalis)、二化螟(Chilosuppressalis)為主,病害有稻瘟病、稻曲病、紋枯病等,生產(chǎn)上對其的防治仍以化學(xué)防治為主[1-3]。化學(xué)防治過程中,噴霧方式仍占據(jù)著重要的位置[4-5]。目前在稻田的噴霧方式主要有常規(guī)人工噴施、地面機(jī)械噴施和航空植保無人機(jī)噴施[6],傳統(tǒng)的人工噴施存在作業(yè)勞動強(qiáng)度大、效率低、耗時(shí)長和對施藥人員易造成中毒等不足,地面機(jī)械噴施存在機(jī)械行走對地形要求高和下田作業(yè)對水稻生長發(fā)育影響等弊端,而植保無人機(jī)噴霧因其作業(yè)效率高、節(jié)水、可航線規(guī)劃飛行等優(yōu)勢[7-8],近年來在我國發(fā)展迅速,隨著農(nóng)村適齡勞動力城市轉(zhuǎn)移導(dǎo)致勞動力嚴(yán)重不足,農(nóng)業(yè)機(jī)械化需求將大大增加,植保無人機(jī)噴霧防治病蟲害的需求也將更為廣泛。植保無人機(jī)農(nóng)田大面積推廣使用將預(yù)示著我國開始向機(jī)械化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的模式邁進(jìn),也表明了我國在農(nóng)業(yè)科技上取得的巨大成就。稻田采用植保無人機(jī)噴灑農(nóng)藥,能達(dá)到控制水稻病蟲害的目的。實(shí)際應(yīng)用場景中,影響植保無人機(jī)稻田噴霧防治有害生物防效的因素較多,本文擬從稻田施藥場景、植保飛防藥劑、噴霧的霧滴等方面進(jìn)行綜述,希望能為進(jìn)一步發(fā)揮新型植保無人機(jī)自身的優(yōu)勢提供必要的依據(jù)和參照。

1 稻田施藥場景

目前稻田常用的植保無人機(jī)主要為單旋翼植保無人機(jī)和多旋翼植保無人機(jī)(按機(jī)翼分)或者是電動植保無人機(jī)和油動植保無人機(jī)(按動力分)。由于考慮到安全性、可操作性等因素,江浙稻區(qū)常用的多為多旋翼電動植保無人機(jī),施藥的時(shí)間集中于每年的7—9月,這段時(shí)間氣溫較高,濕度差異大。因此,這段時(shí)間施藥要考慮到氣候條件、地形、操作人員等因素的影響。

1.1 氣候因素的影響

在眾多氣象因素中,風(fēng)對植保無人機(jī)噴霧農(nóng)藥防治病蟲害作業(yè)效果影響較高。對一般噴霧而言,風(fēng)速超過3 m/s,則不適宜噴霧作業(yè)。有學(xué)者曾對植保無人機(jī)在靶標(biāo)作物冠層上部1.5 m,風(fēng)速2 m/s的條件下進(jìn)行田間試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)植保無人機(jī)作業(yè)噴幅偏移可達(dá)半個噴幅以上[9]。另外,7—9月中的每一天不同時(shí)間點(diǎn)下的風(fēng)速變化較大,這就加大了植保無人機(jī)作業(yè)的難度。筆者在江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院溧水基地每隔30 s監(jiān)測的水稻植株冠層上部1.5 m處風(fēng)速的變化(以2018年7月24日07:00—11:00時(shí)的數(shù)據(jù)為例,每隔30 s左右為1次采集時(shí)間點(diǎn))見圖1,監(jiān)測3 h內(nèi)的風(fēng)速從無風(fēng)到風(fēng)速 5.4 m/s,變化幅度較大且不可控。因此,如何協(xié)調(diào)好施藥場景下的不可控外部條件,是植保無人機(jī)稻田噴霧作業(yè)過程中必須要考慮的關(guān)鍵問題。

除了風(fēng)影響外,氣溫、光照、相對濕度等因素也會影響植保無人機(jī)作業(yè)的防治效果,但這些因素都直接或間接地影響到噴灑霧滴的蒸發(fā)、沉積等[10-13]。通常來講,江蘇地區(qū)每年7—9月的溫度相對較高(圖2為南京市溧水區(qū)7月的最高溫度),高溫下施藥易導(dǎo)致噴灑藥液霧滴蒸發(fā),同時(shí)還會加劇地表蒸騰作用,形成上升氣流,影響霧滴沉積。對于一些易光解的藥劑,如阿維菌素,強(qiáng)光照下很容易光解,進(jìn)而影響防治效果[14]。隨著植保無人機(jī)夜航功能的開發(fā),開展植保無人機(jī)傍晚或夜間噴霧作業(yè),此時(shí)間段內(nèi)氣流相對比較平穩(wěn),另外一些諸如高溫、強(qiáng)光照等問題將得到很好的解決。目前,江蘇小部分地區(qū)正探索實(shí)施夜間噴霧作業(yè)防治水稻病蟲害。

1.2 地形的影響

在進(jìn)行植保無人機(jī)噴霧作業(yè)時(shí),必須考慮到地形的影響。盡可能是成片且連在一起的地域,如果地塊松散,植保無人機(jī)的效率就會受到明顯的影響。部分稻區(qū)的周邊布滿障礙物,如電線桿、樹木、高壓線等,這些都會影響植保無人機(jī)噴霧作業(yè)的效率,甚至增加飛行的危險(xiǎn)系數(shù),更會直接導(dǎo)致藥液漏噴、少噴進(jìn)而影響效果[15]。當(dāng)高壓電存在時(shí),其產(chǎn)生的磁場將會嚴(yán)重影響植保無人機(jī)正常噴霧作業(yè)的穩(wěn)定性。隨著植保無人機(jī)地形識別及跟隨技術(shù)的發(fā)展,也就是常說的定高技術(shù),就很好地解決了丘陵地區(qū)植保無人機(jī)噴霧精度這一問題[16-17]。因此,在實(shí)施稻田無人機(jī)噴霧作業(yè)時(shí),要盡可能地避免障礙物,尋找更合適的起落點(diǎn),留足夠的邊界以達(dá)到安全、高效噴霧作業(yè)。

1.3 植保無人機(jī)自身因素的影響

近年來,隨著我國土地制度的改革,水稻種植專業(yè)合作社、種植專業(yè)大戶的產(chǎn)生帶動了植保無人機(jī)的使用范圍,從單一噴霧向噴霧、撒施顆粒、撒施種子等方向發(fā)展[17-19]。近年來,我國植保無人機(jī)的數(shù)量增長迅速,據(jù)中國農(nóng)業(yè)機(jī)械工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計(jì),2020年我國植保無人機(jī)的保有量有7萬多架,主要分布在江蘇、山東、安徽等地,其中江蘇省的植保無人機(jī)保有量居全國第一。隨著我國農(nóng)業(yè)向機(jī)械化、精準(zhǔn)化方向發(fā)展,植保無人機(jī)的保有量將更進(jìn)一步。雖然我國植保無人機(jī)的保有量不斷上升,但植保無人機(jī)的施藥面積占比相對還較低。同時(shí),由于缺乏統(tǒng)一的植保無人機(jī)標(biāo)準(zhǔn),各生產(chǎn)企業(yè)的植保無人機(jī)機(jī)型、性能差異加大,這就增加了田間病蟲害防治作業(yè)的難度。目前,深圳大疆創(chuàng)新科技有限公司和廣州極飛科技股份有限公司的產(chǎn)品占據(jù)了植保無人機(jī)的主要市場。2021年,大疆公司的無人機(jī)飛手們完成了10億畝次的作業(yè)面積。因此根據(jù)植保無人機(jī)機(jī)型的特點(diǎn),經(jīng)過科學(xué)試驗(yàn)后選擇合理的飛行速度、飛行高度、適合的噴頭(噴幅),做好合理噴霧航線規(guī)劃,是提高稻田植保無人機(jī)噴霧作業(yè)效率的關(guān)鍵有效手段[20-21]。

植保無人機(jī)的載液量和續(xù)航能力也是影響稻田病蟲害防治效率的重要因素。當(dāng)前,植保無人機(jī)載液量在5～40 kg之間,其中10 kg載液量機(jī)型占比較大。稻田病蟲害防治過程中,較低載液量將直接導(dǎo)致噴霧時(shí)間較短,使得植保無人機(jī)的起飛和降落頻次較高,加載藥液次數(shù)較多,降低了噴霧速率。另外一方面,植保無人機(jī)的電池容量決定了噴霧時(shí)的飛行時(shí)間,對于熟練的施藥人員來講頻繁更換電池?zé)o疑增加了工作量,降低了工作效率[7,21]。

植保無人機(jī)上所配備的噴頭通常為液力式霧化噴頭和旋轉(zhuǎn)離心式噴頭。液力式霧化噴嘴常見的為扇形噴頭和錐形噴頭;而旋轉(zhuǎn)離心式噴頭常見的為轉(zhuǎn)盤式離心噴嘴。噴頭的霧化性能決定了藥液的噴灑質(zhì)量進(jìn)而影響了對病蟲害的防治效果[22-24]。

1.4 靶標(biāo)自身的生物學(xué)特性

稻田噴霧時(shí),由于水稻葉片本身較低的表面自由能和較高的傾角[25-26],造成了噴霧時(shí)霧滴因彈跳、滾落、濺射等行為而脫靶造成流失[27-31]。植保無人機(jī)在噴霧作業(yè)過程中,旋翼引起的下洗氣流易引起水稻冠層擾動,處于氣流旋渦中的植株搖擺幅度較大,利于噴灑霧滴的穿透[32-33];另一方面,水稻上常發(fā)生的一些病害,其病菌的孢子易借助旋翼攪動的氣流擴(kuò)散傳播,造成病害的大流行。2021年,安徽省安慶部分稻區(qū)水稻稻曲病嚴(yán)重,植保無人機(jī)噴霧防治時(shí),其旋翼引起的氣流導(dǎo)致稻曲病的黃色粉末懸浮在空氣中形成嚴(yán)重的黃色霾,導(dǎo)致了稻曲病病菌的2次傳播。

2 植保飛防農(nóng)藥制劑和助劑

目前,生產(chǎn)上缺乏植保無人機(jī)噴霧作業(yè)相應(yīng)的農(nóng)藥制劑的標(biāo)準(zhǔn),各種農(nóng)作物上的用藥劑量、稀釋倍數(shù)等均沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。噴霧作業(yè)藥劑使用量多參照經(jīng)驗(yàn)或常規(guī)大容量噴霧的制劑量,這將直接影響了噴霧的質(zhì)量,對環(huán)境也會造成一些負(fù)面影響。因此,稻田病蟲害植保無人機(jī)噴霧防治時(shí),確定合適的農(nóng)藥制劑和農(nóng)藥用量顯得尤為重要。

2.1 飛防制劑

植保無人機(jī)噴霧防治病蟲害的飛速發(fā)展對相應(yīng)配套使用的農(nóng)藥制劑也提出了新的要求,截至2021年年底,國內(nèi)尚沒有企業(yè)登記專用于植保無人機(jī)噴霧作業(yè)配套的飛防制劑。對于噴霧而言,由于我國登記的農(nóng)藥制劑絕大多數(shù)都是基于大容量噴霧前提下實(shí)施的,同時(shí)進(jìn)行了相應(yīng)的有效性和安全性評估,這些獲得的數(shù)據(jù)與飛防的數(shù)據(jù)存在較大差異,不具備同等參考性。當(dāng)前缺乏評價(jià)飛防農(nóng)藥制劑相應(yīng)的試驗(yàn)方法和手段,也是導(dǎo)致飛防農(nóng)藥制劑登記缺失的重要原因。稻田病蟲害防治的實(shí)際應(yīng)用場景下,乳油、微乳劑、水乳劑、懸浮劑、水劑、可分散油懸浮劑等劑型均有稻田應(yīng)用的事例。在眾多登記的農(nóng)藥劑型中,超低容量液劑與飛防制劑較為接近,但也未明確其作為飛防的專用農(nóng)藥制劑[34-35]。截至2022年4月,通過中國農(nóng)藥信息網(wǎng)查詢獲得我國登記在水稻上的超低容量液劑共14個,其中廣西田園生化股份有限公司登記10個,占絕對優(yōu)勢;另外一種相對比較適合飛防的制劑是展膜油劑,目前登記在水稻上的有9個,其中殺蟲劑2個,殺菌劑4個,除草劑3個。近年來,納米農(nóng)藥制劑也是飛防制劑研究的重點(diǎn),尤其是水基化納米農(nóng)藥制劑的研制利于解決水稻后期多種農(nóng)藥桶混使用的溶解性、兼容性和穩(wěn)定性問題,從而提高航空植保作業(yè)的效率[36-39]。

日本作為應(yīng)用植保無人機(jī)較早的國家,登記的飛防劑型相對較多,低于所有登記農(nóng)藥制劑數(shù)量的7%。水稻是植保無人機(jī)應(yīng)用的重要靶標(biāo)作物,病蟲害防治中無人機(jī)植保工作約占36%,其作業(yè)面積占所有作物無人機(jī)植保作業(yè)面積的87%[40]。在相匹配的農(nóng)藥制劑方面,除草劑主要采用顆粒劑和展膜油劑撒施或?yàn)⒌问┯?殺蟲劑和殺菌劑更多的是乳油、水乳劑、微乳劑、豆型顆粒劑等劑型,主要采用超低容量噴霧或撒施。與之對比,我國稻田相適應(yīng)的飛防制劑研究還有較大的提升空間。

2.2 飛防助劑

由于農(nóng)藥制劑研發(fā)過程中要優(yōu)先考慮制劑配方體系的穩(wěn)定性,而過多的添加專一調(diào)節(jié)性的助劑(如抗蒸發(fā)劑、抗飄移劑或潤濕滲透劑等)會導(dǎo)致制劑配方體系的不穩(wěn)定性[41-44]。這就需要對飛防助劑開展系列研究。由于飛防過程中,農(nóng)藥制劑的稀釋倍數(shù)較常規(guī)噴霧要低很多,其中溶劑的含量在制劑總量占比中往往高于50%,超低容量液劑中占比甚至高達(dá)90%及以上[35,45]。溶劑的理化性能一定程度上決定了飛防效率的高低、藥效的好壞及安全性等。溶劑的黏度影響著噴灑藥液的分散,黏度越高越難分散不利于噴施[35];同時(shí)表面張力小的溶劑更利于藥液的分散以及在靶標(biāo)上的潤濕滲透性[1]。溶劑體系的閃點(diǎn)直接決定了制劑產(chǎn)品閃點(diǎn)的高低,進(jìn)而對運(yùn)輸和使用的安全性起著重要作用。另外極性強(qiáng)的溶劑用量較大時(shí)易產(chǎn)生藥害。如二甲基甲酰胺(DMF)用量較大時(shí),飛防過程中噴灑的藥滴會在水稻葉片上形成灼傷的斑點(diǎn)狀藥害。除了溶劑之外,飛防助劑更注重的應(yīng)是藥液體系理化性能的調(diào)控。

病蟲害防治噴霧過程中,農(nóng)藥霧滴尤其是水基型農(nóng)藥霧滴的彈跳、飄移、蒸發(fā)、潤濕滲透以及沉積等均影響著農(nóng)藥藥效的發(fā)揮和對環(huán)境的安全性[41-42,46]。在飛防中,由于制劑的低稀釋倍數(shù),制劑中本身的助劑體系一定程度上能夠減少噴灑的霧滴在靶標(biāo)表面的彈跳,展現(xiàn)出較好的潤濕滲透性。然而,飛防過程中助劑體系更關(guān)注的是霧滴的蒸發(fā)和飄移等[43-44,46]。霧滴的蒸發(fā)主要有2個方面,一方面是離開噴頭向靶標(biāo)空間運(yùn)行的過程中,一方面是在接觸到靶標(biāo)后。據(jù)測算水基化農(nóng)藥在噴灑中因蒸發(fā)而致使農(nóng)藥損失1.5%～16.8%[47]。霧滴蒸發(fā)的動力學(xué)和熱力學(xué)影響因素較多,前人研究并建立了3種蒸發(fā)模型[13]。第1種是霧滴在界面上的接觸角不變而底部接觸半徑逐漸減小的模型(CCA模型);第2種是霧滴在接觸面底部的半徑不變而接觸角逐漸變小的模型(CCR模型);第3種是霧滴在界面上的接觸角和接觸半徑均變化的模型(Mix模型)。這些模型的建立有利于飛防作業(yè)中指導(dǎo)制劑中助劑種類的篩選和用量的確定。添加助劑可以調(diào)控霧滴的蒸發(fā)時(shí)間,不同助劑對農(nóng)藥霧滴在植物表面上的鋪展和蒸發(fā)差異不同,一定程度上隨著助劑比例的增加在植物表面的鋪展面積增加,與之相應(yīng)的蒸發(fā)時(shí)間則減少。添加助劑Triton X-100可使直徑為300 μm的霧滴在葉片上的鋪展面積增加了2倍多,而蒸發(fā)時(shí)間則減少了44%[44]。當(dāng)前研究絕大多數(shù)仍集中在對單個霧滴在不同靶標(biāo)上的蒸發(fā)特性,而對空間霧滴的蒸發(fā)研究較少,對空間霧滴群的研究則更少,這主要取決于相應(yīng)研究方法的缺失。另外,農(nóng)藥霧滴的飄移是飛防噴霧過程中不可避免的問題,尤其是近年來因農(nóng)村勞動力人口大量減少造成病蟲防治窗口期施藥人員的缺失而導(dǎo)致了植保無人機(jī)在技術(shù)不完備的條件下噴灑除草劑,因噴霧過程中霧滴的飄移而導(dǎo)致了藥害的產(chǎn)生。2021年通過對南京區(qū)域水稻種植大戶的走訪調(diào)查發(fā)現(xiàn),55%的種植大戶在無人機(jī)進(jìn)行病蟲害防治中曾有發(fā)生藥害的經(jīng)歷,最常見如稻田噴灑除草劑后,稻田周邊的大豆、蠶豆等豆科作物因接觸到飄移的農(nóng)藥霧滴而出現(xiàn)卷葉、葉片皺縮、枯萎甚至死亡等現(xiàn)象;周邊20 m的魚塘因飛防作業(yè)后發(fā)生魚類中毒等。飛防過程中引起霧滴飄移的因素很多,具體可分三大方面即霧滴體系、作業(yè)模式和作業(yè)氣象條件。由于外界氣象因素的多變,在盡可能避免不利的氣象條件下開展飛防作業(yè),飛防的作業(yè)模式(即機(jī)型、噴頭類型、飛行速度和高度等)也相對穩(wěn)定,基于此減少霧滴飄移比較有效的方法就是調(diào)控霧滴體系。霧滴體系理化性質(zhì)的改變可以達(dá)到減少霧滴飄移的目的,添加助劑是調(diào)控霧滴理化性質(zhì)的簡便且有效的手段。霧滴的大小與飄移密切相關(guān),一般霧滴越小越易飄移。在對4種Teejet噴頭噴霧下的霧滴譜分析結(jié)果表明,隨著霧滴體積中徑的增大,則霧滴飄移率降低[48]。一些植物油類助劑可以增加噴灑霧滴的霧滴體積中徑。在特定噴頭下,在水溶液中添加尿素,霧滴體積中徑增加3.26%,霧滴尺寸分布跨度增加6.33%,可顯著改變噴霧質(zhì)量[49]。在6種不同助劑水溶液飛防作業(yè)測試中發(fā)現(xiàn)田間助劑可減少19%～65%的霧滴飄移,其中以添加Silwet DRS-60減飄能力最強(qiáng)[50];Fornasiero等利用防飄助劑和高飄移噴頭相結(jié)合成功減少約50%的藥量損失[51];馬學(xué)虎等通過助劑調(diào)節(jié)2%甲維鹽乳油的黏度和表面張力,使得農(nóng)藥霧滴的飄移率降低18%(風(fēng)速4 m/s)和43%(風(fēng)速5 m/s)[52]。因此在飛防藥液中選擇添加合適的助劑種類和用量,利于調(diào)控藥液的理化性質(zhì)與靶標(biāo)特性相匹配,在減少飄移、蒸發(fā)等的前提下達(dá)到減量增效的目的。

2.3 噴液量

稻田病蟲害防治過程中噴液量的不同將直接導(dǎo)致藥液的表面張力、農(nóng)藥在靶標(biāo)表面的沉積量以及農(nóng)藥的沉積結(jié)構(gòu)等存在較大差異,直接或間接地影響了農(nóng)藥對靶標(biāo)有害物的防治效果。稻田植保無人機(jī)噴霧作業(yè)屬于超低容量噴霧,常采用噴量7.5～18 L/hm2藥液,是常規(guī)噴霧量的1.0%～2.4%。由于其噴液量少,濃度較高,其理化性能、安全性也與常規(guī)噴霧存在很大的差異。在不同噴霧量下(9.0、13.5、16.5 L/hm2)霧滴在水稻冠層的有效沉積率為35.5%～36.0%,總體來看差異不顯著;添加1%的噴霧助劑后,能顯著提高霧滴的有效沉積率[53]。顧中言等的研究表明,隨著稻田噴液量的增加,水稻葉片的持液量經(jīng)歷增加、達(dá)到最大值、隨之下降到穩(wěn)定值的過程,與最大值比,穩(wěn)定值減少持液量約50%,因此藥液在稻葉上的最大穩(wěn)定持留量一定程度上決定了噴霧量的多少[54]。噴霧量確定后,如何形成最佳的農(nóng)藥沉積結(jié)構(gòu)以獲得最佳的生物效應(yīng)是稻田田間農(nóng)藥使用追求的目標(biāo)。

3 植保無人機(jī)飛防作業(yè)的防效

隨著近年我國植保無人機(jī)稻田施藥的大規(guī)模示范和應(yīng)用,一定程度上積累了對病蟲害防治的經(jīng)驗(yàn),同時(shí)也提高了水稻施藥的機(jī)械化程度,大大減少了施藥人員高溫施藥中毒的現(xiàn)象。危害水稻的病蟲害種類較多,植保無人機(jī)施藥技術(shù)的興起一定程度上解決了一些傳統(tǒng)植保技術(shù)受限的弊端,也展現(xiàn)出對病蟲較好的防治效果。張海艷等的研究結(jié)果[21]表明同等情況下單旋翼植保無人機(jī)施藥獲得的防治效果要好于多旋翼植保無人機(jī)施藥獲得的防治效果,主要?dú)w因于旋翼風(fēng)場下霧滴沉積分布不同,單旋翼植保無人機(jī)在距離水稻植株頂端1.5 m,噴液量46.67 mL/hm2條件下作業(yè)對褐飛虱、稻縱卷葉螟和稻瘟病的防治效果分別為87.63%、76.67%和82.33%。噴液量為7.5～15.0 L/hm2防治水稻紋枯病的結(jié)果表明防效和噴液量呈正相關(guān),防效最高可達(dá)84.20%。在稻縱卷葉螟防治的2個水稻生育期(分蘗末期和孕穗期)采用極飛P20四旋翼植保無人機(jī)按噴液量15、22.5 L/hm2噴霧,霧滴在冠層上部的沉積量介于0.38～0.67 μL/cm2之間,防效均高于80%[55]。植保無人機(jī)噴施納米農(nóng)藥防治水稻病蟲害的結(jié)果表明,納米農(nóng)藥施藥區(qū)對稻飛虱和稻縱卷葉螟的防效要好于農(nóng)戶自防田的防效;對水稻紋枯病和水稻稻曲病的防效略好于農(nóng)戶自防田的防效[56]。植保無人機(jī)釋放赤眼蜂3次后,放蜂區(qū)鉆蛀性螟蟲造成的枯心率為0.40%,對稻縱卷葉螟的卵寄生率為69.65%,展現(xiàn)出了一定的生物防治效果,也拓寬了植保無人機(jī)的使用途徑[57]。總體而言,隨著植保無人機(jī)性能(如噴液量)的提升,對水稻病蟲害的飛防效果較過去10年有了顯著的提升,一些影響噴霧效果的裝置(如噴頭、噴片)也逐步被改良完善,未來的應(yīng)用范圍也將更廣泛。

4 展望

近年來,隨著我國土地制度的調(diào)整,糧食作物規(guī)模化種植管理模式快速發(fā)展,加上農(nóng)業(yè)人口老齡化導(dǎo)致農(nóng)村勞動力缺失的問題嚴(yán)重,未來水稻種植產(chǎn)業(yè)對植保無人機(jī)施藥的需求較大,因此植保無人機(jī)具有較好的發(fā)展前景。結(jié)合國內(nèi)外植保無人機(jī)水稻施藥研究的分析,未來植保無人機(jī)施藥技術(shù)的研究重點(diǎn)將集中在以下幾個方面。

(1)植保無人機(jī)機(jī)型和施藥相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)規(guī)范將逐步完善。自2018年我國頒布了第1個植保無人機(jī)飛行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 3213—2018以來,許多相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范正在陸續(xù)制定和研究中。

(2)植保無人機(jī)飛控系統(tǒng)的完善[17]。當(dāng)前,隨著植保無人機(jī)施藥技術(shù)要求對飛行任務(wù)和對靶的精確性越來越高,以及飛防作業(yè)中地理區(qū)域的復(fù)雜性、飛防過程中諸多因素的不確定性,飛控系統(tǒng)將引導(dǎo)植保無人機(jī)選擇最佳航線來完成稻田的施藥任務(wù)。

(3)單一系統(tǒng)或技術(shù)模塊在植保無人機(jī)上的有序整合。隨著水稻病蟲害識別系統(tǒng)[58]、水稻病蟲害施藥決策系統(tǒng)[20]、專一飛防制劑和助劑技術(shù)[35,39]、靜電噴霧使用技術(shù)[59]、農(nóng)藥對靶變量噴霧系統(tǒng)[60]等的完善,植保無人機(jī)在水稻病蟲害防治過程中將會實(shí)現(xiàn)高精準(zhǔn)的對靶噴霧,提高農(nóng)藥有效利用效率,在獲得較好防效的同時(shí)減少農(nóng)藥霧滴的飄移,降低了對環(huán)境的影響。

總之,未來的植保無人機(jī)在稻田的施藥將會更智慧、更智能且工作效率更高,在發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢的同時(shí)促進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化和現(xiàn)代化的發(fā)展。