植保無人機飛行作業參數對玉米施藥效果的影響

摘 要：植保無人機是一種能夠快速高效地完成大面積田間作業的智能化植保設備，是當下研究的熱點，但其作業效果受到多種因素的影響。以植保無人機噴施乙基多殺菌素防治草地貪夜蛾為例，探索無人機不同飛行高度、飛行速度、噴施量對草地貪夜蛾防治效果的影響。通過測試分析霧滴密度、霧滴覆蓋率及其變異系數，結合草地貪夜蛾防治效果，最終發現飛行高度為2.0 m、飛行速度為2.0 m/s、噴施量為900 mL/667 m2時作業效果最好。

關鍵詞：植保無人機；作業參數；玉米；草地貪夜蛾；防治效果

中圖分類號：S435.132 文獻標志碼：B 文章編號：1674-7909（2024）5-151-4

DOI：10.19345/j.cnki.1674-7909.2024.05.035

0 引言

植保無人機，作為一種先進的無人飛行植保機器，搭載了多種傳感器和噴灑設備，借助人工智能和自動化技術，可實現對農田作物的精準監測與施藥［1-2］。植保無人機通常能夠自主完成航線規劃、作物健康狀況監測、病蟲害識別和精準施藥等任務，可減少化學藥劑的使用量，提高農作物的產量和品質，推動農業生產的可持續發展［3］。應用植保無人機能夠快速高效地完成大面積農田的監測和作業，實現農業生產的智能化和精準化，同時降低人工操作的勞動強度［4］。此外，植保無人機還可減少藥劑的浪費［5］，有助于減輕環境污染，提高農作物的產量和品質。目前，植保無人機已廣泛應用于農田作物監測、病蟲害防治、施肥施藥和植保作業等方面，為農業生產注入了新的活力［6］。

玉米作為我國的重要經濟作物，其產量和品質受到病蟲草害防治情況的直接影響。盡管我國在玉米品種培育方面取得了顯著進展，并積極推廣生物防治、植物保護等綠色防控技術，有效控制了病蟲害的發生，但在實際防治過程中，仍主要依賴于人工作業，機械化和智能化水平亟待提升［7-8］。植保無人機能夠為玉米病蟲草害防治提供高效、精準的防治方案，為玉米生產帶來了諸多優勢。植保無人機在玉米病蟲草害防治中的應用可以極大地提高防治效率。應用植保無人機可以迅速對大片玉米田進行航測，實時獲取植被指數、溫度、濕度等數據，結合多光譜傳感器技術可以實現對病蟲草害的遠程監測與識別，從而有利于提前采取相應的防治措施［9］。此外，植保無人機在玉米病蟲草害防治中的應用也能夠減少人力成本［10］。傳統的病蟲害防治作業需要大量勞動力投入，尤其是在玉米植株生長至一定高度后，人工施藥的難度大大增加。應用植保無人機可以大幅度減少人力投入，降低施藥難度，有效減輕農民的勞動強度［11］。同時，植保無人機噴灑作業還能有效避免農藥對人體的直接接觸，有助于保障農民的健康。傳統的農藥施用方式往往存在浪費和重復施藥的問題，這不僅增加了農藥的使用量，還可能對環境和生態系統造成損害。而植保無人機通過精準噴灑，能夠減少農藥的浪費，降低對環境的壓力，并減少農藥過量使用對玉米品質和食品安全的潛在風險［12］。植保無人機在玉米病蟲草害防治中的應用，有助于提升農業生產的現代化水平。運用無人機技術，使農業生產活動變得更加智能化、科學化，為農民提供了更先進的生產手段和農事決策支持，有助于推動農業現代化進程，提高農業生產效率和品質［13］。

此研究以植保無人機噴施乙基多殺菌素防治草地貪夜蛾為例，探索無人機不同飛行速度、飛行高度、噴施量對草地貪夜蛾防治效果的影響，以期為植保無人機在玉米草地貪夜蛾防治作業的飛行參數選擇提供參考。

1 試驗地點及材料

試驗地點：通渭縣第三鋪鄉第三鋪村。

試驗對象：玉米品種為墾玉50，玉米行距和株距分別為0.4 m和0.3 m，施藥時田間觀察玉米受害率在10%以上。

噴施藥劑：美國科迪華農業公司生產的25%乙基多殺菌素（施達靈?）。

試驗材料：極飛P30植保無人機（有效載荷為15 kg，長度為1.18 m，寬度為1.18 m，最大起飛質量為27 kg，飛行速度為1～10 m/s，飛行高度為1～30 m）、風速檢測儀、溫濕度測試儀、霧滴測試卡、雙頭夾、口罩、手套等。

2 試驗方法

2.1 試驗因素設置

針對無人機不同飛行高度、飛行速度、噴施量設置試驗共15組，將作業區域分為15塊區域，每個區域面積約為667 m2，每組地塊內放置10張水敏紙用于收集測定霧滴密度和霧滴覆蓋率并計算霧滴覆蓋率變異系數（CV），共設置15個不同的飛行參數，參數設置如表1所示。

2.2 試驗前校準

首次作業前調試噴灑設備，準確記錄噴灑時間和載藥量，校正噴灑量。將植保無人機平放于空曠地帶，向藥箱中加入過量清水，打開無人機噴灑系統并開始計時，使用大號自封袋回收，測定1 min植保無人機的噴灑量，測試重復3次，取平均值，校準流量。

2.3 試驗天氣

施藥時間為2022年7月25日，施藥當天天氣晴朗，氣溫為17～31 ℃，南風1級。

2.4 測試數據的采集

利用雙頭夾將霧滴測試卡布置到作業區域內，用于測定不同作業參數下霧滴密度、霧滴覆蓋率的分布情況。使用Depositscan軟件（美國農業部）與掃描儀來測定測試卡上的霧滴密度和霧滴覆蓋率，并計算霧滴覆蓋率的變異系數（CV）。變異系數可用于顯示霧滴覆蓋率的均勻性。變異系數計算公式見式（1）。

式（1）中，S為試驗組樣本標準差；[Xi]為各采樣點霧滴覆蓋率；[X]為每個試驗組霧滴覆蓋率的平均值；n為每個試驗組采樣點個數。

2.5 防治效果調查方法

采取5點調查法，施藥前選取5株玉米做標記并統計草地貪夜蛾的蟲口數量，施藥5 d、10 d、15 d后再次調查每株玉米草地貪夜蛾的蟲口數量，計算草地貪夜蛾防治效果，計算公式見式（2）。

2.6 數據分析

試驗數據采用SPSS 16.0統計軟件進行分析，并通過鄧肯氏新復極差法分析不同處理間的顯著性差異。

3 結果與分析

3.1 飛行高度對作業效果的影響

表2為飛行速度3.0 m/s，噴施量800 mL/667 m2下不同飛行高度下的作業效果統計。由表2可知，隨著飛行高度的增加，霧滴密度和霧滴覆蓋率越來越小，霧滴覆蓋率變異系數先增大后減小，飛行高度為2.0 m時變異系數最大。分析原因為當飛行高度為2.0 m時，飛行高度與噴幅相匹配；飛行高度為1.5 m時容易出現重噴或者漏噴現象；當飛行高度高于2.0 m時，由于無人機離心噴頭噴灑的霧滴粒徑非常小，霧滴飄移概率會大大增加，造成霧滴密度和霧滴覆蓋率大幅度減小。對比作業完成后的防治效果可以發現，飛行高度為1.5 m和2.0 m時的防治效果無顯著差異，飛行高度大于2.0 m時，防治效果顯著降低。因此，當飛行高度為2.0 m時，作業效果最佳。

3.2 飛行速度對作業效果的影響

表3為飛行高度2.0 m/s，噴施量800 mL/667 m2下不同飛行速度下的作業效果統計。由表3可知，隨著飛行速度的增加，霧滴密度和霧滴覆蓋率呈下降趨勢，霧滴覆蓋率變異系數隨之減小，分析原因為飛行速度較快時，噴頭噴灑出的霧滴更容易發生飄逸出現噴灑不均的現象。對比作業后防治效果可以發現，飛行速度為2.0 m/s時，防治效果最佳；隨著飛行速度的增加，防治效果顯著降低。因此，當飛行速度為2.0 m/s時，作業效果最佳。

3.3 噴施量對作業效果的影響

表4為飛行速度3 m/s，飛行高度2 m/s下不同噴施量下的作業效果統計。由表4可知，隨著噴施量的增加，霧滴密度和霧滴覆蓋率隨之增加。對比防治效果發現，防治效果隨著噴施量的增加而顯著增加，但噴施量為900 mL/667 m2和噴施量為1 000 mL/667 m2時，防治效果無顯著性差異。綜合考慮藥劑對玉米生長的效果以及作業成本，可以將噴施量設定為900 mL。

4 結束語

植保無人機能夠快速、高效地完成大面積植保作業，減少人工作業的勞動強度，提高了作業效率，但植保無人機作業效果受到多種因素的影響，如飛行高度、飛行速度、噴施量、作物類型、地形天氣等。此研究以植保無人機噴施乙基多殺菌素防治草地貪夜蛾為例，探索無人機不同飛行高度、飛行速度、噴施量對草地貪夜蛾防治效果的影響，通過測試分析霧滴密度、霧滴覆蓋率及霧滴覆蓋率變異系數，結合草地貪夜蛾防治效果，最終發現飛行高度為2.0 m、飛行速度為2.0 m/s、噴施量為900 mL/667 m2時作業效果最好，為后期植保無人機在玉米草地貪夜蛾防治作業的飛行參數選擇提供了參考。

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作者簡介：郭兵兵（1987—），男，本科，農藝師，研究方向：農業技術推廣與應用。