無人機在落葉松落葉病綠色防治中的應用

摘 要：隨著科技的不斷發展，無人機在林業領域的應用日益廣泛。研究聚焦無人機在落葉松落葉病綠色防治中的應用，介紹了無人機在落葉松落葉病防治中的獨特優勢，包括作業效率高、施藥精準及對環境影響小等，為未來無人機在林業病害防治中的進一步推廣和應用提供了參考依據。

關鍵詞：無人機；落葉松落葉病；防治；監測；應用

中圖分類號：S763.7 文獻標志碼：A 文章編號：1674-7909（2024）15-101-4

DOI：10.19345/j.cnki.1674-7909.2024.15.021

0 引言

落葉松落葉病是我國北方地區落葉松人工林中普遍發生的一種葉部病害，落葉松人工林易受該病侵害，發病后導致落葉松提前落葉30～45 d，翌年遲發葉5 d左右，且針葉稀疏短小、顏色淺淡，對落葉松幼林危害極大，氣候條件適宜時發病突然，危害性強，防治難度大。針對落葉松落葉病，應積極推廣運用以生物防治為主的綠色防治技術，安全規范使用防治藥劑，科學開展防治工作，樹立綠色防治理念［1］。

1 防治區域概況

此次防治區域為西北某縣林場，示范防治、監測面積為554 hm2，是落葉松落葉病最為嚴重的區域。該林場經營面積為19 587 hm2，其中國有林地面積為12 833 hm2。該林區是當地重要的水源涵養地之一，是重要的水源地保護區。

2 植保無人機防治情況

相較于傳統的人工作業方式，無人機作業的主要優勢在于機動且靈活［2］。植保無人機可以快速覆蓋大面積森林區域，大大提高防治效率。與傳統的人工噴灑方式相比，無人機的作業速度慢則為2～3 hm2/h，快則為7～8 hm2/h，極大地縮短了防治時間，能夠在短時間內對落葉松落葉病嚴重區域進行集中治理，可有效遏制落葉松落葉病的蔓延。無人機配備先進的定位和噴灑系統，可以根據林地的地形地貌和染病林木分布情況進行精準施藥。無人機能根據實際需要調整藥劑的噴灑量和噴灑范圍，做到精準施藥，可以最大限度地發揮藥劑的作用，同時降低農藥的使用量，從而減少農藥的浪費和對環境的污染。此次防治利用植保無人機噴施30%苯甲丙環唑3 000倍液等無公害藥劑。無公害藥劑包括吡唑醚菌酯、多抗霉素、苯甲丙環唑、戊唑醇等。第一次施藥在6月中旬，在落葉松落葉病重度發生區域，用30%苯甲丙環唑3 000倍液噴霧；第二施藥在6月下旬，用430 g/L噻蟲啉微膠囊懸浮劑4 000～5 000倍液噴霧；第三次施藥在7月上旬，用430 g/L噻蟲啉微膠囊懸浮劑4 000～5 000倍液噴霧，共施藥3次。植保無人機噴藥降低了工作人員的勞動強度，減少了因人工操作可能帶來的安全風險，不受地形限制，可以輕松飛越山區、溝壑等復雜地形，確保森林各病害區域都能得到有效防治。

3 防治后的監測情況

無人機不但可以進行林業病害防治，還可以對防治區域落葉松林分進行防治后的監測，以此分析防治效果。無人機遙感技術對林業有害生物監測調查的原理是利用生物的光譜特性，實現對生物種類、蹤跡、活動狀態等的監測［3］。無人機可以利用高分辨率的攝像頭或其他傳感器，對林分進行多角度、全方位拍攝和數據采集。對監測的數據進行分析，可以準確評估防治效果，了解病害的發展趨勢和防治的有效性。例如，可以對比防治前后落葉松的生長狀況、葉片顏色變化等指標，為進一步優化防治策略提供依據。監測采取大疆精靈P4M多光譜航測無人機，按照侵染落葉松落葉病區域，使用專業版DJI GS Pro地面站—進入飛行任務列表—新建飛行任務（二維地圖合成）規劃航線長度、設定航點數、飛行速度、飛行高度、設置航向重疊率和旁向重疊率，計算飛行區域面積，預估飛行架次、拍照數量和所需電池數量，在防治區域執行自動化采集工作。

對落葉松林分防治后，起飛多光譜航測無人機17架次，采集照片7 200張。將采集后的照片通過監測機自帶TIF卡導入大疆智圖（測繪版），生成防治后正射影像（見圖1）和防治后NDVI植被指數圖（見圖2）。

4 主要技術

4.1 飛防技術要點

4.1.1 精確掌握飛防最佳防治時間

根據病害的發病規律及發病原因，在最佳時間防治，以達到最好的防治效果。每年6月中旬至7月中旬正值落葉松落葉病子囊孢子擴散盛期，是落葉松落葉病化學防治的最佳時期。在病害防治過程中，天氣情況也是影響作業效果的一大因素，選擇在風力小于3級的晴天或者陰天進行，雨后隔天飛防。在晴天溫度高的狀況下，飛防時間段選擇在7：00—10：00、16：00—20：00，避免在高溫時段飛防。較高的溫度會使植保無人機霧化的藥劑揮發掉，使藥劑不能有效附著在葉片上；大風天氣下，霧化的藥劑也極易被風吹散，導致藥劑浪費，不能達到有效作業的目的。

4.1.2 合理確定防治藥物使用濃度

此次防治應用的是大疆T40植保無人機，采取高濃度用藥。植保無人機是低量施藥，選擇農藥一定要精準有效，用量要準確，稀釋倍數要合適，稀釋太多、太少，都達不到防治效果。植保無人機一般是低空作業，必須配備合適的助劑，使噴施的藥液迅速沉降、附著在植物葉片上，這樣才能達到預期的噴施效果。

4.1.3 科學規劃飛防線路

根據電腦上影像圖斑和飛防區域的地形地貌，在安全作業區設定起降范圍區，在作業半徑內設置醒目指示牌。大疆T系列植保無人機載藥量為30～40 L，作業時間為10～15 min。手動操作遙控器使植保無人機飛至飛防區域上空，打開噴灑系統，設置飛防速度及噴灑流量，按照仿地形模式弓字形路線來回噴施農藥。大疆T系列植保無人機采用共軸雙旋翼設計，具有二次霧化齒噴盤結構，可使防治藥物更均勻地噴灑到感病植株樹冠及下部枝葉。

這種人工規劃方式能夠對所有飛防區域進行有效噴施，保證感病林分都能被覆蓋，使規劃路徑更為全面，同時該方法能夠提高植保無人機作業的精準覆蓋率，降低漏噴、誤噴和多噴現象的發生。

4.2 監測技術要點

利用無人機技術對林業有害生物進行全面動態監測，既擴大了監測范圍，也實現了高空遙感監測到低空遙感監測的轉變［4］。相比傳統的人工監測方式，無人機技術能夠在更短的時間內了解更大范圍的落葉松落葉病發生情況，可以根據需要隨時起飛進行監測，不受地形和交通條件的限制。無人機配備高分辨率攝像設備和傳感器，能夠捕捉清晰的圖像，準確識別落葉松落葉病的發生位置、范圍和嚴重程度。通過多光譜、熱成像等技術，可以檢測到肉眼難以發現的早期落葉松落葉病跡象，為及時采取防治措施提供有力依據。

無人機搭載各種傳感器和攝像設備，可以在森林上空飛行，對森林進行拍照、錄像和數據采集。采集的數據包括可見光圖像、多光譜圖像、熱成像圖像等，以及地理位置信息、高度信息等，將采集到的數據傳輸到地面控制站或數據處理中心進行數據分析和處理。利用圖像識別技術、數據分析算法等，對落葉松落葉病的特征進行識別和分析，確定落葉松落葉病的類型、分布狀況和嚴重程度。將分析結果以圖像、報表等形式輸出，為林業管理部門提供直觀的落葉松落葉病監測信息。根據需要將結果與地理信息系統（GIS）結合［5］，可以實現落葉松落葉病信息的可視化展示和管理。

5 存在的問題及建議

5.1 存在的問題

5.1.1 載重量偏小，影響工作效率

此次防治工作采用的是T40載重機，載40 L水，每架次噴灑面積為0.67～1.00 hm2，每架次飛行時間為10～15 min，需要頻繁起降加灌農藥，大大降低了工作效率。

5.1.2 續航時間短，運營成本高

無人機單組電池的續航時間短，需要頻繁充電。一臺無人機只配備2塊電池，且無人機電池的充電時間較長，一般需要1 h左右，準備20塊電池，才能保證植保無人機連續工作6 h，每天噴灑作業達到6 h才能完成工作。要想不影響效率，就需要購買備用電池，但是無人機電池較貴，這就增加了運營成本。

5.1.3 對藥物要求高

植保無人機一般采用超低容量噴霧技術，噴頭孔徑較小，要求藥物顆粒足夠小，通常要求粒徑在幾百微米甚至更小。較細的顆粒能夠順利通過噴頭而不堵塞噴頭，保證噴霧均勻和連續。如果藥物顆粒過大，則容易堵塞噴頭，影響作業效率，甚至可能損壞無人機的噴灑系統。此外，藥物在水中或其他溶劑中應具有較好的懸浮性，當藥物與水混合后，應在一定時間內保持均勻懸浮狀態，不能發生沉淀或分層現象。這是因為植保無人機的藥箱通常較小，且在作業過程中無人機處于運動狀態，如果藥物懸浮性差，會導致藥箱內藥物濃度不均勻，影響噴灑效果。藥物在儲存和使用過程中應保持化學性質穩定。藥物與無人機噴灑系統應具有較好的兼容性，藥物不能對無人機藥箱、管路、噴頭等部件產生腐蝕作用。藥物之間也應具有良好的兼容性。在實際作業中，可能需要將不同的農藥混合使用，以達到同時防治多種病害的目的。如果藥物之間發生化學反應，產生沉淀、失效甚至有毒物質，不僅會影響防治效果，還可能對作物和環境造成危害。

5.1.4 噴灑不均勻

首先是植保無人機自身因素，植保無人機噴頭問題（如噴頭堵塞、噴頭磨損等）會使噴灑不均勻，飛行參數（如飛行高度、飛行速度等）設置不合理也會導致噴灑不均勻。其次是藥物因素，如果藥物性質不穩定、藥物配方不合理等，會影響藥液的均勻性，藥物的表面張力、黏度等特性也會影響噴霧的霧化效果和分布均勻性，導致噴灑不均勻，影響噴灑效果。最后是環境因素（如風向和風速、地形和地貌等），難以確保無人機的穩定性，也會導致噴灑不均勻。

5.2 建議

一是加大資金投入，采購機身輕、容量大的植保無人機。同時，對飛行人員進行規范操作、飛行技巧、維護保養等相關培訓，解決植保無人機載重小、效率低的問題。

二是在技術方面提升小型無人機的續航水平，提升數據傳輸效率和自動化處理水平［6］，可從動力系統、結構設計、飛行控制系統入手；通過模塊化設計和任務規劃，提高無人機的適應性、效率和續航能力。

三是提升藥物的性能，考慮開發專用藥劑和優化配方以適應無人機作業及不同作物生長需求，并注意環保。在使用化學手段防治有害生物時，應注意加強對周圍森林植被及動物的保護，避免影響生態穩定性，影響其他物種生存［7］。在操作管理過程中，應加強對操作人員的培訓及藥物的正確管理與儲存。

四是在無人機硬件方面，應優化噴頭設計、改進噴灑系統和提升飛行穩定性，以此提高噴灑均勻性；同時，檢測噴灑效果，并根據結果進行改進。

五是加強對防范區的預防，要打破重防治輕預防的觀念［8］。加強林業有害生物的監測調查，及時準確掌握病害發生及發展規律，建立健全預測預報網絡體系，可有效降低病害的發生程度，為進一步精準防控有害生物提供科學依據。通過此次監測，防治區域取得了較好的防治效果，但落葉松落葉病害受外界因素影響，很難根治，這就需要進行連續防治，以達到最佳防治效果。

6 結束語

林業有害生物的發生對我國林業經濟的發展與生態環境的治理產生了嚴重影響［9］。在此次綠色防治中，采用植保無人機進行飛防作業，應用大疆T40植保無人機進行防控，應用多光譜無人機進行監測，采用高效低毒農藥和飛防助劑，精準作業、高效環保，解決了傳統防治方法存在的成本高、耗時長、見效慢等問題，有效防范和及時控制了落葉松落葉病產生的危害，最大限度地減少了經濟損失，防治效果明顯。提高無人機在森林病害監測和控制中的使用率，可以有效提高林業病害防治的科學性，為林業健康可持續發展提供基本保障〔10〕。

參考文獻：

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