美國飛機植保與農業航空應用技術的發展

■張 馳

美國農用航空應用技術最成熟

1921年，美國使用飛機噴灑砷素劑防治牧草害蟲成功，開創了農用航空的歷史。1932年Huff-Daland飛機制造公司在其原有機型的基礎上進行改進，制造出一架應用于農業領域的飛機。與此同時，該公司在喬治亞州開始了農用航空作業商業化服務。后來，Huff-Daland公司將自己的農用航空業務部門出售給南方商業集團，從此成立了美國第一家農用航空服務公司——達美航空服務公司。達美航空服務公司成功地運營了農用航空作業的相關業務，其中包括飛行員培訓、飛機維修與維護、完善作業技術、提供農作物植物保護方面的知識等全方位的服務。

現在，美國已是農業航空應用技術最成熟的國家之一，已形成較完善的農業航空產業體系。據統計，美國農業航空對農業的直接貢獻率為15%以上。目前美國有農用航空相關企業有2000多家，已成立國家農業航空協會和近40個州級農業航空協會。目前美國在用農用飛機4000多架，品種大約20多個機型，分為單翼、雙翼和直升機，其中有人駕駛固定翼飛機約占88%，在冊的農用飛機駕駛員3200多名。年作業服務60%以上的耕地面積（3億多畝），美全國65%的化學農藥采用飛機作業完成噴灑，其中水稻施藥作業100%采用航空作業方式。飛機植保使美國農業產業結構得到合理調整，此前，美國因農業勞動人工成本太高，一度放棄水稻種植，大米全部進口；推廣使用航空植保等作業后，水稻種植得到發展，而且在20世紀70年代末成為稻米出口國之一。

國家大力扶持農業航空產業的發展是美國農業航空發達的重要原因之一。美國從上世紀70年代就開始研究航空噴施作業技術參數的優化模型，用戶輸入噴嘴、藥液、飛機類型、天氣因素等，通過對內部數據庫調用，即可預測可能產生的飄移、霧滴的運動和地面沉積模式等。美國豁免農用飛機每次起降100美元的機場使用費，2014年美國預算繼續投入73億美元支持農用飛機的使用，以降低農業航空作業的成本。自2002年以來已投入約700萬美元用于農業航空技術研發，繼續大力支持開發更高效、使用成本更低的農業航空相關技術。

重視遙感與精準施藥等技術的研發

德克薩斯州的德州農工大學是美國農用航空技術的主要研發基地。德州農工大學始創于1876年，是一所公立研究型綜合大學，許多著名的農用航空技術專家匯集在這里。近年所研究的主要成果有：一是大面積病蟲害信息獲取技術（農用航空遙感技術）；二是農用航空精準施藥技術系統，包括航空施藥變量控制技術、航空施藥效果評價、航空噴藥防漂移技術等。

農用航空遙感技術在精細農業中的應用主要是通過飛行器或人造衛星裝載的傳感獲取即時田間數據，通過不同的電磁波段周期性地收集農作物和土壤確切信息，了解農作物和土壤的空間變異情況，進行管理決策。將TerraHauk遙感系統和MS4001高分辨率照相機裝載在小型農用飛機或遙感飛機上，通過得到的數據和分析工具，就可以精確地進行最佳優化噴灑決策。

變量航空噴灑技術是適應不同地區、不同作物、不同土壤和不同作物生長環境的需要，變量航空噴灑技術成為精細農業體系中重要組成部分。該項技術是將不同空間單元的數據（土壤性質、病蟲草害、氣候等）疊加分析，根據不同地塊的不同要求，有針對性地進行播種、施肥、除草等項作業。

農用航空遙感技術必將在農用航空作業中發揮越來越重要的作用。精準的農用航空噴灑作業系統使得農藥的利用更加合理有效，從而滿足農業植保要求及達到節能環保目的。

美國農用航空發展的經驗

一是利用農業航空協會管理農用航空作業。農用航空作業技術標準、質量檢測標準全部由協會制定，并由協會出面協調各方的關系。美國農業航空協會共有會員3700多名，以農用飛機駕駛員為主。

二是注重培訓飛行員。美國農用航空飛行員普遍比較熟悉作業技術，能夠安全使用各類農藥，最大限度地避免噴施農藥給生態和環境帶來的危害。

三是重視提高農用飛機的利用率。美國農用航空領域以現代成本觀念為核心，非常重視提高飛機的利用率。這是因為較高的農用飛機利用率，其作業成本相對降低，投資回收就會縮短；如果飛機的利用率不能提高，則作業成本就相對增加，該領域的持續發展和投資就將受到影響。但農用航空有天然約束，作業有季節性，噴灑農藥的最佳時期很短。所以美國農用航空協會在這方面及時配合政府主管部門，針對需求對農用飛機進行統一協調調度，相對集中使用，隨氣候、溫度、緯度及農作物品種、種植及需噴灑作業的時間差，組織對不同區域提供逐區農航作業服務。

四是增強對農用航空經濟觀念的認識。美國飛機噴灑農藥更重視預防病蟲害的發生，因為病蟲害一旦大規模發生再進行全面防治，往往比預防要增加大量成本，且對農業的危害也大幅增加。