無人機植保機械化作業優勢分析與技術要領

孟子添

摘要：近年來開原市水稻病蟲害發生程度逐年加重，傳統人工植保作業模式及自走式植保作業機械難以有效應對。無人機植保機械化作業技術以其適應性強、噴灑效果好、操作控制靈活、作業效率高等優點，為開原市植保機械化提供了新選擇。通過分析無人機植保機械化作業技術優勢與使用要領，為無人機的大面積推廣應用提供技術指導。

關鍵詞：農業機械化；無人機；植保；病蟲害防控；技術；優點；要領

中圖分類號：S252 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2019）02-0060-03

水稻是開原市主要農作物，也是遼寧水稻主產區之一，每年種植面積2.67萬hm2左右。近年來，氣候復雜多變，加之肥水管理不當、種植品種單一等，導致稻瘟病、穗頸瘟等病蟲害發生程度逐年加重。面對突發性病蟲害威脅，傳統人工植保作業模式因效率低而難以應對，自走式植保作業機械效率較高但價格昂貴，且易受地塊條件限制，無法大面積應用。為此，開原市無人機植保作業市場逐漸興起并呈方興未艾之勢。無人機植保機械化作業技術是利用輕小型無人機為載體，在飛行器上搭載農藥噴霧設備， 通過引入全球定位系統（GPS）和地理信息系統（GIS），以“云服務、大數據”為技術背景，實現精準化作業的一項新技術，以其獨特優勢為開原市植保機械化發展開辟了新天地，實現了傳統植保作業方式的“革命性”升級。

1 無人機植保機械化作業的優勢分析

無人機植保機械化作業技術的載體為植保無人機，由飛行平臺、GPS飛控、噴灑機構三部分組成，主要集成了六大技術，即超低空低量施藥技術、施藥裝備平臺技術、現代航空技術、GPS導航技術、數字信息技術和現代自動控制技術。與其他植保作業模式相比，無人機植保機械化作業技術具有以下特點：一是體積小，質量輕，運輸方便，可垂直起降，不需要固定機場，轉彎半徑小。二是爬升率大，飛行操控靈活，對于不同地域、不同地塊、不同作物等具有良好的適應性，超低空作業性能好，空飛率低。三是具有直升機的高效作業性能和良好噴灑效果，其噴灑效率是傳統人工的30倍。四是速度變化靈活，操作手可以通過遙控器實施定位控制，其旋翼產生的向下氣流有助于增加霧流對作物的穿透性，防治效果好，同時，遠距離操控施藥大大提高了農藥噴灑的安全性。五是整體使用費用相對較少，安全系數較高，使用簡便、維護簡單，自動化程度高，勞動強度低。六是飛行平臺能通過搭載不同的任務系統，對農作物長勢及病蟲害情況等進行實時監控。

我國在無人機施藥關鍵技術航空噴灑系統、低空低量噴灑、遠程控制施藥、低空變量噴藥系統等上展開相關研究。采用低容量噴霧技術替代粗放的大容量噴霧技術，大大提高了植保作業質量，把農藥有效利用率提高到35%以上。

2 無人機植保機械化作業技術要點

2.1 藥劑選配

無人機植保機械化作業采用低容量噴霧方式作業，具有霧滴小、用藥少等特點。這一特殊的作業方式，使其在用藥、劑型、作用方式等方面與其他植保機械有所不同。

1） 劑型。無人機植保作業采用噴霧方式，且噴霧粒徑較小，故不能選用粉劑類劑型，而應選用水基化劑型，如水乳劑、微乳劑、乳油、懸浮劑、水劑等。使用可濕性粉劑、可溶性粉劑可能出現噴頭堵塞及水泵壽命縮短等問題。

2） 用藥。無人機植保藥劑稀釋比例低，故不能使用劇毒及高毒農藥，否則可能導致人員中毒。甲拌磷、對硫磷、久效磷、殺蟲脒、克百威、甲胺磷、滅多威等高毒及劇毒農藥切不可用作飛防藥劑。

3） 作用方式。無人機飛行速度較快，用藥量較少，作物體表不可能每個部位都能黏到藥劑，故應首選內吸性藥劑。內吸性藥劑是指使用后可被植株吸收并可傳導運輸到其他部位組織，使害蟲吸食或接觸后中毒死亡的藥劑。

4） 配藥。配藥人員應在防護設備穿戴齊全的前提下，按二次稀釋法的操作要求，在開闊空間進行配藥。禁止在密閉空間、下風向等情況下配藥，否則可能造成人體中毒。需要注意的是，部分植保隊會使用一次性塑料薄膜手套，這種手套沒有彈性且耐用性與適用性較差，無法保障配藥人員安全，故應使用耐用性好、不滲透、耐腐蝕的丁腈橡膠手套。

2.2 環境觀察

無人機植保機械化作業高度較高且霧滴粒徑較小，藥液易飄移與蒸發，所以氣象條件對飛防作業效果影響較大。

1） 風力。風力對霧滴沉積與飄移具有重大影響，二級以內的微風利于霧滴沉積且飄移距離較小，三級以上風速會造成霧滴沉積減少且霧滴飄移增加，故植保無人機作業應在三級風速以內，以避免產生飄移。噴灑除草劑應盡量在二級風速內作業，殺蟲殺菌應在三級風速內作業，以避免產生飄移藥害。

2） 風向。霧滴會隨風飄移，無人機下風向的空氣中會存在農藥成分，且噴灑實際區域會因風速大小而產生變化。因此，在無人機作業過程中應密切關注風向變化，并注意以下三點：一是作業人員禁止處于無人機下風向位置，避免農藥中毒；二是查看作業區域下風向是否存在對藥物敏感的動植物，以免產生飄移藥害；三是如進行其他敏感作業，應在田塊下風向的邊緣區域設置安全隔離區，以免藥液飄移到相鄰地塊而產生藥害。

3） 溫度與濕度。溫度對藥液效果影響較大，低溫可能導致藥效不佳，0 ℃ 以下低溫甚至可能產生藥害，而溫度較高會造成藥液蒸發加快、霧滴沉積量減少。同時，不同藥劑的溫度特性相差較大，農藥適應溫度差異也較大，建議15～30 ℃之間可進行作業，禁止在0 ℃以下、35 ℃以上的環境下作業。濕度較低易導致霧滴蒸發加劇，因此，濕度較低區域應避免高溫時段作業，并適當提高藥液施用量、增大霧滴直徑，以降低霧滴蒸發。

4）田塊要求。無人機植保機械化噴灑作業地塊不能位于禁飛區內，周邊應無大型變電所，無密集的5 m以下電線等空中障礙物。

2.3 參數確定

無人機是將藥液噴灑到作物的植保器械，其作業應保障霧滴噴灑均勻、分布面積更廣并具有一定沉積量，這樣才能達到植保作業效果。

1） 高度。壓力式扇形噴嘴灑施藥液具有中間多、兩側少的特性，因此，相鄰噴嘴應保持噴幅30%以上重疊才能保障噴灑均勻。一般情況下，無人機相對作業高度宜保持在1.8～2.0 m，過高會造成藥液飄移與蒸發加劇，過低則導致漏噴。對于易倒伏作物，無人機相對作業高度宜保持在2.0～2.5 m；若靶標位于作物中下部（如二化螟、紅蜘蛛、稻飛虱等），則無人機相對作業高度宜保持在1.6～1.8 m。

2） 速度。作業速度影響霧滴的穿透性與飄移性。隨著作業速度的提高，穿透性降低，霧滴沉積減少，而霧滴飄移將增加。水稻等大田作物，視病蟲害情況不同，作業速度宜在4～6 m。隨著飛行速度的增加，霧滴整體沉積率迅速下降。需要注意的是，觸殺類或胃毒類殺蟲劑，以及保護性殺菌劑，應適當減小霧滴粒徑、降低作業速度，以保證霧滴在作物中下部的足夠沉積量。內吸性殺蟲劑及殺菌劑對作物中下部霧滴的沉積覆蓋要求比觸殺類藥劑要低一些，這是因為作物可通過內吸而達到全株著藥的效果。

3） 行距。行距與有效噴幅等同，才不會出現重噴與漏噴問題。行距大于噴幅會出現漏噴，反之則會出現重噴。植保無人機噴幅與飛行高度及速度密切相關。高度越高噴幅越寬，飛行速度越快噴幅也越寬，因此，作業行距的設置應根據作業高度、飛行速度等實際情況加以調整。無人機推薦作業高度在1.8～2.0 m之間，此時兩側噴嘴的噴灑霧場可實現有效重疊。作業速度應需要根據作物、病蟲害等情況來選擇，越高越密集的作物越應降低作業速度，最常見的作業速度為3.0～6.0 m/s。初期水稻作業飛行高度1.8～2.0 m、速度5 m/s時，可將行距設置為4.5～5.0 m。中后期水稻作業飛行高度1.8 m、速度4.0～4.5 m/s時，可將行距設置為4.2～4.5 m。

4） 用藥量。單位面積用藥量與水泵噴灑速率、行距設置、作業速度密切相關。單位面積用藥量相同的情況下，水泵噴灑速率與作業速度成正比，行距與作業速度成反比，可見，單位面積用藥量直接反映植保無人機的作業狀態，并影響作業效果。飛行速度與單位面積用藥量成反比，單位面積用藥量越低，則飛行速度越快，霧滴穿透性也越差，較高作物的中下部霧滴沉積也越少。對于高稈作物、密集作物、用水量要求較高的藥劑，應提高單位面積用藥量。水泵流量與單位面積用藥量成正比，單位面積用藥量越高則水泵流量越高，噴嘴所產生的霧滴粒徑也越小，更小的霧滴會使飄移與蒸發量增加。在植保無人機的設置程序里，設定好單位面積用藥量后，調節飛行速度會自動匹配水泵流量。行距對于單位面積用藥量影響較小，因為行距設置必須與噴幅完全相符，而大部分情況下有效噴幅在4.0～5.0 m之間，變化范圍較小。在4 個噴嘴同時開啟、噴幅為4.0～4.5 m的前提條件下，水稻殺蟲與殺菌預防性作業用量一般為0.8 L/667 m2，而正常作業需要1.0 L/667 m2，病蟲害較為嚴重時用量1.2 L/667 m2。具體參數視作物高矮濃密適當微調。

2.4 作業控制

1）防治時機。病蟲害的發生都有從輕到重的過程。要達到良好的植保效果，首先在于預防，其次才是控制。注重農業知識的掌握，精準把握病蟲害防治時機，將病蟲害控制在初級階段，而不能待其進入爆發階段才進行控制，例如水稻二化螟應在鉆蛀之前防治。

2） 掌握抗性情況。提前掌握當地病蟲害抗性情況，提早了解當地病蟲害發生情況、用藥習慣，提早預判當地病蟲害的抗性方向。防治方案要結合當地病蟲害及用藥情況及時調整。長期、連續使用單一農藥會導致有害生物抗性不斷增加，因此，除了采取農藥混用方式外，還可采用交替、輪換使用不同品種或不同類型農藥來增強防治效果。

3） 熟悉作業環境。作業前須觀察周邊作物種植、畜牧養殖、水產養殖等情況，避免發生飄移性作業事故。需要注意的是，大部分有機氯、有機磷、菊酯類、煙堿類、雜環類農藥都可能造成蜜蜂中毒，其中吡蟲啉、噻蟲嗪對蜜蜂具有較高毒性。作業前要確認作業區域有無蜜蜂及蜂農，并提前告知作業情況，選用對蜜蜂低毒的農藥品種。另外，飛機與人或障礙物的安全距離非常重要，作業規劃時應提前熟悉地形，檢查飛行路徑，看有無障礙物及無信號干擾，進而確定飛機起降點及作業航線。作業過程必須遠離人群，設置專人進行位置及障礙報告。每天作業完畢應記錄作業結束點，做好無人機清洗、保養和檢查，記錄當天作業面積和飛行架次、當日用藥量與總作業面積，以方便第二天接續作業。

參考文獻

[1] 李軍.開原市水稻稻瘟病發生規律及防治方法[J].現代農業，2018（5）：37.

[2] 朱憲良.農用無人機植保應用發展的探討[J].農機科技推廣，2014（5）：31-32.

[3] 鄧宗玲，熊桂桃.發揮無人機植保服務優勢搞好農作物病蟲害統防統治[J].農業與技術，2018（18）：13.

[4] 于堯.遼寧東港市無人機防控水稻病蟲害技術推廣[J].農業工程技術，2018（12）：43-45.

[5] 廖發華.小型植保無人機在防治水稻全程病蟲害中的作用探討[J].農業開發與裝備，2016（10）：122.

[6] 竇秦川，石安憲，朱建良，楊珺，韓忠良，馬庭矗.新型無人機防控病蟲害技術分析[J].云南農業，2014（10）：16.

[7] 閻世江，張繼寧，劉潔.植保無人機在農田病蟲害防治中的應用[J].農藥市場信息，2017（22）：29-31.

[8] 江武，夏志保，王仙桃，等.植保無人機水稻病蟲害專業化統防統治應用探討[J].現代化農業，2017（4）：10-11.