植保無人機發展簡況及應用

王佳

摘 要 簡要回顧了國內外植保無人機的發展過程，介紹了植保無人機的主要種類、性能及推廣使用情況;分析了目前植保無人機在實際使用中存在的問題，針對植保無人機的優點和不足，為有效使用和推廣植保無人機提出了建議;在加強產學研合作、科技創新及實際應用需求等方面，對植保無人機的發展進行了展望。

關鍵詞 農業;植物保護;無人機

中圖分類號：S252.3 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2021.15.078

近年來，植保無人機在農林領域的應用逐漸廣泛，植保無人機受到的關注度也越來越高。基于此，介紹了植保無人機的發展歷程、種類、使用等情況，并對未來植保無人機的發展提出建議，期望植保無人機在未來的生產中更加普及，發揮更大的作用。

1 植保無人機的發展歷程

將飛機用于農業植保領域，已有100多年歷史。1906年，美國開始采用有人飛機噴灑化學農藥消除牧草害蟲;1911年，德國提出采用飛機噴灑農藥控制森林害蟲。1922年，前蘇聯采用飛機噴灑農藥防治蝗蟲。

1949年，用于大規模農田植保的固定翼飛機在美國研制成功。1987年，日本研制出世界上第一架農用無人機，并在次年進行市場銷售。

1951年，中國民航采用C-46型飛機，在廣東省廣州市進行滅蚊蠅工作，開啟了中國農業航空發展的歷程。2004年，國家科學技術部對植保無人機進行了立項資助;2008年，國家農業農村部南京農業機械化研究所研制出我國第一臺植保無人機;2009年，無錫漢和推出國內第一臺油動植保無人機;2010年，第一架商用植保無人機出現;2014年后，植保無人機在國內得到規模化應用;2016年后，植保無人機得到大面積推廣應用，植保無人機的使用及經營逐漸成熟。

2 植保無人機的類型、性能及生產使用情況

植保無人機一般由飛行平臺、導航飛控系統及噴灑裝置3部分組成。按照動力來源，植保無人機一般可以分為燃油和電池兩大類，近年來，也出現了油電混動的植保無人機;按照機型結構，植保無人機一般可分為固定翼、單旋翼、多旋翼無人機。

電池植保無人機一般在空作業時間10～30 min不等，而燃油無人機一般在空作業時間可以達到30 min以上;電池無人機的載藥量一般從5～15 L不等，而燃油無人機的載藥量可以達到15 L以上。與電池植保無人機比較，燃油植保無人機的在空作業時間長，載藥量大，但是，燃油無人機操作及維護的要求及成本比電池無人機高。

2014年以來，不少企業進入植保無人機的生產及服務領域，國內植保無人機的生產及使用得到快速發展。2015年，國內銷售植保無人機約2 400臺，到2018年快速增長到年銷售約13 000臺;2012—2016年，國內植保無人機防控病蟲害面積總計為0.03億公頃，到2018年植保無人機防控病蟲害面積達到0.18億公頃。

3 植保無人機的優點

植保無人機經過多年的使用和發展，主要優點有作業效率高、節約成本、適應性廣，并且可以減少農藥對防控作業人員的傷害。

1）從不同角度看，企業、學者認為植保無人機的防控作業效率是人工的10～20倍，甚至100倍。總之，植保無人機的病蟲害防控作業效率高于人工防控作業效率得到廣泛的認可。2）植保無人機作業效率高，在防控作業過程中，可有效降低人工成本，此外，還可以節省藥劑施用量和用水量[1]。3）植保無人機可以在較小的場地，或田間，完成起降作業;在平原、丘陵、山地及其他復雜地形，植保無人機可以方便、快速完成藥劑噴灑防控任務;植保無人機操控靈活，不僅可以對水稻、小麥、蔬菜等低矮的農作物進行藥劑噴施，還可以對果樹、經濟林木等高大的樹木進行方便、有效的防控作業。4）通過配藥、裝藥后，植保無人機可以在防控人員操作下，自行噴藥，防控人員可以避免長時間近距離地接觸農藥，可以避免人員農藥中毒風險。

4 植保無人機存在的問題

4.1 精準防控技術有待研究和完善

國內科技人員采用植保無人機進行了水稻田間雜草防控、油菜雜草防控、小麥返青期施藥參數優選、柑橘園柑橘木虱和潛葉蛾防控及小麥病害防治模式等進行了研究，對植保無人機防控參數和防治模式進行了有益探索。植保無人機在進行植保防控時，需要面對作物種類、作物生長發育階段、病蟲草害種類、病蟲草害發生程度及部位、環境氣象條件及無人機性能及飛行參數等變量因素，只有統籌考慮這些變量因素，植保無人機才能達到應有的植保防控效果。因此，為使防控作業達到預期效果，在植保無人機精準防控理論及技術研究方面，還需進一步研究和完善。

4.2 防控效果的檢測評價有待研究和完善

植保無人機在防控過程中藥劑的種類、劑型、助劑，藥劑霧滴的有效噴幅、沉降覆蓋率、沉積密度、沉積飄移、防控飛行速度和環境氣象條件等因素，對防控效果、農藥利用率、施藥藥害等結果有較大影響[2]。科技人員對這些問題，進行了探索和研究，取得了許多有益的進展。由于受到無人機、藥劑、作物、種植方式和環境等動態因素或制約因素的影響，對植保無人機防控效果的檢測和評價，具有一定局限性，還未形成明確的國家防控使用效果技術規程和標準。

4.3 植保無人機行業有待規范管理

在植保無人機迅速發展的情況下，有必要制定植保無人機生產、操作、應用和評價等的技術規范和標準。截至2020年6月，國內制定農業航空國家標準1項，農業行業標準2項，民航行業標準16項，其中NY/T3213—2018《植保無人飛機質量評價技術規范》為目前唯一發布的農用無人飛機標準。NY/T3213—2018《植保無人飛機質量評價技術規范》側重于植保無人機的生產制造和使用規范，對植保技術要求則相對簡要[3-5]。1）在植保防控使用過程中，植保無人機的噴施裝置噴嘴、隔膜泵、藥箱等關鍵部件的改進和創新，日益受到人們的關注和研究開發;2）植保無人機使用者和防控服務行業，對植保無人機的質量和性能的要求不斷明晰，需要規范植保無人機企業準入和生產標準，不斷提高植保無人機生產企業的研發、生產、檢測等能力;3）面對植保無人機行業的快速發展，需要明確植保無人機使用范圍、條件，及使用者培訓、資質、服務范圍等植保無人機的行業管理規定;4）根據防控任務的需求，制定必要的無人機行業標準和規范顯得越來越重要和迫切。

5 有效應用植保無人機的措施

5.1 加強植保無人機專用藥劑和噴頭裝置的研發

目前，植保無人機的藥劑通常用傳統的大容量、背負式作業器具使用的藥劑和劑型，無法滿足植保無人機低容量或超低容量作業時的需求，需要有針對性的在藥劑的溶解性、蒸發、漂移、沉降和附著等方面加強研究和改進，形成植保無人機專用的藥劑和劑型。此外，植保無人機采用大容量作業噴頭，噴灑藥液不均勻，且容易造成藥害，為起到有效防控效果，還需要對植保無人機的噴頭系統進行改進和提升。

5.2 加強農機與農藝結合

植保無人機防控要取得好的效果，需要加強農機與農藝結合[6]。在改進農機配套裝置的同時，需要在防控時考慮不同作物種類、生育期特點、病蟲害種類、為害程度、藥劑種類選擇及施用劑量等因素，制定相應的飛防策略和措施，才能起到良好的防控作用。

5.3 加強專業化植保統防組織建設

開展植保無人機防控作業，專業化較強，需要多學科的知識和技能，需要種植、農機、植保和飛控人員，甚至經營管理人員共同合作，才能達到病蟲害防控效果好，防控成本降低，經濟可行[7]。為了發揮無人機防控效果和效益，需要建立專業化的植保統防組織或合作社，配備專業的設備、專業的技術人員及經營管理人員，為農戶和作業區提供一站式服務，并按照防控的效果和作業面積，給予一定補貼或獎勵。

5.4 加強農機補助計劃的推廣實施

植保無人機的單價、維護及使用成本相對較高，一定程度上制約了植保無人機的普及推廣應用。建議將植保無人機納入各地的農機補貼目錄，制定相應的補貼政策，提高農戶、植保統防專業組織、合作社等用戶購買和使用植保無人機的積極性，為綠色植保，高效農業增添技術支持和保障。

6 結語

植保無人機生產企業不斷研發、改進植保無人機關鍵部件的生產;農機制造與植物保護科技人員將加強無人機植保防控理論和技術的基礎研究、應用開發研究;行政管理部門因地制宜地制定植保無人機管理辦法和規定;植保無人機使用者和服務行業加強法規學習、技術引進和培訓;植保無人機的發展需要多部門、多學科協作，需要加強產學研結合，從而保障植保無人機的健康發展。

在農業病蟲草害的防控作業過程中，植保無人機在降低勞動強度、減少農業生產成本、節約農業用水、減少農藥用量等方面具有明顯的優勢。此外，隨著人工智能的研發和應用，無人機在病蟲草害預測預報、邊境生態安全屏障建設等工作中具有巨大發展潛力，可以預計，植保無人機在農業生產中的應用將更加廣泛，田間地頭的植保無人機服務行業也將獲得更大發展空間。

參考文獻：

[1] 郭永旺，袁會珠，何雄奎，等.我國農業航空植保發展概況與前景分析[J].中國植保導刊，2014，34（10）：78-82.

[2] 張俊，廉勇，楊志剛，等.植保無人機發展歷程、優缺點分析及應用前景[J].現代農業，2020（4）：4-7.

[3] 蔡良玫，李昆，王林萍.美、日、中航空植保產業發展的比較與啟示[J].中國植保導刊，2019，39（7）：60-63.

[4] 尹選春，蘭玉彬，文晟，等.日本農業航空技術發展及對我國的啟示[J].華南農業大學學報，2018，39（2）：1-8.

[5] 周志艷，藏英，羅錫文，等.中國農業航空植保產業技術創新發展戰略[J].農業工程學報，2013，29（24）：1-10.

[6] 張宋超，薛新宇，孫濤，等.植保無人飛機作物病害防治模式研究[J].中國農機化學報，2020，41（8）：50-58.

[7] 蘭玉彬，陳盛德，鄧繼忠，等.中國植保無人機發展形勢及問題分析[J].華南農業大學學報，2019，40（5）：217-225.

（責任編輯：劉 昀）