無人機在棉花田間管理方面的應(yīng)用研究進展

曹 眾 ， 王國賓

（山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院，山東 淄博 255049）

棉花是世界上重要的農(nóng)作物之一，我國是世界上最大的棉花生產(chǎn)以及消費國家，因此提高棉花產(chǎn)量和質(zhì)量至關(guān)重要。農(nóng)業(yè)航空應(yīng)用是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要標志，無人機技術(shù)是農(nóng)業(yè)航空的重要組成部分，無人機結(jié)合了GPS、GIS以及大數(shù)據(jù)技術(shù)，配合其搭載的傳感器和噴施設(shè)備，可實現(xiàn)精準、高效植保作業(yè)。作為我國重要的農(nóng)作物，利用無人機對棉花進行管理作業(yè)，有著巨大的發(fā)展前景。

1 無人機在棉田遙感方面的應(yīng)用進展

近年來，隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的迅速發(fā)展，無人機遙感技術(shù)不斷完善，其具有時效性好、操作簡單、靈動性強、影像和地面分辨率高等諸多優(yōu)點[1-2]。通過無人機搭載的多種傳感器，結(jié)合遙感技術(shù)可以收集棉花田的多光譜圖像、可見光影像、熱紅外影像等，利用計算機軟件等處理圖像數(shù)據(jù)，可以分析作物的生長狀況及環(huán)境。

田明璐等通過無人機遙感技術(shù)獲取棉田的高光譜影像，并對其進行反演，獲得棉田的葉面積指數(shù)，同樣田明璐等還通過無人機光譜影像，提取其中的光譜參數(shù)，反演棉花葉片的葉綠素相對含量，取得了較好的結(jié)果，利用以上兩種參數(shù)都可以直觀地分析農(nóng)作物的生長狀況[3-4]；李路曼等通過無人機可見光遙感獲取棉田影像，其影像通過多尺度分割技術(shù)以及特征空間構(gòu)建技術(shù)，利用計算機軟件進項分析，大大提高了影像分辨精度，可以提取棉田種植信息[5]。可見，無人機遙感技術(shù)越來越完善，其不斷發(fā)展為棉田的農(nóng)情監(jiān)測給予了新的技術(shù)手段和數(shù)據(jù)來源，對現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)管理有著極大的意義。

2 無人機在棉田噴施藥劑方面的應(yīng)用進展

為了提高農(nóng)作物的生產(chǎn)質(zhì)量和效率，合理噴施化學(xué)藥劑是其前提。傳統(tǒng)的人工噴施和陸地機械植保過程，不僅效率低，對植保人員也可能存在危害，且對農(nóng)作物和土壤有一定的損害，可能造成嚴重的生態(tài)污染[6]。在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和智慧農(nóng)業(yè)快速發(fā)展的背景下，無人機結(jié)合多種傳感器，配合其專用藥劑以及配套的助劑，可實現(xiàn)變量噴施和精準施藥，提高了農(nóng)藥的利用率[7]。近年來，無人機噴施在棉田的應(yīng)用管理中得到了快速發(fā)展，棉花生產(chǎn)過程中，其多個生長環(huán)節(jié)都需化學(xué)藥劑的噴施，為提高棉花的生產(chǎn)水平和生產(chǎn)效率，無人機在棉花的規(guī)模化、標準化、機械化作業(yè)中起著不可忽視的作用。

2.1 無人機噴施脫葉催熟劑的應(yīng)用

在棉花機械收獲的過程中，合理地噴施脫葉催熟劑是其重要前提，可以提高棉花的脫葉吐絮質(zhì)量，降低籽棉中的碎葉雜質(zhì)，從而提高棉花品質(zhì)。馬艷等研究表明，利用無人植保機對棉花進行噴施脫葉劑，可以達到良好的脫葉效果，且對棉花的產(chǎn)量和纖維品質(zhì)沒有明顯影響[8]。為了找出無人機噴施棉花脫葉催熟劑的飛行參數(shù)，蒙艷華等通過2年試驗，評估無人機噴灑脫葉催熟劑的棉花脫葉效率，結(jié)果表明，脫葉效果對噴液量很敏感，最佳噴液量為22.5 L/hm2，其飛行速度為4 m/s[9]。近年來，為了提高藥效，常添加航空噴霧助劑，可以提高霧滴的沉積。

2.2 無人機噴施防治病蟲害的應(yīng)用

在棉花種植過程中，對害蟲的防治非常重要，目前對病蟲害的防治主要是依靠化學(xué)藥劑，但傳統(tǒng)的施藥方式很難達到預(yù)期的防治效果，無人機作為一種新型植保機械，其對病蟲害的防治有很好的效果，是一種符合棉花有害生物防治的技術(shù)。袁會珠等人的研究表明，霧滴粒徑與農(nóng)藥藥效存在一定的關(guān)系，在一定范圍內(nèi)，采取細小的霧滴噴霧對病蟲害的防治能夠取得更好的防治效果[10]。為使棉花葉片上的霧滴沉積達到最佳防治效果，王喆通過MG-1S型無人機研究表明，無人機噴施過程中防治棉蚜最佳參數(shù)為：飛行速速度4 m/s，飛行高度2.5 m。為了減少無人機噴施過程中霧滴的飄移，提高農(nóng)藥利用率，可在農(nóng)藥中添加助劑。白微微等利用植保無人飛機，分別添加5種助劑進行噴施作業(yè)試驗，所有助劑對棉花都無明顯影響，其中4種助劑對棉蚜的防治均有一定的增效作用。

2.3 無人機噴施在棉花打頂方面的應(yīng)用

在棉花打頂方面，趙強等研究表明，與傳統(tǒng)的人工打頂相比，化學(xué)打頂棉花的效果比較好，其產(chǎn)量維持在較高水平，株高更是比人工打頂平均高出17%，且化學(xué)打頂對棉花的綜合品質(zhì)無明顯影響[11]。傳統(tǒng)的化學(xué)打頂多采用地面機械牽引的噴霧劑進行，其進行植保作業(yè)過程難免會損傷棉花，影響棉花的產(chǎn)量和質(zhì)量，使用小型的植保無人飛機可改善傳統(tǒng)機械作業(yè)帶來的問題。趙靜等通過植保無人機噴施縮節(jié)胺來探索與傳統(tǒng)噴桿式噴霧機對棉花生長調(diào)控的不同，結(jié)果表明，無人機噴施縮節(jié)胺對棉花株高的影響與噴桿式噴霧機作業(yè)效果相當(dāng)，可有效促進棉花的生長[12]。目前無人機噴施在棉花打頂方面的應(yīng)用研究較少，但根據(jù)已有文獻說明，無人機噴施化學(xué)藥劑打頂是完全可行的。