無人機在棉花田間管理方面的應用研究進展

曹 眾 ， 王國賓

（山東理工大學農業工程與食品科學學院，山東 淄博 255049）

棉花是世界上重要的農作物之一，我國是世界上最大的棉花生產以及消費國家，因此提高棉花產量和質量至關重要。農業航空應用是農業現代化的重要標志，無人機技術是農業航空的重要組成部分，無人機結合了GPS、GIS以及大數據技術，配合其搭載的傳感器和噴施設備，可實現精準、高效植保作業。作為我國重要的農作物，利用無人機對棉花進行管理作業，有著巨大的發展前景。

1 無人機在棉田遙感方面的應用進展

近年來，隨著現代信息技術的迅速發展，無人機遙感技術不斷完善，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點[1-2]。通過無人機搭載的多種傳感器，結合遙感技術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據，可以分析作物的生長狀況及環境。

田明璐等通過無人機遙感技術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，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，反演棉花葉片的葉綠素相對含量，取得了較好的結果，利用以上兩種參數都可以直觀地分析農作物的生長狀況[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以及特征空間構建技術，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，無人機遙感技術越來越完善，其不斷發展為棉田的農情監測給予了新的技術手段和數據來源，對現代農業的生產管理有著極大的意義。

2 無人機在棉田噴施藥劑方面的應用進展

為了提高農作物的生產質量和效率，合理噴施化學藥劑是其前提。傳統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，且對農作物和土壤有一定的損害，可能造成嚴重的生態污染[6]。在現代農業和智慧農業快速發展的背景下，無人機結合多種傳感器，配合其專用藥劑以及配套的助劑，可實現變量噴施和精準施藥，提高了農藥的利用率[7]。近年來，無人機噴施在棉田的應用管理中得到了快速發展，棉花生產過程中，其多個生長環節都需化學藥劑的噴施，為提高棉花的生產水平和生產效率，無人機在棉花的規模化、標準化、機械化作業中起著不可忽視的作用。

2.1 無人機噴施脫葉催熟劑的應用

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量，降低籽棉中的碎葉雜質，從而提高棉花品質。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，且對棉花的產量和纖維品質沒有明顯影響[8]。為了找出無人機噴施棉花脫葉催熟劑的飛行參數，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藥劑，但傳統的施藥方式很難達到預期的防治效果，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。袁會珠等人的研究表明，霧滴粒徑與農藥藥效存在一定的關系，在一定范圍內，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，提高農藥利用率，可在農藥中添加助劑。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用

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