植保無人機(jī)飛行作業(yè)參數(shù)對玉米施藥效果的影響

摘 要：植保無人機(jī)是一種能夠快速高效地完成大面積田間作業(yè)的智能化植保設(shè)備，是當(dāng)下研究的熱點(diǎn)，但其作業(yè)效果受到多種因素的影響。以植保無人機(jī)噴施乙基多殺菌素防治草地貪夜蛾為例，探索無人機(jī)不同飛行高度、飛行速度、噴施量對草地貪夜蛾防治效果的影響。通過測試分析霧滴密度、霧滴覆蓋率及其變異系數(shù)，結(jié)合草地貪夜蛾防治效果，最終發(fā)現(xiàn)飛行高度為2.0 m、飛行速度為2.0 m/s、噴施量為900 mL/667 m2時(shí)作業(yè)效果最好。

關(guān)鍵詞：植保無人機(jī)；作業(yè)參數(shù)；玉米；草地貪夜蛾；防治效果

中圖分類號(hào)：S435.132 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1674-7909（2024）5-151-4

DOI：10.19345/j.cnki.1674-7909.2024.05.035

0 引言

植保無人機(jī)，作為一種先進(jìn)的無人飛行植保機(jī)器，搭載了多種傳感器和噴灑設(shè)備，借助人工智能和自動(dòng)化技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)對農(nóng)田作物的精準(zhǔn)監(jiān)測與施藥［1-2］。植保無人機(jī)通常能夠自主完成航線規(guī)劃、作物健康狀況監(jiān)測、病蟲害識(shí)別和精準(zhǔn)施藥等任務(wù)，可減少化學(xué)藥劑的使用量，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，推動(dòng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展［3］。應(yīng)用植保無人機(jī)能夠快速高效地完成大面積農(nóng)田的監(jiān)測和作業(yè)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化和精準(zhǔn)化，同時(shí)降低人工操作的勞動(dòng)強(qiáng)度［4］。此外，植保無人機(jī)還可減少藥劑的浪費(fèi)［5］，有助于減輕環(huán)境污染，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。目前，植保無人機(jī)已廣泛應(yīng)用于農(nóng)田作物監(jiān)測、病蟲害防治、施肥施藥和植保作業(yè)等方面，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)注入了新的活力［6］。

玉米作為我國的重要經(jīng)濟(jì)作物，其產(chǎn)量和品質(zhì)受到病蟲草害防治情況的直接影響。盡管我國在玉米品種培育方面取得了顯著進(jìn)展，并積極推廣生物防治、植物保護(hù)等綠色防控技術(shù)，有效控制了病蟲害的發(fā)生，但在實(shí)際防治過程中，仍主要依賴于人工作業(yè)，機(jī)械化和智能化水平亟待提升［7-8］。植保無人機(jī)能夠?yàn)橛衩撞∠x草害防治提供高效、精準(zhǔn)的防治方案，為玉米生產(chǎn)帶來了諸多優(yōu)勢。植保無人機(jī)在玉米病蟲草害防治中的應(yīng)用可以極大地提高防治效率。應(yīng)用植保無人機(jī)可以迅速對大片玉米田進(jìn)行航測，實(shí)時(shí)獲取植被指數(shù)、溫度、濕度等數(shù)據(jù)，結(jié)合多光譜傳感器技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對病蟲草害的遠(yuǎn)程監(jiān)測與識(shí)別，從而有利于提前采取相應(yīng)的防治措施［9］。此外，植保無人機(jī)在玉米病蟲草害防治中的應(yīng)用也能夠減少人力成本［10］。傳統(tǒng)的病蟲害防治作業(yè)需要大量勞動(dòng)力投入，尤其是在玉米植株生長至一定高度后，人工施藥的難度大大增加。應(yīng)用植保無人機(jī)可以大幅度減少人力投入，降低施藥難度，有效減輕農(nóng)民的勞動(dòng)強(qiáng)度［11］。同時(shí)，植保無人機(jī)噴灑作業(yè)還能有效避免農(nóng)藥對人體的直接接觸，有助于保障農(nóng)民的健康。傳統(tǒng)的農(nóng)藥施用方式往往存在浪費(fèi)和重復(fù)施藥的問題，這不僅增加了農(nóng)藥的使用量，還可能對環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)造成損害。而植保無人機(jī)通過精準(zhǔn)噴灑，能夠減少農(nóng)藥的浪費(fèi)，降低對環(huán)境的壓力，并減少農(nóng)藥過量使用對玉米品質(zhì)和食品安全的潛在風(fēng)險(xiǎn)［12］。植保無人機(jī)在玉米病蟲草害防治中的應(yīng)用，有助于提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化水平。運(yùn)用無人機(jī)技術(shù)，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)變得更加智能化、科學(xué)化，為農(nóng)民提供了更先進(jìn)的生產(chǎn)手段和農(nóng)事決策支持，有助于推動(dòng)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和品質(zhì)［13］。

此研究以植保無人機(jī)噴施乙基多殺菌素防治草地貪夜蛾為例，探索無人機(jī)不同飛行速度、飛行高度、噴施量對草地貪夜蛾防治效果的影響，以期為植保無人機(jī)在玉米草地貪夜蛾防治作業(yè)的飛行參數(shù)選擇提供參考。

1 試驗(yàn)地點(diǎn)及材料

試驗(yàn)地點(diǎn)：通渭縣第三鋪鄉(xiāng)第三鋪村。

試驗(yàn)對象：玉米品種為墾玉50，玉米行距和株距分別為0.4 m和0.3 m，施藥時(shí)田間觀察玉米受害率在10%以上。

噴施藥劑：美國科迪華農(nóng)業(yè)公司生產(chǎn)的25%乙基多殺菌素（施達(dá)靈?）。

試驗(yàn)材料：極飛P30植保無人機(jī)（有效載荷為15 kg，長度為1.18 m，寬度為1.18 m，最大起飛質(zhì)量為27 kg，飛行速度為1～10 m/s，飛行高度為1～30 m）、風(fēng)速檢測儀、溫濕度測試儀、霧滴測試卡、雙頭夾、口罩、手套等。

2 試驗(yàn)方法

2.1 試驗(yàn)因素設(shè)置

針對無人機(jī)不同飛行高度、飛行速度、噴施量設(shè)置試驗(yàn)共15組，將作業(yè)區(qū)域分為15塊區(qū)域，每個(gè)區(qū)域面積約為667 m2，每組地塊內(nèi)放置10張水敏紙用于收集測定霧滴密度和霧滴覆蓋率并計(jì)算霧滴覆蓋率變異系數(shù)（CV），共設(shè)置15個(gè)不同的飛行參數(shù)，參數(shù)設(shè)置如表1所示。

2.2 試驗(yàn)前校準(zhǔn)

首次作業(yè)前調(diào)試噴灑設(shè)備，準(zhǔn)確記錄噴灑時(shí)間和載藥量，校正噴灑量。將植保無人機(jī)平放于空曠地帶，向藥箱中加入過量清水，打開無人機(jī)噴灑系統(tǒng)并開始計(jì)時(shí)，使用大號(hào)自封袋回收，測定1 min植保無人機(jī)的噴灑量，測試重復(fù)3次，取平均值，校準(zhǔn)流量。

2.3 試驗(yàn)天氣

施藥時(shí)間為2022年7月25日，施藥當(dāng)天天氣晴朗，氣溫為17～31 ℃，南風(fēng)1級(jí)。

2.4 測試數(shù)據(jù)的采集

利用雙頭夾將霧滴測試卡布置到作業(yè)區(qū)域內(nèi)，用于測定不同作業(yè)參數(shù)下霧滴密度、霧滴覆蓋率的分布情況。使用Depositscan軟件（美國農(nóng)業(yè)部）與掃描儀來測定測試卡上的霧滴密度和霧滴覆蓋率，并計(jì)算霧滴覆蓋率的變異系數(shù)（CV）。變異系數(shù)可用于顯示霧滴覆蓋率的均勻性。變異系數(shù)計(jì)算公式見式（1）。

式（1）中，S為試驗(yàn)組樣本標(biāo)準(zhǔn)差；[Xi]為各采樣點(diǎn)霧滴覆蓋率；[X]為每個(gè)試驗(yàn)組霧滴覆蓋率的平均值；n為每個(gè)試驗(yàn)組采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)。

2.5 防治效果調(diào)查方法

采取5點(diǎn)調(diào)查法，施藥前選取5株玉米做標(biāo)記并統(tǒng)計(jì)草地貪夜蛾的蟲口數(shù)量，施藥5 d、10 d、15 d后再次調(diào)查每株玉米草地貪夜蛾的蟲口數(shù)量，計(jì)算草地貪夜蛾防治效果，計(jì)算公式見式（2）。

2.6 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 16.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析，并通過鄧肯氏新復(fù)極差法分析不同處理間的顯著性差異。

3 結(jié)果與分析

3.1 飛行高度對作業(yè)效果的影響

表2為飛行速度3.0 m/s，噴施量800 mL/667 m2下不同飛行高度下的作業(yè)效果統(tǒng)計(jì)。由表2可知，隨著飛行高度的增加，霧滴密度和霧滴覆蓋率越來越小，霧滴覆蓋率變異系數(shù)先增大后減小，飛行高度為2.0 m時(shí)變異系數(shù)最大。分析原因?yàn)楫?dāng)飛行高度為2.0 m時(shí)，飛行高度與噴幅相匹配；飛行高度為1.5 m時(shí)容易出現(xiàn)重噴或者漏噴現(xiàn)象；當(dāng)飛行高度高于2.0 m時(shí)，由于無人機(jī)離心噴頭噴灑的霧滴粒徑非常小，霧滴飄移概率會(huì)大大增加，造成霧滴密度和霧滴覆蓋率大幅度減小。對比作業(yè)完成后的防治效果可以發(fā)現(xiàn)，飛行高度為1.5 m和2.0 m時(shí)的防治效果無顯著差異，飛行高度大于2.0 m時(shí)，防治效果顯著降低。因此，當(dāng)飛行高度為2.0 m時(shí)，作業(yè)效果最佳。

3.2 飛行速度對作業(yè)效果的影響

表3為飛行高度2.0 m/s，噴施量800 mL/667 m2下不同飛行速度下的作業(yè)效果統(tǒng)計(jì)。由表3可知，隨著飛行速度的增加，霧滴密度和霧滴覆蓋率呈下降趨勢，霧滴覆蓋率變異系數(shù)隨之減小，分析原因?yàn)轱w行速度較快時(shí)，噴頭噴灑出的霧滴更容易發(fā)生飄逸出現(xiàn)噴灑不均的現(xiàn)象。對比作業(yè)后防治效果可以發(fā)現(xiàn)，飛行速度為2.0 m/s時(shí)，防治效果最佳；隨著飛行速度的增加，防治效果顯著降低。因此，當(dāng)飛行速度為2.0 m/s時(shí)，作業(yè)效果最佳。

3.3 噴施量對作業(yè)效果的影響

表4為飛行速度3 m/s，飛行高度2 m/s下不同噴施量下的作業(yè)效果統(tǒng)計(jì)。由表4可知，隨著噴施量的增加，霧滴密度和霧滴覆蓋率隨之增加。對比防治效果發(fā)現(xiàn)，防治效果隨著噴施量的增加而顯著增加，但噴施量為900 mL/667 m2和噴施量為1 000 mL/667 m2時(shí)，防治效果無顯著性差異。綜合考慮藥劑對玉米生長的效果以及作業(yè)成本，可以將噴施量設(shè)定為900 mL。

4 結(jié)束語

植保無人機(jī)能夠快速、高效地完成大面積植保作業(yè)，減少人工作業(yè)的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了作業(yè)效率，但植保無人機(jī)作業(yè)效果受到多種因素的影響，如飛行高度、飛行速度、噴施量、作物類型、地形天氣等。此研究以植保無人機(jī)噴施乙基多殺菌素防治草地貪夜蛾為例，探索無人機(jī)不同飛行高度、飛行速度、噴施量對草地貪夜蛾防治效果的影響，通過測試分析霧滴密度、霧滴覆蓋率及霧滴覆蓋率變異系數(shù)，結(jié)合草地貪夜蛾防治效果，最終發(fā)現(xiàn)飛行高度為2.0 m、飛行速度為2.0 m/s、噴施量為900 mL/667 m2時(shí)作業(yè)效果最好，為后期植保無人機(jī)在玉米草地貪夜蛾防治作業(yè)的飛行參數(shù)選擇提供了參考。

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作者簡介：郭兵兵（1987—），男，本科，農(nóng)藝師，研究方向：農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣與應(yīng)用。