無人機精準施藥防控小麥白粉病的主要環節及具體技術應用

小麥白粉病是由白粉菌屬真菌引起的世界性病害，發病嚴重時可導致產量損失 30% 以上，該病害主要為害葉片，嚴重時也可為害葉鞘、莖稈和穗部，導致光合作用受阻，葉片早枯，穗粒數減少，千粒重下降，一般減產 10%～20% 。傳統人工與機械化防控方式存在作業效率低與農藥利用率低等技術瓶頸，隨著現代農業數字化轉型升級需求日益迫切，植保無人機憑借其高效精準的技術優勢，在農業植保領域展現出廣闊的應用前景，植保無人機通過集成北斗導航定位系統與智能噴灑裝置，實現農藥精準施用與智能化作業，在提升防控效果與降低農藥用量方面具有顯著優勢。

一、精準施藥技術原理與特點

1、導航定位與飛行控制

植保無人機導航定位系統通過集成北斗衛星導航系統與慣性測量單元，實現厘米級定位精度和飛行軌跡實時控制，該系統采用差分定位技術對飛行軌跡進行動態規劃，結合地形數據建立三維電子地圖，為精準施藥提供空間基準。飛行控制系統基于多傳感器融合技術，將組合導航數據與姿態感知數據相結合，通過自適應控制算法實現飛行高度和速度的精確調節，在復雜地形條件下，控制系統能夠根據地形起伏自動調整飛行參數，保持噴桿與作物冠層的相對高度穩定在 2-4m 范圍內。通過飛行軌跡規劃算法對作業路徑進行優化設計，系統可自動規避障礙物并確保施藥區域的完整覆蓋，同時考慮風速風向等環境因素對噴灑軌跡進行實時補償，有效提升施藥精度。

2、智能噴灑系統構成

智能噴灑系統采用流量閉環控制技術與脈寬調制噴頭相結合的設計方案，實現噴灑流量與飛行速度的動態匹配，如圖1所示，系統主要由智能泵站與流量控制單元與多通道噴頭陣列及控制器組成，通過高精度流量傳感器實時監測噴灑狀態。各核心部件的性能參數要求見表1，通過嚴格控制系統各項指標確保噴灑效果，噴頭采用變頻脈沖調制技術，根據飛行速度和作業要求自動調節噴灑壓力與霧滴粒徑，確保藥液霧化效果。系統配備智能增壓裝置，可根據不同藥劑特性調整噴灑壓力，使霧滴粒徑控制在 80-120μm 范圍內，在藥液輸送環節，采用新型防堵塞設計與智能清洗功能，有效解決藥液結晶導致的噴頭堵塞問題，顯著提升作業可靠性。

3、精準施藥核心技術

精準施藥技術通過變量噴灑與智能預警等先進技術手段，實現農藥使用量的精確控制與施藥效果的實時監測，變量噴灑技術基于作物長勢與病害發生程度建立施藥決策模型，通過分區域調節噴灑參數實現農藥精準投放。系統采用高分辨率光學傳感器對噴灑過程進行實時監測，結合深度學習算法分析藥液覆蓋情況，為噴灑參數優化提供數據支持，在藥液配比環節，通過智能藥箱系統實現多種藥劑的精確計量與自動混配，確保每個噴灑單元獲得濃度均勻的藥液。系統還配備智能預警功能，可監測施藥過程中的環境變化與設備狀態，當出現異常情況時及時調整作業參數或發出預警信號，保障施藥作業的安全性與有效性。

二、施藥技術參數與要求

1、作業環境要求

植保無人機精準施藥作業對環境條件具有嚴格要求，作業環境因素直接影響防控效果與施藥質量，表2列出了無人機作業環境適應性指標，明確規定了氣象條件與光照條件等環境參數的適宜范圍與臨界值，氣象條件方面，作業時段環境溫度需維持在 12^°C-30^°C 范圍內，相對濕度應保持在 40% 以上，風速限值應控制在3.3m/s 以下，避免強風造成的藥液漂移。光照條件對施藥效果產生顯著影響，強光直射會加速藥液揮發與降解，因此宜選擇早晨或傍晚光照強度較弱時段實施作業，地形條件應充分考慮作業區域的地貌特征與障礙物分布，施藥作業前需對作業區域進行地形測繪與障礙物標記，建立作業區域數字地圖，確保飛行安全與施藥精度。空域管制要求方面，作業區域應遠離機場凈空區與軍事管制區，并與相關部門做好飛行空域報備工作，農田基礎設施條件需滿足無人機起降與藥液補給要求，場地應平整開闊便于設備布置，補給站點應具備清水供應與設備清洗條件。作業區域和周邊環境敏感區域如水源地與居民區應進行特殊標記，系統自動規避或采取定向噴灑等措施降低藥液飄移影響，氣象監測設備應實時采集溫度濕度風速等環境參數，當環境條件超出適宜范圍時系統自動發出預警信號，確保作業安全與防控效果。

圖1植保無人機噴灑系統結構示意圖

2、飛行噴灑參數

植保無人機飛行噴灑參數優化對實現精準施藥至關重要，科學設定作業參數是提升防控效果的關鍵環節，飛行高度與作物冠層保持 2-4m 的相對距離，該高度范圍可確保藥液霧滴能夠有效沉積在目標位置，同時避免機體下洗氣流對作物造成機械損傷。飛行速度需根據作物長勢與藥劑特性進行動態調整，一般控制在 4-5m/s 范圍內，速度過快會導致藥液覆蓋不均，速度過慢則影響作業效率與藥劑利用率。噴灑壓力應與飛行速度協調匹配，通過智能控制系統實時調節噴頭壓力，確保霧滴粒徑維持在 80-120μm 的最佳范圍內，重疊度是保證均勻覆蓋的重要參數，相鄰航帶間的重疊度應保持在 25%-30% ，可通過激光雷達等傳感設備實時監測重疊情況并動態調整飛行軌跡。施藥量根據病害程度與防治要求確定，針對小麥白粉病一般采用 2-3L/667m² 的用藥量，可通過流量傳感器實時監測噴灑量并進行智能補償，作業幅寬需綜合考慮機型特性與防治要求，通常控制在 4-6m 范圍內，確保藥液能夠穩定輸送至最大覆蓋范圍。

3、藥劑配置技術

藥劑配置是植保無人機精準施藥的核心環節，科學的配藥方案直接決定防控效果，藥劑選擇應優先考慮適合超低容量噴灑的專用制劑，如水乳劑微乳劑等高效低殘留制劑，并嚴格遵循小麥白粉病用藥安全間隔期規定，配藥過程中需添加專用助劑改善藥液理化性質，通過表面活性劑調節藥液表面張力，提升藥液在葉面的展布性與持效性。藥液pH值應通過緩沖劑調節至5.5-7.0范圍內，避免藥液酸堿度影響藥效與設備壽命，粘度調節劑的添加量需嚴格控制在推薦范圍內，過高粘度會影響噴頭霧化效果，過低粘度則增加飄移風險，配藥用水選用軟化處理后的清潔水源，并采用智能水質檢測設備實時監測電導率與硬度等指標。藥箱清洗劑的選擇應考慮與農藥的相容性，采用專用清洗劑確保設備清洗徹底，避免交叉污染，農藥助劑的選擇需與主要藥劑進行配伍試驗，確保混配后的藥液穩定性與生物活性，防止因配伍不當導致藥效降低或產生藥害，智能配藥系統可通過數據庫調取最優配方，實現多種藥劑的精確計量與自動混配，保證每個噴灑單元獲得性能穩定的藥液。

表1智能噴灑系統核心部件性能參數

三、防控技術應用規程

1、施藥時機選擇

科學選擇植保無人機施藥時機是確保防控效果的關鍵環節，通過對小麥生育期特征與病害發生規律的系統分析確定最佳防治窗口，如圖2所示，小麥白粉病防控關鍵期主要集中在分蘗期至抽穗期，這一時期也是病害發生的高峰階段。小麥白粉病在溫暖地區主要以菌絲體或分生孢子形式越冬，次年春季條件適宜時繼續侵染，在寒冷地區則主要以閉囊殼在病殘體或土壤中越冬，春季釋放子囊孢子引發初侵染，病害主要通過氣流傳播，分生孢子可隨風擴散至數十公里。基于小麥生育期與白粉病發生規律的關系，病害預測預報系統的數學模型表明，當日均氣溫 15-20^°C 且相對濕度在 70% 以上時，小麥白粉病發生風險顯著提升，尤其是春季氣溫回升快與晝夜溫差大時，易造成植株表面結露，利于病原菌侵染。應密切關注天氣變化提前做好防控準備，在病株率達 10% 或病葉率達 5% 時及時開展防控，作業時段選擇上午10點前或下午4點后濕度較大且風速適宜的時段進行作業，避免在強光直射條件下施藥。

2、作業流程標準

植保無人機作業流程標準化是實現精準施藥防控的重要保障，作業實施過程需嚴格遵循規范化操作程序，作業前準備階段應對無人機各系統進行全面檢查，確保導航定位系統精度校準無誤，噴灑系統工作壓力穩定，傳感器數據采集正常，同時完成作業區域電子地圖繪制與飛行規劃。藥劑準備環節通過智能配藥系統按標準配方進行藥液配制，使用專業檢測儀器測定藥液pH值濃度等指標，確保藥液性能符合技術要求，作業實施階段嚴格執行起飛前檢查確認單，按照規劃航線進行精準作業，實時監測飛行狀態與噴灑參數，系統自動記錄作業軌跡與用藥數據。補給環節采用模塊化藥箱快速更換技術，建立標準化補給站實現自動清洗與灌裝，提升作業連續性，安全監督人員全程跟進作業過程，確保人機分離與作業安全，發現異常情況及時采取應急處置措施，作業后評估階段對防控質量與作業效率進行系統分良好的防控效果。技術經濟性分析表明，無人機飛防畝成本在20元左右，比人工噴藥成本降低一半以上，作業效率評估數據顯示，單架無人機每天可完成500多畝的作業量，相當于30個人傳統打藥的作業效率。在甘肅西峰區的應用中，無人機搭載50L藥箱，噴幅寬析，通過數據平臺完成作業記錄存檔與信息追溯，為持續改進作業流程提供依據。

圖2小麥生育期與白粉病防控施藥時機圖

3、防控質量管理

植保無人機防控質量管理體系通過全方位監控與評估機制，實現施藥作業全過程質量控制，在藥劑質量控制環節建立完善的藥劑采購驗收制度，通過光譜分析等技術對藥劑有效成分進行快速檢測，確保所用藥劑符合質量標準。噴灑質量監測采用水敏紙與葉面覆蓋率圖像分析技術，通過機器視覺算法評估藥液分布均勻性，實時調整作業參數優化噴灑效果，設備質量管理方面實施定期校準與維護保養制度，建立設備運行狀態數據庫，通過預測性維護技術及時發現潛在故障。人員管理方面對作業人員進行專業技能培訓與考核，建立崗位責任制度確保各環節操作規范到位，防效評估采用標準取樣與科學統計方法，通過病情調查與藥效動態監測評價防控效果，建立防控質量評價指標體系實現精準化管理，質量追溯系統集成作業數據與監測信息，實現防控全過程可追溯可量化管理，持續提升防控質量管理水平。

4、智能化管理與數據應用

植保無人機防控系統通過云平臺實現數據的實時采集與存儲及分析，建立完整的作業管理數據庫，系統可對每架無人機的作業軌跡與噴灑參數以及藥液用量等數據進行記錄與追溯，實現防控過程的全程可視化管理。通過多源數據融合分析，系統能夠生成作業質量評估報告，包括藥液覆蓋均勻度與重噴漏噴區域識別等關鍵指標，同時，基于歷年積累的防控數據，結合氣象信息和病害發生規律，系統可以為下一年的防控方案制定提供決策支持。在作業管理方面，通過移動終端APP實現對作業任務的精準分配與實時監控，操作人員可隨時查看作業進度，設備狀態和天氣預警信息，此外，系統還具備遠程技術指導功能，專家可通過遠程會診方式，針對防控中遇到的技術問題提供及時指導，提高防控效果。

四、應用效果與推廣價值

1、防效與用藥量分析

植保無人機精準施藥技術在小麥白粉病防控中展現出顯著的應用效果，在甘肅武威市農技中心2022年6月的應用案例中，針對涼州區韓佐鎮韓佐村出現的白粉病等病蟲害問題，農技中心科技特派員采用無人機對300畝冬小麥田進行精準施藥防控。通過統防統治的方式，有效解決了農戶分散種植與統一防治難度大的問題，同年，涼州區農業農村局在古城鎮組織開展的專業化機防工作中，植保無人機在技術人員操作下實現了農藥的均勻噴灑，并配合農技人員深入田間地頭進行技術指導，取得了度 7.5m ，飛行速度每秒 6.5m ，傳統作業每畝地需打40L藥水，而無人機只需1-2L，農藥利用率提高了 40% ，采用無人機飛防的區域比非噴防區畝產可增加 20kg 以上，通過精準控制噴灑參數與施藥時機，農藥在作物體表的沉積量更加均勻，持效期延長30% ，有效提升了防控持續性。

2、應用案例評價

通過對全國多個示范區的應用案例系統評價，植保無人機精準施藥技術在不同區域與種植模式下均顯示出良好的適應性與推廣價值，在上海嘉定區的試驗中，載重量 10kg 的電力驅動型植保無人機，一次飛行作業可防治小麥20畝，平均畝用藥液量 0.5kg ，畝防治耗時1.5-2分鐘，4架無人機協同作業，不到2小時可完成200多畝小麥的防治任務。無人機旋翼產生的向下氣流有助于增加霧流對作物的穿透性，能使藥劑更好地覆蓋小麥植株，包括中下部葉片，而小麥白粉病病菌主要為害葉片，這一特性顯著提升了防治效果。配備的先進智能操控系統和精準噴藥系統，可根據小麥的生長情況和病蟲害分布進行精準高效噴灑，能準確覆蓋在大田作物裸露部分，避免了人工噴藥可能出現的漏噴與重噴問題。示范區內采用無人機飛防的區域比非噴防區畝產可增加 20kg 以上，且通過精準施藥技術與數字農業體系深度融合，建立智能化植保決策系統，實現農藥減量增效與綠色防控的協同推進。

總而言之，植保無人機精準施藥防控小麥白粉病技術通過系統化的作業規程與智能化的控制手段，顯著提升了防控效果與作業效率，該技術基于北斗導航定位系統與智能噴灑裝置，實現了農藥精準定量投放與均勻覆蓋，使農藥利用率提高 35% ，有效解決傳統防控技術存在的問題。實踐應用表明，無人機精準施藥技術在降低農藥用量與提升防控效果以及保障作業安全等方面具有顯著優勢，推動農業植保向智能化精準化方向發展。

（作者單位：733000中央農業廣播電視學校涼州區分校）