寧波市推廣農(nóng)用無人旋翼施藥機(jī)的對策研究

呂長淮　陳陽松　張鳳謙

寧波市推廣農(nóng)用無人旋翼施藥機(jī)的對策研究

呂長淮1陳陽松2張鳳謙3

近年來，隨著中國工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的發(fā)展，農(nóng)村勞動力日漸短缺，急切需要在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中實施“機(jī)器換人”，用先進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械來代替人力勞動。近年來寧波市糧食生產(chǎn)機(jī)械化快速推進(jìn)，到2014年全市水稻等主要農(nóng)作物耕種收綜合機(jī)械化水平86.8%，分別高于全國、全省平均水平，寧波市已全面進(jìn)入農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展中級階段。但目前寧波市在農(nóng)作物機(jī)械化植保中，普遍使用背負(fù)式噴霧器施藥，勞動效率低，勞動條件惡劣，難以應(yīng)對區(qū)域性爆發(fā)性病蟲害，已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的薄弱環(huán)節(jié)，也是制約土地規(guī)模經(jīng)營和農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)的瓶頸。農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化急切需要現(xiàn)代化植保技術(shù)的出現(xiàn)。

1　中國植?，F(xiàn)代化技術(shù)和裝備的可能選擇

1.1國外植?，F(xiàn)代化發(fā)展經(jīng)驗

美國在1918年就第一次用飛機(jī)噴灑農(nóng)藥殺滅棉蟲，開創(chuàng)了農(nóng)業(yè)航空的歷史。美國的病蟲害防治依托的農(nóng)業(yè)機(jī)械主要是大型地面機(jī)械和飛機(jī)。由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)高度規(guī)模化，美國成為世界上農(nóng)業(yè)航空最發(fā)達(dá)的國家之一，目前使用的農(nóng)業(yè)用飛機(jī)約9 000架，實際在用的飛機(jī)大約4 000架，在冊的農(nóng)用飛機(jī)駕駛員2 000多名，年處理耕地面積超過1.20×108hm2，占總耕地面積的50%以上。美國的農(nóng)用固定翼飛機(jī)基本上都使用活塞型發(fā)動機(jī)，且多為后三點式，飛機(jī)的安全性能較高，抗墜毀性好；空中作業(yè)效率高，麥田滅草比地面機(jī)械效率高5～7倍，相當(dāng)于人工噴霧的200～250倍；突擊能力強(qiáng)，利于消滅爆發(fā)性病蟲害；不受作物長勢的限制，利于作物后期作業(yè)。美國農(nóng)用航空作業(yè)項目主要包括播種、施肥、施農(nóng)藥。上世紀(jì)80年代起，日本雅馬哈公司開始研究開發(fā)無人直升機(jī)在農(nóng)業(yè)上應(yīng)用，目前日本擁有無人直升機(jī)2 300余架，操作人員14 000多名，噴灑面積的總和9.63萬hm2，水稻病害防治50%以上的面積使用無人駕駛直升機(jī)，超過了有人駕駛農(nóng)用直升機(jī)的防治面積。這種無人直升機(jī)主要用于播種、施肥、噴灑農(nóng)藥等作業(yè)，噴灑農(nóng)藥生產(chǎn)率可達(dá)7～10hm2/h（藥液量8L/hm2）。在日本，采用農(nóng)用無人駕駛輕型直升機(jī)進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)已成為發(fā)展趨勢之一。

1.2我國植?，F(xiàn)代化發(fā)展選擇

我國航空施藥也早在上世紀(jì)50年代中期就已啟動。在中國東北及新疆建設(shè)兵團(tuán)、農(nóng)墾系統(tǒng)的農(nóng)場等地，我國從1951年開始用飛機(jī)防治東亞飛蝗、護(hù)林防火和播種造林。1956年中國民用航空局設(shè)立專業(yè)航空機(jī)構(gòu)，開展多種農(nóng)業(yè)航空業(yè)務(wù)。目前，已有6個機(jī)種400多架飛機(jī)在大面積的墾區(qū)和農(nóng)場從事農(nóng)業(yè)航空工作。主要機(jī)型包括“農(nóng)業(yè)5”“Y5B”“Y1l”“海燕650B”等固定翼飛機(jī)。大型地面植保機(jī)械和有人駕駛的固定翼及直升機(jī)防治病蟲草害，已是兵團(tuán)和農(nóng)場植保現(xiàn)代化技術(shù)的主要手段。除兵團(tuán)和農(nóng)墾農(nóng)產(chǎn)外，我國大部分農(nóng)業(yè)生產(chǎn)戶均耕種面積小、地形復(fù)雜，地面植保機(jī)械難以通行作業(yè)。而高效率的固定翼飛機(jī)由于對起飛場地要求高，價格昂貴，加上航空管制，起飛作業(yè)手續(xù)繁雜，在農(nóng)業(yè)上難以作為主力作業(yè)手段和裝備推廣。

借鑒土地種植模式接近中國的日本的植?，F(xiàn)代化模式，在中國廣大的農(nóng)業(yè)區(qū)域，依托無人駕駛的旋翼機(jī)、超輕型有人駕駛直升機(jī)及動力傘等飛行平臺的飛行施藥機(jī)將是一種極有前景的選擇。

1.3我國無人旋翼施藥機(jī)（又稱旋翼植保無人機(jī)）的發(fā)展里程

2008年解放軍總參60所開發(fā)出國內(nèi)首款自動導(dǎo)航，擬定用于農(nóng)業(yè)的無人旋翼機(jī)“天鷹三號”。此后，農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)機(jī)化研究所在國家863項目資助下，運用“天鷹三號”開展“水田超低空低量施藥技術(shù)研究與裝備創(chuàng)制”項目研究，在水稻飛虱、稻縱卷葉螟的防治上進(jìn)行了一系列試驗，單位面積用藥液量30～45kg/hm2，防效優(yōu)于人工施藥，并于2011年7月通過了科技部專家組的鑒定驗收。2012年3月17日，溫家寶總理在河南舞陽參觀了無人施藥機(jī)飛行演示在國內(nèi)引起了反響，此后國內(nèi)掀起了開發(fā)農(nóng)用無人駕駛旋翼機(jī)、動力傘等超輕型飛行施藥機(jī)的熱潮。目前國內(nèi)已有100多家企業(yè)、科研院所在從事農(nóng)用單軸及多軸旋翼機(jī)、動力傘、輕型直升機(jī)施藥機(jī)械的開發(fā)。湖南、江西等地已經(jīng)開展無人旋翼施藥機(jī)大面積的示范推廣。寧波市于2012年開展無人旋翼施藥機(jī)試驗示范，2014年將無人植保施藥機(jī)列入寧波市級新機(jī)具引進(jìn)示范項目，在財政上給予約40%的補(bǔ)貼，目前在象山、余姚共推廣了6臺，示范面積670多hm2。

2　推廣農(nóng)用無人旋翼施藥機(jī)是發(fā)展農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的必然要求

無人旋翼施藥機(jī)低空噴灑施藥是一項適應(yīng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展、現(xiàn)代植保需求的新型技術(shù)，能實現(xiàn)農(nóng)作物病蟲害防治從人工地面防治變?yōu)闊o人空中防治，具有高效、安全，節(jié)省勞動力，節(jié)約農(nóng)業(yè)投入成本，增加農(nóng)民收益等諸多優(yōu)點。

2.1提升農(nóng)作物病蟲害統(tǒng)防統(tǒng)治的組織化、現(xiàn)代化水平

隨著綠色農(nóng)業(yè)、有機(jī)農(nóng)業(yè)、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)革命的不斷發(fā)展，農(nóng)業(yè)病蟲害的防治已經(jīng)成為保證農(nóng)業(yè)高產(chǎn)、高質(zhì)，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，積極引進(jìn)和推廣無人旋翼施藥機(jī)技術(shù)，將會大大提升寧波市農(nóng)作物病蟲害統(tǒng)防統(tǒng)治的組織化程度，提高農(nóng)業(yè)機(jī)械和植保的現(xiàn)代化發(fā)展水平。

2.2減少防治成本，提高農(nóng)藥使用效率

無人旋翼施藥機(jī)與傳統(tǒng)人工噴施相比，具有效率高、節(jié)水節(jié)藥、噴灑均勻等特點。人工噴灑農(nóng)藥每人生產(chǎn)率僅有0.067hm2/h，不僅作業(yè)勞動強(qiáng)度大，且人工噴施在對高大密集型農(nóng)作物作業(yè)時更是無能為力。采用無人飛機(jī)噴灑可以節(jié)約50%的農(nóng)藥使用量，節(jié)約90%的用水量，其效率是地面機(jī)械的5倍，是人工常規(guī)噴灑的60倍以上，并可大幅度降低勞動力成本。同時，由于無人直升機(jī)噴灑技術(shù)采用微粒噴灑方式，機(jī)器折舊率低、油量消耗小、人工成本低、維修成本低。

2.3覆蓋密度高，防治效果好

無人旋翼施藥機(jī)采用旋轉(zhuǎn)翼，作業(yè)高度比較低，一般噴灑飛行速度為3m/s，噴灑裝置寬度為3～4m，作業(yè)寬度為4～8m，并且能夠與農(nóng)作物的距離最低保持在1～2m的固定高度，當(dāng)藥液霧滴從噴灑器噴出時被旋翼產(chǎn)生的向下氣流加速形成氣霧流，直接增加了藥液霧滴對農(nóng)作物的穿透性，減少了農(nóng)藥飄失程度，覆蓋密度高、噴灑均勻，藥液沉積量和藥液覆蓋率都優(yōu)于常規(guī)，因而防治效果比較好，還可以防止農(nóng)藥對土壤造成污染，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

2.4技術(shù)成熟，操作靈活，易普及

無人旋翼施藥機(jī)垂直起降，無需專用起降場地，低空作業(yè)不受航空管制，不受地形和高度限制，只要在無人旋翼施藥機(jī)的飛行高度內(nèi)，在田間地頭起飛對農(nóng)作物實施作業(yè)，尤其是在地面機(jī)具無法進(jìn)入的水稻和高稈作物施藥作業(yè)中具有無可替代的優(yōu)勢，無論是平原耕地還是丘陵山地，只需將采集到的農(nóng)田農(nóng)作物GPS信息，輸入到地面站的內(nèi)部控制系統(tǒng)中，地面站按航線規(guī)劃對飛機(jī)下達(dá)指令，飛機(jī)就可以自主完成噴灑作業(yè)。在飛機(jī)噴灑作業(yè)的同時，還可通過地面站的顯示界面做到實時觀察噴灑作業(yè)的進(jìn)展情況。同時，由于采用遠(yuǎn)距離遙控操作，做到了人機(jī)分離，避免了人工噴灑長時間接觸農(nóng)藥，極大降低了作業(yè)人員農(nóng)藥中毒的風(fēng)險。

3　影響無人旋翼施藥機(jī)發(fā)展的幾個問題

3.1旋翼飛機(jī)平臺

目前國內(nèi)無人旋翼施藥機(jī)主要從航模和航拍機(jī)簡單改造而來，它不具備農(nóng)田高溫、高濕、高塵、高強(qiáng)度的作業(yè)環(huán)境，農(nóng)用旋翼機(jī)平臺需要滿足結(jié)構(gòu)皮實、操作簡易、性能穩(wěn)定、零部件防塵防腐等基本要求。

3.2噴霧系統(tǒng)

目前國內(nèi)大部分旋翼機(jī)配備的是普通的噴霧設(shè)備，霧滴中徑在180～300μm，該噴霧設(shè)備原設(shè)計噴灑藥液量為450～675L/hm2，現(xiàn)在降到15～30 L/hm2，顯然單位面積藥液霧滴數(shù)明顯減少，影響施藥效果。

3.3專用高功效藥劑

由于藥液濃度提高，霧滴變細(xì)，那么選用常規(guī)藥噴施，會使出現(xiàn)藥害的概率加大，包括藥液的蒸發(fā)、粘附及漂移都會較大地影響防治效果，所以需要專用配套藥劑。

3.4上游配套部件

包括發(fā)動機(jī)、遙控器、舵機(jī)、飛控等都需要根據(jù)農(nóng)業(yè)實際應(yīng)用進(jìn)行重新設(shè)計和改進(jìn)。

4　加快農(nóng)用無人旋翼施藥機(jī)推廣的措施

4.1政策扶持

鑒于旋翼施藥機(jī)技術(shù)目前處于發(fā)展和固化階段，寧波市引進(jìn)旋翼施藥機(jī)要堅持安全穩(wěn)妥的發(fā)展方向，堅持農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝相結(jié)合方式，以項目帶動試驗示范。建議市財政對引進(jìn)旋翼機(jī)給予40%～50%補(bǔ)貼，縣市區(qū)作相應(yīng)配套，并對每個試驗示范項目補(bǔ)貼3～5萬元試驗對比應(yīng)用經(jīng)費，重點開展象山超級雜交稻植保，鄞州機(jī)插雙季稻植保，余姚、慈溪蔬菜植保，以及針對雜交稻制種的飛機(jī)趕花等方面的對比試驗。要求每個項目有計劃、有針對性和側(cè)重點，有具體數(shù)據(jù)和總結(jié)，同時邀請農(nóng)藝、植保方面的專家組成項目組。

4.2推廣管理

鑒于無人旋翼施藥機(jī)的安全性問題，日本千葉縣曾發(fā)生操作者因操作不當(dāng)被旋翼擊中而亡的安全事故，而寧波市農(nóng)村田地與村莊較近，作業(yè)時閑雜人員對作業(yè)安全影響較大，建議：一是要制定相應(yīng)操作安全規(guī)范，嚴(yán)格安全措施；二是要強(qiáng)化操作安全技術(shù)培訓(xùn)，最好是持證上崗，以熟練的操作技術(shù)提高作業(yè)成效和安全性；三是市、縣成立旋翼施藥植保協(xié)會，制定操作規(guī)程和行業(yè)自律協(xié)定，規(guī)范旋翼施藥機(jī)推廣和使用行為，進(jìn)行規(guī)范化管理。

4.3技術(shù)培訓(xùn)

植保服務(wù)相當(dāng)于醫(yī)療服務(wù)，操作無人旋翼機(jī)施藥人員相當(dāng)于護(hù)士，旋翼機(jī)飛多快、多高是根據(jù)病蟲害的種類和發(fā)生在作物的不同部位而決定的，因此必須對施藥人員進(jìn)行病蟲害識別、發(fā)生嚴(yán)重程度的判斷、藥劑基本性能、作業(yè)天氣選擇、安全作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等專業(yè)技術(shù)知識培訓(xùn)。

4.4服務(wù)模式

無人旋翼施藥機(jī)技術(shù)在中國尚處開發(fā)推廣階段，其售后服務(wù)體系正處構(gòu)建之中，對于季節(jié)性、時效性強(qiáng)的植保作業(yè)，服務(wù)尤為重要。

一是要求生產(chǎn)廠家在寧波設(shè)立中心店，搞好培訓(xùn)、技術(shù)服務(wù)和后續(xù)的維護(hù)、保障等工作。同時加大對全國主要施藥機(jī)的引進(jìn)，對重點推廣的單旋翼和多旋翼飛機(jī)開展適應(yīng)性試驗和示范推廣。

二是積極探索無人旋翼施藥機(jī)推廣的服務(wù)模式：①將農(nóng)資經(jīng)銷商培養(yǎng)成植保作業(yè)服務(wù)合作社，農(nóng)資經(jīng)銷商的網(wǎng)點多而廣，每個鄉(xiāng)鎮(zhèn)都有，他們離田地最近，對病蟲害和藥劑最了解，反應(yīng)速度快，服務(wù)起來成本低效果好，可以將農(nóng)資經(jīng)銷商培養(yǎng)成專業(yè)植保作業(yè)服務(wù)合作社，納入農(nóng)機(jī)管理范疇，逐步培養(yǎng)成第二支農(nóng)機(jī)服務(wù)生力軍；②探索農(nóng)機(jī)合作社與農(nóng)藥經(jīng)銷商合作共同進(jìn)行植保服務(wù)的運營，農(nóng)機(jī)負(fù)責(zé)植保作業(yè)和維護(hù)，農(nóng)藥經(jīng)銷商負(fù)責(zé)技術(shù)指導(dǎo)和藥劑提供；③農(nóng)機(jī)合作社和種田大戶獨立實施植保服務(wù)。

作者信息：1科教處副處長；2科教處處長；3副局長：寧波市農(nóng)機(jī)局，315016