無人機(jī)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用現(xiàn)狀與相關(guān)應(yīng)用研究

敬樹忠，劉然金，王衛(wèi)兵，顧 剛，蔣 波

(1.四川省農(nóng)科院作物所，四川 成都 610066;2.四川省渠縣農(nóng)林局，四川 渠縣 635200;3.四川省遂寧市船山區(qū)農(nóng)業(yè)局農(nóng)技站，四川 遂寧 629000;4.成都市種子管理站，四川 成都 610072)

無人機(jī)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用現(xiàn)狀與相關(guān)應(yīng)用研究

敬樹忠1，劉然金1，王衛(wèi)兵2，顧 剛3，蔣 波4

(1.四川省農(nóng)科院作物所，四川 成都 610066;2.四川省渠縣農(nóng)林局，四川 渠縣 635200;3.四川省遂寧市船山區(qū)農(nóng)業(yè)局農(nóng)技站，四川 遂寧 629000;4.成都市種子管理站，四川 成都 610072)

本文總結(jié)了無人機(jī)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用的現(xiàn)狀，分析了無人機(jī)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用的前景，研究了飛行高度、飛行間距對應(yīng)用效果的影響，研究了無人機(jī)噴灑農(nóng)藥的合理劑量，提出無人機(jī)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中推廣應(yīng)用急需解決的部分問題。

近年來，隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式的不斷變革，新技術(shù)不斷進(jìn)步，無人機(jī)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用方向越來越多、面積越來越廣泛，推進(jìn)速度越來越快。無人機(jī)除廣泛應(yīng)用于植保服務(wù)外，還應(yīng)用于葉面肥噴施、專用微量元素施用、田間生長監(jiān)測、雜交水稻制種授粉、油菜生產(chǎn)輔助授粉、土地面積測量、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測等方面。除川西平原使用較多外，丘陵區(qū)也在快速示范與推廣。近兩年來，除政府采購上百萬畝植保社會化服務(wù)外，一大批專業(yè)合作社、家庭農(nóng)場、種糧大戶及種糧農(nóng)戶也在積極應(yīng)用。

無人機(jī)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的廣泛應(yīng)用，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)創(chuàng)新模式帶來了強大的推動力，既是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要進(jìn)步，也是現(xiàn)代技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的重要舉措。本文分析了無人機(jī)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用的現(xiàn)狀與前景，研究了當(dāng)前應(yīng)用中的幾項主要技術(shù)，提出推進(jìn)無人機(jī)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用的技術(shù)難點。

1 現(xiàn)狀與前景

1.1 大量社會資本參與無人機(jī)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用作出有效保證

從2012～2015年，植保無人機(jī)的關(guān)注度一年比一年升溫，尤其是2015年大量植保無人機(jī)田間試驗和田間作業(yè)的報道。2008年，無錫漢和航空技術(shù)有限公司開始進(jìn)行植保無人機(jī)的技術(shù)研發(fā)，安陽全豐生物、河北威遠(yuǎn)生化、廣西田園、諾普信、江蘇克勝、南京善思生物科技、北京諾農(nóng)國際生物等也參與到航空植保領(lǐng)域，推動了這個行業(yè)的發(fā)展。大量社會資本參與，為無人機(jī)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用作出有效保證。

1.2 農(nóng)業(yè)與農(nóng)村現(xiàn)狀提出了對無人機(jī)的剛性市場需求

在農(nóng)村勞動力缺失的今天，農(nóng)藥施用的主力是留守在農(nóng)村的中老年人。受機(jī)具、噴灑水平、人員素質(zhì)制約，噴灑質(zhì)量并不高，重噴、漏噴、不適時適量使用現(xiàn)象比較普遍，而且長期背機(jī)打農(nóng)藥對身體的潛在危害也很大。無人機(jī)噴灑農(nóng)藥，技術(shù)相對成熟及操作穩(wěn)定后，噴灑效果會高于人工噴灑，噴灑均勻，霧化好，而且直升機(jī)的螺旋槳產(chǎn)生的風(fēng)力可以掀開植物，讓農(nóng)藥噴到植物莖稈部；斷點續(xù)噴，漏噴重噴?。患又畬ψ魑飩π?，綜合防治效果好。最重要的是實現(xiàn)了人機(jī)分離，農(nóng)藥在噴灑過程中幾乎對人沒有危害，提高了農(nóng)藥噴灑的安全性。

隨著適度規(guī)?；N植的發(fā)展，統(tǒng)防統(tǒng)治、科學(xué)防治成為未來發(fā)展的必然趨勢。無人機(jī)的高效率和規(guī)模化操作為做無人機(jī)的企業(yè)、購買無人機(jī)的服務(wù)組織和無人機(jī)用戶提供了巨大的市場空間。

1.3 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化、標(biāo)準(zhǔn)化提出了生產(chǎn)要求

人工防治作業(yè)存在的弊端，如水稻田有水，穿膠鞋下田很笨重，光腳下田操作有被劃破腳的危險；而對于玉米等高稈作物來說，人工打藥會造成作物枝葉受損等。此外地走式植保機(jī)械作業(yè)時存在傷、毀苗率過高的問題。無人機(jī)的適應(yīng)性比較強，通過空中作業(yè)，不受山地、水田等地形因素，壟作、平作等種植方式，高稈、矮稈、林果以及作物生長周期的限制，有效解決作業(yè)難問題。研究結(jié)果表明，我國農(nóng)藥的有效利用率約為30%，另有60%～70%的農(nóng)藥流失到土壤、水源或漂移到環(huán)境中，大部分的農(nóng)藥不僅沒有起到防控作用，反而污染了環(huán)境。人工噴灑的整個用藥量是偏高的，施藥的質(zhì)量和數(shù)量都無法監(jiān)控。

一旦無人機(jī)市場成熟起來，就會出現(xiàn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，可以規(guī)定單位面積的藥劑用量，植保無人機(jī)采用的GPS測速，用速度控制噴頭農(nóng)藥噴量和開關(guān)，實現(xiàn)農(nóng)藥自動定量精準(zhǔn)控制噴灑；此外，噴霧裝備的藥劑物化質(zhì)量直接影響農(nóng)藥在作物上的沉積分布，無人機(jī)在實現(xiàn)科學(xué)施藥方式的同時，根據(jù)霧化原理，掌握噴嘴與靶標(biāo)物體的距離，保證農(nóng)藥有效利用，這樣就可以按照行業(yè)或國家的施藥標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范作業(yè)。

1.4 政府引導(dǎo)與大力扶持

近年來，政府除大力宣傳推廣無人機(jī)植保應(yīng)用外，還出資大量購買了以無人機(jī)植保服務(wù)為主的上千萬畝社會化服務(wù)，大大推動了無人機(jī)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用。政府的扶持與引導(dǎo)充分體現(xiàn)了無人機(jī)市場的廣闊前景。

2 幾項主要技術(shù)的研究

現(xiàn)行生產(chǎn)應(yīng)用中，無人機(jī)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用方法研究相對滯后，既沒有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，也無操作規(guī)程，大家憑經(jīng)驗操作，不足之處較多。

2.1 飛行高度、間距與噴藥效果研究

現(xiàn)行的無人機(jī)飛防，通常按飛行間距3m，飛行高度1.5m執(zhí)行。2017年，針對水稻抽穗期無人機(jī)噴灑農(nóng)藥的飛行高度、間距對防治效果的影響進(jìn)行了嚴(yán)格的試驗。

2.1.1 試驗材料 極飛P20、大疆Mg-1s、零度智控守護(hù)者Z10無人機(jī)；上海同仁藥業(yè)3%赤霉素乳油；水稻品種蜀21A等。

表1 飛行高度與有效噴藥幅寬關(guān)系

2.1.2 試驗結(jié)果 按幾種機(jī)型的特點及我方操作人員的熟練程度，選擇了極飛P20無人機(jī)，用上海同仁藥業(yè)3%赤霉素乳油作標(biāo)記，在業(yè)內(nèi)通用的設(shè)定飛行間距3m的前提下，作了飛行高度對噴藥效果的試驗：葉面噴施宜按2m高度飛行，才能全面實現(xiàn)最佳噴施效果；莖部噴施宜按飛行高度1.5m，飛行間距2.5m飛行，能達(dá)到最佳效果。

2.1.3 結(jié)果與討論 正確應(yīng)用無人機(jī)，能達(dá)到良好的效果。其他機(jī)型，不同作物、不同生長階段，需按不同飛行高度、飛行幅寬作業(yè)，才能達(dá)到最佳效果。只有不斷探索與完善，才能不斷推進(jìn)無人機(jī)產(chǎn)業(yè)快速良性發(fā)展。

2.2 藥劑用量比較研究

目前我國農(nóng)藥使用大多仍以傳統(tǒng)的背負(fù)式噴霧器噴霧為主，藥液用量大、“跑、冒、滴、漏”現(xiàn)象嚴(yán)重，農(nóng)藥有效利用率僅30%左右。農(nóng)業(yè)部提出“到2020年實現(xiàn)化肥、農(nóng)藥使用量零增長”行動方案，以期解決我國化學(xué)農(nóng)藥使用量大卻有效利用率低的問題。這也是近年來植保無人機(jī)得以飛速發(fā)展的一個重要原因。

針對無人機(jī)噴灑霧化程度高，漏噴重噴低的特點，為發(fā)揮無人機(jī)飛防的最佳潛力，2017年針對水稻抽穗期無人機(jī)噴灑農(nóng)藥的用藥量進(jìn)行了嚴(yán)格的試驗。

2.2.1 試驗材料 極飛P20、大疆Mg-1s、零度智控守護(hù)者Z10無人機(jī)；上海同仁藥業(yè)3%赤霉素乳油；水稻品種蜀21A。

2.2.2 試驗結(jié)果 按幾種機(jī)型的特點及我方操作人員的熟練程度，選擇了極飛P20無人機(jī)，用上海同仁藥業(yè)3%赤霉素乳油作標(biāo)記，對用藥量進(jìn)行了比較研究。

表2 噴藥量比較研究

通過試驗，同等條件下，無人機(jī)飛防可比正常人工防治減少用藥量20%～30%。

2.2.3 結(jié)果與討論 本試驗結(jié)果為葉面吸收型藥劑的試驗結(jié)果，對葉面吸收型藥劑適用。對觸殺型、倍半型藥劑及其它類型藥劑需專門研究。大力推廣無人機(jī)科學(xué)飛防，是實現(xiàn)“到2020年實現(xiàn)化肥、農(nóng)藥使用量零增長”的重要舉措。

3 需要共同努力解決的問題

加速推進(jìn)無人機(jī)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用，還有大量工作需要大家共同努力解決。首先，加速研究與應(yīng)用無人機(jī)應(yīng)用的行業(yè)或地方標(biāo)準(zhǔn)是推進(jìn)無人機(jī)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上科學(xué)應(yīng)用的基礎(chǔ)?，F(xiàn)行無人機(jī)通行的應(yīng)用方法，大多是使用者經(jīng)驗的積累和應(yīng)用，效果不是最佳，理論基礎(chǔ)薄弱，不能充分發(fā)揮尖端技術(shù)的先進(jìn)性，盲目應(yīng)用將導(dǎo)致該技術(shù)大面積推廣受到嚴(yán)重阻礙。其次，加速推進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式改變是推進(jìn)無人機(jī)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用的關(guān)鍵。機(jī)械化引導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)化，標(biāo)準(zhǔn)化需求規(guī)?；?，只有引導(dǎo)、扶持、強化家庭農(nóng)場、種糧大戶、專業(yè)合作社、涉農(nóng)企業(yè)適度規(guī)?；a(chǎn)，才能形成無人機(jī)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用的繁榮市場。另外，飛機(jī)生產(chǎn)企業(yè)加強技術(shù)研發(fā)，開發(fā)更多、更好、更經(jīng)濟(jì)的無人機(jī)機(jī)型，農(nóng)藥生產(chǎn)企業(yè)積極參與，研發(fā)適宜、方便無人機(jī)應(yīng)用的藥劑劑型、包裝、應(yīng)用方法、使用劑量等，參與單位加強無人機(jī)應(yīng)用及相關(guān)知識培訓(xùn)。通過多方共同努力，通力合作，必將形成高新技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的典范，必然創(chuàng)造無人機(jī)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用的巨大市場。