植保機(jī)械化背景下植保無人機(jī)推廣應(yīng)用的研究

盧宇懷

（中山市農(nóng)業(yè)局，中山 528400）

0 引言

農(nóng)業(yè)機(jī)械化離不開植保機(jī)械化，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)中，耕種收都實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化作業(yè)，唯有植保環(huán)節(jié)的機(jī)械化程度最低，仍以手動(dòng)和機(jī)（電）動(dòng)噴霧機(jī)等半機(jī)械化噴藥模式為主。如何補(bǔ)齊植保機(jī)械化這塊“短板”？關(guān)鍵在于新型高效植保機(jī)械的推廣應(yīng)用。植保無人機(jī)是用于農(nóng)業(yè)航空植保作業(yè)的無人駕駛飛機(jī)。隨著世界各國對(duì)植保無人機(jī)的研發(fā)和推廣力度不斷加大，植保無人機(jī)不但在技術(shù)上高端大氣上檔次，而且在應(yīng)用上高效實(shí)用接地氣。根據(jù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的植保需要，結(jié)合嶺南地區(qū)的地形特點(diǎn)，植保無人機(jī)是值得重點(diǎn)關(guān)注的新型高效植保機(jī)械之一。中山市農(nóng)業(yè)部門以植保無人機(jī)的推廣應(yīng)用為抓手，積極推進(jìn)植保機(jī)械化，使植保無人機(jī)逐漸進(jìn)入了中山農(nóng)業(yè)生產(chǎn)一線。本文從國外推進(jìn)植保機(jī)械化的路徑選擇入手，闡述了引入植保無人機(jī)的現(xiàn)實(shí)意義，分析了應(yīng)用植保無人機(jī)的作業(yè)效果，提出了推廣植保無人機(jī)的對(duì)策建議，以期為相關(guān)研究領(lǐng)域提供新的思路。

1 國外推進(jìn)植保機(jī)械化的路徑選擇

在世界范圍內(nèi)，由于國情不一、政策不一，各國推進(jìn)植保機(jī)械化的路徑有所差異。根據(jù)所采用的機(jī)型，大致分為有人機(jī)和無人機(jī)兩種。在美國等人均耕地面積較大的國家，主要采用有人駕駛固定翼飛機(jī)進(jìn)行植保作業(yè)；而在日本等人均耕地面積較小的國家，主要采用植保無人機(jī)作業(yè)。

美國曾經(jīng)由于水稻人工植保成本太高，一度放棄在國內(nèi)種植水稻，大米全部進(jìn)口。后來由于實(shí)現(xiàn)了水稻植保機(jī)械化，在20世紀(jì)70年代末期，一躍成為世界上主要稻米出口國之一。目前，美國65%的農(nóng)藥由飛機(jī)完成噴灑，其中水稻植保100%實(shí)現(xiàn)機(jī)械化飛防作業(yè)。近年來，隨著無人機(jī)需求量的不斷增多，美國政府對(duì)無人機(jī)政策也逐漸放寬。2016年, 美國聯(lián)邦航空管理局正式頒布《小型無人機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行和審定》，新法案放寬了對(duì)無人機(jī)的監(jiān)管，越來越多的美國農(nóng)民將無人機(jī)投入到農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。隨著新政策的放松管控，無人機(jī)在美國農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用前景將更為廣闊。

日本的糧食作物以水稻為主。水稻田不同于旱地的特殊環(huán)境使得地面植保機(jī)械行走困難。而日本國內(nèi)丘陵和山地較多，也不適合有人駕駛固定翼飛機(jī)進(jìn)行水稻植保作業(yè)。植保無人機(jī)和有人駕駛固定翼飛機(jī)相比，優(yōu)點(diǎn)在于不需要專用機(jī)場，不受起降場地和使用地點(diǎn)限制，體積輕巧，操控靈活，飛行便捷，更能滿足復(fù)雜地形農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的植保需要。此外，為了應(yīng)對(duì)日本人口老齡化特別是農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力老齡化問題，日本政府十分鼓勵(lì)植保無人機(jī)的科技研發(fā)。1991年，日本農(nóng)林水產(chǎn)省出臺(tái)政策，大力扶持植保無人機(jī)在水稻生產(chǎn)中的推廣應(yīng)用。至今，日本60%以上的水稻田由植保無人機(jī)進(jìn)行飛防作業(yè)。日本農(nóng)林水產(chǎn)省還與植保無人機(jī)的主要生產(chǎn)企業(yè)合作，共建了一個(gè)農(nóng)田植保作業(yè)信息系統(tǒng)平臺(tái)，該平臺(tái)為指導(dǎo)植保無人機(jī)集中作業(yè)提供很大便利，同時(shí)也節(jié)約成本。從地形因素來看，我國嶺南地區(qū)的地形狀況和日本的比較相似。從作物類型來看，同樣都種植水稻。

2 引入植保無人機(jī)的現(xiàn)實(shí)意義

2.1 助力實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略

黨的十九大報(bào)告提出實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略。鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略是決勝全面建成小康社會(huì)的一項(xiàng)重大戰(zhàn)略部署，是新時(shí)代做好“三農(nóng)”工作的總抓手。推進(jìn)鄉(xiāng)村振興，生態(tài)宜居是關(guān)鍵。2017年中央農(nóng)村工作會(huì)議進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)，走中國特色社會(huì)主義鄉(xiāng)村振興道路，必須堅(jiān)持人與自然和諧共生，走鄉(xiāng)村綠色發(fā)展之路。鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略，為農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化規(guī)劃了一條資源節(jié)約、環(huán)境友好的發(fā)展道路。這就需要大力推行植保機(jī)械化等綠色生產(chǎn)方式。人工植保由于缺少行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，農(nóng)藥用量大，作業(yè)成本高，浪費(fèi)比較嚴(yán)重，農(nóng)藥的有效利用率約為30%，另有70%的農(nóng)藥流失到土壤、水源或漂移到空氣中，帶來水土環(huán)境污染、農(nóng)業(yè)資源浪費(fèi)和農(nóng)殘超標(biāo)隱患等問題，已經(jīng)難以適應(yīng)綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展要求。植保無人機(jī)低空施藥飛控模式采用高精度GPS測(cè)量方法RTK（實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)）載波相位測(cè)量定位技術(shù)，基于載波相位觀測(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位，通過差分的方式除去大部分誤差，得出高精度厘米級(jí)的定位結(jié)果，實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥的精準(zhǔn)噴灑，能夠節(jié)省30%～50%的農(nóng)藥使用量和90%的用水量。植保無人機(jī)搭載RTK高精度GPS采集測(cè)量技術(shù)，可以憑借精確定位功能、厘米級(jí)采集精度、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互、高穩(wěn)定性等特性，為植保作業(yè)提供精確的數(shù)據(jù)來源和可靠的噴藥依據(jù)，減少農(nóng)藥霧流在非噴灑區(qū)的飄移，避免了農(nóng)藥對(duì)環(huán)境造成污染。因此，引入植保無人機(jī)，能夠有效節(jié)約資源，降低農(nóng)藥用量，減少農(nóng)藥污染，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)節(jié)本增效，保護(hù)鄉(xiāng)村生態(tài)環(huán)境，留住美麗綠水青山，推動(dòng)農(nóng)業(yè)農(nóng)村可持續(xù)發(fā)展，助力鄉(xiāng)村振興。

2.2 助推農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革

2018年中央一號(hào)文件提出深化農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革。農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，要求運(yùn)用現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備，改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，促進(jìn)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，推動(dòng)農(nóng)業(yè)供需關(guān)系在更高水平上實(shí)現(xiàn)新平衡。以水稻生產(chǎn)為例，水田的泥腳深度大多在200 mm以上。由于噴藥的農(nóng)民多為留守農(nóng)村的中老年人，加上夏季氣候炎熱，在濕熱環(huán)境中進(jìn)行田間植保，勞動(dòng)強(qiáng)度非常大。而且人工植保效率低，重噴漏噴比較普遍，防治效果不理想，進(jìn)行大面積植保還需要投入較多的勞動(dòng)力。當(dāng)前農(nóng)村青壯年勞動(dòng)力逐漸稀缺，人工成本越來越高，廣東省部分地區(qū)每天200元的人工噴藥價(jià)格也一工難求，加上農(nóng)藥對(duì)人體傷害較大，有的地方曾經(jīng)發(fā)生過人工噴灑農(nóng)藥中毒而打官司要求經(jīng)濟(jì)賠償?shù)氖吕?，因此農(nóng)民都希望引入新型高效的植保機(jī)械。植保無人機(jī)的作業(yè)速度能夠達(dá)到40～180畝/h，其效率是人工噴藥的40～60倍，而且能夠斷點(diǎn)續(xù)噴，噴灑均勻，重噴漏噴少，霧化效果好。植保無人機(jī)的旋翼還可以產(chǎn)生強(qiáng)大下降氣流，增加農(nóng)藥霧流對(duì)農(nóng)作物的上下穿透性，使葉片正反面均能著藥，有效提高農(nóng)藥利用率，促進(jìn)農(nóng)業(yè)節(jié)本降耗。同時(shí)，植保無人機(jī)采用遠(yuǎn)距離遙控操作，實(shí)現(xiàn)了人藥分離，消除了作業(yè)人員與農(nóng)藥直接接觸的風(fēng)險(xiǎn)，相比于人工噴藥，安全性大大提高。因此，引入植保無人機(jī)，可以有效解決農(nóng)忙季節(jié)農(nóng)村植保勞動(dòng)力不足的問題，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，增加農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，加速農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)步伐，助推農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革。

2.3 有利水稻生產(chǎn)全程機(jī)械化

廣東省農(nóng)業(yè)農(nóng)村重點(diǎn)工作之一是推進(jìn)水稻生產(chǎn)全程機(jī)械化，引進(jìn)一批適應(yīng)丘陵山區(qū)的國外先進(jìn)農(nóng)機(jī)具，解決某些生產(chǎn)環(huán)節(jié)無機(jī)可用的問題。由于農(nóng)作物生長階段的不可毀壞性，水稻生產(chǎn)植保環(huán)節(jié)對(duì)機(jī)械化的要求很高。地走式植保機(jī)械作業(yè)存在損苗率過高的問題。在水稻生長中后期，拖拉機(jī)配套的懸掛式、牽引式植保機(jī)具下田作業(yè)會(huì)造成水稻枝葉受損。加上水稻田具有爛、滑、陷等特點(diǎn)，不像旱田那樣可以機(jī)械化隨意操作，地走式植保機(jī)械難以下田作業(yè)。植保無人機(jī)操控靈活，可以貼著作物冠層飛行作業(yè)，不受水稻生長周期和機(jī)具使用時(shí)間限制。因此，引入植保無人機(jī)實(shí)現(xiàn)水稻植保環(huán)節(jié)的機(jī)械化，可以解決水稻生產(chǎn)全程機(jī)械化的瓶頸問題，有效推進(jìn)水稻生產(chǎn)全程機(jī)械化。丘陵山區(qū)由于交通不便，地走式農(nóng)業(yè)機(jī)械難以進(jìn)入，植保無人機(jī)對(duì)地形要求低，作業(yè)不受海拔限制，在田間地頭均可垂直平穩(wěn)起降，適應(yīng)性強(qiáng)，整體尺寸小、質(zhì)量輕，攜帶方便，能夠滿足嶺南地區(qū)不同地形特別是丘陵山區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求。

3 應(yīng)用植保無人機(jī)的效果分析

近年來國家相繼發(fā)布的一系列“三農(nóng)”工作指導(dǎo)文件為植保無人機(jī)的應(yīng)用提供了政策支持。2015年，農(nóng)業(yè)部印發(fā)《到2020年農(nóng)藥使用量零增長行動(dòng)方案》，提出推廣植保無人機(jī)等現(xiàn)代植保機(jī)械。2016年國務(wù)院印發(fā)《全國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化規(guī)劃（2016—2020年）》，提出發(fā)展農(nóng)用航空以促進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化提檔升級(jí)。中山市農(nóng)業(yè)部門認(rèn)真貫徹落實(shí)有關(guān)文件要求，積極應(yīng)用植保無人機(jī)開展試驗(yàn)示范。由中山市農(nóng)業(yè)科技推廣中心對(duì)試驗(yàn)示范點(diǎn)的植保無人機(jī)進(jìn)行應(yīng)用效果數(shù)據(jù)收集，積累作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)而逐步在全市推廣應(yīng)用。試驗(yàn)示范點(diǎn)是位于中山市沙溪鎮(zhèn)的水稻田，種植面積為100畝，其中10畝進(jìn)行人工噴藥，90畝進(jìn)行植保無人機(jī)噴藥。調(diào)查統(tǒng)計(jì)采用五點(diǎn)隨機(jī)取樣，每點(diǎn)調(diào)查5叢，記錄活、死蟲數(shù)，把人工噴藥效果與植保無人機(jī)噴藥效果進(jìn)行對(duì)比分析。試驗(yàn)示范點(diǎn)采取機(jī)械化育插秧技術(shù)，種植品種為馬壩銀占，土壤條件為粘性壤土，灌溉水為岐江河水。人工噴藥采用背負(fù)式電動(dòng)噴霧器。植保無人機(jī)噴藥采用六旋翼植保無人機(jī)YT-M-15，其技術(shù)參數(shù)見表1。

在水稻進(jìn)入揚(yáng)花抽穗期前進(jìn)行第一次噴藥。本次人工噴藥與植保無人機(jī)噴藥對(duì)稻飛虱的防治效果數(shù)據(jù)見表2。

在水稻進(jìn)入揚(yáng)花抽穗期后進(jìn)行第二次噴藥，本次人工噴藥與植保無人機(jī)噴藥對(duì)稻縱卷葉螟的防治效果數(shù)據(jù)見表3。

表1 六旋翼植保無人機(jī)YT-M-15技術(shù)參數(shù)

表2 對(duì)稻飛虱防治效果

表3 對(duì)稻縱卷葉螟防治效果

從表2、表3可見，植保無人機(jī)噴藥對(duì)稻飛虱、稻縱卷葉螟的防治效果比較理想。特別是當(dāng)水稻進(jìn)入揚(yáng)花抽穗期后進(jìn)行噴藥作業(yè)，噴藥后3 d對(duì)稻縱卷葉螟防治效果達(dá)49.02%，比人工噴藥防治效果提高19.61%，噴藥后7 d對(duì)稻縱卷葉螟防治效果達(dá)66.92%，比人工噴藥防治效果提高3.63%，對(duì)比顯著。

4 我國推廣植保無人機(jī)的對(duì)策建議

隨著農(nóng)業(yè)適度規(guī)模經(jīng)營的發(fā)展，對(duì)大面積連片作物實(shí)行病蟲害機(jī)械化統(tǒng)防統(tǒng)治是未來植保的大勢(shì)所趨，農(nóng)民合作社、家庭農(nóng)場、種植大戶、農(nóng)業(yè)企業(yè)等對(duì)植保無人機(jī)的剛性需求正在增加。植保無人機(jī)市場潛力巨大，應(yīng)用前景廣闊。建議針對(duì)植保機(jī)械化的需求，從以下幾個(gè)方面加大植保無人機(jī)的推廣力度：

4.1 制訂植保無人機(jī)的發(fā)展規(guī)劃

從頂層設(shè)計(jì)上對(duì)植保無人機(jī)的推廣應(yīng)用進(jìn)行部署。研究制訂植保無人機(jī)的性能鑒定標(biāo)準(zhǔn)、植保作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和安全飛行標(biāo)準(zhǔn)，形成植保無人機(jī)的準(zhǔn)入制度，防止未達(dá)標(biāo)的植保無人機(jī)進(jìn)行農(nóng)業(yè)航空作業(yè)，避免造成農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)事故和環(huán)境污染。

4.2 實(shí)施植保無人機(jī)的購置補(bǔ)貼

據(jù)了解，目前國內(nèi)植保無人機(jī)的產(chǎn)品價(jià)格基本保持在5萬～20萬元。建議加大政策引導(dǎo)和扶持力度，將植保無人機(jī)納入農(nóng)機(jī)購置補(bǔ)貼范圍，消除植保無人機(jī)的價(jià)格壁壘，降低植保無人機(jī)的購置成本，讓植保無人機(jī)叫好又叫座。

4.3 建立植保無人機(jī)的服務(wù)體系

支持農(nóng)機(jī)專業(yè)合作社購置植保無人機(jī)組建植保服務(wù)隊(duì)伍，上門為農(nóng)戶提供植保飛防 “一站式”服務(wù)。農(nóng)戶不僅可以省去購買和維護(hù)植保無人機(jī)的費(fèi)用，還可以避免作業(yè)過程中遇到的技術(shù)和操作問題。鼓勵(lì)懂技術(shù)、熟悉互聯(lián)網(wǎng)的青年大學(xué)畢業(yè)生應(yīng)用植保無人機(jī)開展創(chuàng)業(yè)，成為新型科技農(nóng)民，為農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化增添生力軍。

4.4 開展植保無人機(jī)的配套研究

植保無人機(jī)由于噴灑速度快，對(duì)農(nóng)藥的要求與地面植保有很大不同。目前國內(nèi)還缺少與之適配的飛防藥劑?，F(xiàn)有植保無人機(jī)作業(yè)大多參考地面植保確定農(nóng)藥劑量和配置。建議研究開發(fā)植保無人機(jī)的配套專用藥劑。此外，植保無人機(jī)的載荷和續(xù)航也會(huì)影響作業(yè)效果，建議針對(duì)植保無人機(jī)配套的電池開展研究攻關(guān)，突破技術(shù)瓶頸，改進(jìn)電池性能，提高植保無人機(jī)的載荷，延長植保無人機(jī)的續(xù)航。

4.5 實(shí)施“互聯(lián)網(wǎng)+”植保無人機(jī)

推進(jìn)植保無人機(jī)智能化，開發(fā)植保無人機(jī)手機(jī)應(yīng)用APP。推動(dòng)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)與植保無人機(jī)的融合，通過植保無人機(jī)低空遙感信息獲取平臺(tái)，結(jié)合農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)測(cè)控體系，建立農(nóng)情信息采集及作物生長精準(zhǔn)管理系統(tǒng)，對(duì)作物生長狀態(tài)進(jìn)行智能分析，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)作業(yè)。