無人機在農(nóng)作物植保中的應(yīng)用

王宏勛

本文通過對無人機在玉米、小麥、棉花等作物植保中的應(yīng)用，介紹了許多應(yīng)用無人機對植物的病蟲害和雜草進行勘測，并通過計算機對勘測的數(shù)據(jù)的處理，對作物的病蟲害和雜草做出的評估，以獲得最佳的防治策略，無人機根據(jù)計算機數(shù)據(jù)，自動進行噴藥，施行智能化的植保作業(yè)。

一、無人機在玉米中的應(yīng)用

我國玉米產(chǎn)區(qū)遍布全國，玉米種植的優(yōu)勢區(qū)域主要分布在東北以及經(jīng)黃淮海向西南延伸的廣闊地區(qū)，據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計，玉米已成為我國第一大糧食作物。由于氣候改變等原因，玉米病蟲害高發(fā)。此外玉米生長環(huán)境特殊，高大密植，空氣不流通，施藥條件差，加之近年來銷售價格不理想，農(nóng)民對防治玉米病蟲害的積極性下降。使用無人機可以對玉米的病蟲害及自然災(zāi)害進行有效的監(jiān)測，此外無人機施藥還解決了玉米田施藥難的問題，具有較廣闊的發(fā)展前景。

2012年，山東省高圓圓等利用AF-811小型單旋翼無人直升機施藥防治玉米螟，測定不同飛行參數(shù)下霧滴的沉積分布規(guī)律以及對玉米螟的防效。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在飛行高度2.5m，使用10%毒死蜱超低容量液劑的防治效果最好，其穗部霧滴數(shù)達到15.6個/cm2，防效高達80.7%；當(dāng)使用42%毒死蜱乳油進行處理時僅有69.1%的防效，添加蒸發(fā)抑制劑后防效提高到75.8%；與自走式高桿噴霧機相比，無人機具有省時、省工、省水的優(yōu)點，但從防效來看，各項參數(shù)還有待進一步優(yōu)化。楊帥等使用TXC-8-5-0-1八旋翼無人機噴灑3%苯氧威乳油防治穗期玉米螟，對比了不同的飛行高度、施藥液量以及加入蒸發(fā)抑制劑對霧滴沉積分布和玉米螟防效的影響。結(jié)果表明，飛行高度在2.0 m范圍內(nèi)，局度對無人機噴巾幅無影響，最佳飛行局度為距玉米冠層1 m，最佳防治施藥液量為12 L/hm2，此條件下霧滴在穗部的沉積密度為20.4個/cm2，防效為79.6%。 此外，添加蒸騰抑制劑能夠有效提高霧滴沉積數(shù)和防效。航空植保施藥很好地解決了玉米田施藥問題，玉米受病蟲害影響顯著降低，成為保證玉米優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn) 最直接有效的方法之一。

二、無人機在小麥上的應(yīng)用

我國小麥產(chǎn)量和消費量約占全國糧食總量的25%， 隨著人口的增加和消費水平的提高，預(yù)計小麥消費量將會繼續(xù)增加。據(jù)估計，我國要保障2020年14.5億人口的糧食安全，小麥產(chǎn)量需在現(xiàn)有基礎(chǔ)上增加28%。近半個世紀(jì)以來，小麥在育種、繁種、推廣、生產(chǎn)等方面發(fā)展較快，但面對集約化種植，勞動力資源匱乏的變化趨勢下，病蟲害防治方面就顯得不盡人意，嚴(yán)重影響小麥的產(chǎn)量和品質(zhì)。

在小麥生長和病蟲害監(jiān)測上，無人機起了關(guān)鍵作用。和玉米、水稻相似，無人機能夠根據(jù)小麥生長狀況判斷小麥氮素的供求狀況，對氮素缺乏的區(qū)域可進行精準(zhǔn)施肥，以降低資源的浪費和對環(huán)境的污染。無人機遙感技術(shù)還可以用于獲取小麥的育種信息，楊貴軍等開發(fā)了一套以多載荷無人機遙感為平臺的小麥育種信息獲取系統(tǒng)，該系統(tǒng)集成多光譜儀、高清數(shù)碼相機、熱像儀等多種傳感器，建立無地面控制點條件下的無人機遙感數(shù)據(jù)幾何校正模型，實現(xiàn)多載荷遙感數(shù)據(jù)的幾何校正。該系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確獲取葉面積指數(shù)、作物倒伏面積、產(chǎn)量及冠層溫度等育種關(guān)鍵表型參量，為研究小麥育種表型與基因型關(guān)聯(lián)規(guī)律提供輔助支持。此外，在小麥病害的調(diào)查中也有無人機的應(yīng)用，喬紅波等使用無人機數(shù)字圖像與高光譜數(shù)據(jù)融合技術(shù)調(diào)查了小麥全蝕病的發(fā)病情況，并對其進行分級；冷偉鋒等使用無人機遙感技術(shù)對小麥條銹病進行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)利用無人機遙感對小麥條銹病監(jiān)測是可行的，并具有一定的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

三、無人機在棉花中的應(yīng)用

棉花是關(guān)系到我國國計民生的重要戰(zhàn)略物資，也是棉紡織工業(yè)的重要工業(yè)原料，在國民經(jīng)濟中占有重要地位。我國是全球棉花生產(chǎn)和消費大國，但近年來棉花生產(chǎn)面臨著諸多的問題，棉花生產(chǎn)依賴人工，機械化水平低，大型植保器械傷害棉株和果實，病蟲害防治效果差，植保技術(shù)落后。而無人機施藥效率高，低空靈活作業(yè)，精準(zhǔn)噴防，大大減少勞動強度，為棉花生產(chǎn)機械化開辟了新的道路。

在棉花生產(chǎn)中也少不了對生長狀況和病蟲害的監(jiān)測以及對病蟲害的防治。利用無人機影像光譜分辨率高的特點，田明璐等提取27個光譜參數(shù)，構(gòu)建棉花葉片葉綠素相對含量的反演模型，并制作棉花葉片葉綠素相對含量分布圖。結(jié)果表明，使用模型可得到理想預(yù)測效果，可以作為棉花葉片葉綠素相對含量遙感監(jiān)測的技術(shù)手段。田明璐等還通過無人機成像光譜儀影像技術(shù)測定 棉花的葉面積指數(shù)，通過低空無人機遙感平臺，使用新型成像光譜儀獲取的農(nóng)田高光譜影像數(shù)據(jù)對棉花葉面積指數(shù)進行反演，建立葉面積指數(shù)遙感估算模型，為農(nóng) 作物葉面積指數(shù)遙感監(jiān)測提供了新的技術(shù)手段。

棉花上使用無人機施藥主要集中在蚜蟲防治和噴灑生長調(diào)節(jié)劑。趙冰梅等使用KT-10-II型四旋翼植保無人機低空噴灑50%氟啶蟲胺腈水分散粒劑防治棉蚜，實驗結(jié)果表明，無人機飛防對棉蚜有較好的防治效果，繼續(xù)添加噴霧助劑可以進一步降低用藥量。王元桃等于2017年使用大疆MG-1型植保無人機低空低容量噴霧與常規(guī)噴霧進行對比，結(jié)果表明，相對常規(guī)噴霧，植保無人機的工作效率高，防治費用成本低，防治效果好、省工、省力、節(jié)約用水量。杲先民等用大疆植保無人機噴 施棉花脫葉劑，試驗表明植保無人機一次施藥達到了與機車二次施藥相同的脫葉效果?？偟膩碚f，植保無人機對棉花施藥具有良好的應(yīng)用前景。

四、結(jié)論

人為的控制無人機飛行與施藥已不能滿足當(dāng)前農(nóng)業(yè)的發(fā)展，隨著精準(zhǔn)施藥的推行，人為控制的大面積噴灑逐漸顯現(xiàn)出其弊端，開發(fā)先進的控制技術(shù)勢在必行。近年來隨著信息技術(shù)的發(fā)展，越來越多的新技術(shù)與無人機聯(lián)系起來，如遙感技術(shù)、GPS導(dǎo)航技術(shù)、GIS系統(tǒng)、DSS系 統(tǒng)等新技術(shù)的加入，促進航空無人機作物植保的進一步發(fā)展。