農(nóng)用無人機(jī)在水稻病蟲害防治中的應(yīng)用綜述

闕名錦

(廣西玉林農(nóng)業(yè)學(xué)校，玉林 537000)

1 植保無人機(jī)發(fā)展概述

1.1 植保無人機(jī)國內(nèi)發(fā)展背景

我國是世界聞名的農(nóng)業(yè)大國，近幾年，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)發(fā)展迅猛，這也在很大程度上加快了我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平的發(fā)展。傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)從翻耕到收獲全部采用人工的形式，這種作業(yè)形式相較于機(jī)械化作業(yè)效率較差且質(zhì)量不能保障。近年來為了實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的全面機(jī)械化，降低農(nóng)業(yè)植保的污染度，植保無人機(jī)已經(jīng)在部分地區(qū)使用[1]。人工手動(dòng)噴霧器和背負(fù)式電動(dòng)噴霧器也存在作業(yè)強(qiáng)度大、時(shí)間長、效率低、施藥作業(yè)人員易中毒、藥液用水量大等缺點(diǎn)[2]。為推動(dòng)新農(nóng)業(yè)新型主體的快速發(fā)展，提前預(yù)防病害蟲害，降低損耗，大力推進(jìn)統(tǒng)防統(tǒng)治、少用化學(xué)農(nóng)藥、科學(xué)使用農(nóng)藥，努力實(shí)現(xiàn)減量控害、節(jié)本增效、農(nóng)藥零增長，植保無人機(jī)在水稻的專業(yè)化統(tǒng)防統(tǒng)治上將會(huì)更廣泛[3]。無人機(jī)的全面推廣證明我國開始向機(jī)械化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式邁進(jìn)，也證明了我國在農(nóng)業(yè)科技上的巨大進(jìn)步。采用植保無人機(jī)在空中噴灑農(nóng)藥，會(huì)達(dá)到減少植物病蟲害的統(tǒng)防統(tǒng)治目的，同時(shí)在藥劑配置上和操作方法上也對(duì)作業(yè)者提出了更高的要求。

1.2 無人機(jī)國外、國內(nèi)的使用情況

植保無人機(jī)主要應(yīng)用地區(qū)集中在亞洲。其中，日本與韓國是使用小型植保無人機(jī)較多的國家。而在歐美國家則是利用大型飛機(jī)進(jìn)行農(nóng)藥噴灑作業(yè)，由于小型植保無人機(jī)作業(yè)面積較小，因此，在農(nóng)藥噴灑工作上，無法起到很好的效果。再加上美國航空領(lǐng)域非常廣闊，所以，在水稻病蟲害防治工作中，美國基本上都采用大型無人機(jī)進(jìn)行農(nóng)藥噴灑[4]。由于我國人多地少，水稻種植又是以小型分散式農(nóng)田為主，在進(jìn)行農(nóng)藥噴灑時(shí)，大型機(jī)械進(jìn)入農(nóng)田工作 將造成機(jī)械的沉陷。因此，我國水稻病蟲害防治目前主要采用人工作業(yè)的形式。近幾年來，對(duì)小型植保無人機(jī)進(jìn)行一些創(chuàng)新與改良后，我國植保無人機(jī)才逐步得到推廣的工作。

1.3 植保無人機(jī)簡介

植保無人機(jī)屬于遙控模式的小飛機(jī)，專門應(yīng)用于農(nóng)藥的噴灑，這種機(jī)械體積相對(duì)較小，但是相對(duì)于傳統(tǒng)農(nóng)藥噴灑的操作卻擁有較強(qiáng)的優(yōu)越性，最大起飛重量能夠承載25kg以上，其中包括10kg以上的農(nóng)藥[5]。噴灑水稻農(nóng)藥時(shí)為低空操作，平均667m2地能夠在半分鐘之內(nèi)完成作業(yè)，而傳統(tǒng)的人工噴灑農(nóng)藥方式完成667m2地平均用時(shí)半個(gè)小時(shí)左右。可見，植保無人機(jī)工作效率相當(dāng)于傳統(tǒng)農(nóng)藥噴灑效率的60倍[6]。此外，植保無人機(jī)為智能操作，操作人員在地面上利用智能手機(jī)和遙控器指揮無人機(jī)作業(yè)，利用多旋翼無人機(jī)向下的強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)氣流在風(fēng)力翻滾和搖晃農(nóng)作物的同時(shí)噴灑農(nóng)藥能夠更好的讓藥液粘在植物的每一張葉片上，在下方的農(nóng)作物形成一個(gè)的紊流區(qū)，可以非常均勻地噴灑農(nóng)藥，因此能夠?qū)⒉糠洲r(nóng)藥噴灑落到莖葉背面和根上部，這是目前人工和其他噴灑的設(shè)施設(shè)備無法做到的噴灑質(zhì)量。由于多旋翼飛機(jī)下風(fēng)力集中，采用超細(xì)霧狀噴灑比較容易透過植物絨毛的表面形成一層農(nóng)藥膜，有效的提高了對(duì)農(nóng)作物的防治效果。在此基礎(chǔ)上，無人機(jī)由GPS裝置全自主飛行噴灑農(nóng)藥，噴灑作業(yè)人員避免了直接接觸農(nóng)藥，保障了操作人員的安全。即使采取手動(dòng)遙控作業(yè)，作業(yè)人員與無人機(jī)的距離較遠(yuǎn)，發(fā)生操作故障或緊急情況時(shí)也不會(huì)對(duì)在場的工作人員造成危害。如果在植保無人機(jī)上加裝了攝影鏡頭，還能通過所拍下的視頻對(duì)病蟲害進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控[7]。多旋翼無人機(jī)具有作業(yè)時(shí)高度低，飄移減少，可空中懸停，無需專用的起降機(jī)場。由此可見，植保無人機(jī)具有遙控操作方便，防治效果好，噴灑作業(yè)安全等諸多優(yōu)點(diǎn)。

另外，多旋翼電動(dòng)植保無人機(jī)噴灑技術(shù)采用超細(xì)噴霧噴灑方式至少可以節(jié)約30%的農(nóng)藥使用量和用水量，有效減少了農(nóng)藥殘留和土壤殘留，符合了綠色農(nóng)業(yè)的發(fā)展要求。電動(dòng)無人機(jī)與油動(dòng)的相比，整體尺寸更小，重量更輕，折舊率更低、單位作業(yè)人工成本不高、易保養(yǎng)。

2 國內(nèi)植保無人機(jī)在水稻病蟲害防治上的應(yīng)用

2.1 植保無人機(jī)在水稻病蟲害防治工作的研究進(jìn)展

由于我國人多地少，南方水稻種植又是以小型分散式農(nóng)田為主，在進(jìn)行農(nóng)藥噴灑時(shí)，如果大型機(jī)械進(jìn)入農(nóng)田工作將造成機(jī)械的沉陷。因此，我國南方主要采用人工操作無人機(jī)的操作形式進(jìn)行水稻的農(nóng)藥噴灑。近年來，南方各地根據(jù)我國水稻種植的特點(diǎn)，對(duì)小型植保無人機(jī)進(jìn)行了多方面的創(chuàng)新與改良，使其更適應(yīng)我國農(nóng)田種植的實(shí)際情況。自2011年開始，我國對(duì)小型植保無人機(jī)進(jìn)行了大規(guī)模示范與使用，不僅提高了水稻種植的機(jī)械化程度，而且在病蟲害防治中，也取得了一定的應(yīng)用成果。

2.2 植保無人機(jī)在水稻病蟲害防治工作的優(yōu)點(diǎn)

應(yīng)用于水稻病蟲害防治作業(yè)中的植保無人機(jī)按機(jī)翼分為單旋翼植保無人機(jī)、多旋翼植保無人機(jī)2種，按動(dòng)力源可分為電動(dòng)植保無人機(jī)和油動(dòng)植保無人機(jī)2大類，電動(dòng)無人機(jī)與油動(dòng)的相比，整體尺寸小，重量輕，攜帶方便、折舊率更低、單位作業(yè)人工成本不高、易保養(yǎng)，地形要求低，作業(yè)不受海拔限制，起飛調(diào)校短、效率高、出勤率高[9]。

2.3 全程機(jī)械化作業(yè)

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化進(jìn)程的快速發(fā)展中，水稻種植也基本上實(shí)現(xiàn)了收割和插秧全面機(jī)械化的水平。但是，在農(nóng)藥的噴灑環(huán)節(jié)上基本上還是靠人工噴灑的形式進(jìn)行。人工操作不但沒有效率且并不能保障噴灑的均勻性，效果不佳。而無人機(jī)噴灑能夠有效降低噴灑過程的勞動(dòng)強(qiáng)度，且能夠在很大程度上提高噴灑的質(zhì)量。在無人機(jī)的開發(fā)和實(shí)施過程中農(nóng)業(yè)生產(chǎn)已經(jīng)全面實(shí)現(xiàn)了全程機(jī)械化作業(yè)[9]。

2.4 適應(yīng)多種地形

水稻田對(duì)機(jī)械的要求較高，很多水稻田都沒有規(guī)則且較為雜亂，原始的作業(yè)形式只需要有較小的空間便能噴灑農(nóng)藥。但是在稻田里面穿行很容易對(duì)部分水稻葉片受到損傷，而且作業(yè)人也容易受到農(nóng)藥的感染而出現(xiàn)中毒現(xiàn)象。而其他地面形式的機(jī)械噴灑無法進(jìn)入農(nóng)田，在這樣的情況下，無人機(jī)就能夠展現(xiàn)出硬件和軟件結(jié)合成仿地形飛行作業(yè)噴灑，能夠在飛行時(shí)一直與植物保持安全的飛行高度。只需要起飛的地點(diǎn)和降落的地點(diǎn)便能夠?qū)崿F(xiàn)不限地形的農(nóng)藥噴灑作業(yè)，對(duì)地形的適應(yīng)能力比其它機(jī)械強(qiáng)很多。

2.5 提高統(tǒng)防統(tǒng)治效率

因?yàn)闊o人機(jī)的機(jī)型較小，因此使用比較方便且統(tǒng)防統(tǒng)治效率高。生產(chǎn)無人機(jī)的很多廠家都會(huì)為農(nóng)民提供無人機(jī)的使用方案，并隨其進(jìn)行基礎(chǔ)講解與演示。根據(jù)本人歷年來的作業(yè)數(shù)字統(tǒng)計(jì)：無人機(jī)作業(yè)效率相當(dāng)于人工效率的30至60倍。如此鮮明的對(duì)比，可見，無人機(jī)的全面推行勢(shì)在必行。

3 在水稻病蟲害防治作業(yè)中推廣無人機(jī)存在的問題

3.1 技術(shù)人員短缺

植保無人機(jī)在水稻病蟲害的應(yīng)用過程中由于技術(shù)人員操作問題，經(jīng)常出現(xiàn)噴灑不當(dāng)?shù)默F(xiàn)象。因?yàn)闊o人機(jī)是最近一段時(shí)間才開始被使用在我國南方，人們對(duì)無人機(jī)的了解還比較少，且無人機(jī)在推進(jìn)過程中沒有考慮到操作人員的技術(shù)水平和專業(yè)能力，導(dǎo)致無人機(jī)雖然在效率上提高了對(duì)水稻病蟲害的統(tǒng)防統(tǒng)治農(nóng)藥噴灑效率。但是由于技術(shù)人員欠缺，作物的統(tǒng)防統(tǒng)治需要提前排隊(duì)才能進(jìn)行無人機(jī)機(jī)械噴灑，這很大程度的影響了農(nóng)藥的最佳防治噴灑時(shí)期，延誤防治工作，導(dǎo)致統(tǒng)防統(tǒng)治工作無法在短時(shí)間內(nèi)完成。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2014年我國植保無人機(jī)保有量為695架，飛控手人數(shù)1100多人，總作業(yè)面積28.4萬hm2;2015年我國植保無人機(jī)保有量為2324架(31個(gè)省統(tǒng)計(jì))，總作業(yè)面積76.85萬hm2，增長幅度分別為234%、170.6%。預(yù)計(jì)到2020年名中國對(duì)植保無人機(jī)的需求量是10萬架，從業(yè)人員需求量達(dá)到40萬人。

3.2 缺乏操作規(guī)范性，使用效率不高

植保無人機(jī)的規(guī)范性使用，主要受到兩方面因素的影響。一是機(jī)器本身功能設(shè)置的規(guī)范性。目前，植保無人機(jī)還沒有統(tǒng)一的設(shè)置規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)闊o人機(jī)還處于試用階段，針對(duì)機(jī)器的管理機(jī)構(gòu)并沒有設(shè)立，導(dǎo)致了現(xiàn)在市場上的植保無人機(jī)各部分的功能參數(shù)參差不齊。二是操作技術(shù)的規(guī)范性。植保無人機(jī)因?yàn)闆]有統(tǒng)一的功能設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)，農(nóng)民在使用無人機(jī)的過程中一旦出現(xiàn)問題只能和廠商直接聯(lián)系，廠商通常會(huì)派遣技術(shù)人員指導(dǎo)和遠(yuǎn)程指導(dǎo)。由于農(nóng)民文化水平較低，而且也沒有進(jìn)行過專業(yè)的培訓(xùn)，但是，水稻的病蟲害一旦發(fā)生便會(huì)快速蔓延，需要及時(shí)噴灑農(nóng)藥，以免錯(cuò)過最佳的防治時(shí)間，所以遠(yuǎn)程指導(dǎo)有時(shí)并不能解決無人機(jī)使用過程中的燃眉之急，即使能及時(shí)解決了個(gè)別問題，也會(huì)大大降低植保無人機(jī)的使用效率。

3.3 藥劑掌控問題

植保無人機(jī)掌控問題包括藥液精準(zhǔn)配制的技術(shù)問題以及缺乏專用藥劑產(chǎn)品的問題。植保無人機(jī)所用的藥液濃度高，用水量少，需要精準(zhǔn)配制。根據(jù)筆者近年來的作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，植保無人機(jī)一般噴667m2水稻只需要用1～1.3kg水即可，這就要求農(nóng)藥的配制需要非常精準(zhǔn)，這和傳統(tǒng)噴壺模式的藥劑對(duì)比有非常大的差別。因此，無人機(jī)的藥劑掌控非常重要，現(xiàn)階段，無人機(jī)的藥劑大部分都是由農(nóng)民自己選擇。目前市場上常見的農(nóng)藥都不是專門針對(duì)無人機(jī)使用而設(shè)定的藥劑，一旦使用了非無人機(jī)專用農(nóng)藥，無人機(jī)在作業(yè)過程中就會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)噴灑故障，比如藥量無法均勻噴灑等現(xiàn)象。目前，廠家只提供無人機(jī)的銷售，并沒配套銷售無人機(jī)專用的水稻農(nóng)藥，也并未明確說明無人機(jī)適用什么種類的農(nóng)藥，這大大的降低了水稻病蟲害的預(yù)防效率。

4 推廣植保無人機(jī)的對(duì)策

4.1 培養(yǎng)專業(yè)技術(shù)人才

要提高無人機(jī)在水稻病蟲害防治工作中的應(yīng)用效果，首先面臨的就是操作人員的技術(shù)培訓(xùn)問題。但是目前現(xiàn)在的無人機(jī)飛手基本沒系統(tǒng)學(xué)習(xí)過植物的基本知識(shí)和相關(guān)的農(nóng)藥專業(yè)知識(shí)，專業(yè)化水平較低。有些飛手能夠?qū)崿F(xiàn)飛防作業(yè)，但是并未經(jīng)過相關(guān)的考核，而且購置無人機(jī)的基本都是種植大戶，種植大戶基本上都是普通農(nóng)民，且年齡在40～60歲之間，他們對(duì)新知識(shí)的接受能力較差，這是推廣無人機(jī)應(yīng)用的首先要解決的問題。鑒于此，本人認(rèn)為應(yīng)在當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)部門設(shè)立無人機(jī)使用培訓(xùn)機(jī)構(gòu)，提高無人機(jī)工作者的專業(yè)素質(zhì)。無人機(jī)使用培訓(xùn)機(jī)構(gòu)要制定科學(xué)的人才培養(yǎng)的制度和具備完善的課程設(shè)計(jì)。培訓(xùn)的內(nèi)容應(yīng)包括三個(gè)環(huán)節(jié)——理論學(xué)習(xí)、模擬操作及實(shí)踐飛行、考證。在培訓(xùn)課程的設(shè)置上，還要注意無人機(jī)的維修和養(yǎng)護(hù)方面知識(shí)的培訓(xùn)。為了提高培訓(xùn)質(zhì)量，培訓(xùn)結(jié)束后必須對(duì)參與培訓(xùn)的學(xué)員進(jìn)行考核。

4.2 加強(qiáng)操作的規(guī)范性管理

為了加強(qiáng)植保無人機(jī)的規(guī)范性管理，相關(guān)部門應(yīng)編寫規(guī)范性的使用制度及操作規(guī)程。操作規(guī)程包括以下內(nèi)容：1.對(duì)植保無人機(jī)接貨的檢查。2.對(duì)植保無人機(jī)使用要求。3.對(duì)植保無人機(jī)啟動(dòng)前和飛行結(jié)束后的檢查。4.對(duì)植保無人機(jī)操作人員的要求。5.對(duì)植保無人機(jī)飛行作業(yè)要求。在無人機(jī)的操作過程中，天氣因素和地理因素都會(huì)對(duì)無人機(jī)的噴藥效果造成影響，特別需要注意的是陰雨天不能強(qiáng)行使用無人機(jī)，在風(fēng)力級(jí)別較大的天氣也不能進(jìn)行作業(yè)。在地理上主要體現(xiàn)在：作業(yè)區(qū)域范圍內(nèi)的十米之內(nèi)不能有人員居住且這一范圍內(nèi)沒有防護(hù)林和高壓線等障礙物，且田間有能夠讓操作人員行走的空間。

現(xiàn)在市面上使用較為廣泛的植保無人機(jī)在技術(shù)領(lǐng)域上已逐漸成熟，且具有良好的植保防治效果，尤其是在水稻病蟲害的防治上效果更好。植保無人機(jī)如今還有部分的機(jī)器沒有斷點(diǎn)巡航功能，一旦機(jī)械出現(xiàn)故障就從而無法記錄上次的噴灑地點(diǎn)，不能準(zhǔn)確的對(duì)水稻繼續(xù)進(jìn)行定點(diǎn)噴灑，這樣就會(huì)出現(xiàn)重復(fù)噴灑和遺漏噴灑的問題。為了避免這樣的情況發(fā)生，建議無人機(jī)管理部門應(yīng)規(guī)范所有無人機(jī)必須具備斷點(diǎn)巡航功能，以減少由于電力和故障而出現(xiàn)重復(fù)噴灑的現(xiàn)象，影響水稻病蟲害的防治效果。其次，為了提高無人機(jī)的安全系數(shù)，應(yīng)該采用載波相位差分技術(shù)保障無人機(jī)能夠達(dá)到厘米級(jí)的精準(zhǔn)度，保障定位的絕對(duì)準(zhǔn)確性，根據(jù)開始設(shè)計(jì)的航線達(dá)到厘米級(jí)的自主形式。以往的無人機(jī)大多數(shù)都是采用GPS定位，有時(shí)候會(huì)受到周邊環(huán)境的影響將信號(hào)誤差的概率增大，不能精準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)當(dāng)前地點(diǎn)定位。例如，在一些地區(qū)的無人機(jī)噴灑過程中，無人機(jī)距離水稻的高度為3m，3m的高度能夠有效的保障飛機(jī)的安全系數(shù)，但是在藥效上卻不能完善保障。若采用載波相位差分技術(shù)對(duì)其進(jìn)行精準(zhǔn)定位，那么水稻的病蟲害統(tǒng)防統(tǒng)治效果將進(jìn)一步提升。為了加強(qiáng)無人機(jī)在農(nóng)業(yè)水稻病蟲害防治的效果，應(yīng)大力推廣智能化機(jī)械設(shè)備，保障無人機(jī)市場的有序發(fā)展，進(jìn)一步加強(qiáng)無人機(jī)使用的規(guī)范性。

4.3 加強(qiáng)農(nóng)藥的規(guī)范使用

近年來采用無人機(jī)進(jìn)行農(nóng)藥噴灑已經(jīng)受到越來越多人的認(rèn)同，但市場上無人機(jī)專用農(nóng)藥十分缺乏，極大地制約了無人機(jī)行業(yè)的發(fā)展。這兩年來，全國多省也相繼成立了植保無人機(jī)專用農(nóng)藥藥劑研發(fā)中心，旨在為植保無人機(jī)研發(fā)專用藥劑，這對(duì)于農(nóng)藥減施增效、促進(jìn)農(nóng)藥使用零增長具有重大意義。如廣西，目前正與善思公司在全國首批達(dá)成納米農(nóng)藥試驗(yàn)示范合作。納米農(nóng)藥技術(shù)是與無人機(jī)低容量噴霧相匹配的航空植保專用藥劑，對(duì)提升全區(qū)專業(yè)化統(tǒng)防統(tǒng)治水平，探討并制定無人機(jī)在水稻、甘蔗等作物上的作業(yè)技術(shù)規(guī)程有很大的推進(jìn)作用。

在規(guī)范藥劑上，建議將不同類別的無人機(jī)分別采用不同的專用藥劑進(jìn)行效果對(duì)比，通過對(duì)比效果，在不同地區(qū)，選擇對(duì)水稻防治效果最好的無人機(jī)專用農(nóng)藥。藥劑的使用也要結(jié)合當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境氣候選擇。目前專門應(yīng)用于無人機(jī)的藥劑較少，傳統(tǒng)的農(nóng)藥平均667m2地需要用水幾十公斤以上，而無人機(jī)需要的水和藥劑量并不多，但是濃度卻相較于傳統(tǒng)農(nóng)藥高出很多。因此支持研制毒性較低且藥效持久無人機(jī)專用藥是迫不急待的。

綜上所述，植保無人機(jī)不但具有效率高且安全性能高等特點(diǎn)，而且還能降低勞動(dòng)力的成本和藥劑使用量，減少農(nóng)業(yè)成本的支出，很大程度上提高了農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也進(jìn)一步保護(hù)了農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境。由此可見，無人機(jī)經(jīng)過一段時(shí)間的推廣應(yīng)用，勢(shì)必會(huì)突破局限，為把農(nóng)業(yè)生產(chǎn)推向全機(jī)械化、綠色發(fā)展方向發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。