高寒牧區(qū)無人機(jī)施藥防控草原蟲害技術(shù)研究

金麗華，王亞楠，胡青云，高明華，艷 秀

（內(nèi)蒙古自治區(qū)通遼市科爾沁左翼中旗林業(yè)和草原工作站 內(nèi)蒙古，通遼 029300）

1 引言

運(yùn)用無人機(jī)噴灑藥物一定程度上滿足了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)發(fā)展的需求。從傳統(tǒng)的人工地面防治轉(zhuǎn)向無人機(jī)空中防治，不僅技術(shù)的安全性更加突出，且很大程度上緩解了勞動(dòng)力壓力，降低了不必要的成本消耗，提高了藥物的利用率。近年來予以林業(yè)、畜牧業(yè)病蟲害的防治工作足夠的重視，并大規(guī)模的采用無人機(jī)低空噴灑藥物的方式應(yīng)對蟲害問題，取得了較為突出的應(yīng)用成果。在現(xiàn)代科技蓬勃發(fā)展的大背景下，無人機(jī)藥物噴灑技術(shù)還會逐漸進(jìn)步，了解該技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，大力促進(jìn)此類技術(shù)的推廣應(yīng)用是十分必要的。在下文中就具體對于高寒牧區(qū)無人機(jī)施藥防控草原蟲害技術(shù)開展研究。

2 試驗(yàn)的過程與方法

2.1 試驗(yàn)區(qū)情況簡要介紹

本次試驗(yàn)選定在內(nèi)蒙古自治區(qū)開展，當(dāng)?shù)赝菩辛艘幌盗械牟菰Ｗo(hù)條例，禁止隨意放牧，使草原生態(tài)能夠盡快恢復(fù)。本次試驗(yàn)所在的區(qū)域?qū)儆诖箨懶园敫珊蛋霛駶櫄夂驇?，海?50-200m，三面環(huán)山，牧草豐富，降雨充沛，光照充足，土壤為淡黑鈣土，屬鹽基飽和土壤，地形相對較為復(fù)雜。草場建群種主要為鹽漬化羊草、有角堿蓬、多根蔥、狗尾草、星星草、堿蒿等，屬于草原毛蟲的高發(fā)區(qū)。一旦草原毛蟲問題爆發(fā)，毛蟲啃食草體，輕則導(dǎo)致草體無法健康生長，重則導(dǎo)致草體枯黃死亡。

早在2017年就曾提出，應(yīng)大力推廣農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)，助力農(nóng)業(yè)發(fā)展，逐步解決無人機(jī)質(zhì)量無法滿足應(yīng)用要求、缺乏自己的核心技術(shù)、缺乏統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、無人機(jī)的質(zhì)量無法得到充分的保障、無人機(jī)當(dāng)中重要零部件的可靠性有待提升、無人機(jī)的霧化效果無法得到保障、無人機(jī)的續(xù)航能力差和運(yùn)載量小、無人機(jī)抵御風(fēng)力天氣的能力較差、缺乏專業(yè)的技術(shù)人員等一系列問題，而這樣的發(fā)展觀念同時(shí)也作用于草原生態(tài)維護(hù)。

2.2 試驗(yàn)的過程與方法

實(shí)驗(yàn)所需的器材為噴藥無人機(jī)以及剪刀、鑷子、用作記號的彩旗等輔助工具，使用的藥劑為2%苦參堿水劑、0.5%蛇床子素水乳劑。實(shí)驗(yàn)工作的開展嚴(yán)格依照《草地毛蟲生物防治技術(shù)規(guī)程》、《草地鼠蟲害、毒草調(diào)查技術(shù)規(guī)程》等開展，其目的是為了了解草原毛蟲病還情況，并有針對性的予以防控，從而掌握高寒牧區(qū)無人機(jī)施藥防控草原蟲害技術(shù)的應(yīng)用效果。

本次研究共計(jì)花費(fèi)了7d 時(shí)間，試驗(yàn)區(qū)域的總面積約為600hm，因區(qū)域內(nèi)面積較廣，本次研究共計(jì)調(diào)用了四臺六軸無人機(jī)和兩臺八軸無人機(jī)。在試驗(yàn)開展的過程中，將試驗(yàn)區(qū)域劃分為兩個(gè)部分，每個(gè)部分的面積約為300hm，兩個(gè)區(qū)域的自然條件、土壤狀況等不存在明顯的差異，這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)區(qū)域中分別使用2%，苦參堿100kg以及0.5%蛇床子素90kg。兩臺八軸的無人機(jī)每天作業(yè)30-40架次，四臺六軸的無人機(jī)每天作業(yè)30-40架次。技術(shù)人員在實(shí)驗(yàn)過程中，通過觀測作業(yè)的軌跡圖、掌握作業(yè)的時(shí)間與面積等信息，了解防控情況。

3 試驗(yàn)的結(jié)果

在實(shí)驗(yàn)區(qū)域內(nèi)，運(yùn)用無人機(jī)是要錢以及是要后的第2d、3d、5d，派遣技術(shù)人員去往防治區(qū)域?qū)τ谀羺^(qū)的防控情況進(jìn)行觀測。其中，根據(jù)第5d 以后的記錄，使用2%綠參堿的防治區(qū)域藥劑用量為225mL/hm，防控前的。平均蟲口密度為52.67，防后第2d 的平均蟲口密度為11，平均防效達(dá)到了79.12%，防后第3d 的平均蟲口密度為11，平均防效達(dá)到了85.44%，防后第5d的平均蟲口密度為7，平均防效達(dá)到了86.71%；使用0.5%，蛇床子素的防治區(qū)域藥劑用量為300mL/hm，防控前的。平均蟲口密度為33.67，防后第2d 的平均蟲口密度為7，平均防效達(dá)到了79.20%，防后第3d的平均蟲口密度為6.67，平均防效達(dá)到了85.44%，防后第5d的平均蟲口密度為5.67，平均防效達(dá)到了83.61%。且防治區(qū)域的牧草處于健康生長的狀態(tài)，并未出現(xiàn)明顯損傷，可以判定試驗(yàn)藥劑并未對于牧草的生長造成不利影響，整體防治效果較優(yōu)。

與此同時(shí)，為了充分了解無人機(jī)在高寒牧區(qū)防控蟲害產(chǎn)生的效果，技術(shù)人員還對于無人局防控技術(shù)的作業(yè)參數(shù)進(jìn)行了測定。其中，兩臺八軸無人機(jī)的作業(yè)平均高度約為4m，噴霧寬度約為5m，平均載藥量約為7L，平均作業(yè)時(shí)間約為7min，續(xù)航時(shí)間約為7min，在晴朗、無風(fēng)的天氣中每天可以作業(yè)30-40架次；六軸無人機(jī)的平均作業(yè)高度為4m，噴霧寬度約為5m，平均載藥量約為9L，作業(yè)時(shí)間約9min，在晴朗、無風(fēng)的天氣中每天可以作業(yè)28-35架次。

4 試驗(yàn)的結(jié)論

首先，無人機(jī)是要技術(shù)作為一種現(xiàn)代化的畜牧業(yè)和農(nóng)業(yè)發(fā)展技術(shù)，有著突出的應(yīng)用優(yōu)勢。運(yùn)用無人機(jī)防控高寒牧區(qū)的病害問題，可以不再受到牧區(qū)地勢條件的影響，起飛和降落更加靈活，不會對于草原環(huán)境造成明顯破壞，能夠去往自然條件較為復(fù)雜的牧區(qū)當(dāng)中。技術(shù)人員通過科學(xué)合理的調(diào)控?zé)o人機(jī)的施藥范圍，能夠避開居民點(diǎn)、河流等所在區(qū)域，從根本上降低了對于環(huán)境造成的破壞。相對于傳統(tǒng)的完全依賴于人工的背負(fù)式噴霧藥物防治技術(shù)，無人機(jī)施藥技術(shù)的作用范圍更廣、藥物噴灑更加均勻、海拔和經(jīng)緯度更加精準(zhǔn)、霧化程度也更優(yōu)。在運(yùn)用無人機(jī)噴灑藥物的過程中，相關(guān)技術(shù)人員可以遠(yuǎn)程操控?zé)o人機(jī)，操作的過程更加輕松便捷，操作人員無需直接接觸農(nóng)藥，更大程度上達(dá)到了對于技術(shù)人員的安全保障作用。不僅如此，多旋翼植保無人機(jī)能夠達(dá)到下旋式霧化藥物和噴施藥物的要求，相對于人工噴灑藥物的形式而言，能夠減少噴射死角，提高藥物噴施的均勻性。隨著技術(shù)水平的逐漸進(jìn)步，如今的無人機(jī)已經(jīng)能夠靈活躲避障礙物，在遇到障礙物時(shí)，不僅能夠即使暫停，甚至能夠繞過障礙物飛行。

與此同時(shí)，我們也應(yīng)當(dāng)充分認(rèn)識到運(yùn)用無人機(jī)防控技術(shù)預(yù)防草原病蟲害問題的不足。黑龍江省的許多草原地勢條件十分復(fù)雜，高低起伏，而無人機(jī)在坡度超過50°的區(qū)域作業(yè)時(shí)，畢竟效率會有所降低，相對而言更適宜在地勢平坦的區(qū)域作業(yè)。另外，如果使用無人機(jī)噴灑藥物，應(yīng)當(dāng)盡可能的選擇晴天進(jìn)行，這是因?yàn)槿绻L(fēng)力超過了三級，無人機(jī)飛行的平穩(wěn)性會受到很大影響，藥物的噴灑方位也會因此而不受控制。黑龍江地區(qū)的草原面積較大，針對這類大面積的草原進(jìn)行蟲害防控，往往需要采取大機(jī)群作業(yè)的形式，而無人機(jī)的運(yùn)行往往需要獲得蓄電池的支持，無人機(jī)當(dāng)中的蓄電池儲電量相對匱乏，如果長期運(yùn)行需要多次更換蓄電池，而電池的充電效率又普遍較慢，即便配備高負(fù)荷的充電器仍然無法達(dá)到較高的蓄電效率。加之，無人機(jī)的操作對于技術(shù)人員的專業(yè)素養(yǎng)要求較高，許多畜牧業(yè)的管理人員并未接受過專業(yè)培訓(xùn)，在面對大面積牧區(qū)的施藥防控時(shí)，不知如何運(yùn)用無人機(jī)技術(shù)，極大程度上降低了防控的效率。

縱觀過去的很長一段時(shí)間，內(nèi)蒙古自治區(qū)針對高寒牧區(qū)草原蟲害的防治普遍采取的是人工噴灑藥物的方式，噴灑效率較低，藥物浪費(fèi)率較高，人工背負(fù)式噴霧機(jī)械極大程度上加劇了技術(shù)人員的工作壓力，技術(shù)人員長期與農(nóng)藥接觸，不利于其身體健康。加之草原面積較廣，完全依賴于人工噴灑藥物還會消耗大量的人力資源。運(yùn)用無人機(jī)施藥技術(shù)相對于常規(guī)的人工施藥效率更高、資源節(jié)約性更強(qiáng)、噴灑更加均勻，有關(guān)調(diào)查顯示，無人機(jī)藥物噴灑的效率已經(jīng)遠(yuǎn)超人工噴灑的五倍，因節(jié)約了人力資源，施藥的成本也大幅度降低，作業(yè)的進(jìn)度更強(qiáng)，在合理操控的情況下基本不會出現(xiàn)重復(fù)噴灑或漏噴的現(xiàn)象。

5 發(fā)展前景及相關(guān)建議

總體來說，在高寒牧區(qū)，運(yùn)用無人機(jī)施藥防控草原蟲害能夠取得更加突出的防控效果。在未來的發(fā)展過程中，需要更加靈活的掌握無人機(jī)防控技術(shù)，靈活的運(yùn)用器遠(yuǎn)距離操控和飛控導(dǎo)航功能，在已勘察的方式，充分了解地形情況的前提下，明確不同地塊的噴灑坐標(biāo)點(diǎn)，科學(xué)合理的規(guī)劃無人機(jī)的操控航線，并將操控航線錄入到地面控制系統(tǒng)當(dāng)中，及時(shí)高效的完成噴灑作業(yè)。除了將無人機(jī)施藥技術(shù)用于草原防控領(lǐng)域當(dāng)中之外，還可以應(yīng)用于農(nóng)業(yè)種植領(lǐng)域中。

其次，多旋翼植保無人機(jī)借助其對稱結(jié)構(gòu)以及多個(gè)旋翼運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的風(fēng)力滿足飛行需求，技術(shù)應(yīng)用的便捷性更強(qiáng)，且無人機(jī)的售價(jià)較低，操作較為靈活，能夠一定程度上滿足施藥防控的需求。應(yīng)當(dāng)摒棄落后的、完全依賴于人工的藥物噴施形式，從提高藥物噴施效率、提高藥物利用率保障技術(shù)人員的生命財(cái)產(chǎn)安全的角度上出發(fā)，大力推廣無人機(jī)施藥防控技術(shù)，提高草原蟲害防控的精準(zhǔn)性和便捷性。相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)積極主動(dòng)的進(jìn)行專業(yè)技能培訓(xùn)，確保自己能夠靈活操控?zé)o人機(jī)，合理使用無人機(jī)，政府及相關(guān)部門應(yīng)當(dāng)給予一定的技術(shù)支持，及時(shí)更新無人機(jī)設(shè)備，為無人機(jī)是要防控技術(shù)的應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。在條件允許的情況下形成更加完備培訓(xùn)制度，由專業(yè)人員負(fù)責(zé)推進(jìn)無人機(jī)施藥工作。值得注意的是在必要時(shí)可以將無人機(jī)與大型噴霧器等現(xiàn)代技術(shù)設(shè)備進(jìn)行聯(lián)合應(yīng)用，提高藥物噴施的效率，降低草原蟲害防治消耗的成本。

相關(guān)組織和技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)加大研發(fā)投入，逐步解決無人機(jī)蓄電能力差、充電效率慢、要無核，載量低等一系列問題。很多時(shí)候完全依賴于單一技術(shù)人員的創(chuàng)新研究是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還應(yīng)當(dāng)更多地借助企業(yè)方面的支持，國家和政府可以考慮將無人機(jī)技術(shù)的推廣與研究納入到科學(xué)技術(shù)發(fā)展領(lǐng)域當(dāng)中，利用企業(yè)的資源，促進(jìn)技術(shù)水平的進(jìn)步。政府和企業(yè)則應(yīng)當(dāng)聯(lián)合推廣無人機(jī)技術(shù)，鼓勵(lì)人們運(yùn)用無人機(jī)技術(shù)進(jìn)行牧區(qū)、農(nóng)區(qū)蟲害的方孔，大力支持和引導(dǎo)無人機(jī)是要防控技術(shù)的發(fā)展。

最后，為了合理規(guī)范和引導(dǎo)無人機(jī)是要防控技術(shù)的開展，國家及相關(guān)管理部門應(yīng)當(dāng)合理規(guī)范行業(yè)發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)，為技術(shù)的應(yīng)用提供安全保障。同時(shí)，結(jié)合當(dāng)?shù)匕l(fā)展的實(shí)際情況，建立起施藥技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，更大程度上體現(xiàn)無人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，守護(hù)綠色草原。