無(wú)人機(jī)在落葉松落葉病綠色防治中的應(yīng)用

摘 要：隨著科技的不斷發(fā)展，無(wú)人機(jī)在林業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。研究聚焦無(wú)人機(jī)在落葉松落葉病綠色防治中的應(yīng)用，介紹了無(wú)人機(jī)在落葉松落葉病防治中的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，包括作業(yè)效率高、施藥精準(zhǔn)及對(duì)環(huán)境影響小等，為未來(lái)無(wú)人機(jī)在林業(yè)病害防治中的進(jìn)一步推廣和應(yīng)用提供了參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)；落葉松落葉??；防治；監(jiān)測(cè)；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：S763.7 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-7909（2024）15-101-4

DOI：10.19345/j.cnki.1674-7909.2024.15.021

0 引言

落葉松落葉病是我國(guó)北方地區(qū)落葉松人工林中普遍發(fā)生的一種葉部病害，落葉松人工林易受該病侵害，發(fā)病后導(dǎo)致落葉松提前落葉30～45 d，翌年遲發(fā)葉5 d左右，且針葉稀疏短小、顏色淺淡，對(duì)落葉松幼林危害極大，氣候條件適宜時(shí)發(fā)病突然，危害性強(qiáng)，防治難度大。針對(duì)落葉松落葉病，應(yīng)積極推廣運(yùn)用以生物防治為主的綠色防治技術(shù)，安全規(guī)范使用防治藥劑，科學(xué)開(kāi)展防治工作，樹(shù)立綠色防治理念［1］。

1 防治區(qū)域概況

此次防治區(qū)域?yàn)槲鞅蹦晨h林場(chǎng)，示范防治、監(jiān)測(cè)面積為554 hm2，是落葉松落葉病最為嚴(yán)重的區(qū)域。該林場(chǎng)經(jīng)營(yíng)面積為19 587 hm2，其中國(guó)有林地面積為12 833 hm2。該林區(qū)是當(dāng)?shù)刂匾乃春B(yǎng)地之一，是重要的水源地保護(hù)區(qū)。

2 植保無(wú)人機(jī)防治情況

相較于傳統(tǒng)的人工作業(yè)方式，無(wú)人機(jī)作業(yè)的主要優(yōu)勢(shì)在于機(jī)動(dòng)且靈活［2］。植保無(wú)人機(jī)可以快速覆蓋大面積森林區(qū)域，大大提高防治效率。與傳統(tǒng)的人工噴灑方式相比，無(wú)人機(jī)的作業(yè)速度慢則為2～3 hm2/h，快則為7～8 hm2/h，極大地縮短了防治時(shí)間，能夠在短時(shí)間內(nèi)對(duì)落葉松落葉病嚴(yán)重區(qū)域進(jìn)行集中治理，可有效遏制落葉松落葉病的蔓延。無(wú)人機(jī)配備先進(jìn)的定位和噴灑系統(tǒng)，可以根據(jù)林地的地形地貌和染病林木分布情況進(jìn)行精準(zhǔn)施藥。無(wú)人機(jī)能根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整藥劑的噴灑量和噴灑范圍，做到精準(zhǔn)施藥，可以最大限度地發(fā)揮藥劑的作用，同時(shí)降低農(nóng)藥的使用量，從而減少農(nóng)藥的浪費(fèi)和對(duì)環(huán)境的污染。此次防治利用植保無(wú)人機(jī)噴施30%苯甲丙環(huán)唑3 000倍液等無(wú)公害藥劑。無(wú)公害藥劑包括吡唑醚菌酯、多抗霉素、苯甲丙環(huán)唑、戊唑醇等。第一次施藥在6月中旬，在落葉松落葉病重度發(fā)生區(qū)域，用30%苯甲丙環(huán)唑3 000倍液噴霧；第二施藥在6月下旬，用430 g/L噻蟲啉微膠囊懸浮劑4 000～5 000倍液噴霧；第三次施藥在7月上旬，用430 g/L噻蟲啉微膠囊懸浮劑4 000～5 000倍液噴霧，共施藥3次。植保無(wú)人機(jī)噴藥降低了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了因人工操作可能帶來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn)，不受地形限制，可以輕松飛越山區(qū)、溝壑等復(fù)雜地形，確保森林各病害區(qū)域都能得到有效防治。

3 防治后的監(jiān)測(cè)情況

無(wú)人機(jī)不但可以進(jìn)行林業(yè)病害防治，還可以對(duì)防治區(qū)域落葉松林分進(jìn)行防治后的監(jiān)測(cè)，以此分析防治效果。無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)對(duì)林業(yè)有害生物監(jiān)測(cè)調(diào)查的原理是利用生物的光譜特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)生物種類、蹤跡、活動(dòng)狀態(tài)等的監(jiān)測(cè)［3］。無(wú)人機(jī)可以利用高分辨率的攝像頭或其他傳感器，對(duì)林分進(jìn)行多角度、全方位拍攝和數(shù)據(jù)采集。對(duì)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以準(zhǔn)確評(píng)估防治效果，了解病害的發(fā)展趨勢(shì)和防治的有效性。例如，可以對(duì)比防治前后落葉松的生長(zhǎng)狀況、葉片顏色變化等指標(biāo)，為進(jìn)一步優(yōu)化防治策略提供依據(jù)。監(jiān)測(cè)采取大疆精靈P4M多光譜航測(cè)無(wú)人機(jī)，按照侵染落葉松落葉病區(qū)域，使用專業(yè)版DJI GS Pro地面站—進(jìn)入飛行任務(wù)列表—新建飛行任務(wù)（二維地圖合成）規(guī)劃航線長(zhǎng)度、設(shè)定航點(diǎn)數(shù)、飛行速度、飛行高度、設(shè)置航向重疊率和旁向重疊率，計(jì)算飛行區(qū)域面積，預(yù)估飛行架次、拍照數(shù)量和所需電池?cái)?shù)量，在防治區(qū)域執(zhí)行自動(dòng)化采集工作。

對(duì)落葉松林分防治后，起飛多光譜航測(cè)無(wú)人機(jī)17架次，采集照片7 200張。將采集后的照片通過(guò)監(jiān)測(cè)機(jī)自帶TIF卡導(dǎo)入大疆智圖（測(cè)繪版），生成防治后正射影像（見(jiàn)圖1）和防治后NDVI植被指數(shù)圖（見(jiàn)圖2）。

4 主要技術(shù)

4.1 飛防技術(shù)要點(diǎn)

4.1.1 精確掌握飛防最佳防治時(shí)間

根據(jù)病害的發(fā)病規(guī)律及發(fā)病原因，在最佳時(shí)間防治，以達(dá)到最好的防治效果。每年6月中旬至7月中旬正值落葉松落葉病子囊孢子擴(kuò)散盛期，是落葉松落葉病化學(xué)防治的最佳時(shí)期。在病害防治過(guò)程中，天氣情況也是影響作業(yè)效果的一大因素，選擇在風(fēng)力小于3級(jí)的晴天或者陰天進(jìn)行，雨后隔天飛防。在晴天溫度高的狀況下，飛防時(shí)間段選擇在7：00—10：00、16：00—20：00，避免在高溫時(shí)段飛防。較高的溫度會(huì)使植保無(wú)人機(jī)霧化的藥劑揮發(fā)掉，使藥劑不能有效附著在葉片上；大風(fēng)天氣下，霧化的藥劑也極易被風(fēng)吹散，導(dǎo)致藥劑浪費(fèi)，不能達(dá)到有效作業(yè)的目的。

4.1.2 合理確定防治藥物使用濃度

此次防治應(yīng)用的是大疆T40植保無(wú)人機(jī)，采取高濃度用藥。植保無(wú)人機(jī)是低量施藥，選擇農(nóng)藥一定要精準(zhǔn)有效，用量要準(zhǔn)確，稀釋倍數(shù)要合適，稀釋太多、太少，都達(dá)不到防治效果。植保無(wú)人機(jī)一般是低空作業(yè)，必須配備合適的助劑，使噴施的藥液迅速沉降、附著在植物葉片上，這樣才能達(dá)到預(yù)期的噴施效果。

4.1.3 科學(xué)規(guī)劃飛防線路

根據(jù)電腦上影像圖斑和飛防區(qū)域的地形地貌，在安全作業(yè)區(qū)設(shè)定起降范圍區(qū)，在作業(yè)半徑內(nèi)設(shè)置醒目指示牌。大疆T系列植保無(wú)人機(jī)載藥量為30～40 L，作業(yè)時(shí)間為10～15 min。手動(dòng)操作遙控器使植保無(wú)人機(jī)飛至飛防區(qū)域上空，打開(kāi)噴灑系統(tǒng)，設(shè)置飛防速度及噴灑流量，按照仿地形模式弓字形路線來(lái)回噴施農(nóng)藥。大疆T系列植保無(wú)人機(jī)采用共軸雙旋翼設(shè)計(jì)，具有二次霧化齒噴盤結(jié)構(gòu)，可使防治藥物更均勻地噴灑到感病植株樹(shù)冠及下部枝葉。

這種人工規(guī)劃方式能夠?qū)λ酗w防區(qū)域進(jìn)行有效噴施，保證感病林分都能被覆蓋，使規(guī)劃路徑更為全面，同時(shí)該方法能夠提高植保無(wú)人機(jī)作業(yè)的精準(zhǔn)覆蓋率，降低漏噴、誤噴和多噴現(xiàn)象的發(fā)生。

4.2 監(jiān)測(cè)技術(shù)要點(diǎn)

利用無(wú)人機(jī)技術(shù)對(duì)林業(yè)有害生物進(jìn)行全面動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，既擴(kuò)大了監(jiān)測(cè)范圍，也實(shí)現(xiàn)了高空遙感監(jiān)測(cè)到低空遙感監(jiān)測(cè)的轉(zhuǎn)變［4］。相比傳統(tǒng)的人工監(jiān)測(cè)方式，無(wú)人機(jī)技術(shù)能夠在更短的時(shí)間內(nèi)了解更大范圍的落葉松落葉病發(fā)生情況，可以根據(jù)需要隨時(shí)起飛進(jìn)行監(jiān)測(cè)，不受地形和交通條件的限制。無(wú)人機(jī)配備高分辨率攝像設(shè)備和傳感器，能夠捕捉清晰的圖像，準(zhǔn)確識(shí)別落葉松落葉病的發(fā)生位置、范圍和嚴(yán)重程度。通過(guò)多光譜、熱成像等技術(shù)，可以檢測(cè)到肉眼難以發(fā)現(xiàn)的早期落葉松落葉病跡象，為及時(shí)采取防治措施提供有力依據(jù)。

無(wú)人機(jī)搭載各種傳感器和攝像設(shè)備，可以在森林上空飛行，對(duì)森林進(jìn)行拍照、錄像和數(shù)據(jù)采集。采集的數(shù)據(jù)包括可見(jiàn)光圖像、多光譜圖像、熱成像圖像等，以及地理位置信息、高度信息等，將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛婵刂普净驍?shù)據(jù)處理中心進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理。利用圖像識(shí)別技術(shù)、數(shù)據(jù)分析算法等，對(duì)落葉松落葉病的特征進(jìn)行識(shí)別和分析，確定落葉松落葉病的類型、分布狀況和嚴(yán)重程度。將分析結(jié)果以圖像、報(bào)表等形式輸出，為林業(yè)管理部門提供直觀的落葉松落葉病監(jiān)測(cè)信息。根據(jù)需要將結(jié)果與地理信息系統(tǒng)（GIS）結(jié)合［5］，可以實(shí)現(xiàn)落葉松落葉病信息的可視化展示和管理。

5 存在的問(wèn)題及建議

5.1 存在的問(wèn)題

5.1.1 載重量偏小，影響工作效率

此次防治工作采用的是T40載重機(jī)，載40 L水，每架次噴灑面積為0.67～1.00 hm2，每架次飛行時(shí)間為10～15 min，需要頻繁起降加灌農(nóng)藥，大大降低了工作效率。

5.1.2 續(xù)航時(shí)間短，運(yùn)營(yíng)成本高

無(wú)人機(jī)單組電池的續(xù)航時(shí)間短，需要頻繁充電。一臺(tái)無(wú)人機(jī)只配備2塊電池，且無(wú)人機(jī)電池的充電時(shí)間較長(zhǎng)，一般需要1 h左右，準(zhǔn)備20塊電池，才能保證植保無(wú)人機(jī)連續(xù)工作6 h，每天噴灑作業(yè)達(dá)到6 h才能完成工作。要想不影響效率，就需要購(gòu)買備用電池，但是無(wú)人機(jī)電池較貴，這就增加了運(yùn)營(yíng)成本。

5.1.3 對(duì)藥物要求高

植保無(wú)人機(jī)一般采用超低容量噴霧技術(shù)，噴頭孔徑較小，要求藥物顆粒足夠小，通常要求粒徑在幾百微米甚至更小。較細(xì)的顆粒能夠順利通過(guò)噴頭而不堵塞噴頭，保證噴霧均勻和連續(xù)。如果藥物顆粒過(guò)大，則容易堵塞噴頭，影響作業(yè)效率，甚至可能損壞無(wú)人機(jī)的噴灑系統(tǒng)。此外，藥物在水中或其他溶劑中應(yīng)具有較好的懸浮性，當(dāng)藥物與水混合后，應(yīng)在一定時(shí)間內(nèi)保持均勻懸浮狀態(tài)，不能發(fā)生沉淀或分層現(xiàn)象。這是因?yàn)橹脖o(wú)人機(jī)的藥箱通常較小，且在作業(yè)過(guò)程中無(wú)人機(jī)處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，如果藥物懸浮性差，會(huì)導(dǎo)致藥箱內(nèi)藥物濃度不均勻，影響噴灑效果。藥物在儲(chǔ)存和使用過(guò)程中應(yīng)保持化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。藥物與無(wú)人機(jī)噴灑系統(tǒng)應(yīng)具有較好的兼容性，藥物不能對(duì)無(wú)人機(jī)藥箱、管路、噴頭等部件產(chǎn)生腐蝕作用。藥物之間也應(yīng)具有良好的兼容性。在實(shí)際作業(yè)中，可能需要將不同的農(nóng)藥混合使用，以達(dá)到同時(shí)防治多種病害的目的。如果藥物之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生沉淀、失效甚至有毒物質(zhì)，不僅會(huì)影響防治效果，還可能對(duì)作物和環(huán)境造成危害。

5.1.4 噴灑不均勻

首先是植保無(wú)人機(jī)自身因素，植保無(wú)人機(jī)噴頭問(wèn)題（如噴頭堵塞、噴頭磨損等）會(huì)使噴灑不均勻，飛行參數(shù)（如飛行高度、飛行速度等）設(shè)置不合理也會(huì)導(dǎo)致噴灑不均勻。其次是藥物因素，如果藥物性質(zhì)不穩(wěn)定、藥物配方不合理等，會(huì)影響藥液的均勻性，藥物的表面張力、黏度等特性也會(huì)影響噴霧的霧化效果和分布均勻性，導(dǎo)致噴灑不均勻，影響噴灑效果。最后是環(huán)境因素（如風(fēng)向和風(fēng)速、地形和地貌等），難以確保無(wú)人機(jī)的穩(wěn)定性，也會(huì)導(dǎo)致噴灑不均勻。

5.2 建議

一是加大資金投入，采購(gòu)機(jī)身輕、容量大的植保無(wú)人機(jī)。同時(shí)，對(duì)飛行人員進(jìn)行規(guī)范操作、飛行技巧、維護(hù)保養(yǎng)等相關(guān)培訓(xùn)，解決植保無(wú)人機(jī)載重小、效率低的問(wèn)題。

二是在技術(shù)方面提升小型無(wú)人機(jī)的續(xù)航水平，提升數(shù)據(jù)傳輸效率和自動(dòng)化處理水平［6］，可從動(dòng)力系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、飛行控制系統(tǒng)入手；通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)和任務(wù)規(guī)劃，提高無(wú)人機(jī)的適應(yīng)性、效率和續(xù)航能力。

三是提升藥物的性能，考慮開(kāi)發(fā)專用藥劑和優(yōu)化配方以適應(yīng)無(wú)人機(jī)作業(yè)及不同作物生長(zhǎng)需求，并注意環(huán)保。在使用化學(xué)手段防治有害生物時(shí)，應(yīng)注意加強(qiáng)對(duì)周圍森林植被及動(dòng)物的保護(hù)，避免影響生態(tài)穩(wěn)定性，影響其他物種生存［7］。在操作管理過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)操作人員的培訓(xùn)及藥物的正確管理與儲(chǔ)存。

四是在無(wú)人機(jī)硬件方面，應(yīng)優(yōu)化噴頭設(shè)計(jì)、改進(jìn)噴灑系統(tǒng)和提升飛行穩(wěn)定性，以此提高噴灑均勻性；同時(shí)，檢測(cè)噴灑效果，并根據(jù)結(jié)果進(jìn)行改進(jìn)。

五是加強(qiáng)對(duì)防范區(qū)的預(yù)防，要打破重防治輕預(yù)防的觀念［8］。加強(qiáng)林業(yè)有害生物的監(jiān)測(cè)調(diào)查，及時(shí)準(zhǔn)確掌握病害發(fā)生及發(fā)展規(guī)律，建立健全預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)網(wǎng)絡(luò)體系，可有效降低病害的發(fā)生程度，為進(jìn)一步精準(zhǔn)防控有害生物提供科學(xué)依據(jù)。通過(guò)此次監(jiān)測(cè)，防治區(qū)域取得了較好的防治效果，但落葉松落葉病害受外界因素影響，很難根治，這就需要進(jìn)行連續(xù)防治，以達(dá)到最佳防治效果。

6 結(jié)束語(yǔ)

林業(yè)有害生物的發(fā)生對(duì)我國(guó)林業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與生態(tài)環(huán)境的治理產(chǎn)生了嚴(yán)重影響［9］。在此次綠色防治中，采用植保無(wú)人機(jī)進(jìn)行飛防作業(yè)，應(yīng)用大疆T40植保無(wú)人機(jī)進(jìn)行防控，應(yīng)用多光譜無(wú)人機(jī)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，采用高效低毒農(nóng)藥和飛防助劑，精準(zhǔn)作業(yè)、高效環(huán)保，解決了傳統(tǒng)防治方法存在的成本高、耗時(shí)長(zhǎng)、見(jiàn)效慢等問(wèn)題，有效防范和及時(shí)控制了落葉松落葉病產(chǎn)生的危害，最大限度地減少了經(jīng)濟(jì)損失，防治效果明顯。提高無(wú)人機(jī)在森林病害監(jiān)測(cè)和控制中的使用率，可以有效提高林業(yè)病害防治的科學(xué)性，為林業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展提供基本保障〔10〕。

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