江西棉區(qū)小型無人機(jī)飛防作業(yè)的實(shí)踐與體會(huì)

熊新民　吳振江　楊茅難　朱模勇　伍琦

摘要：通過2016年應(yīng)用國產(chǎn)大疆MG-1型八旋翼無人機(jī)在江西棉田進(jìn)行飛防作業(yè)的實(shí)踐，與常規(guī)人工機(jī)器噴藥相比表明，一是由于無人機(jī)采用人機(jī)分離、藥劑在棉株上部1～1.5米高度噴灑，人不在棉田中行走，對(duì)棉花無損傷和人的勞動(dòng)強(qiáng)度大幅減輕；二是無人機(jī)飛防具有速度快、效率高、噴藥及時(shí)等顯著特點(diǎn)；三是飛防噴藥操作人員比機(jī)防操作人員發(fā)生高溫中暑和噴藥中毒的概率低；四是棉花中后期采用飛防作業(yè)的效果好于前期。

關(guān)鍵詞：江西棉區(qū)；無人機(jī)；飛防作業(yè)；體會(huì)

中圖分類號(hào)：S252.3S494 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095—3143（2016）06—0045—04

DOI：10.3969/j.issn.2095-3143.2016.06.009

0引言

無人機(jī)噴藥就是將無人機(jī)機(jī)體與機(jī)載農(nóng)藥噴灑裝置有效地結(jié)合，通過對(duì)無人機(jī)和噴藥系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制，而實(shí)現(xiàn)對(duì)作物進(jìn)行農(nóng)藥噴灑，達(dá)到防治病蟲草害的目的。

近年來，我國農(nóng)業(yè)先后解決了種植、收獲的機(jī)械化問題。隨著我國大農(nóng)業(yè)體制的不斷發(fā)展，農(nóng)業(yè)大戶在新農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的不斷涌現(xiàn)，農(nóng)業(yè)機(jī)械在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的地位和比重不斷上升。特別是在水稻種植方面，早已經(jīng)擺脫了人工插秧、打谷脫粒等繁瑣事情，機(jī)械化插秧、水稻直播技術(shù)為稻農(nóng)解決了水稻種植的第一關(guān)，自走式機(jī)械噴藥在水稻生產(chǎn)中的占比也在逐步提高，而應(yīng)用最早及普遍的當(dāng)屬水稻機(jī)械收割，機(jī)械化水平達(dá)到91%以上。

同水稻生產(chǎn)一樣，目前，我國棉花生產(chǎn)中，棉花綜合機(jī)械化水平為47.8%，其中機(jī)耕為76.8%，棉種機(jī)械點(diǎn)播為54.2%，機(jī)械收花在生產(chǎn)上也有局部應(yīng)用，僅為2.8%。然而農(nóng)業(yè)防蟲噴藥還是以人工為主，地面機(jī)械噴灑為輔，植保機(jī)械化還遠(yuǎn)沒有形成氣候，人工噴藥在棉花小苗時(shí)期效果較好，但在棉花封行植株果枝拉伸長大后，人工田問行走打藥則速度慢，效果差。且現(xiàn)有的地面噴灑機(jī)械作業(yè)條件苛刻，未實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)變量施藥，常導(dǎo)致農(nóng)藥噴施不均勻，防治效果不理想，施藥成本高，農(nóng)藥浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重。加之近年來農(nóng)村勞動(dòng)力的大量外出和留守人員的逐步老齡化，農(nóng)村勞動(dòng)力及后備勞動(dòng)力的急劇減少，傳統(tǒng)、低效、艱苦的農(nóng)作物病蟲害防治方法已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程中的薄弱環(huán)節(jié)，極大地影響了棉花生產(chǎn)整體機(jī)械化進(jìn)程，棉花植保技術(shù)急需向規(guī)?；C(jī)械化轉(zhuǎn)變，提高植保機(jī)械化水平。無人機(jī)飛防技術(shù)以靈活、高效、安全等獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，符合我國現(xiàn)階段的基本國情，為棉田植保技術(shù)的發(fā)展開辟了一片新的天地。積極引進(jìn)和推廣無人機(jī)飛防技術(shù)，必將大大提升我國棉花病蟲害統(tǒng)防統(tǒng)治的水平，增強(qiáng)農(nóng)業(yè)機(jī)械和植?，F(xiàn)代化的發(fā)展，促進(jìn)我國棉花增產(chǎn)增效、農(nóng)民增收，保障棉花產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

1無人機(jī)在農(nóng)業(yè)上應(yīng)用的現(xiàn)狀

無人機(jī)飛防是以高濃度低容量霧化噴藥防治農(nóng)業(yè)害蟲，國內(nèi)自2008年開始起步，在2012年有所發(fā)展，至2014年從單旋翼轉(zhuǎn)向多旋翼無人機(jī)型后，無人機(jī)噴藥技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用才逐漸為飛防公司及農(nóng)戶所接受，因而在水稻等大農(nóng)作物上的應(yīng)用面積不斷提高。

1.1農(nóng)業(yè)應(yīng)用現(xiàn)狀

在當(dāng)前我國農(nóng)作物生產(chǎn)過程中，病蟲害防治仍然以人工噴灑農(nóng)藥、半機(jī)械化防治作為主要方式。據(jù)相關(guān)資料顯示，中國目前使用的植保機(jī)械以手動(dòng)和小型機(jī)（電）動(dòng)噴霧機(jī)為主，其中手動(dòng)施藥藥械、背負(fù)式機(jī)動(dòng)藥械分別占國內(nèi)植保機(jī)械保有量的93.07%和5.53%，拖拉機(jī)懸掛式植保機(jī)械約占0.57%。然而，農(nóng)作物的病蟲害具有流行性、爆發(fā)性和遷飛性等特點(diǎn)，目前的防害形式明顯與其不相匹配，且我國目前已經(jīng)進(jìn)入規(guī)模化生產(chǎn)，傳統(tǒng)的防治措施依舊與其不相匹配。最終帶來的結(jié)果就是導(dǎo)致監(jiān)測(cè)預(yù)警和統(tǒng)防統(tǒng)治相脫節(jié)，造成農(nóng)作物大面積受害，導(dǎo)致嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)傳統(tǒng)的作業(yè)方式也導(dǎo)致對(duì)勞動(dòng)力的需求過大，勞動(dòng)強(qiáng)度過大，且施藥人員中毒事件時(shí)有發(fā)生。

1.2國內(nèi)的發(fā)展概況

我國的航空噴防技術(shù)在20世紀(jì)50年代正式開展以來，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，中國農(nóng)業(yè)航空作業(yè)量不斷增加，主要以有人駕駛固定翼飛機(jī)和直升機(jī)為主，到2012年止，中國農(nóng)業(yè)航空作業(yè)量約為31900 hm²。

2008年，我國才真正系統(tǒng)研究小型農(nóng)業(yè)無人機(jī)噴灑技術(shù)。近年來，全國各地都積極開展了農(nóng)用無人機(jī)噴藥技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，機(jī)型越來越多，應(yīng)用范圍越來越廣泛，推廣速度越來越快，技術(shù)研究也越來越深入。作為一種新型的農(nóng)藥噴灑技術(shù)，無人機(jī)噴藥正在成為農(nóng)機(jī)行業(yè)的亮點(diǎn)和熱點(diǎn)。無人機(jī)噴藥技術(shù)的快速發(fā)展和應(yīng)用普及，真正實(shí)現(xiàn)了高效、環(huán)保安全的植保要求。

2無人機(jī)低空施藥技術(shù)的特點(diǎn)

2.1無人機(jī)低空施藥技術(shù)特點(diǎn)

無人機(jī)低空施藥技術(shù)特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下5個(gè)方面。

2.1.1無人駕駛 無人機(jī)與有人駕駛飛機(jī)噴藥相比，無人機(jī)不需要專業(yè)飛行員操作，由飛控人員實(shí)行遠(yuǎn)距離遙控作業(yè)，降低作業(yè)成本。無人機(jī)與傳統(tǒng)的噴藥相比，使農(nóng)民和農(nóng)藥的接觸降到最低，減少農(nóng)藥對(duì)工作人員的化學(xué)傷害。

2.1.2作業(yè)效果好 無人機(jī)施藥為低空、超低空飛行，與受藥植物的高度相適應(yīng)，噴出的藥液被很好地霧化，并均勻地附著在農(nóng)作物莖葉的表面，若配有精確的導(dǎo)航系統(tǒng)可有效地減少重噴和漏噴。2.1.3作業(yè)效率高無人機(jī)的作業(yè)效率是普通機(jī)械和人工噴藥無法比擬的，如天鷹-3小型農(nóng)用無人機(jī)的作業(yè)效率是7～10 hm²/d，是普通噴灑機(jī)械的3～4倍，是人工噴藥的30倍。

2.1.4作業(yè)范圍廣 無人機(jī)在空中飛行，不受作業(yè)對(duì)象和地域條件的影響，無論是農(nóng)田還是樹林；是平原、丘陵、山地，還是沼澤地，都可以利用無人機(jī)來進(jìn)行病蟲害防治作業(yè)。

2.1.5環(huán)境污染少 無人機(jī)施藥采用低空低量技術(shù)，提高了藥物利用率，既保證了施藥效果，又防止了藥物浪費(fèi)，減少了藥物對(duì)環(huán)境的污染。

2.2無人機(jī)噴藥的優(yōu)點(diǎn)

小型無人機(jī)噴藥，具有地形適應(yīng)性好、勞動(dòng)強(qiáng)度低、噴灑效果好、施藥效率高、安全環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。具體表現(xiàn)在：一是操作簡單方便，操作人員只需在田間地頭對(duì)無人機(jī)作業(yè)進(jìn)行遙控操作；二是施藥效率高，據(jù)統(tǒng)計(jì)，每架無人機(jī)每天可作業(yè)20～33.3 hm²；三是噴灑效果好，無人機(jī)噴藥噴灑均勻、霧化效果好、覆蓋密度高，防治效果好，特別是在旋翼的作用下，霧流向下穿透力強(qiáng)，霧滴更均勻，可以提高藥物利用率30%以上；四是成本低，無人機(jī)噴藥省水、省藥、省力，且設(shè)備易于維護(hù)，折舊率低，同時(shí)零部件更換方便；五是無人機(jī)噴藥可廣泛應(yīng)用于水稻、棉花、大豆、小麥、玉米、甘蔗等作物和果樹、森林等大部分農(nóng)林方面的病蟲草害防治。

2.3無人機(jī)施藥技術(shù)存在的不足

2.3.1載藥量少 載藥量是檢驗(yàn)無人機(jī)施藥能力的主要指標(biāo)，單次飛行的載藥量少勢(shì)必會(huì)影響施藥的效率，從而增加作業(yè)成本。

2.3.2集成化、智能化程度偏低 無人機(jī)的制造技術(shù)、微小型傳感器精度和智能化精準(zhǔn)施藥等方面的技術(shù)目前還不太成熟，大面積廣泛應(yīng)用還有待時(shí)日。

2.3.3生產(chǎn)成本較高 一是無人機(jī)的耐用性還有待檢驗(yàn)，二是目前無人機(jī)的生產(chǎn)成本較高，這也是制約無人機(jī)施藥技術(shù)迅速發(fā)展的重要因素。

3江西棉區(qū)棉花病蟲草害的防治急需輕簡化的飛防作業(yè)

江西棉花常年種植面積在80000 hm²左右，近兩年雖有所下降，但也穩(wěn)定在年50000 hm²左右，棉花病蟲草害防治是實(shí)現(xiàn)其高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低成本的主要措施之一。加之近年來農(nóng)村勞動(dòng)力的大量外出和留守人員的逐步老齡化，農(nóng)村勞動(dòng)力及后備勞動(dòng)力的急劇減少，使得農(nóng)作物病蟲害防治作業(yè)缺乏勞力。同時(shí)建立統(tǒng)防統(tǒng)治的防治體系是提高整體防治效果和農(nóng)業(yè)植保發(fā)展的主要方向。從這三個(gè)方面考究，說明無人機(jī)的飛防作業(yè)在江西棉區(qū)具有較大的發(fā)展空間。

4江西省棉花病蟲害防治無人機(jī)飛防作業(yè)的實(shí)踐

2016年江西棉花病蟲害防治在江西省植保局及九江縣農(nóng)業(yè)局支持下，由九江良鑫飛防專業(yè)合作社牽頭，在大面積水稻病蟲害防治成功技術(shù)基礎(chǔ)上，在全省率先應(yīng)用無人機(jī)棉花病蟲害統(tǒng)防統(tǒng)治模式，防治區(qū)域覆蓋鄱陽、都昌、湖口、彭澤及江西省棉花研究所棉花科研基地，防治面積達(dá)667 hm²以上。

4.1機(jī)型選擇

選用江西昌九公司在九江代理的最新型大疆MG-1型農(nóng)用無人植保機(jī)，機(jī)身凈重8 kg，滿載藥液量為10kg。折疊狀態(tài)下直徑小于1 m，飛行時(shí)機(jī)翼翅展直徑約4 m。

4.2作業(yè)方法

4.2.1載藥量 因?yàn)榇蠼甅G-1型無人機(jī)滿載為10 kg容量，但是棉田防蟲因棉花植株較高，封行后果枝纏結(jié)，葉片大且密集，藥液霧化附著單位面積大，所以在噴霧時(shí)，要求飛行速度相對(duì)較慢，單位出藥量相對(duì)較多，技術(shù)上每架次按0.5hm²計(jì)算農(nóng)藥原液用量，兌水至10 kg進(jìn)行噴灑。

4.2.2原藥配制順序田間作業(yè)時(shí)，常備好兩個(gè)水桶，一個(gè)裝原藥，一個(gè)裝清水。根據(jù)常規(guī)防蟲用藥方案，先配大瓶水劑，再配油劑，最后配小瓶藥劑或袋裝粉劑。實(shí)踐中為減輕田間作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度，提高功效，減少配藥時(shí)的浪費(fèi)，盡量用大瓶裝藥劑，少用或不用小瓶或小袋粉劑。如遇溫度較高或風(fēng)較大時(shí)，還應(yīng)摻入沉降劑（抗飄逸、降低蒸發(fā)）增強(qiáng)藥效。同時(shí)注意先往噴完的空藥箱內(nèi)倒入約1～1.5 kg清水，再將農(nóng)藥原液倒入藥箱，最后補(bǔ)充清水至箱滿，蓋緊藥箱蓋。

4.2.3噴灑作業(yè) 裝藥前換好電池，調(diào)整機(jī)身方向，校準(zhǔn)信號(hào)源。藥液裝好后，排凈出水管中空氣，再準(zhǔn)備起飛。采取手動(dòng)或智能化控制飛行，飛行速度為5～6m/s，出藥量20 ml/s，噴灑幅寬3～4 m，飛行高度超出棉株頂端1.5 m。噴灑時(shí)要求飛行速度均勻，不漏噴重噴，霧滴均勻。

4.3噴灑作業(yè)時(shí)間

噴灑時(shí)間宜選擇晴天或陰天為好，并確保噴后4小時(shí)內(nèi)無降雨。當(dāng)氣溫超過35℃時(shí)，宜在7：00～10：00、16：00～19：00兩個(gè)階段進(jìn)行。中午高溫和風(fēng)力超過4級(jí)以上時(shí)不可作業(yè)。

4結(jié)語

隨著科技的不斷進(jìn)步，我國農(nóng)業(yè)發(fā)展逐漸趨于集約化、精準(zhǔn)化和智能化，應(yīng)用無人機(jī)進(jìn)行飛防作業(yè)具有相當(dāng)大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值。無人機(jī)因工作效率高、勞動(dòng)力投入成本低等特點(diǎn)，在農(nóng)情監(jiān)測(cè)、信息采集和植保作業(yè)等方面具有突出的優(yōu)勢(shì)，為農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的推進(jìn)提供了強(qiáng)大的助力。

無人機(jī)噴藥技術(shù)在我國雖然取得很大進(jìn)步，推廣的速度也越來越快，但仍然面臨一些問題。一是載藥量太少，續(xù)航能力不足，添加藥液頻繁，在一定程度上影響作業(yè)效率；二是作業(yè)精準(zhǔn)度相對(duì)較差，操作無人機(jī)的技術(shù)人員少和還有待于培訓(xùn)；三是無人機(jī)售后服務(wù)和購機(jī)補(bǔ)貼政策欠缺。隨著無人機(jī)噴藥技術(shù)推廣，相關(guān)部門應(yīng)該制定對(duì)農(nóng)民購買無人機(jī)享有補(bǔ)貼的相關(guān)政策。同時(shí)還要完善售后服務(wù)和相關(guān)配套服務(wù)，維修、保險(xiǎn)也應(yīng)該更加完善。

綜上所述，無人機(jī)噴藥技術(shù)必將加速病蟲害防治的進(jìn)程，促進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化實(shí)現(xiàn)，為農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。