小型無人機水稻植保作業(yè)附著率測定試驗研究

秦輝

摘 要：無人機在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用促使植保環(huán)節(jié)的機械化水平顯著提高，利用小型無人機開展水稻病蟲害防治試驗，檢測霧滴在水稻作物上的附著率，能夠為農(nóng)作物病蟲害防治工作提供重要參考依據(jù)。試驗結(jié)果表明，需增大無人機載重、優(yōu)化部件靈感度、強化人員操作技巧培訓(xùn)，更好地提升農(nóng)業(yè)無人機植保作業(yè)水平。

關(guān)鍵詞：無人機;植保機械化;霧滴附著率;病蟲害防治

以往我國水稻生產(chǎn)采用半機械化植保方式，作業(yè)成本較高、效率難以提升，并且無法保障藥效得到有效利用。將小型無人飛機應(yīng)用于水稻植保作業(yè)中，可有效節(jié)約農(nóng)藥成本、提升環(huán)保效果，但在實際應(yīng)用過程中需針對其噴灑均勻度、霧化效果進行合理優(yōu)化，借此提高水稻植保作業(yè)附著率，有效殺滅農(nóng)作物害蟲。

1? ?材料與方法

1.1? ?試驗條件

選用小型無人飛機開展水稻病蟲害防治試驗，通過測定農(nóng)藥附著率判斷無人機施藥效果。選取某市水稻田作為試驗地點，該水稻田種植面積為20 hm2，采用連片輪作種植模式;水稻品種為揚農(nóng)稻1號，株高為75 cm，行距30 cm、株距12 cm，全生育期156 d。在試驗機具選取上，選用CD-10型無人直升機，整機重量為（22±2）kg，燃料箱重量為1L，潤滑油重量為50-100 mL，主旋翼采用碳纖維制成、直徑為2150 mm，整機尺寸為2690 mm×780mm×750 mm;汽油發(fā)動機最大輸出功率為5.51 kW，混合潤滑油比例為1：25-1：40，燃油消耗量≤5 L/h;噴灑桿長度為2×1.0m，飛機噴霧距離水稻頂面高度2-3 m，配置7個扇型霧噴頭，飛行速度為4m/s、噴灑速度為0.5-1.2 L/min，藥箱容量為10 L[1]。

1.2? ?試驗設(shè)計

在無人機噴幅范圍內(nèi)，沿飛行方向連續(xù)布樣5點，以A1為起始點、分別記為A1-A5，各點間隔為1 m;橫向每排布樣3點，記為A1、B1、C1，各點間隔為1.5 m。每點選取1穗，在每穗上部第1個葉、下部距地面0.15 m處布上紙卡，用于測定霧滴覆蓋密度。

2? ?結(jié)果與分析

2.1? ?霧滴附著率測定結(jié)果

根據(jù)霧滴附著率測定結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，水稻的上、下部分均被霧滴覆蓋，證明采用小型無人機噴藥可保障霧滴具備良好的穿透性，且農(nóng)藥覆蓋度較為均勻;以單穗水稻作為觀察對象，水稻上、下部分的霧滴平均附著率分別為1.82%和0.81%，上部約為下部霧滴覆蓋總量的2.25倍，并且第1點的上部、下部霧滴覆蓋量差距達1.97%，第2點的下部霧滴覆蓋量比上部高0.23%，由此說明該區(qū)域霧滴未呈均勻分布狀態(tài);A2、B2-B5、C2點的霧滴覆蓋量為下部高于上部，其中A3上點的霧滴附著率為最高值6.09%，C1下點的霧滴附著率為最低值0.13%，且B2-B5點數(shù)據(jù)的平均值存在較大差距，其原因可能為旋翼旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的風(fēng)力帶動葉片將霧滴搖下，或在無人機飛行過程中受重噴、霧滴飄移影響。

2.2? ?存在問題

由于在本次試驗中無人機采用手動遙控方式操縱，在飛行過程中航線、噴霧噴灑速度、噴灑高度均帶有較強的不確定性，且無人機旋翼旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的氣流將會使藥水噴灑在機身、機尾等部位，易增加操作失靈概率，并影響到農(nóng)藥霧滴的附著率。同時，小型無人機載重僅為（22±2）kg，一次起飛噴藥的覆蓋范圍約為0.67 hm2，飛行時長在12-15 min范圍內(nèi)，雖然作業(yè)效率高于半機械化人工植保模式，但仍無法適應(yīng)大面積植保作業(yè)需求。此外，無人飛機采取手動遙控方式，操作人員的遙控水平、操作熟練度將直接影響到無人機作業(yè)效率與飛行安全，導(dǎo)致該作業(yè)方式在普及范圍上存在局限，難以保障個體農(nóng)戶實現(xiàn)有效利用[2]。

2.3? ?相關(guān)優(yōu)化建議

采用無人機噴灑農(nóng)藥可有效節(jié)約農(nóng)藥用量，通?？蓪⑥r(nóng)作物用藥量控制在15 L/hm2左右，相較于傳統(tǒng)人工作業(yè)模式可節(jié)約26.5%農(nóng)藥與87.5%用水，有助于減少施加農(nóng)藥對周邊環(huán)境造成的影響。同時，采用無人機噴灑農(nóng)藥的效率約為20 hm2/d，單次裝藥量10 kg可噴灑12-15 min，直升機單次起降可噴灑0.67 hm2農(nóng)田，促使噴灑農(nóng)藥作業(yè)效率得到大幅提升，并且噴灑均勻度、霧化效果均優(yōu)于半機械化作業(yè)模式，借助無人機旋翼旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的氣流還可在植物表面形成均勻藥膜，有效抵抗病蟲害威脅。在實際應(yīng)用過程中，還需針對無人機載重量進行適當(dāng)增加，針對機身結(jié)構(gòu)、機尾敏感裝置與部件進行防護設(shè)計，并設(shè)立專業(yè)無人機操控手培訓(xùn)機構(gòu)，為個體農(nóng)戶與小型合作組織成員提供專業(yè)操縱技巧培訓(xùn)，借此有效優(yōu)化無人機噴霧系統(tǒng)的植保作業(yè)效率，降低水稻病蟲害發(fā)生幾率。

3? ?結(jié)論

本次試驗選取小型單旋翼遙控?zé)o人飛機與噴霧系統(tǒng)作為試驗機具，針對20 hm2水稻田進行農(nóng)藥噴灑測試。試驗結(jié)果表明，農(nóng)藥附著率最高可達6.09%、最低僅為0.13%，對此還需針對無人機載重、機身結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，為購機農(nóng)戶提供操縱技術(shù)培訓(xùn)服務(wù)，更好地依托無人機植保引領(lǐng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)朝著新方向發(fā)展。