植保無人機發(fā)展簡況及應(yīng)用

王佳

（福建農(nóng)林大學(xué)植物保護學(xué)院，福建福州 350002）

近年來，植保無人機在農(nóng)林領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸廣泛，植保無人機受到的關(guān)注度也越來越高?；诖耍榻B了植保無人機的發(fā)展歷程、種類、使用等情況，并對未來植保無人機的發(fā)展提出建議，期望植保無人機在未來的生產(chǎn)中更加普及，發(fā)揮更大的作用。

1 植保無人機的發(fā)展歷程

將飛機用于農(nóng)業(yè)植保領(lǐng)域，已有100 多年歷史。1906年，美國開始采用有人飛機噴灑化學(xué)農(nóng)藥消除牧草害蟲；1911年，德國提出采用飛機噴灑農(nóng)藥控制森林害蟲。1922年，前蘇聯(lián)采用飛機噴灑農(nóng)藥防治蝗蟲。1949年，用于大規(guī)模農(nóng)田植保的固定翼飛機在美國研制成功。1987年，日本研制出世界上第一架農(nóng)用無人機，并在次年進行市場銷售。

1951年，中國民航采用C-46 型飛機，在廣東省廣州市進行滅蚊蠅工作，開啟了中國農(nóng)業(yè)航空發(fā)展的歷程。2004年，國家科學(xué)技術(shù)部對植保無人機進行了立項資助；2008年，國家農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機械化研究所研制出我國第一臺植保無人機；2009年，無錫漢和推出國內(nèi)第一臺油動植保無人機；2010年，第一架商用植保無人機出現(xiàn)；2014年后，植保無人機在國內(nèi)得到規(guī)?；瘧?yīng)用；2016年后，植保無人機得到大面積推廣應(yīng)用，植保無人機的使用及經(jīng)營逐漸成熟。

2 植保無人機的類型、性能及生產(chǎn)使用情況

植保無人機一般由飛行平臺、導(dǎo)航飛控系統(tǒng)及噴灑裝置3 部分組成。按照動力來源，植保無人機一般可以分為燃油和電池兩大類，近年來，也出現(xiàn)了油電混動的植保無人機；按照機型結(jié)構(gòu)，植保無人機一般可分為固定翼、單旋翼、多旋翼無人機。

電池植保無人機一般在空作業(yè)時間10～30 min 不等，而燃油無人機一般在空作業(yè)時間可以達到30 min 以上；電池?zé)o人機的載藥量一般從5～15 L 不等，而燃油無人機的載藥量可以達到15 L 以上。與電池植保無人機比較，燃油植保無人機的在空作業(yè)時間長，載藥量大，但是，燃油無人機操作及維護的要求及成本比電池?zé)o人機高。

2014年以來，不少企業(yè)進入植保無人機的生產(chǎn)及服務(wù)領(lǐng)域，國內(nèi)植保無人機的生產(chǎn)及使用得到快速發(fā)展。2015年，國內(nèi)銷售植保無人機約2400 臺，到2018年快速增長到年銷售約13000 臺；2012—2016年，國內(nèi)植保無人機防控病蟲害面積總計為0.03 億公頃，到2018年植保無人機防控病蟲害面積達到0.18 億公頃。

3 植保無人機的優(yōu)點

植保無人機經(jīng)過多年的使用和發(fā)展，主要優(yōu)點有作業(yè)效率高、節(jié)約成本、適應(yīng)性廣，并且可以減少農(nóng)藥對防控作業(yè)人員的傷害。

1）從不同角度看，企業(yè)、學(xué)者認為植保無人機的防控作業(yè)效率是人工的10～20 倍，甚至100 倍。總之，植保無人機的病蟲害防控作業(yè)效率高于人工防控作業(yè)效率得到廣泛的認可。2）植保無人機作業(yè)效率高，在防控作業(yè)過程中，可有效降低人工成本，此外，還可以節(jié)省藥劑施用量和用水量［1］。3）植保無人機可以在較小的場地，或田間，完成起降作業(yè)；在平原、丘陵、山地及其他復(fù)雜地形，植保無人機可以方便、快速完成藥劑噴灑防控任務(wù)；植保無人機操控靈活，不僅可以對水稻、小麥、蔬菜等低矮的農(nóng)作物進行藥劑噴施，還可以對果樹、經(jīng)濟林木等高大的樹木進行方便、有效的防控作業(yè)。4）通過配藥、裝藥后，植保無人機可以在防控人員操作下，自行噴藥，防控人員可以避免長時間近距離地接觸農(nóng)藥，可以避免人員農(nóng)藥中毒風(fēng)險。

4 植保無人機存在的問題

4.1 精準防控技術(shù)有待研究和完善

國內(nèi)科技人員采用植保無人機進行了水稻田間雜草防控、油菜雜草防控、小麥返青期施藥參數(shù)優(yōu)選、柑橘園柑橘木虱和潛葉蛾防控及小麥病害防治模式等進行了研究，對植保無人機防控參數(shù)和防治模式進行了有益探索。植保無人機在進行植保防控時，需要面對作物種類、作物生長發(fā)育階段、病蟲草害種類、病蟲草害發(fā)生程度及部位、環(huán)境氣象條件及無人機性能及飛行參數(shù)等變量因素，只有統(tǒng)籌考慮這些變量因素，植保無人機才能達到應(yīng)有的植保防控效果。因此，為使防控作業(yè)達到預(yù)期效果，在植保無人機精準防控理論及技術(shù)研究方面，還需進一步研究和完善。

4.2 防控效果的檢測評價有待研究和完善

植保無人機在防控過程中藥劑的種類、劑型、助劑，藥劑霧滴的有效噴幅、沉降覆蓋率、沉積密度、沉積飄移、防控飛行速度和環(huán)境氣象條件等因素，對防控效果、農(nóng)藥利用率、施藥藥害等結(jié)果有較大影響［2］?？萍既藛T對這些問題，進行了探索和研究，取得了許多有益的進展。由于受到無人機、藥劑、作物、種植方式和環(huán)境等動態(tài)因素或制約因素的影響，對植保無人機防控效果的檢測和評價，具有一定局限性，還未形成明確的國家防控使用效果技術(shù)規(guī)程和標準。

4.3 植保無人機行業(yè)有待規(guī)范管理

在植保無人機迅速發(fā)展的情況下，有必要制定植保無人機生產(chǎn)、操作、應(yīng)用和評價等的技術(shù)規(guī)范和標準。截至2020年6月，國內(nèi)制定農(nóng)業(yè)航空國家標準1 項，農(nóng)業(yè)行業(yè)標準2 項，民航行業(yè)標準16 項，其中NY/T3213—2018《植保無人飛機質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)范》為目前唯一發(fā)布的農(nóng)用無人飛機標準。NY/T3213—2018《植保無人飛機質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)范》側(cè)重于植保無人機的生產(chǎn)制造和使用規(guī)范，對植保技術(shù)要求則相對簡要［3-5］。1）在植保防控使用過程中，植保無人機的噴施裝置噴嘴、隔膜泵、藥箱等關(guān)鍵部件的改進和創(chuàng)新，日益受到人們的關(guān)注和研究開發(fā)；2）植保無人機使用者和防控服務(wù)行業(yè)，對植保無人機的質(zhì)量和性能的要求不斷明晰，需要規(guī)范植保無人機企業(yè)準入和生產(chǎn)標準，不斷提高植保無人機生產(chǎn)企業(yè)的研發(fā)、生產(chǎn)、檢測等能力；3）面對植保無人機行業(yè)的快速發(fā)展，需要明確植保無人機使用范圍、條件，及使用者培訓(xùn)、資質(zhì)、服務(wù)范圍等植保無人機的行業(yè)管理規(guī)定；4）根據(jù)防控任務(wù)的需求，制定必要的無人機行業(yè)標準和規(guī)范顯得越來越重要和迫切。

5 有效應(yīng)用植保無人機的措施

5.1 加強植保無人機專用藥劑和噴頭裝置的研發(fā)

目前，植保無人機的藥劑通常用傳統(tǒng)的大容量、背負式作業(yè)器具使用的藥劑和劑型，無法滿足植保無人機低容量或超低容量作業(yè)時的需求，需要有針對性的在藥劑的溶解性、蒸發(fā)、漂移、沉降和附著等方面加強研究和改進，形成植保無人機專用的藥劑和劑型。此外，植保無人機采用大容量作業(yè)噴頭，噴灑藥液不均勻，且容易造成藥害，為起到有效防控效果，還需要對植保無人機的噴頭系統(tǒng)進行改進和提升。

5.2 加強農(nóng)機與農(nóng)藝結(jié)合

植保無人機防控要取得好的效果，需要加強農(nóng)機與農(nóng)藝結(jié)合［6］。在改進農(nóng)機配套裝置的同時，需要在防控時考慮不同作物種類、生育期特點、病蟲害種類、為害程度、藥劑種類選擇及施用劑量等因素，制定相應(yīng)的飛防策略和措施，才能起到良好的防控作用。

5.3 加強專業(yè)化植保統(tǒng)防組織建設(shè)

開展植保無人機防控作業(yè)，專業(yè)化較強，需要多學(xué)科的知識和技能，需要種植、農(nóng)機、植保和飛控人員，甚至經(jīng)營管理人員共同合作，才能達到病蟲害防控效果好，防控成本降低，經(jīng)濟可行［7］。為了發(fā)揮無人機防控效果和效益，需要建立專業(yè)化的植保統(tǒng)防組織或合作社，配備專業(yè)的設(shè)備、專業(yè)的技術(shù)人員及經(jīng)營管理人員，為農(nóng)戶和作業(yè)區(qū)提供一站式服務(wù)，并按照防控的效果和作業(yè)面積，給予一定補貼或獎勵。

5.4 加強農(nóng)機補助計劃的推廣實施

植保無人機的單價、維護及使用成本相對較高，一定程度上制約了植保無人機的普及推廣應(yīng)用。建議將植保無人機納入各地的農(nóng)機補貼目錄，制定相應(yīng)的補貼政策，提高農(nóng)戶、植保統(tǒng)防專業(yè)組織、合作社等用戶購買和使用植保無人機的積極性，為綠色植保，高效農(nóng)業(yè)增添技術(shù)支持和保障。

6 結(jié)語

植保無人機生產(chǎn)企業(yè)不斷研發(fā)、改進植保無人機關(guān)鍵部件的生產(chǎn)；農(nóng)機制造與植物保護科技人員將加強無人機植保防控理論和技術(shù)的基礎(chǔ)研究、應(yīng)用開發(fā)研究；行政管理部門因地制宜地制定植保無人機管理辦法和規(guī)定；植保無人機使用者和服務(wù)行業(yè)加強法規(guī)學(xué)習(xí)、技術(shù)引進和培訓(xùn)；植保無人機的發(fā)展需要多部門、多學(xué)科協(xié)作，需要加強產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，從而保障植保無人機的健康發(fā)展。

在農(nóng)業(yè)病蟲草害的防控作業(yè)過程中，植保無人機在降低勞動強度、減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本、節(jié)約農(nóng)業(yè)用水、減少農(nóng)藥用量等方面具有明顯的優(yōu)勢。此外，隨著人工智能的研發(fā)和應(yīng)用，無人機在病蟲草害預(yù)測預(yù)報、邊境生態(tài)安全屏障建設(shè)等工作中具有巨大發(fā)展?jié)摿?，可以預(yù)計，植保無人機在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用將更加廣泛，田間地頭的植保無人機服務(wù)行業(yè)也將獲得更大發(fā)展空間。