中國作為世界上的農(nóng)業(yè)大國之一,擁有18億畝基本農(nóng)田,因此病蟲草害防治效率的高低,將直接決定我國糧食生產(chǎn)效率水平的高低。傳統(tǒng)的施藥方式是由人力操控地面的施藥設(shè)施,不僅存在效率低,人工成本高等問題,而且極易造成作業(yè)人員發(fā)生中毒的現(xiàn)象。而使用無人機進行植保作業(yè),在一定程度上彌補了傳統(tǒng)施藥技術(shù)的不足,以其效率高、省時省工等優(yōu)勢,為高效、安全植保作業(yè)提供了有效途徑。

隨著種植模式和經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型,農(nóng)村剩余勞動力向城市轉(zhuǎn)移,勞動成本的逐漸增加,因此,植保無人機得到了廣泛關(guān)注。本文對我國植保無人機、專用藥劑、劑型和助劑、租賃使用以及專業(yè)技術(shù)人員等進行了綜述,系統(tǒng)展示了我國植保領(lǐng)域飛防技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及存在的問題,最后對飛防技術(shù)未來發(fā)展提出了建議,以期為我國航空植保的發(fā)展提供參考。

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我國植保無人機的發(fā)展歷程

1951年,廣州市第一次使用C-46型飛機開展蚊蠅防治,我國農(nóng)業(yè)航空發(fā)展的序幕就此拉開。1958年,問世于南昌飛機制造廠的運-5型飛機,被廣泛應(yīng)用于農(nóng)林播種、施肥和農(nóng)藥噴灑等,極大推動了我國農(nóng)業(yè)航空的進步發(fā)展。1963年,飛防植保作業(yè)開始在小麥病蟲草害的防治得到應(yīng)用。上世紀90年代,輕型農(nóng)藥噴灑飛機在小麥、棉花等農(nóng)作物的病蟲防治和化學(xué)除草上得到廣泛應(yīng)用,同時也在草原滅蝗和森林害蟲防治中發(fā)揮巨大作用。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部公開信息顯示(見圖1),2014年我國植保無人機保有量僅為695架,到2019年時,我國植保無人機市場保有量已超過5萬架,躋身為全球植保無人機保有量最多的國家,植保作業(yè)面積也已超過5億畝次。2020年,我國植保無人機保有量超過10萬架,作業(yè)面積首次突破10億畝次,標志著我國航空植保發(fā)展步入全新時代。到了2021年,我國植保無人機保有量預(yù)估達到16萬架,作業(yè)面積也高達14億畝次,我國無人機市場前景可期。此外,5G技術(shù)也早已開始在植保飛防行業(yè)中應(yīng)用,2020年,首架5G網(wǎng)聯(lián)植保無人機于重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院科研基地成功試飛,為30畝試驗農(nóng)田提供集無人機植保、農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)和遙感大數(shù)據(jù)為一體的精準農(nóng)業(yè)服務(wù)。

圖1 我國植保無人機保有量與作業(yè)面積

近年來,國家通過制定相應(yīng)的扶持政策,完善標準與補貼制度,加快推動植保無人機在國內(nèi)的應(yīng)用推廣。早在2014年,河南省財政就列出給予植保無人機購機補貼的專項資金,到2017年9月,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、財政部、民航局3個部門聯(lián)合下發(fā)《農(nóng)業(yè)農(nóng)村部辦公廳、財政部辦公廳、中國民用航空局綜合司關(guān)于開展農(nóng)機購置補貼引導(dǎo)植保無人飛機規(guī)范應(yīng)用試點工作的通知》,并決定當(dāng)年選擇浙江(含寧波)、安徽、江西、湖南、廣東、重慶6個省(市),開展利用農(nóng)機購置補貼引導(dǎo)植保無人飛機規(guī)范應(yīng)用的試點工作。截至2019年先后又有吉林、湖北、江蘇、甘肅、陜西、山東和寧夏等多個省份出臺了最新植保無人機補貼政策。2021年4月6日,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布了關(guān)于印發(fā)《2021-2023年農(nóng)機購置補貼實施指導(dǎo)意見》的重要通知,其中明確了植保無人機進入國家補貼。

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植保無人機概述

植保無人機,又可稱為無人飛行器,主要由飛行平臺(直升機、固定翼、多軸飛行器)、導(dǎo)航飛控和噴灑系統(tǒng)等3部分組成(見圖2),通過人為在地面遙控或?qū)Ш斤w控來實現(xiàn)噴灑作業(yè)。其中導(dǎo)航飛控與噴灑系統(tǒng)是植保無人機的核心部分。

圖2 植保無人機的基本構(gòu)成

2.1 飛行平臺

植保無人機按照飛行平臺構(gòu)架類型可分為單旋翼、多旋翼和固定翼無人機3種類型(見表1)；按飛行動力則可分為電動和油動無人機2種類型(見表2)。

表1 植保無人機按構(gòu)架類型分類

表2 植保無人機按飛行動力分類

2.2 導(dǎo)航飛控

導(dǎo)航飛控系統(tǒng)相當(dāng)于普通飛機的駕駛員,是植保無人機的控制核心,由無人機植保綜合管理模塊、高度控制子模塊、航路導(dǎo)航控制子模塊和噴霧控制子模塊組成。無人機植保綜合管理模塊作為無人機控制的核心,具有管理不同模塊間的信息交換、實現(xiàn)作業(yè)參數(shù)設(shè)定等人機交互功能。高度控制子模塊可以精確測量無人機距離作物冠層的距離,并且實時調(diào)整鉛垂方向升力使無人機穩(wěn)定在所需求的作業(yè)高度上。航路導(dǎo)航控制子模塊可以使無人機沿預(yù)先設(shè)定的作業(yè)航路飛行,隨時調(diào)整飛行過程中可能出現(xiàn)的航線誤差,從而實現(xiàn)精確導(dǎo)航。噴霧控制子模塊則依據(jù)植保無人機的作業(yè)位置實時控制藥劑噴灑作業(yè)開關(guān),有效避免農(nóng)藥的漏噴和重噴。通過以上模塊的協(xié)同作用不僅可以提升飛行平臺的飛行質(zhì)量,而且能夠保障飛行安全和出色完成任務(wù)。

2.3 噴灑系統(tǒng)

噴桿、輸液軟管、藥箱和噴頭組成了噴灑系統(tǒng)。噴桿的材質(zhì)一般都為碳纖維,而液管作為輸送藥液的通道,則可以將藥箱、水泵、流量計和噴頭等結(jié)構(gòu)串聯(lián)起來,材質(zhì)多采用透明硅膠軟管。藥箱是儲存藥液的工具,需要具備快速插拔、自動聯(lián)通噴嘴、防止藥液滴漏的功能。噴頭是噴灑系統(tǒng)的核心部件,且性能優(yōu)劣直接影響關(guān)鍵性噴霧質(zhì)量指標,如噴施作業(yè)中的施藥量、霧滴大小和均勻度等。目前,國內(nèi)市場上植保無人飛機噴頭按霧化原理可分為液力式和離心式2類。液力式噴頭噴灑,是通過液泵將藥液″壓出″到噴頭中,經(jīng)過小孔后以較大的初速度噴射出去,受到液體表面張力、空氣阻力和重力等綜合作用,逐漸失速形成液膜、液絲直至霧滴完成霧化過程,并形成一定的壓力在噴嘴的噴孔處進行霧化。離心式噴頭噴灑是將水″吸出″到離心霧化盤上,然后通過霧化盤的高速旋轉(zhuǎn)將液體甩離,在離心力和空氣阻力綜合作用下完成霧化。

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植保無人機的優(yōu)勢

早期,農(nóng)作物病蟲草害防治主要是通過背負式手動(電動)噴霧器,噴霧噴粉機,便攜式、擔(dān)架式和車載式機動噴霧器等傳統(tǒng)植保機械進行作業(yè)。然而,從精準農(nóng)業(yè)和環(huán)境保護角度出發(fā),傳統(tǒng)植保作業(yè)方式存在明顯弊端：1)作業(yè)效率低,難以實現(xiàn)規(guī)模化作業(yè)。2)霧化質(zhì)量不高,防治效果有待提高。3)農(nóng)藥浪費嚴重,存在環(huán)境污染風(fēng)險。

與傳統(tǒng)植保機械相比,航空植保以其突出的優(yōu)勢獲得了飛速發(fā)展且日趨成熟。

1)用途廣泛

植保無人機用途廣泛,不僅可以進行農(nóng)藥噴灑,還可以進行農(nóng)田信息監(jiān)測、航空施肥、病蟲草害發(fā)生的預(yù)測預(yù)報和監(jiān)測以及育苗授粉等作業(yè)。

2)高效、安全和環(huán)保

植保無人機噴灑速度可以達到人工噴灑速度的百倍以上,當(dāng)有害生物發(fā)生面積大,短時期內(nèi)暴發(fā)成災(zāi)時,植保無人機的優(yōu)勢特別明顯。植保無人機利用遠距離遙控操作進行噴灑相關(guān)作業(yè),避免操作人員與農(nóng)藥直接接觸,保障了噴灑作業(yè)時的安全。從生態(tài)環(huán)境方面來講,植保無人機減少了農(nóng)藥和水的使用量。

3)省水、省工和省時

植保無人機噴施農(nóng)藥,一般用水量為7.5～15 L/hm2,而傳統(tǒng)施藥方法用水量為225～450 L/hm2。植保無人機作業(yè)可以省藥50%,省水90%。每公頃地的服務(wù)價格僅需100多元,可減少一半以上的人工費用,用時短,只需要十幾分鐘,與傳統(tǒng)噴藥技術(shù)相比,既節(jié)約了成本,又節(jié)省了人力和時間。

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植保無人機的應(yīng)用

4.1 在大田作物中的應(yīng)用

大田作物是我國糧食生產(chǎn)和糧食安全的重要基礎(chǔ),由于種植面積廣,通過傳統(tǒng)植保機械進行施藥,存在效率低、成本高等突出問題。近年來,由于農(nóng)村勞動力的嚴重短缺,使用無人機進行大田作物植保作業(yè)面積不斷擴大,其中作業(yè)面積前5名的作物依次是玉米、麥類、棉花、大豆和水稻。

4.1.1 在玉米中的應(yīng)用

玉米作為重要的食品和工業(yè)原料以及畜禽業(yè)食料,產(chǎn)區(qū)遍布全國,其中經(jīng)黃淮海向西南延伸地區(qū)以及東北三省是玉米種植的優(yōu)勢區(qū)域。病蟲草害防治貫穿玉米的整個生長季,一是苗期需要進行多次化學(xué)除草以及噴施植物生長調(diào)節(jié)劑防倒伏。二是在玉米生長的中后期,黏蟲、玉米螟和草地貪夜蛾危害加重,但是由于玉米植株高,枝葉繁茂,人工噴霧時行走困難,且高溫作業(yè)容易中毒。因此,使用植保無人機對于玉米生長期病蟲草害監(jiān)測和防治具有重要作用。

2020年,孫濤等對植保無人機在玉米生長過程中施藥霧滴沉積情況進行研究,結(jié)果表明：作業(yè)高度在7 m時,施藥霧滴沉積量比其他高度施藥的沉積量大,最有利于實施植保無人機對玉米病蟲害的防治。2021年,張梅等通過應(yīng)用植保無人機在3個飛行高度對玉米抽穗期的玉米螟進行防治,結(jié)果表明：無人機飛行高度在距玉米植株頂部1.0 m時,噴霧穿透性最好,對玉米螟防治效果最好,達到93.3%。

4.1.2 在小麥中的應(yīng)用

小麥也是我國的主要糧食作物之一,其穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)對我國糧食安全起到重要作用。近年來,植保無人機已廣泛應(yīng)用于小麥生產(chǎn)中,自2015年開始,新疆阿克蘇地區(qū)在每個縣(市)都建立了無人機麥田草害飛防示范區(qū),平均示范區(qū)面積20 hm2,部分縣市達到60 hm2。此外,陳銀鳳等探究了利用多旋翼無人機對麥類重要病害的防治效果,發(fā)現(xiàn)無人機能夠顯著提高噴霧效率,且對于防治麥類植株中下部病害的防效要明顯優(yōu)秀于傳統(tǒng)施藥設(shè)備。

4.1.3 在棉花中的應(yīng)用

棉花是國內(nèi)僅次于糧食作物的重要作物之一,種植面積廣(占全國農(nóng)作物總面積的3%),其產(chǎn)值約占全國農(nóng)作物產(chǎn)值的10%。然而,棉花生長過程中會受到立枯病、棉葉螨和棉蚜等病蟲為害,在新疆南部和東部等棉區(qū),植保無人機以其靈活、高效、安全等獨特優(yōu)勢,為棉田植保技術(shù)提供了有力保障。近年來,阿克蘇地區(qū)使用植保無人機在棉花化控、棉薊馬和蚜蟲防治等方面均取得了滿意效果。經(jīng)統(tǒng)計,2018-2019年無人機在棉花病蟲害防治面積累計達2.3萬hm2。

4.1.4 在大豆中的應(yīng)用

大豆可以提供優(yōu)質(zhì)的植物油和植物蛋白,成為糧食、食用油和飼料兼用的重要作物之一,但是近年來大豆生產(chǎn)出現(xiàn)了單產(chǎn)提升難、害蟲發(fā)生嚴重等產(chǎn)業(yè)發(fā)展瓶頸問題。植保無人機的推廣應(yīng)用則為大豆增產(chǎn)保質(zhì)提供了有力保障。2021年,吉林省敦化市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局利用植保無人機開展大豆綠色高質(zhì)高效作業(yè)活動。該項目計劃實施區(qū)域為16個鄉(xiāng)鎮(zhèn),作業(yè)面積達42萬畝,項目總投資576萬元,主要對大豆田進行葉面肥噴施、大豆食心蟲生物防治或高效低毒統(tǒng)防統(tǒng)治,最終取得了良好的效果。

4.1.5 在水稻中的應(yīng)用

水稻在中國糧食生產(chǎn)和消費中歷來處于主導(dǎo)地位,其種植主要集中于長江流域、珠江流域和東北地區(qū)等稻區(qū),每年種植面積約在3,000萬hm2,占整個糧食作物種植面積的25%左右。在水稻種植栽培過程中,病蟲草害發(fā)生較多,傳統(tǒng)噴灑方式,需要作業(yè)人員在田間行走,效率低,勞動強度大,且藥液有時難以噴施到水稻下部,植保無人機的出現(xiàn)在一定程度上解放了勞動力,提高了防治效率。

2016年,顏貞龍等在衢州市衢江區(qū)進行植保無人機與常規(guī)電動噴霧機防治水稻病蟲害的藥效對比試驗,結(jié)果表明：植保無人機施藥對水稻二化螟的防效為96.0%,而常規(guī)電動噴霧機施藥的防效為72.4%,且植保無人機防治區(qū)比常規(guī)電動噴霧機防治區(qū)增產(chǎn)2.1%。

4.2 在蔬菜上的應(yīng)用

基于我國人口基數(shù)大的現(xiàn)狀,國內(nèi)對蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)均有極大需求。然而,傳統(tǒng)露天蔬菜病蟲害發(fā)生量大,施藥次數(shù)多,且部分蔬菜受地形影響難以進行化學(xué)防治。例如,西蘭花、白菜等十字花科蔬菜,作為日常生活中不可缺少的一類蔬菜,其病蟲害種類多,發(fā)生情況復(fù)雜,農(nóng)藥用量大。當(dāng)病蟲嚴重發(fā)生時常常因無法得到及時的防治,使菜農(nóng)遭受嚴重損失,而植保無人機的出現(xiàn)大大彌補了這一缺陷。

2017年,袁偉方等應(yīng)用植保無人機噴施150 g/L聯(lián)苯.吡蟲啉懸浮劑防治豇豆薊馬,結(jié)果表明,植保無人機處理區(qū)用藥量比人工噴藥處理區(qū)減少20 mL時,藥后3 d植保無人機處理區(qū)平均防效(83.6%)仍優(yōu)于人工噴藥處理區(qū)(79.2%)。2018年,孫梅梅等在寧波余姚市開展植保無人機防治西蘭花煙粉虱與鱗翅目害蟲的田間防效試驗,霧滴沉降效果試驗表明利用植保無人機施藥可以達到減藥20%的目的。

4.3 在果樹林木上的應(yīng)用

果樹業(yè)作為我國林業(yè)的重要組成部分,對我國經(jīng)濟發(fā)展具有重要促進作用。但是由于受地形、果樹形狀的影響,傳統(tǒng)施藥技術(shù)難以獲得理想的防治效果。植保無人機的出現(xiàn)較大程度上克服了地形限制,在果樹病蟲害防治以及雜草防除等方面發(fā)揮了重要作用。

2019年5月,王茜等在南寧市隆安縣的3年生沃柑園中,對比研究了人工擔(dān)架式噴霧和植保無人機噴霧防治柑橘潰瘍病、控夏梢的效果和成本。結(jié)果表明：植保無人機噴霧展現(xiàn)出更為優(yōu)異的防治效果,利用植保無人機噴霧防治的柑橘潰瘍病病葉率和病情指數(shù)分別為2.20%和0.24,均低于人工擔(dān)架式噴霧防治。此外,植保無人機噴霧控夏梢可增效20.3%,成本更低。

松材線蟲被稱為″松樹的癌癥″,自1982年以來在我國各地林區(qū)迅速傳播擴散,危害程度不斷加深。為有效遏制松材線蟲病疫情的擴散蔓延,確保松林資源安全,威海市于2020年6月利用植保無人機對全域松林(除經(jīng)區(qū)、南海新區(qū)外)實施3輪施藥以防治松材線蟲病媒介昆蟲活動,飛防區(qū)域涉及55個鎮(zhèn)(街),施藥范圍200萬畝次。

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植保無人機飛防藥劑、劑型及助劑

5.1 植保無人機飛防藥劑及劑型

5.1.1 飛防藥劑品種

目前,通過植保無人機上噴灑進行病蟲草害防治的農(nóng)藥品種繁多,涵蓋了殺蟲殺螨劑、殺菌劑、除草劑以及植物生長調(diào)節(jié)劑等各類產(chǎn)品(見表3)。

表3 植保無人機應(yīng)用的農(nóng)藥品種

5.1.2 飛防劑型種類

植保無人機具有單次作業(yè)面積大、作業(yè)高度(3～5 m)高、速度快,同時受氣象因素影響大的特點,所以,噴灑時大多采用超低量噴霧,要求藥液濃度高、噴灑霧滴細,此外,藥液不僅需要具備抗揮發(fā)和抗飄失性能,而且需要具備較好的沉積和擴展性能,可以保證藥液在靶標上的潤濕、展布和吸收,提高藥液利用率。植保無人機施藥時用水量較少,一般作物藥液用量僅為7.5～15 L/hm2,藥液濃度高,如果制劑分散性差,粒子粒徑大,不僅容易堵塞噴頭,而且容易對作物產(chǎn)生藥害。最初,使用最多的超低容量液劑(ULV)為油劑,在我國已取得″三證″的超低容量液劑的產(chǎn)品達17個(見表4),登記證持有人以廣西田園為主,且產(chǎn)品以白僵菌、綠僵菌等生物藥劑為多,主要用于水稻螟蟲、飛虱、紋枯病和小麥蚜蟲等,但也并未明確表示專用于飛防。

表4 在國內(nèi)已獲得登記的超低容量液劑產(chǎn)品

目前,飛防作業(yè)主要選擇水乳劑和微乳劑等粒徑相對較小的制劑。另外,油懸浮劑、可分散油懸浮劑等劑型由于高效、安全和抗蒸發(fā)的優(yōu)點也引起廣泛關(guān)注,但此類產(chǎn)品的穩(wěn)定性問題仍亟待解決；懸浮劑、微囊懸浮劑、可溶液劑、水分散粒劑等也可以用于飛防,但不同產(chǎn)品的稀釋穩(wěn)定性以及與相關(guān)噴霧助劑的配伍性和有效性則需要通過大量試驗來進行驗證,從而防止因其物理穩(wěn)定性或分散穩(wěn)定性而影響噴灑效果。與此同時,隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展,納米制劑已經(jīng)成為飛防專用藥劑研究的重點。張子勇曾在2016年世界精準農(nóng)業(yè)航空大會上指出水性化納米農(nóng)藥是解決航空植保適用性、提高藥效和降低污染的最佳路徑。南京善思科技作為航空植保專用藥劑行業(yè)的領(lǐng)跑者,其研制的高效、緩控釋、水基化納米飛防藥劑引起了廣泛關(guān)注。

5.2 飛防助劑

植保無人機進行藥液噴灑時容易受飛行高度、風(fēng)速和溫度等因素干擾而出現(xiàn)霧滴飄移和水分快速蒸發(fā)的現(xiàn)象,嚴重影響飛防效果,甚至對作物產(chǎn)生藥害。因此,添加一定量合適的噴霧助劑對霧滴特性進行調(diào)控,既可以提高藥效,又可以減輕藥害。

5.2.1 助劑種類

目前,市面上的飛防助劑仍來源于傳統(tǒng)的桶混噴霧助劑,主要包括表面活性劑類、高分子聚合物類和植物油類等。

1)表面活性劑類

表面活性劑類飛防助劑以有機硅類化合物為主,能夠顯著降低藥液表面張力,有利于霧滴在靶標表面的潤濕鋪展,在減少霧滴反彈的同時,達到提高霧滴沉積量的效果。此外,添加該類助劑后藥液的滲透性較好,有利于藥液穿過葉片氣孔直接進入植物體內(nèi),從而使靶標體在較短時間里吸收更多藥液。然而,有機硅類飛防助劑的抗飄移、抗揮發(fā)作用較差,不適宜直接作為飛防專用助劑,經(jīng)常與其他助劑混合使用。

2)高分子聚合物類

高分子聚合物類飛防助劑是以瓜爾膠、聚丙烯酰胺等天然或人工合成的物質(zhì)為原料而制成,共同特點是均能夠顯著提高藥液體系的黏度,從而增大藥液霧化時霧滴的粒徑,最終減少霧滴飄移,增加其在靶標表面的附著力,減少反彈和滑落,從而提高藥液在單位面積內(nèi)的沉積量。該類飛防助劑也具有降低表面張力的作用,但與表面活性劑類助劑相比降低并不明顯。

3)植物油類

植物油類飛防助劑通常以從油菜、大豆等油料作物中提取的植物油或酯化后的植物油制備而成。植物油中含有大量的油酸,對疏水性靶標植物葉片表面具有更高的親和力,可以使霧滴在靶標表面牢固附著并快速鋪展。此外,植物油中含有大量的脂肪酸,在霧滴表面形成具有一定強度的分子膜,從而阻止霧滴中水分的揮發(fā)。值得關(guān)注的是,植物油在一定程度上可以溶解或疏松植物葉表面蠟質(zhì)層,有利于藥液滲透吸收。

5.2.2 飛防助劑主要生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品

針對植保無人機噴霧作業(yè)的技術(shù)要求,國內(nèi)外農(nóng)藥助劑公司研究開發(fā)了一系列飛防專用助劑產(chǎn)品(見表5),并在推廣使用過程中獲得了相對滿意的效果。

表5 飛防助劑主要生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品

5.3 飛防效果評價與測試

在控制飛行高度和速度等飛行參數(shù)的不變情況下,藥劑的理化性質(zhì)與霧化性能是影響飛防效果的直接因素,與此同時,助劑也可以通過影響藥液潤濕面積和霧滴覆蓋率,影響飛防藥效。在實際篩選過程中,通過藥液表面張力、接觸角以及霧滴覆蓋率等進行評價和測試,為植保無人機規(guī)范作業(yè)以及飛防專用藥劑的選擇與實際應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

霧滴測試卡是一種用來檢測農(nóng)藥噴霧中霧滴分布、霧滴密度和覆蓋度以及霧滴大小的測試卡,其顯色靈敏,應(yīng)用便捷是檢測植保無人機噴霧質(zhì)量的重要手段之一。劉迎等利用霧滴測試卡測定使用植保無人機噴施75%肟菌.戊唑醇水分散粒劑和20%噻菌銅懸浮劑時的霧滴特性,結(jié)果表明添加飛防助劑---邁飛能夠增加藥液潤濕面積和霧滴覆蓋率,提高飛防藥效。陳曉等利用霧滴測試卡和濾紙檢測22%氟啶蟲胺腈懸浮劑在飛防作業(yè)時添加3種助劑(倍達通、G2801、ND-800)后的霧滴特性。結(jié)果表明,添加飛防助劑后,棉花冠層上、中、下部葉片正面的霧滴密度均有顯著的提高。

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植保無人機公司及專業(yè)技術(shù)人員

6.1 植保無人機生產(chǎn)公司

目前,國內(nèi)生產(chǎn)植保無人機的企業(yè)層出不窮,其中以大疆、極飛、羽人、高科新農(nóng)、漢和等代表企業(yè)研發(fā)能力較強,每年都會有新的機型問世,表6是國內(nèi)植保無人機生產(chǎn)的主要企業(yè)及其代表產(chǎn)品。

表6 國內(nèi)植保無人機的主要生產(chǎn)企業(yè)及代表產(chǎn)品

6.2 植保無人機線下租賃公司

近年來,植保無人機發(fā)展迅速,但是其市場價格高昂,對于普通農(nóng)戶來說仍是一筆較大的開支,并且后續(xù)的維護保養(yǎng)難度較大,這讓許多農(nóng)戶望而卻步。鑒于此,市場上出現(xiàn)了許多無人機租賃公司,提供植保飛防服務(wù),表7列舉了部分植保無人機線下租賃公司。

表7 部分植保無人機線下租賃公司

6.3 植保無人機線上服務(wù)App

在″互聯(lián)網(wǎng)+″背景下,國內(nèi)開始出現(xiàn)無人機公司實體結(jié)合信息技術(shù)創(chuàng)建的基于″互聯(lián)網(wǎng)+″的農(nóng)業(yè)航空服務(wù)平臺,主要是APP(見表8)。植保服務(wù)商和廣大農(nóng)戶可以根據(jù)需求在平臺上進行溝通,預(yù)定無人機進行施藥。另外,將各地區(qū)的植保需求及時反饋到平臺上,通過平臺可以高效調(diào)配某一地區(qū)內(nèi)的飛防作業(yè)人員和無人機設(shè)備,政府可以通過平臺進行有效監(jiān)管,具有方便、快捷的優(yōu)勢,促進了植保無人機規(guī)范發(fā)展。

表8 部分植保無人機線上服務(wù)APP

6.4 專業(yè)技術(shù)人員

目前,國內(nèi)航空植保仍屬于新生事物,還處在起步發(fā)展階段。航空植保必須要實現(xiàn)管理者、植保無人機、藥劑和解決方案的深度融合,″四位一體″統(tǒng)籌協(xié)調(diào)發(fā)展才能確保防治效果。其中管理者尤其是專業(yè)技術(shù)人員是實現(xiàn)航空植保的關(guān)鍵因素,需要滿足一系列要求。

6.4.1 專業(yè)技術(shù)人員的要求

1)植保常識

植保飛手必須要了解靶標作物的相關(guān)特性及防治適期,在掌握無人機操作的同時,學(xué)習(xí)植保知識,懂得防治藥劑、飛防助劑的選擇和藥液配制。

2)個人防護

植保飛防作業(yè)時必須嚴格遵守農(nóng)藥安全使用規(guī)程,作業(yè)人員要穿好防護服并戴好口罩,與植保無人機保持相應(yīng)的安全距離,嚴禁無關(guān)人員靠近,以免產(chǎn)生危險。

3)植保無人機維護及藥液處理

飛防作業(yè)結(jié)束后,作業(yè)人員要及時對植保無人機噴藥系統(tǒng)進行清洗處理,清洗器械的污水不可隨意傾倒,應(yīng)選在安全地點妥善處理,減少藥劑對周圍環(huán)境的負面影響。

6.4.2 無人機駕駛合格證

植保無人機并不是人人都可以駕駛,飛手需要經(jīng)過一系列培訓(xùn)(見表9),完成一系列考試項目(見圖3),取得資格證后才可以持證上崗。2016年7月發(fā)布咨詢通告《民用無人機駕駛員管理規(guī)定》,規(guī)定了民用無人機駕駛員的管理方法和程序,明確了植保無人機操縱人員需取得無人機駕駛合格證。2016年9月中國民航管理局發(fā)布了新的《民用無人駕駛航空器系統(tǒng)空中交通管理辦法》。目前,民用無人機駕駛員合格證分為駕駛員、機長和教員3類。這3類合格證又可以依據(jù)類別等級分為固定翼、多旋翼和直升機),依據(jù)級別等級(按無人機質(zhì)量)劃分為多種合格證,相關(guān)從業(yè)人員可以根據(jù)自己的需求選擇合適的培訓(xùn)及考試項目。

表9 無人機駕駛培訓(xùn)內(nèi)容

圖3 無人機駕駛合格證考試內(nèi)容

07

存在的問題

與物流、測繪和勘探等行業(yè)的無人機不同,植保無人機在設(shè)計與使用過程中,必須滿足植保作業(yè)的特殊要求。盡管當(dāng)前國內(nèi)航空植保發(fā)展較快,但是植保無人機自身和飛防法律法規(guī)等方面存在諸多問題,在一定程度上限制了我國航空植保的應(yīng)用與發(fā)展。

7.1 植保無人機存在的問題

1)無人機價格偏高,造成農(nóng)業(yè)生產(chǎn)普及率低。以大疆MG1為例,裸機價格為4萬多元,如果加上10塊電池和其他費用,配備整套設(shè)備需要8萬～10萬元,對于普通農(nóng)戶來說,成本投資較大。

2)植保無人機電池可持續(xù)作業(yè)時間短,續(xù)航能力差,目前,大多數(shù)電動植保無人機續(xù)航時間僅為5～10 min,頻繁更換電池不僅成本高,而且耽誤作業(yè)時間。

3)植保無人機載重小,一般僅為10～30 kg,大面積作業(yè)時需要頻繁地更換藥箱,直接影響到作業(yè)效率,從而影響到防治成本。

7.2 飛防藥劑及助劑存在的問題

1)國內(nèi)市場現(xiàn)有劑型難以滿足飛防實際需求。目前,國內(nèi)真正專門用于植保無人飛機施藥的農(nóng)藥制劑、助劑還沒有登記生產(chǎn),仍然屬于空白階段。植保無人機需要采用沉降性好、安全性高的專用藥劑,但目前這一類超低容量制劑仍較少,選擇性也差,成為提升作業(yè)效益的瓶頸。

2)國內(nèi)飛防助劑市場亟待系統(tǒng)化和規(guī)范化。目前,我國對農(nóng)藥助劑管理還未正式提出明確的規(guī)定和要求,市面上的產(chǎn)品性能差異顯著。

7.3 技術(shù)人員存在的問題

專業(yè)植保無人機技術(shù)人員是集無人機操作、維修養(yǎng)護于一身的復(fù)合型人才,需要熟悉植保無人機作業(yè)過程所涉及的作業(yè)計劃、施藥技術(shù)、地面組織與安全保障等環(huán)節(jié)。但目前專業(yè)隊伍人才匱乏,國內(nèi)高校飛行專業(yè)和培訓(xùn)機構(gòu)屈指可數(shù),且只對無人機操作熟悉,植保知識不足,容易造成藥害。

08

建 議

今后,我國航空植保有序、健康發(fā)展應(yīng)從以下幾個方面推進。

8.1 出臺植保無人機的相關(guān)標準

目前,國內(nèi)相關(guān)科研院校和政府部門正在起草農(nóng)用無人機制造標準、安全技術(shù)要求、作業(yè)技術(shù)規(guī)范等相關(guān)標準,但國家標準仍還沒有頒布,特別是農(nóng)用無人機的空域管理仍處于模糊地帶,一定程度上限制了植保無人機行業(yè)的發(fā)展。

8.2 加大政策扶持

盡管國內(nèi)多數(shù)省份已經(jīng)開展植保無人機購機補貼試點,但是相關(guān)政策還不夠完善,實際核發(fā)補貼金額相對較少。今后應(yīng)加大農(nóng)機購置補貼和作業(yè)環(huán)節(jié)補貼政策的宣傳力度和導(dǎo)向作用。建議通過政府購買服務(wù)的形式,加大對植保無人機統(tǒng)防統(tǒng)治植保作業(yè)的補貼,多舉措促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全程機械化水平。

8.3 加快飛防專用制劑和助劑研發(fā)

科研院所、無人機生產(chǎn)企業(yè)與農(nóng)藥制劑生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)建立廣泛的合作機制,加快研究在航空施藥條件下,農(nóng)藥霧滴沉降、黏附和鋪展的規(guī)律,進一步研發(fā)有助于霧滴沉積、潤濕、鋪展、滲透和吸收的飛防專用制劑及助劑,提高植保無人機的作業(yè)防治效果。

8.4 開展系統(tǒng)專業(yè)培訓(xùn)

一方面,相關(guān)大專院校和職業(yè)技術(shù)學(xué)院開設(shè)無人機專業(yè)以及課程,培養(yǎng)植保無人機技術(shù)人才。另一方面,農(nóng)業(yè)管理部門和相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)充分利用各類培訓(xùn)資源,開展集中培訓(xùn),加強施藥技術(shù)知識和相關(guān)法律法規(guī)的學(xué)習(xí),提高操作人員作業(yè)技能和科學(xué)管理水平,完善配套服務(wù),提高植保無人機使用效率。

09

展 望

近幾年來,中共三農(nóng)文件中多次明確提出支持飛防在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用,″飛防″已然成了植保行業(yè)不斷升溫的熱點話題,其在不斷發(fā)展的同時,也帶動了相關(guān)配套產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。此外,越來越多的農(nóng)戶、種植戶對飛防的認識從好奇、質(zhì)疑到逐漸接受,對飛防效果的認識也變得更加理性,市場的需求進入井噴狀態(tài)。隨著科技的不斷進步,傳統(tǒng)的農(nóng)耕方式正在發(fā)生改變,農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化、規(guī)模化、專業(yè)化、標準化生產(chǎn)逐步成為時代潮流。而植保無人機作為一項新興技術(shù),推廣的速度只會變得越來越快,相信隨著國家對植保無人機監(jiān)管、研發(fā)、推廣及財政補貼力度的加大,我國植保無人機所遇到的一系列問題都會迎刃而解,也會給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來翻天覆地的變化。

作者：馬英劍1,徐勇1,孫利2,陳志洋2,馮建國2,吳學(xué)民1(1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院；2.揚州大學(xué)園藝與植物保護學(xué)院)