孟子添

摘要：近年来开原市水稻病虫害发生程度逐年加重，传统人工植保作业模式及自走式植保作业机械难以有效应对。无人机植保机械化作业技术以其适应性强、喷洒效果好、操作控制灵活、作业效率高等优点，为开原市植保机械化提供了新选择。通过分析无人机植保机械化作业技术优势与使用要领，为无人机的大面积推广应用提供技术指导。

关键词：农业机械化；无人机；植保；病虫害防控；技术；优点；要领

中图分类号：S252 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2019）02-0060-03

水稻是开原市主要农作物，也是辽宁水稻主产区之一，每年种植面积2.67万hm2左右。近年来，气候复杂多变，加之肥水管理不当、种植品种单一等，导致稻瘟病、穗颈瘟等病虫害发生程度逐年加重。面对突发性病虫害威胁，传统人工植保作业模式因效率低而难以应对，自走式植保作业机械效率较高但价格昂贵，且易受地块条件限制，无法大面积应用。为此，开原市无人机植保作业市场逐渐兴起并呈方兴未艾之势。无人机植保机械化作业技术是利用轻小型无人机为载体，在飞行器上搭载农药喷雾设备， 通过引入全球定位系统（GPS）和地理信息系统（GIS），以“云服务、大数据”为技术背景，实现精准化作业的一项新技术，以其独特优势为开原市植保机械化发展开辟了新天地，实现了传统植保作业方式的“革命性”升级。

1 无人机植保机械化作业的优势分析

无人机植保机械化作业技术的载体为植保无人机，由飞行平台、GPS飞控、喷洒机构三部分组成，主要集成了六大技术，即超低空低量施药技术、施药装备平台技术、现代航空技术、GPS导航技术、数字信息技术和现代自动控制技术。与其他植保作业模式相比，无人机植保机械化作业技术具有以下特点：一是体积小，质量轻，运输方便，可垂直起降，不需要固定机场，转弯半径小。二是爬升率大，飞行操控灵活，对于不同地域、不同地块、不同作物等具有良好的适应性，超低空作业性能好，空飞率低。三是具有直升机的高效作业性能和良好喷洒效果，其喷洒效率是传统人工的30倍。四是速度变化灵活，操作手可以通过遥控器实施定位控制，其旋翼产生的向下气流有助于增加雾流对作物的穿透性，防治效果好，同时，远距离操控施药大大提高了农药喷洒的安全性。五是整体使用费用相对较少，安全系数较高，使用简便、维护简单，自动化程度高，劳动强度低。六是飞行平台能通过搭载不同的任务系统，对农作物长势及病虫害情况等进行实时监控。

我国在无人机施药关键技术航空喷洒系统、低空低量喷洒、远程控制施药、低空变量喷药系统等上展开相关研究。采用低容量喷雾技术替代粗放的大容量喷雾技术，大大提高了植保作业质量，把农药有效利用率提高到35%以上。

2 无人机植保机械化作业技术要点

2.1 药剂选配

无人机植保机械化作业采用低容量喷雾方式作业，具有雾滴小、用药少等特点。这一特殊的作业方式，使其在用药、剂型、作用方式等方面与其他植保机械有所不同。

1） 剂型。无人机植保作业采用喷雾方式，且喷雾粒径较小，故不能选用粉剂类剂型，而应选用水基化剂型，如水乳剂、微乳剂、乳油、悬浮剂、水剂等。使用可湿性粉剂、可溶性粉剂可能出现喷头堵塞及水泵寿命缩短等问题。

2） 用药。无人机植保药剂稀释比例低，故不能使用剧毒及高毒农药，否则可能导致人员中毒。甲拌磷、对硫磷、久效磷、杀虫脒、克百威、甲胺磷、灭多威等高毒及剧毒农药切不可用作飞防药剂。

3） 作用方式。无人机飞行速度较快，用药量较少，作物体表不可能每个部位都能黏到药剂，故应首选内吸性药剂。内吸性药剂是指使用后可被植株吸收并可传导运输到其他部位组织，使害虫吸食或接触后中毒死亡的药剂。

4） 配药。配药人员应在防护设备穿戴齐全的前提下，按二次稀释法的操作要求，在开阔空间进行配药。禁止在密闭空间、下风向等情况下配药，否则可能造成人体中毒。需要注意的是，部分植保队会使用一次性塑料薄膜手套，这种手套没有弹性且耐用性与适用性较差，无法保障配药人员安全，故应使用耐用性好、不渗透、耐腐蚀的丁腈橡胶手套。

2.2 环境观察

无人机植保机械化作业高度较高且雾滴粒径较小，药液易飘移与蒸发，所以气象条件对飞防作业效果影响较大。

1） 风力。风力对雾滴沉积与飘移具有重大影响，二级以内的微风利于雾滴沉积且飘移距离较小，三级以上风速会造成雾滴沉积减少且雾滴飘移增加，故植保无人机作业应在三级风速以内，以避免产生飘移。喷洒除草剂应尽量在二级风速内作业，杀虫杀菌应在三级风速内作业，以避免产生飘移药害。

2） 风向。雾滴会随风飘移，无人机下风向的空气中会存在农药成分，且喷洒实际区域会因风速大小而产生变化。因此，在无人机作业过程中应密切关注风向变化，并注意以下三点：一是作业人员禁止处于无人机下风向位置，避免农药中毒；二是查看作业区域下风向是否存在对药物敏感的动植物，以免产生飘移药害；三是如进行其他敏感作业，应在田块下风向的边缘区域设置安全隔离区，以免药液飘移到相邻地块而产生药害。

3） 温度与湿度。温度对药液效果影响较大，低温可能导致药效不佳，0 ℃ 以下低温甚至可能产生药害，而温度较高会造成药液蒸发加快、雾滴沉积量减少。同时，不同药剂的温度特性相差较大，農药适应温度差异也较大，建议15～30 ℃之间可进行作业，禁止在0 ℃以下、35 ℃以上的环境下作业。湿度较低易导致雾滴蒸发加剧，因此，湿度较低区域应避免高温时段作业，并适当提高药液施用量、增大雾滴直径，以降低雾滴蒸发。

4）田块要求。无人机植保机械化喷洒作业地块不能位于禁飞区内，周边应无大型变电所，无密集的5 m以下电线等空中障碍物。

2.3 参数确定

无人机是将药液喷洒到作物的植保器械，其作业应保障雾滴喷洒均匀、分布面积更广并具有一定沉积量，这样才能达到植保作业效果。

1） 高度。压力式扇形喷嘴洒施药液具有中间多、两侧少的特性，因此，相邻喷嘴应保持喷幅30%以上重叠才能保障喷洒均匀。一般情况下，无人机相对作业高度宜保持在1.8～2.0 m，过高会造成药液飘移与蒸发加剧，过低则导致漏喷。对于易倒伏作物，无人机相对作业高度宜保持在2.0～2.5 m；若靶标位于作物中下部（如二化螟、红蜘蛛、稻飞虱等），则无人机相对作业高度宜保持在1.6～1.8 m。

2） 速度。作业速度影响雾滴的穿透性与飘移性。随着作业速度的提高，穿透性降低，雾滴沉积减少，而雾滴飘移将增加。水稻等大田作物，视病虫害情况不同，作业速度宜在4～6 m。随着飞行速度的增加，雾滴整体沉积率迅速下降。需要注意的是，触杀类或胃毒类杀虫剂，以及保护性杀菌剂，应适当减小雾滴粒径、降低作业速度，以保证雾滴在作物中下部的足够沉积量。内吸性杀虫剂及杀菌剂对作物中下部雾滴的沉积覆盖要求比触杀类药剂要低一些，这是因为作物可通过内吸而达到全株着药的效果。

3） 行距。行距与有效喷幅等同，才不会出现重喷与漏喷问题。行距大于喷幅会出现漏喷，反之则会出现重喷。植保无人机喷幅与飞行高度及速度密切相关。高度越高喷幅越宽，飞行速度越快喷幅也越宽，因此，作业行距的设置应根据作业高度、飞行速度等实际情况加以调整。无人机推荐作业高度在1.8～2.0 m之间，此时两侧喷嘴的喷洒雾场可实现有效重叠。作业速度应需要根据作物、病虫害等情况来选择，越高越密集的作物越应降低作业速度，最常见的作业速度为3.0～6.0 m/s。初期水稻作业飞行高度1.8～2.0 m、速度5 m/s时，可将行距设置为4.5～5.0 m。中后期水稻作业飞行高度1.8 m、速度4.0～4.5 m/s时，可将行距设置为4.2～4.5 m。

4） 用药量。单位面积用药量与水泵喷洒速率、行距设置、作业速度密切相关。单位面积用药量相同的情况下，水泵喷洒速率与作业速度成正比，行距与作业速度成反比，可见，单位面积用药量直接反映植保无人机的作业状态，并影响作业效果。飞行速度与单位面积用药量成反比，单位面积用药量越低，则飞行速度越快，雾滴穿透性也越差，较高作物的中下部雾滴沉积也越少。对于高秆作物、密集作物、用水量要求较高的药剂，应提高单位面积用药量。水泵流量与单位面积用药量成正比，单位面积用药量越高则水泵流量越高，喷嘴所产生的雾滴粒径也越小，更小的雾滴会使飘移与蒸发量增加。在植保无人机的设置程序里，设定好单位面积用药量后，调节飞行速度会自动匹配水泵流量。行距对于单位面积用药量影响较小，因为行距设置必须与喷幅完全相符，而大部分情况下有效喷幅在4.0～5.0 m之间，变化范围较小。在4 个喷嘴同时开启、喷幅为4.0～4.5 m的前提条件下，水稻杀虫与杀菌预防性作业用量一般为0.8 L/667 m2，而正常作业需要1.0 L/667 m2，病虫害较为严重时用量1.2 L/667 m2。具体参数视作物高矮浓密适当微调。

2.4 作业控制

1）防治时机。病虫害的发生都有从轻到重的过程。要达到良好的植保效果，首先在于预防，其次才是控制。注重农业知识的掌握，精准把握病虫害防治时机，将病虫害控制在初级阶段，而不能待其进入爆发阶段才进行控制，例如水稻二化螟应在钻蛀之前防治。

2） 掌握抗性情况。提前掌握当地病虫害抗性情况，提早了解当地病虫害发生情况、用药习惯，提早预判当地病虫害的抗性方向。防治方案要结合当地病虫害及用药情况及时调整。长期、连续使用单一农药会导致有害生物抗性不断增加，因此，除了采取农药混用方式外，还可采用交替、轮换使用不同品种或不同类型农药来增强防治效果。

3） 熟悉作业环境。作业前须观察周边作物种植、畜牧养殖、水产养殖等情况，避免发生飘移性作业事故。需要注意的是，大部分有机氯、有机磷、菊酯类、烟碱类、杂环类农药都可能造成蜜蜂中毒，其中吡虫啉、噻虫嗪对蜜蜂具有较高毒性。作业前要确认作业区域有无蜜蜂及蜂农，并提前告知作业情况，选用对蜜蜂低毒的农药品种。另外，飞机与人或障碍物的安全距离非常重要，作业规划时应提前熟悉地形，检查飞行路径，看有無障碍物及无信号干扰，进而确定飞机起降点及作业航线。作业过程必须远离人群，设置专人进行位置及障碍报告。每天作业完毕应记录作业结束点，做好无人机清洗、保养和检查，记录当天作业面积和飞行架次、当日用药量与总作业面积，以方便第二天接续作业。

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