植保无人机技术在小麦病虫害防治中的应用

2022-11-23尤作将

智慧农业导刊 2022年9期

尤作将

（临沂市罗庄区自然资源局，山东临沂 276000）

1 植保无人机作业流程

（1）确定植保任务。操作人员需要观察麦田地形，由此判断是否适合应用无人机进行病虫害防治，这一过程中需要计算作业面积以及是否存在较多障碍物。此外，需要提前和农民沟通，由此掌握当前麦田主要病虫害类型，同时要做好田间病虫情况调查，对虫口密度，病害程度掌握清楚，以确定用药量。（2）确定队伍成员。单台植保无人机操作需要配备观察员、操作手以及农科专员，能够解决相对恶劣条件下无人机作业中的突发问题，通常应用植保无人机防治病虫害过程中坚持“二飞一备”原则。（3）物资准备。通常在小麦病虫害防治过程中选用电动多旋翼植保无人机，要求配备5～10组动力电池以及型号匹配的充电器，如果喷药区域充电不便需要配备发电机。此外，操作人员需要准备物资包括农药、水桶，还需要配备遮阳帽、眼镜、口罩和工作服，由此加强个人防护。（4）开始作业。首先需要操作人员让无人机试飞，分析飞行线路是否存在障碍物，之后确定起降地点，然后配备农药，再次起飞之前需要进行检查，确定对讲机频率、药量，然后操控无人机喷药。需要说明的是，无人机和人员距离需要处于安全范围内，进而避免飞行器造成人员受伤。（5）作业完毕。操作人员要准确记录作业位置，便于后续连续喷药。当天作业之后需要对无人机系统检查和清洁，还要重点检查电池电量以及汽油消耗情况。此外，观察人员需要对无人机飞行架次和作业面积详细记录，并且统计当天用药量，随后几日再派专人对施药效果进行核查评估。

2 植保无人机在小麦病虫害防治工作中的明显优势

（1）防治高效、安全。从防治效率上看，应用植保无人机可搭载接近40 kg农药，并且喷药效率远远超过人工喷药方法。对比发现，对1亩麦田喷药作业时无人机1 min即可完成，而人工作业至少需要50 min。从安全角度讲，使用农药过程中对人体造成一定危害，即使作业人员配备防护设备依然可能对皮肤和呼吸系统造成影响。应用无人机技术实现远程操控，大大提升了作业安全性。此外，可以在无人机上搭载视频设备，由此可在喷药过程中监测病虫害发生情况，进一步采取防控措施。（2）节约防治成本。以往进行大面积麦田喷药作业需要投入较多人力和设备，而植保无人机的应用显著节约了人力成本。与此同时，传统喷药过程中难以把控药量，存在严重浪费现象，也可能对部分作物造成损害。现实中，传统喷药方法下产生药效的药物仅仅为15%，并且过量用药会污染周边环境。应用无人机喷药可以确保喷药均匀性，大大提升喷药效果，并且可节约药剂成本接近35%，更避免了农药污染环境问题。（3）操作更便捷。无人机在当前农业领域得到了广泛应用，不过依旧需要人员操作，新时期的无人机不仅性能高，并且操作便捷，比如在小麦病虫害防治过程中操控无人机可以实现精准喷药，减少农药漂移。此外，无人机具有体积小、重量轻、便于携带等特点，因此受到广大农业者的广泛欢迎。

3 影响植保无人机作业因素

（1）风力因素。由于植保无人机在作业区以上较高位置飞行，所喷洒的药物容易受风力影响而飘散到空中，降低喷药效果，所以说风力因素会对飞防作业效果产生重要影响。风力主要影响药液沉积，通常2级风影响较小，超过3级风影响较大。因此，对小麦病虫害飞防作业的风力要求不得超过3级，再如喷施除草剂要求风力不超过2级。从风向因素角度讲，作业人员不得在无人机下风向操作，以避免药物中毒；并且作业区域下风方向出现敏感动物或者种植植物时要停止作业，必要时要设置隔离区，以避免其他作物受到药害[1]。（2）温度和湿度因素。在小麦病虫害防治过程中药液效果与温度因素关系密切，如果气温低于0℃会导致药害加大，而温度偏高情况下药液过快蒸发，将导致用药成本增加。因此，作业人员需要进行温度监测，平衡药剂和温度的关系，通常喷药温度为15～30℃之间。此外，在喷药过程中空气湿度较小会加快雾滴蒸发速度，因此要避免在高温时段作业。（3）药剂选择与配置。从药剂类型选择上讲，应用植保无人机作业主要采取喷雾方法，考虑到喷雾粒径较小，所以主要应用乳油水剂以及水乳剂，如果选择可湿性粉剂可能堵塞喷头，并造成水泵使用寿命缩短。从药剂毒性方面讲，在大力发展绿色农业的今天，进行小麦病虫害防治主要选用低毒药物，并且根据相关规定稀释药剂。

4 植保无人机在小麦病虫害防治中存在的问题

（1）经营模式和实际情况相脱离。植保无人机在农业生产领域有着广阔的应用前景，不过当前应用中依旧存在问题，比如植保无人机的使用最佳条件是农田连片，如果仅仅满足于小面积农田，投入产出难以达到良好效果，而当前我国小麦种植规模较小的地块居多，不利于植保无人机的大范围应用。（2）无人机稳定性需要提升。尽管在实际应用中优势明显，不过当前植保无人机的应用还处在初级阶段，存在稳定性不足问题，需要继续优化控制系统。此外，植保飞行系统在操作过程中依赖于人员操作，要想全面推广植保无人机需要进一步提升其智能化水平，进而提升飞行轨迹精确性，有效避免重复喷洒以及漏药等问题。（3）植保无人机使用成本偏高。经过实际调查发现，目前农用机械市场上的植保无人机单台售价接近10万元，并且在操作过程中还需要配备相关设施设备，尤其是无人机以锂电池为动力能源，在繁重作业任务下需要配备至少2块锂电池交替使用，这使得无人机使用成本进一步加大。

5 小麦常见病虫害以及无人机的应用

（1）小麦蚜虫。蚜虫是小麦生长过程中常见的虫害，在蚜虫刺激下会影响小麦光合作用，主要是对小麦穗部造成影响，由此造成产量下降。可以用植保无人机进行药物喷洒，作业过程中要控制好喷洒药物的用量和次数，作业前要做好田间调查，切实掌握蚜虫和天敌的比例，然后在穗期开展防治工作。每公顷使用的高效氯氟氰菊酯乳油25 g/L，配比为2 000倍液，然后喷雾防治。（2）小麦锈病。该病集中于小麦叶片和茎秆部位，发病原因主要在于叶锈病菌以及条锈病菌，之后造成小麦粒重下降，甚至出现干枯死亡，该病害影响范围扩大将进一步造成小麦产量下降。在防控过程中主要应用烯唑醇、戊唑醇，用药前需要明确病害发生范围，之后用植保无人机喷洒，如果发病范围大不仅需要对病区植株用药，还需要对周边区域合理喷药，以此避免病害蔓延。（3）小麦赤霉病。该病也被称为烂穗病、麦秸枯，在小麦幼苗期直至抽穗期都可能发生，主要破坏幼苗茎秆、麦穗，之后导致幼苗茎秆出现不同程度腐烂，其中腐烂最为严重的表现为黄色，并且表面出现粉红色粘状物，小麦成熟之后会变成黑色小颗粒。应用植保无人机防治的过程中主要使用药物为苯磺隆可湿性粉剂，也可以和其他药剂混合使用，为了避免产生副作用，需要严格控制氯磺隆、甲磺隆等药剂使用。（4）小麦病虫害综合防治。由于小麦赤霉病、条锈病存在大范围流行风险，加之近年来草地贪夜蛾活动频繁，所以需要遏制重大病虫害暴发，确保流行性病虫害不会造成大面积减产。在防控的过程中，小麦抽穗期、扬花期和灌浆期为病虫害高发阶段，具体来说，4月末需要做好吸浆虫防治，5月初需要在小麦扬花期做好吸浆虫防治病和防控赤霉病，5月上旬重点防治小麦蚜虫叶枯病白粉病，以上3个时期重点防控小麦蚜虫和吸浆虫。

6 植保无人机应用案例

近年来，山东省临沂市小麦条锈病多发，为了确保小麦种植业良好发展，当地政府实施了无人机喷药。整体方案为，对冬小麦选种机械化种植施肥、田间除草、无人机喷药以及机械化收获，结合植保无人机在病虫害防治中的效用与小麦生长情况对比分析，并充分考虑小麦不同生长阶段出现的病虫害类型选择药物防治方法。山东省临沂市小麦返青后主要出现白粉病、纹枯病和小麦蚜虫，而抽穗期多发生赤霉病，灌浆期小麦蚜虫活动频繁。大量实践证实，应用植保无人机作业可以达到节水、节电效果，并且防治效果好，是保障农民收益的重要途径[2]。

（1）小麦病虫害田间防效观察。本次试验选择山东省临沂市某试验田，选用药剂为苯甲－丙环唑水乳剂（50%），主要用于小麦锈病防治，之后选用吡虫啉水分散粒剂（70%），主要用于小麦蚜虫防治，分别采取人工喷药、无人机喷药方法，本次病虫害防治应用植保无人机，操作人员严格控制飞行线路和用药次数，设定飞行速度为4 m/s，飞行高度为麦田以上2 m，无人机安装2个喷头间距100 cm，喷幅达到4 m。（2）试验防治对象。临沂市某小麦种植区多发小麦锈病，影响当地种植效益，由于每年4月末至5月初降水偏多，使得小麦蚜虫活动频繁，所以本次试验将小麦蚜虫以及小麦锈病作为重点防治对象，为了达到一喷多防效果，操作人员严格遵循使用说明。经操作人员控制达到喷药覆盖率90%，最终证实综合防控效果接近86%。本次试验坚持分区防治和分类指导原则，综合应用化学防治、生物防治和农业防治措施，把控好防治重要区域和时段，全力保障小麦产量。（3）比较试验处理。通过对2块小麦种植区情况分析，发现第1块麦田当中无人机携带15 g苯甲－丙环唑水乳剂（50%），30 g吡虫啉水分散粒剂（70%），防控面积达到3.3 hm2；第2块麦田采取人工喷药方式，每亩使用15 g苯甲－丙环唑水乳剂（50%），3 g吡虫啉水分散粒剂（70%），防控面积为1.33 hm2。（4）调查时间和次数。在观察蚜虫防治效果的过程中选择5个样点，每个样点取20穗小麦，喷药当天、喷药后1 d、3 d、7 d观察麦穗上蚜虫数量并加以记录，由此分析防治效果。在病害防治过程中喷药18 d后小麦开始稳定生长，之后选择5个取样点，每个样点随机选取20穗小麦调查对比，发现病株数量明显减少。（5）防控效果对比。相较于传统的人工背负式，机动喷药方法应用植保无人机具有喷药效率高、喷药均匀和节约水源的优势。研究证实，喷药之后一周蚜虫虫口基数和锈病病情指数不同程度下降，其中第1块麦田病情指数由13.8%下降到8.7%，虫口基数从78头下降至56头；第2块麦田病情指数由13.8%下降至10.7%，虫口基数由79头下降至77头，证实无人机防治小麦病虫害效果显著。此外，通过作业效率对比可以发现无人机每次起降可喷洒约15亩，单台无人机每天作业10 h，以完成9 000亩麦田病虫害防治任务为例，所需时间为60 h，如果3台无人机同时作业，20 h即可完成，效率比常规喷洒至少高出100倍，防治效率大大提升。在后续的应用研究中，单台无人机每天可完成20～33 hm2病虫害防治作业，并且采用喷雾喷洒方式节约农药使用量50%、水用量接近90%，雾化式高压喷头让农药以雾滴形式均匀覆盖在植株表面，农药有效利用率达到了85%以上，减少了农药残留，达到高效环保的目标。

7 植保无人机在小麦病虫害防治中的发展趋势

2020年，临沂市多天出现阴雨天气，诱发多种小麦病虫害，为此当地农业农村局以及农业技术推广总站专家来到种植区进行指导，还在小麦种植区建立了病虫害防控试点、虫害观测点，综合应用农业技术、生物技术和物理技术，扩大统防统治覆盖率。今后，当地农业科研单位要加强植保无人机的研发，建立数字种植结合、网约农服的农业服务平台，为广大农民提供生态科学高产的种植服务，由此达到农业植保增效目标。在开展病虫害专项防治工作的过程中要加强智能化植保无人机推广，实现农作物病虫害防治向着规模化、机械化方向发展，全面提升农业综合生产水平，为地区农业绿色发展保驾护航。此外，随着信息技术的进步，大数据技术已经有效融合传统农业。在探究植保无人机防治小麦病虫害的过程中，为了提升防治的时效性和科学性、促进小麦种植的现代化发展，需要加强现代化信息技术应用，积极发挥大数据技术优势，建立植保无人机数据库，让先进的应用程序用于无人机当中，为数据分析整合提供基础，比如通过优化算法分析收集的数据为下一步方案制定提供帮助。