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浅谈植保无人机存在问题和应用情况及未来发展情况

2020-06-22 290 上传者：管理员

摘要：在农业生产机械化的趋势下，植保无人机为内蒙古自治区农作物病虫害的防治提供了强有力的技术支持，因其独特的优势正在发挥越来越重要的作用，发展前景备受关注。该文通过植保无人机在全区部分农作物病虫害防治上的实践与应用，分析了植保无人机在实际作业过程中存在的优缺点，及影响植保无人机作业的环境因素，总结了植保无人机在全区的推广应用现状及发展趋势，并提出针对性的建议，以期促进全区现代农业的可持续发展。

关键词：
作物病虫害防治
机械自动化
植保无人机
植保领域
现代农业
重要环节
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农作物病虫害防治是农业生产的重要环节，植保无人机以其高效精准的作业能力在植保领域备受关注。对植保无人机进行深入研究及推广应用，充分发挥其优势和作用，必将对农业病虫害防治有极大的推动作用。

1、植保无人机的问世及发展历程

植保无人机得益于航空航天技术的发展，从一开始以战争为目的逐渐延伸到农业领域。前后历经无人机问世、初级发展阶段及快速发展阶段三个时期。

1.1植保无人机的问世

1910年前后，第一架由无线电操控的无人机在美国秘密试飞。1917年，可以搭载300磅炸药（约合136kg）持续飞行50英里的斯佩里（Sperry)空中鱼雷号（简称UAL）诞生。1918年，美国首次尝试利用飞机在棉花上喷洒农药，1922年，美国将JN-6军用飞机改良，装载农药后对植物进行喷洒。同年，苏联也采用飞机喷洒的手段，用于防治蝗虫。

1.2植保无人机的初级发展阶段

进入20世纪50年代，发达国家开始广泛研制植保无人机。其中尤以美国的技术最为先进。最臭名昭著的案例是：在越战期间，美国启动“牧场行动计划”，在越南“两线一点”重点实施“落叶剂战法”。美军前后共投入7.6×106L被称为“橙剂（Agen tOrange）”的灭生性除草剂，内含剧毒物二恶英（TCDD），重量大约为8×104t。美军主要采用有人机及无人机联合作业。“橙剂”所到之处，树叶枯黄，寸草不生，植被被大肆破环，一片荒芜。截止到2016年美国有农业航空公司2000多家，在用无人机约4000余架，注册飞手3000多名，每年防治耕地面积近3400万hm2，占美国年防治面积40%以上。

加拿大、俄罗斯地广人稀，航空作业规模庞大，无人机防治面积占其全部耕地面积的三分之一以上，韩国于2003年开始引入无人机及航空作业技术，且发展迅速，病虫害防治效果较好。

日本将最先研制的无人直升机R50用于农药喷洒，YAMAHA公司研发的无人植保机为日本农业航空的发展做出了重要贡献，1995～2015年，日本的植保无人机保有量从307架增加到2668架。2010年底，日本无人机防治面积达到96.3万hm2，占航空作业总面积的38%，登记在册的无人机飞手14163人。

我国的无人机发展较晚，1966年底，第一架自主研发的“长空一号”才首飞成功。而植保无人机的研究则更晚。2006年，南京农机化所开始尝试植保无人机研究。2010年，首次研制成植保油动无人机。同时中国农业大学研制出第一台电动多旋翼植保无人机。2014年统计，国内植保无人机保有量仅695架，作业面积426万亩。2015年全国植保无人机保有量2524架，作业面积1000万亩。

1.3植保无人机的快速发展阶段

2014年，中央一号文件提出要加快农业航空建设，成为我国植保无人机发展的里程碑事件。进入2016年以后，植保无人机进入到快速发展阶段。主要特征如下：

1.3.1我国植保无人机的研发生产能力大幅度提高。

以大疆、极飞为代表的无人机厂家陆续介入，带来了产品性能、性价比的快速提升。其中重要的节点是大疆创新植保无人机MG-1的推出，在2016年进一步推出其第二代产品MG-1S，销售量逐年上升，作业面积保持大幅度增长。

1.3.2国家给予政策支持和购机补贴。

各项标准陆续推出，规范了行业发展。2017年3月，农业农村部首次将植保无人机纳入试点农机补贴；9月农业农村部、财政部和民航局联合印发《关于开展农机购置补贴引导植保无人飞机规范应用试点工作的通知》。12月工信部印发《关于促进和规范民用无人机制造业发展的指导意见》。2018年3月，农业农村部、财政部联合印发了《关于做好2018～2020年农机新产品购置补贴试点工作的通知》，明确表示要鼓励无人机在植保领域的发展创新，推动植保无人机行业的发展。

1.3.3历经10年探索，我国植保无人机保有量和作业面积大幅增加。

2018年，我国植保无人机保有量已达到3.15万架，作业面积达2.67亿亩。2019年10月，保有量5.5万余部，作业面积4.5亿余亩。无人机装备总量和作业面积都处于全球第一，标志着我国航空植保发展进入全新时代。

1.3.4植保无人机的应用范围逐步扩大。

随着植保无人机的广泛应用，已经由原来单纯的水稻、棉花逐步扩大到各种作物上，新疆棉花脱叶，内蒙古小麦万亩飞防，东北玉米一喷三防等经典案例在国内屡见不鲜。2019年，检疫性害虫草地贪夜蛾侵入我国，农业农村部紧急部署，植保无人机发挥了巨大作用，使这一危害性极大的毁灭性害虫得以有效控制。

1.3.5飞防技术日臻完善，防治效果值得信任。

2017～2019年内蒙古农牧业科学院对数种作物的不同病虫草害用植保无人机进行防治试验，效果优异。

表12017～2019年内蒙古无人机飞防试验效果

2、植保无人机的优缺点分析

植保无人机从问世到大面积广泛应用，只有短短百十年的历史，尽管已经显示其具有无与伦比的优越性，但存在的问题也不少，需要我们不断探索与改进。

2.1植保无人机的优势

2.1.1应用范围广。

无人机机动性好，可灵活调整飞行速度、喷洒高度，低空施药作业时，不受作业对象和地形地貌等条件的影响，尤其在丘陵山区、连片梯田等特殊地区，展现出传统作业模式无法达到的作业效果。

2.1.2弥补能力强。

有些高秆作物如玉米、向日葵等，传统的打药机受底盘高度限制无法进田作业，无人机不受作物高矮、密度大小的限制，可以有效进行田间作业。而且，无人机设定好飞行路线后，还可以夜间作业，不受白天气温高、蒸发量大的影响。

2.1.3防治效果好。

植保无人机配备高速的离心喷头，药液可以雾化到0.1mm的颗粒。作业可以均匀喷施到作物各个部位，不留死角，特别是可以借助自身风力，将药液喷施到作物叶片背面，对于防控病虫草害有得天独厚的优势。

2.1.4农药用量少。

无人机喷施农药，一般亩用水量为500～1000mL，而传统的方法亩用水量一般为15～30L。农药用量很少即可达到有效的稀释倍数，因此，可以大幅度减少农药用量。一般可节省农药用量50%以上，节水90%以上。

2.1.5利用效率高。

无人机飞防雾滴较小，低空施药时，药液被很好地雾化，均匀附着在农作物茎叶表面作物吸收效率高。采用航空航天技术，定位精度可以达到厘米级，有效避免了重喷漏喷现象。因此，利用效率大幅度提高。

2.1.6环境污染低。

无人机对农药的要求非常高，一般杂质含量高、粗制滥造的农药不适于飞防。再加上农药用量少，减少农药和水资源的浪费，可以大幅度降低农药对环境的污染。

2.1.7发挥多功能协同作用。

植保无人机可以一次飞防同时达到多个功效。2017～2019年，内蒙古农牧业科学院在小麦、玉米及马铃薯上取得了良好效益。

2.1.8作业效率高。

无人机作业可以减少人工，提高效率，事倍功半。既适于大面积作业也可以小面积防治，灵活性较强，经济效益可观。无人机飞行速度快，每架无人机每天的喷洒面积约300～500亩，与传统作业方式相比，其作业效率最高可达100倍以上。

表22017～2019年内蒙古无人机一喷三防示范效果

2.2植保无人机应用中存在的问题

2.2.1受气候影响大。

风速：植保无人机本身重量轻，抗风能力与其最大平飞速度有关，3级以上的风速就会造成飞行风险。另外，植保无人机喷洒的药液雾滴极小，风力较大的情况下，药液极易漂移，从而影响靶标作物的着药量，影响效果。气温：植保无人机通常使用锂聚合物电池，最佳工作温度为20～30℃。温度过高过低均会影响电池的容量及寿命，甚至还会造成电池停止工作或损毁。极端天气：无人机飞行高度距离靶标作物5m以内，处于对流层的下层，乱流较多，雨、雾、雷电等天气容易造成触电、失灵或进水等事故。

2.2.2飘移药害风险。

植保无人机在病虫草害防治中，存在飘移药害风险的天然缺陷。一是无人机飞行高度比人工背负式喷雾器或传统的打药机高出1～5m，药液雾滴小，稍有微风即可导致药液飘移。二是有些农药具有挥发及飘移的特点，如2.4-D丁酯乳油，可以飘移500～1000m，无人机喷洒会加剧飘移速度及距离。如2018年，内蒙古察右中旗某飞防队，对500亩小麦进行除草剂飞防作业，造成周围上千亩向日葵药害，损失惨重。2019年，内蒙古土右旗玉米除草剂飞防作业，临近几百亩西瓜绝产。

2.2.3对农药要求高。

我国目前在生产上使用的农药及其剂型是根据传统的施药方式设计的。而无人机特殊的施药模式完全不同，对农药的要求极高。

农药品种：有些品种有一定的漂移风险，也有些农药品种（如三唑类），在高浓度条件下极易产生药害。

剂型：农药的剂型有乳油、粉剂、可湿性粉剂、水剂、水乳剂、悬浮剂、水分散粒剂和颗粒剂等等。其中，粉剂和颗粒剂不溶于水，不适于无人机。水剂和水乳剂则完全适宜于无人机飞防。其他如乳油、可湿性粉剂、悬浮剂和水分散粒剂等，原则上无人机能够使用，但要选择高质量农药。如乳油类，其溶剂具有腐蚀性，无人机用水量小，浓度高，会腐蚀胶管，对无人机损坏较大。可湿性粉剂如果细度达不到要求，在用水量较少的情况下，悬浮率不达标，容易造成堵塞喷头，不能作业的情况。即使能够勉强作业，由于分散度、覆盖度不够，防治效果也差强人意。如代森锰锌可湿性粉剂，一般细度为200目或者更低，无人机使用就会存在问题。但有些高质量代森锰锌（如大生），细度可以达到325目，悬浮率达到80%以上，无人机飞防就没有问题。

2.2.4农药的使用量缺少科研数据支撑。

农药使用量的计算，通常有两种方法。一是亩用量，二是稀释倍数。现在农药标签上的推荐使用剂量，大多是针对每亩15～30L用水量设计的（林木果树亩用水量大，一般按稀释倍数计算）。而无人机则完全颠覆了传统的用药计算方法。因其亩用水量仅仅为500～1000mm，如果按亩用药量计算，则浓度增加30倍，存在药害风险。如果按稀释倍数计算，则亩用药量降低30倍，存在防治效果差的隐患。目前，关于无人机合理的用药浓度，缺少科学的指导依据。

2.2.5从业人员缺少植保专业技术。

目前，市场上的无人机作业团队，基本上都是以飞行操作手为主。植保专业知识较少。对病虫草害的识别、流行规律、防治时期、防治阈值、用药品种、剂量、配药程序及方法，临近作物及下茬作物药害规避等技术不甚了解，导致事故及纠纷层出不穷。

2.2.6相关法律缺失。

首先，无人机团队的资质问题。现在的作业队，好多是带药作业，承担了一部分农药销售的功能，而国家对农药经营有明确的准入门槛与制度，对农药的经营场所、人员、进出库、储存、运输、检验及安全使用等都有详细规定。而无人机作业队基本不具备这些条件。其次，无人机所使用的农药，包括品种、剂型和使用量等方面，也缺少相应的法律法规。国家农药管理部门应尽快出台适于飞防的农药登记制度，安排飞防农药的试验示范，确定适宜的使用浓度及防治对象，敦促厂家规范飞防农药的标签及使用说明。

2.2.7无序竞争。

从2016年无人机广泛应用到植保领域以来，最初的作业价格为每亩10～12元，价格一路下滑，降到7～8元，甚至5～6元，个别地区还有3～4元的超低价格。恶性竞争导致喷雾质量大打折扣，防治效果差强人意。

3、植保无人机的发展趋势及应用前景

植保无人机因其独特的功能及优势，在未来植保领域，将发挥愈来愈大的作用。业内专家分析，到2022年，我国植保无人机市场规模有望增长至300亿元。

3.1植保无人机的性能越来越先进

无人机技术的发展特别是电动多旋翼无人机技术的蓬勃发展导致植保无人机产业迅速成熟，植保无人机的升级换代日新月异。目前无人机研发机构，正在着手以下几方面工作：动力系统改进；清洁能源使用；高分子材料应用；精准喷药方式提高；先进传感器开发；变量喷药控制方式改进；雾滴沉降规律研究，药物漂移预防；智能和计算机技术提高等。未来几年，植保无人机将会更安全、精准和智能。

3.2植保无人机的价格越来越接地气

无人机刚进入市场时，单机价格为20万～60万元人民币。目前，有些品种的单机价格已跌破5万元大关，加上国家逐步把无人机纳入农机补贴，农民有望2万～3万元即可购买到无人机。无人机价格的合理化，会导致购买力大幅度提高。

3.3跨行业联合越来越紧密

无人机厂家、农科单位与药企的相互合作，加快了植保无人机的发展。科迪华2017年联合大疆推出《杀菌剂法坨的良好操作参考标准》，以此标准为依托，内蒙古2018年和2019年分别进行了1万亩小麦“一喷三防”大面积作业，取得了平均增产21.36%的优良效果，农场亩增收234.96元，两年总增收2349600元。

先正达联合大疆、北谷等推出了飞防科技品牌“U伴”，在玉米上推出“扬阿益”（扬彩+阿里卡+益施帮）组合，整合成一套完整的应用方案并得以大面积作业。拜耳与极飞、阿里巴巴联合，推出“未来农场”计划，建立标准的操作规范、科学发展的标准，实现全球范围推广。巴斯夫与大疆启动“巴斯夫带你飞”项目，整合“人-机-技-剂”四大重要因素，推广病虫害防治技术与“施乐键”植物健康技术，改善作物抗逆性，提升作物品质，增加作物产量。

3.4植保无人机的应用范围越来越广泛

植保无人机主要的应用领域是农药喷洒，但随着数字化开始进入农业，智能农场的建设已经不仅仅是概念问题。阿里巴巴、联想、华为、百度及中化MAP等巨头已开始聚焦数字农业。植保无人机成为进入数字农业的金钥匙。有望在农业测绘、营养诊断、病虫草预测预报和田间监控等领域发挥越来越重要的作用。

张俊,廉勇,杨志刚,扈顺,胡拴红,杨树青,王永.植保无人机发展历程、优缺点分析及应用前景[J].现代农业,2020(04):4-7.

基金:2017年内蒙古自治区科技计划项目“内蒙古绿色冷凉蔬菜生产全程机械化关键技术研发､集成与示范”.