植保无人机在江苏沿海地区农场农业生产上的适应性探索与应用

    沈丽丽　陈芳芳　袁婷婷

    

    

    

    摘要 ? ?本文比较了植保无人机与自走式药水机对江苏沿海地区农场作物病虫害的防治效果，介绍了植保无人机的优缺点，阐述了目前农场推广植保无人机面临的问题，以期为下一步植保无人机大面积推广应用做好准备。

    关键词 ? ?植保无人机;防治效果;施药技术;病虫害;江苏沿海地区

    中图分类号 ? ?S252 ? ? ? ?文献标识码 ? ?A

    文章编号 ? 1007-5739（2020）19-0131-03

    在作物生长过程中，防治病虫害是保证作物良好生长、促进增产增收的关键手段，同时直接影响粮食食品安全[1]。目前，我国受农药污染的耕地面积高达1 300万～1 600万hm2[2]。在植保领域，加快推进施药装备的机械化，提高施药技术，加强病虫害防治能力，是保障粮食安全、促进农业稳定增产的必然要求。精准施药技术是降低农药残留的有效手段[3]。上海农场地处全国第一个生态市——江苏省盐城市大丰区境内，占地总面积达307 km2，其中耕地1.3万hm2、林地0.3万hm2、鱼塘0.53万hm2。近几年，一直采用自走式药水机施药，虽能有效控制农药喷施量，但不能精准控制藥液浓度，且对农作物有一定的碾压，影响农作物正常生长，对产量也造成了一定的损失。植保无人机利用无人机搭载喷药装置，并通过控制系统和传感器进行操控，对作物进行定量精准喷药，避免了地面植保机械（自走式药水机）重喷、漏喷的现象，解决了对农作物碾压的难题。随着无人机技术的不断发展，植保无人机已成为防治病虫害的主要手段，其发展前景受到农业植保领域的高度重视。

    1 ? ?上海农场植保飞防的应用情况

    上海农场位于江苏大丰境内，有耕地1.3万hm2，土地平整，条田面积大，种植集中连片，便于植保无人机飞防作业。2016年上海农场首次引进滑翔伞飞防代替自走式药水机防治水稻病虫害，全程飞防面积约66.7 hm2;2017年大型旋翼机全程飞防面积533.3 hm2;2018年大型旋翼机全程飞防1 333.3 hm2。滑翔伞飞防和大型旋翼机飞防效率高，但可控性较差，防效不稳定。2019年尝试可控性较强的无人机飞防，采用极飞P30、单旋翼无人直升机飞防面积4 400公顷次，全面比较了无人机飞防与自走式药水机在水稻、油菜、二麦病虫草害上的防效。

    2 ? ?植保无人机与自走式药水机对病虫草害防效比较

    2.1 ? ?二麦

    2.1.1 ? ?土壤封闭。2018年三秋期间分别在16队和12队用同药剂、同剂量（50%瑞飞特乳油1 200 mL/hm2）比较植保无人机（用水量15 L/hm2）与自走式药水机（用水量600 L/hm2）对杂草的封闭效果。根据田间观察发现，无人机封闭的条田出草量（硬草为主）较自走式药水机多，尤其田间纵向沟里的杂草明显偏多（2018年三秋期间持续降雨，至开春3月降雨一直较常年多）。2019年秋播期间在上农1队再次进行小麦封闭示范（50%瑞飞特乳油1 200 mL/hm2）（表1）。2019年三秋期间至播后30 d无降雨。

    由表1可以看出，药后20 d田间陆续出草，植保无人机封闭后硬草出草量较自走式药水机封闭略偏多、繁缕出草量明显较自走式药水机封闭多;药后30 d处于出草高峰期，植保无人机封闭后硬草、繁缕出草量比自走式药水机明显多。

    在常年情况下，三秋期间雨水多，封闭化除效果好;雨水少，即使增加施药的用水量和药量的情况下，封闭化除效果也相对较差。由于植保无人机封闭时用水量只有15 L/hm2，在土壤表层较难形成药膜，土壤墒情越干，越难形成药膜，封闭效果会越差。在2018年降雨较多的情况下，无人机的封闭化除效果明显较自走式药水机差;在2019年几乎无降雨的情况下，无人机对硬草的封闭化除效果较自走式药水机差，对出草较晚的阔叶草的封闭效果更差。因此，植保无人机不推荐用于旱田（麦田、油菜、大豆）土壤封闭，对杂草的防效不甚理想。

    2.1.2 ? ?茎叶处理。通过2018年年底用植保无人机防除油菜田硬草发现，无人机喷施药液量少，在田间杂草基数偏大时，杂草接受药液量偏少，导致杂草死亡不彻底，仍需2次茎叶处理;而自走式药水机由于喷施的药液量大，1次喷施就能达到防除要求。

    2.1.3 ? ?病虫防治。2019年田间纹枯病、白粉病发病均较往年偏轻，黏虫中等发生、赤霉病中等偏重发生。上农16队二麦近266.7 hm2病虫害防治均采用植保无人机飞防。

    由表2可知，纹枯病、白粉病均未发现明显发病中心;黏虫残虫量较其他地区平均少0.57头;赤霉病调查了扬23、扬辐麦101的发病情况，穗发病率均为0，全场赤霉病平均穗发病率为0.063%。由此可见，植保无人机飞防可以达到自走式药水机防治二麦病虫害的效果。

    综上所述，植保无人机在二麦上可以用于防治病虫害，但不建议用于麦田土壤封闭及杂草基数大的条田的茎叶处理。

    2.2 ? ?水稻

    2.2.1 ? ?土壤封闭。2019年在上农9队直播稻田用植保无人机与自走式药水机进行2次封闭后比较田间出草情况，分别调查了药后10、16、28 d的田间草相及出草数量。

    由表3可知，药后10、16 d，无人机封闭与自走式封闭效果差异不大，均较自走式封闭效果略好;药后28 d，田间杂草达到出草高峰期，植保无人机封闭的田块出草量与自走式相比明显偏少。由此可见，无人机封闭效果完全能够达到自走式药水机的封闭效果。

    2.2.2 ? ?茎叶处理。在水稻杂草防除过程中，涉及除草剂种类4～5种，除草剂使用剂量大（750～3 000 mL/hm2）、植保无人机兑水量少（总喷施量15 L/hm2），施药时浓度高，加之夏季室外温度高、水稻秧苗小（6～7叶）等因素，水稻易出现僵苗、植株矮化或叶片有灼伤斑等药害现象，影响水稻正常生长，且无人机飞防药液飘移较重，除草剂对稻田四周的农作物和树苗有一定伤害。因此，在尚缺乏安全、可靠的除草剂情况下，不建议直播稻田茎叶处理采用植保无人机飞防。

    2.2.3 ? ?病虫防治。2019年在稻飞虱、纹枯病、稻瘟病、稻纵卷叶螟的防治上均用无人机进行试验、示范比较，飞防面积达0.29万公顷次。本示范在19队三排6、9号条田进行，施药时灰飞虱2～3龄、稻纵卷叶螟初孵～2龄，药后3 d调查防效。由表4可知，无人直升机防治飞虱防效略高，达62.35%，自走式防效为46.15%;从稻纵卷叶螟残虫量来看，无人直升机防效略高，达42.42%，自走式药水机防效为36.00%。由此可见，无人直升机防治飞虱、稻纵卷叶螟的效果均略优于自走式药水机。

    2019年水稻稻瘟病大流行，是近3年发生最重的一年。2019年在水稻破口、齐穗期遇连续阴雨（8月23日至9月11日，雨日10 d，降雨量94.7 mm），极有利于水稻穗颈瘟、枝梗瘟的发生，但不同品种间感病情况有差异，南粳9108较感穗瘟、淮5不易感穗瘟。由表5可知，植保无人机与自走式药水机防治水稻穗期病害防效相差不大，自走式药水机防治效果略高。无人机在2019年稻瘟病重大发生的情况下，在感病品种上能达到这样的防治效果，则在常规年份也能够有效地控制稻瘟病的发生。

    由表6可知，植保無人机防治水稻纹枯病的效果与自走式差异不大，在生产上能够达到自走式药水机的防治效果。根据田间调查发现，水稻纹枯病发生情况与田间小气候有密切的关系，在适宜的温度条件下，相对湿度越高，持续时间越长，发病越重[4];合理密植、通风透光性好、水层管理适宜的发病轻。可见，要做好水稻纹枯病的防治工作除注重防治质量、防治药剂外，更应该注重田间小气候环境。

    综上所述，用植保无人机防治水稻飞虱、稻纵卷叶螟、纹枯病时，土壤封闭均能达到自走式药水机的防治效果;稻瘟病在重发生年份，用植保无人机防治感病品种防治效果略低于自走式，但通过2018年晚庄地区全程飞防情况看，植保无人机在常规年份能够有效控制水稻穗期病害的发生。目前市场上用于飞防的除草剂种类较少，安全性差。因此，植保无人机用于茎叶处理仍需谨慎。

    3 ? ?无人机与自走式药水机优缺点比较

    3.1 ? ?作业价格

    近几年，植保无人机的作业价格在逐年下调，由最开始的150元/hm2降至82.5元/hm2;而传统自走式药水机的作业价格为37.5元/hm2。

    3.2 ? ?防治效果

    通过2018年、2019年的试验示范比较，无人机的防治效果能够达到自走式药水机的防治效果，但不推荐施用茎叶处理的除草剂，因为夏季温度高，无人机兑水量少，极易形成药害。

    3.3 ? ?施药浓度

    无人机虽然兑水量少，但能精准控制药液浓度;自走式药水机兑水量大但比较粗放，很难准确控制单位面积施药浓度，易出现药害或防治不彻底现象。

    3.4 ? ?喷洒效果

    无人机施药喷洒均匀，提高了药物附着率，降低了农药对环境的污染[5]，可以避免重喷、漏喷的现象;自走式药水机施药时常因田头停留时间过久产生药害或因田头行驶动力不足喷药量少导致防效差，在施药过程中由于接幅问题也常出现重喷、漏喷的现象。

    3.5 ? ?作物损伤程度

    无人机在施药过程中不会对农作物造成碾压，不破坏土壤物理结构，不影响作物后期生长;自走式药水机在稻、麦田间行驶过程中碾压稻麦，影响农作物生长。

    3.6 ? ?工作效率

    无人机飞防属高浓度低容量喷雾，对环境要求较高，药液易受高温蒸发、风力飘移等因素影响[6]，施药需避开大风和夏季中午高温时段，每天作业量26.7～33.3 hm2。自走式药水机每天作业量约为66.7 hm2。但目前市场上已有厂家推出载重量30 L的无人机机型，可大幅提高工作效率。

    4 ? ?农场推广植保无人机需面临的问题

    4.1 ? ?受田埂林带限制

    在田埂上种植的杨树生长旺盛，枝繁叶茂，伸长的分枝易使无人机撞落损坏，产生高额维修费用。若飞行时避开田埂附近，则边上的农作物只能人工补治，难度大、成本高、效果差。因此，需对田埂上的杨树进行修枝，修剪高度在4.5 m左右。

    4.2 ? ?作业成本增加

    传统自走式药水机作业费为37.5元/hm2，目前飞防作业费为82.5元/hm2，单次作业成本上升45元/hm2。若水稻每季病虫防治按6次计，机械作业费将上升270元/hm2，这也是阻碍无人机在农场推广应用的最主要原因。

    4.3 ? ?作业效率低

    目前，植保无人机普遍存在的不足就是承载量小，一般为10～15 kg;航时较短，一般为15 min。多次起降或加药易增加无人机的耗能和出现故障的可能性，同时也不利于植保作业效率的提升[7]。农场种植面积大，需要高载药量、长航时的无人机来提高植保作业效率。

    5 ? ?结语

    通过无人机与自走式药水机对病虫草害防治效果的比较，总体上可以看出无人机用于防治水稻、二麦病虫害及水稻封闭均可以达到自走式药水机的效果，但不建议用于二麦封闭及稻、麦茎叶处理。随着无人机低空施药技术的不断发展，植保无人机已成为防治病虫害的主要手段，使用越来越普及，作业价格也在逐年下降。对农场而言，高效率、高载药量、长航时的无人机需求度已体现，提高无人机的作业效率是关键。为了加速推进植保无人机的推广应用，现阶段需对飞防作业区田埂上的树枝统一修剪，确保其高度不得低于4.5 m。为解决飞防过程中药液的飘移、蒸发、在农作物上的附着力不足等问题，来年还需对飞防专用助剂的使用开展一系列的试验、示范。综合来看，植保无人机的应用与推广有利于加速推进农场迈向智慧农场的步伐。

    6 ? ?参考文献

    [1] 吴小伟，茹煜，周宏平.无人机喷洒技术的研究[J].农机化研究，2010，32（7）：224-228.

    [2] 李丽，李恒，何雄奎，等.红外靶标自动探测器的研制及试验[J].农业工程学报，2012，28（12）：159-163.

    [3] 傅泽田，祁力钧，王俊红.精准施药技术研究进展与对策[J].农业机械学报，2007，38（1）：189-192.

    [4] 刁春友，朱叶芹，于淦军，等.农作物主要病虫害预测预报与防治[M].南京：江苏科学技术出版社，2006.

    [5] 喻威振.植保无人机应用存在的问题及对策[J].乡村科技，2018（23）：127-128.

    [6] 宁国云，许琴芳，柏超.植保无人机施药防治水稻病虫害试验[J].浙江农业科学，2018，59（5）：765-766.

    [7] 李俐娜.浅谈植保无人机在实际应用中的优缺点[J].农民致富之友，2019（5）：111.