新型电子产品袁会珠;薛新宇;闫晓静;秦维彩;孔肖;周洋洋;王明;高赛超
【摘 要】近十年来,我国植保无人飞机迅猛发展,应用的农作物范围越来越广,不仅在水稻、小麦、玉米等主要粮食作物得到了应用,在橡胶、槟榔等高大植株的病虫害防治中更有其独特优势,已经初步形成了我国植保无人飞机低空低容量喷雾的喷头配置、配套药剂、飞防助剂、作业参数等技术体系,对于重要农作物病虫害如稻纵卷叶螟、水稻纹枯病、小麦蚜虫、玉米黏虫等防治效果均在80％以上,在各地病虫害防控中发挥了重要作用.但是,植保无人飞机喷雾作业过程中,还存在炸机或失控、雾滴飘移药害、药液分层结块、防治效果不稳定等问题.通过汇总分析植保无人飞机在重要病虫草害防治工作的成功经验和安全事故,本文提出植保无人飞机低容量喷雾技术将会得到更广泛的应用,植保无人飞机专用药剂和配套助剂、变量施药、多传感器数据融合、多机协同、精准施药、施药标准和规范等都将得到长足的发展,为现代农业和智慧农业发展提供技术支持.
【期刊名称】《植物保护》
【年(卷),期】2018(044)005
【总页数】8页(P152-158,180)
【关键词】洗瓶植保无人飞机;低容量喷雾;防治效果;安全风险;应用与展望
【作 者】袁会珠;薛新宇;闫晓静;秦维彩;孔肖;周洋洋;王明;高赛超
【作者单位】中国农业科学院植物保护研究所,北京100193;农业农村部南京农业机械化研究所,南京210014;中国农业科学院植物保护研究所,北京100193;农业农村部南京农业机械化研究所,南京210014;中国农业科学院植物保护研究所,北京100193;中国农业科学院植物保护研究所,北京100193;中国农业科学院植物保护研究所,北京100193;中国农业科学院植物保护研究所,北京100193 【正文语种】中 文
【中图分类】S252.3
化学防治能够快速控制病虫草害,在可预见的历史时期内,施用农药仍将是农业生产中防病治虫的重要技术措施。“工欲善其事,必先利其器”,传统的人工背负植保机械喷雾作业效率低、
劳动强度大,无法满足现代农业生产的需要;现代的植保装备可以显著提高农药利用率,减轻农民的劳动强度,提高工作效率,是现代农业生产的保障。
农用航空植保最早开始于1911年德国人提出的用飞机喷洒农药控制森林害虫的计划。1949年美国开始研制专门用于农业的农用飞机,航空喷雾技术也有了很大的进步,从喷洒量大于30 L/hm2的常规喷洒,发展到5～30 L/hm2的低量喷洒,再到小于5 L/hm2的超低量喷洒。1987年,日本最先研制成功农用无人直升机,Yamaha公司研制出载药量20 kg的喷药无人直升机RMAX-50,经过20多年的发展,据2015年统计数据,日本已经拥有2 799架农用无人机,操作人员超过1万人,植保无人飞机广泛应用于水稻、森林等病虫害防治,已经成为日本最重要的植保技术措施。
我国航空植保始于20世纪50年代初期至60年代中期,1958年,南昌飞机制造厂生产的运-5投入使用,对我国农业航空的发展壮大做出了重大贡献。1963年在小麦病虫草害的防治上开始采用航空植保作业。到了20世纪90年代出现了专门为轻型飞机如海燕等配套设计的农药喷洒设备,可广泛用于小麦、棉花等大田农作物的病虫害防治、化学除草、草原灭蝗、森林害虫防治以及喷洒植物生长调节剂、叶面施肥、棉花落叶剂等。
我国在“863”项目支持下,2008年开始植保无人飞机在农业应用的科研工作,研制出我国第一架“Z-3N”型农用植保无人飞机,并在江苏省进行小规模试验。十年来,我国植保无人飞机迅猛发展,安阳全丰、深圳大疆、广州极飞、北京天途等一大批新型农业航空企业高歌猛进,植保无人飞机正式进入农业生产。2014年开始,植保无人飞机开始纳入国家农机补贴试点,服务作业量剧增,大量投资开始涌入植保无人飞机市场,已经形成生产-销售-服务的产业链。2017年,我国植保无人飞机保有量达到13 340架,远超日本,成为世界第一,植保作业面积从2013年的不足6.67万hm2增长到2017年超过467万hm2次,农用无人飞机生产企业从2010年的不足10家增至2017年的260余家。植保无人飞机产品按照动力类型分为油动、电动、油电混合三种,其中电动的又分为电动六旋翼、电动八旋翼、电动异形等多种类型;按有效载药液量可分为载荷5、8、10、12、15、16、18、20、25、30、40 L和45 L,其中,70%的无人机载荷在10 L左右。植保无人飞机低容量喷雾防治农作物病虫草害已经成为推动统防统治和社会化服务的重要措施[1]。
1 植保无人飞机喷雾技术研究回顾
早在2001年,北京一家公司曾引进日本雅马哈公司生产的RMAX植保无人飞机,笔者当时应
邀观看了该油动植保无人飞机在北京市昌平区的飞行喷雾演示,植保无人飞机开始引起国内科研部门的关注。2008年,农业部南京农业机械化研究所承担了国家“863”项目,研制出我国第一架“Z-3N”型农用植保无人飞机,开始了我国植保无人飞机在农业应用的研究工作。2009年至2012年,农业部南京农业机械化研究所、中国农业科学院植物保护研究所、中国农业大学等单位开始了植保无人飞机在水稻、小麦等作物上病虫害防治的试验探索,为我国植保无人飞机发展奠定了基础。自2013年开始,我国学术期刊开始发表有关植保无人飞机的研究论文。
1.1 植保无人飞机喷雾技术研究论文的时间和地域分析
植保无人飞机喷雾技术研究文献的发展随着无人机的发展开始出现。自2013年始,《植物保护》《植物保护学报》《作物杂志》等专业学术期刊先后发表了三篇植保无人飞机成功防治小麦吸浆虫、稻纵卷叶螟、小麦蚜虫的研究论文。从2015年起,我国植保无人飞机呈井喷式发展,相关研究文献及报道也逐年递增。从时间维度上看,笔者统计的相关文献中,2013-2015年度平均每年有2～3篇报道,2016年有6篇报道,到2017年则快速增加到33篇(图1),呈现出相关研究文献的跨越式发展。从地域维度上看,植保无人飞机喷雾技术研究主要集中在新
疆、江苏、江西、河南、安徽、广东等省份(图1),与当地典型作物的分布密不可分,这些研究论文主要依托于当地大中院校及科研院所。
1.2 植保无人飞机喷雾技术研究文献涉及作物及病虫害分布
植保无人飞机喷雾技术研究主要集中在主粮作物。其中,水稻研究占28.57%,小麦占25.00%,玉米占10.71%,棉花作为我国主要的经济作物,相关研究也占据19.64%。其他作物主要包括柑橘、辣椒、甘蔗、油菜等蔬菜、果树和糖料作物等;从防治对象看,目前研究多集中于水稻、棉花、小麦和玉米相关病虫害,涉及其常见典型病虫害,主要有稻飞虱、水稻纹枯病、稻纵卷叶螟、棉蚜、麦蚜、小麦赤霉病、玉米螟等,另外还用于喷洒棉花脱叶剂和麦田除草等(图2)。
图1 植保无人飞机喷雾技术研究文献发表时间和地域分布Fig.1 Published time and regions distribution of literatures about UAV spray technology
图2 植保无人飞机喷雾技术研究文献涉及的作物和病虫害分布Fig.2 Crops and diseases and pests distribution in literatures about UAS spray technology
1.3 植保无人飞机喷雾技术研究用到的农药剂型分析
压缩空气喷嘴无人飞机植保作业的制剂要求环境友好、抗蒸发、抗飘移且对作物安全。目前登记的超低容量液剂仅有12种,田间无人飞机植保作业仍大量使用传统剂型。据统计发表的植保无人飞机研究论文,悬浮剂(SC)的使用比例最大,占37.74%,乳油(EC)为22.64%,水分散粒剂(WG)和可湿性粉剂(WP)分别占13.21%和11.32%,超低容量液剂(UL)仅占5.66%(图3),其他剂型如水剂(AS)、微乳剂(ME)、水乳剂(EW)占9.43%。从以上数据分析,植保无人飞机喷雾所使用的农药制剂以液态剂型(SC、EC)为主,固态剂型(WP和WG)较少。
图3 植保无人飞机低容量喷雾用到的农药剂型Fig.3 Pesticide formulations used in UAS low-volumespray for crop protection
1.4 植保无人飞机喷雾技术对不同病虫害的防治效果
前已述及,植保无人飞机的防治对象集中于主粮作物及棉花等作物的典型病虫害。其中,对水稻病虫害如稻飞虱、稻纵卷叶螟、纹枯病、稻曲病等的防效在80%～90%,对小麦病虫害如麦蚜、吸浆虫、白粉病、赤霉病的防效在55%～85%,对玉米螟的防效在80%左右,对棉蚜的
综合防效可达90%以上,对其他病虫害如蓟马、叶蝉、烟粉虱、烟蚜等防效同样可达80%～90%。综合来看,应用无人机喷雾,基本可满足生产上病虫害的防治要求,取得较理想的防治效果,具有良好的应用基础和应用前景。
表1 植保无人飞机喷雾技术对不同病虫害的防治效果Table 1 The control effect using UAV spray technology
病虫害Plant disease and pests防治效果/%Control effect稻飞虱Rice plant hopper91.0[2];85.6～94.2[3]; 81.9～87.7[4];74.0～92.0[5]; 84.1[6];81.8～88.7[7];76.7[8];96.9[9] ;86.9[10]稻纵卷叶螟Rice leaf folder97.0[2];63.3[9];72.7[6];81.2[11]水稻纹枯病Rice sheath blight91.2[2];84.2[12];89.1[6];78.0～86.0[7];73.4[8]稻曲病Rice false smut83.5[6]麦蚜Wheat aphid75.8～89.4[13];87.4～99.2[14];80.8～81.3[11]小麦白粉病Wheat powdery mildew70.3[15]小麦吸浆虫Wheat blossom midge81.6[16]小麦赤霉病Wheat scab55.8～56.1[11]麦田杂草Wheat weed98.0～100.0[17];79.9～80.9[11]玉米螟Corn borer83.3[18];80.7[19];53.4～89.6[20];83.0[21]棉蚜Cotton aphid69.3～93.6[22];96.3～97.1[23];97.5[24];89.7[25]蓟马 Thrips54.8～91.9[26];83.6[27]叶蝉 Leafhopper93.2[25];
射频开关芯片83.3～90.4[28]烟粉虱 Tobacco whitefly90.4[25]烟蚜 Peach-potato aphid79.5[29]
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