中國(guó)作為世界上的農(nóng)業(yè)大國(guó)之一,擁有18億畝基本農(nóng)田,因此病蟲(chóng)草害防治效率的高低,將直接決定我國(guó)糧食生產(chǎn)效率水平的高低。傳統(tǒng)的施藥方式是由人力操控地面的施藥設(shè)施,不僅存在效率低,人工成本高等問(wèn)題,而且極易造成作業(yè)人員發(fā)生中毒的現(xiàn)象。而使用無(wú)人機(jī)進(jìn)行植保作業(yè),在一定程度上彌補(bǔ)了傳統(tǒng)施藥技術(shù)的不足,以其效率高、省時(shí)省工等優(yōu)勢(shì),為高效、安全植保作業(yè)提供了有效途徑。

隨著種植模式和經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型,農(nóng)村剩余勞動(dòng)力向城市轉(zhuǎn)移,勞動(dòng)成本的逐漸增加,因此,植保無(wú)人機(jī)得到了廣泛關(guān)注。本文對(duì)我國(guó)植保無(wú)人機(jī)、專(zhuān)用藥劑、劑型和助劑、租賃使用以及專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員等進(jìn)行了綜述,系統(tǒng)展示了我國(guó)植保領(lǐng)域飛防技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題,最后對(duì)飛防技術(shù)未來(lái)發(fā)展提出了建議,以期為我國(guó)航空植保的發(fā)展提供參考。

01

我國(guó)植保無(wú)人機(jī)的發(fā)展歷程

1951年,廣州市第一次使用C-46型飛機(jī)開(kāi)展蚊蠅防治,我國(guó)農(nóng)業(yè)航空發(fā)展的序幕就此拉開(kāi)。1958年,問(wèn)世于南昌飛機(jī)制造廠的運(yùn)-5型飛機(jī),被廣泛應(yīng)用于農(nóng)林播種、施肥和農(nóng)藥噴灑等,極大推動(dòng)了我國(guó)農(nóng)業(yè)航空的進(jìn)步發(fā)展。1963年,飛防植保作業(yè)開(kāi)始在小麥病蟲(chóng)草害的防治得到應(yīng)用。上世紀(jì)90年代,輕型農(nóng)藥噴灑飛機(jī)在小麥、棉花等農(nóng)作物的病蟲(chóng)防治和化學(xué)除草上得到廣泛應(yīng)用,同時(shí)也在草原滅蝗和森林害蟲(chóng)防治中發(fā)揮巨大作用。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部公開(kāi)信息顯示(見(jiàn)圖1),2014年我國(guó)植保無(wú)人機(jī)保有量?jī)H為695架,到2019年時(shí),我國(guó)植保無(wú)人機(jī)市場(chǎng)保有量已超過(guò)5萬(wàn)架,躋身為全球植保無(wú)人機(jī)保有量最多的國(guó)家,植保作業(yè)面積也已超過(guò)5億畝次。2020年,我國(guó)植保無(wú)人機(jī)保有量超過(guò)10萬(wàn)架,作業(yè)面積首次突破10億畝次,標(biāo)志著我國(guó)航空植保發(fā)展步入全新時(shí)代。到了2021年,我國(guó)植保無(wú)人機(jī)保有量預(yù)估達(dá)到16萬(wàn)架,作業(yè)面積也高達(dá)14億畝次,我國(guó)無(wú)人機(jī)市場(chǎng)前景可期。此外,5G技術(shù)也早已開(kāi)始在植保飛防行業(yè)中應(yīng)用,2020年,首架5G網(wǎng)聯(lián)植保無(wú)人機(jī)于重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院科研基地成功試飛,為30畝試驗(yàn)農(nóng)田提供集無(wú)人機(jī)植保、農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)和遙感大數(shù)據(jù)為一體的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)服務(wù)。

圖1 我國(guó)植保無(wú)人機(jī)保有量與作業(yè)面積

近年來(lái),國(guó)家通過(guò)制定相應(yīng)的扶持政策,完善標(biāo)準(zhǔn)與補(bǔ)貼制度,加快推動(dòng)植保無(wú)人機(jī)在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用推廣。早在2014年,河南省財(cái)政就列出給予植保無(wú)人機(jī)購(gòu)機(jī)補(bǔ)貼的專(zhuān)項(xiàng)資金,到2017年9月,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、財(cái)政部、民航局3個(gè)部門(mén)聯(lián)合下發(fā)《農(nóng)業(yè)農(nóng)村部辦公廳、財(cái)政部辦公廳、中國(guó)民用航空局綜合司關(guān)于開(kāi)展農(nóng)機(jī)購(gòu)置補(bǔ)貼引導(dǎo)植保無(wú)人飛機(jī)規(guī)范應(yīng)用試點(diǎn)工作的通知》,并決定當(dāng)年選擇浙江(含寧波)、安徽、江西、湖南、廣東、重慶6個(gè)省(市),開(kāi)展利用農(nóng)機(jī)購(gòu)置補(bǔ)貼引導(dǎo)植保無(wú)人飛機(jī)規(guī)范應(yīng)用的試點(diǎn)工作。截至2019年先后又有吉林、湖北、江蘇、甘肅、陜西、山東和寧夏等多個(gè)省份出臺(tái)了最新植保無(wú)人機(jī)補(bǔ)貼政策。2021年4月6日,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布了關(guān)于印發(fā)《2021-2023年農(nóng)機(jī)購(gòu)置補(bǔ)貼實(shí)施指導(dǎo)意見(jiàn)》的重要通知,其中明確了植保無(wú)人機(jī)進(jìn)入國(guó)家補(bǔ)貼。

02

植保無(wú)人機(jī)概述

植保無(wú)人機(jī),又可稱(chēng)為無(wú)人飛行器,主要由飛行平臺(tái)(直升機(jī)、固定翼、多軸飛行器)、導(dǎo)航飛控和噴灑系統(tǒng)等3部分組成(見(jiàn)圖2),通過(guò)人為在地面遙控或?qū)Ш斤w控來(lái)實(shí)現(xiàn)噴灑作業(yè)。其中導(dǎo)航飛控與噴灑系統(tǒng)是植保無(wú)人機(jī)的核心部分。

圖2 植保無(wú)人機(jī)的基本構(gòu)成

2.1 飛行平臺(tái)

植保無(wú)人機(jī)按照飛行平臺(tái)構(gòu)架類(lèi)型可分為單旋翼、多旋翼和固定翼無(wú)人機(jī)3種類(lèi)型(見(jiàn)表1)；按飛行動(dòng)力則可分為電動(dòng)和油動(dòng)無(wú)人機(jī)2種類(lèi)型(見(jiàn)表2)。

表1 植保無(wú)人機(jī)按構(gòu)架類(lèi)型分類(lèi)

表2 植保無(wú)人機(jī)按飛行動(dòng)力分類(lèi)

2.2 導(dǎo)航飛控

導(dǎo)航飛控系統(tǒng)相當(dāng)于普通飛機(jī)的駕駛員,是植保無(wú)人機(jī)的控制核心,由無(wú)人機(jī)植保綜合管理模塊、高度控制子模塊、航路導(dǎo)航控制子模塊和噴霧控制子模塊組成。無(wú)人機(jī)植保綜合管理模塊作為無(wú)人機(jī)控制的核心,具有管理不同模塊間的信息交換、實(shí)現(xiàn)作業(yè)參數(shù)設(shè)定等人機(jī)交互功能。高度控制子模塊可以精確測(cè)量無(wú)人機(jī)距離作物冠層的距離,并且實(shí)時(shí)調(diào)整鉛垂方向升力使無(wú)人機(jī)穩(wěn)定在所需求的作業(yè)高度上。航路導(dǎo)航控制子模塊可以使無(wú)人機(jī)沿預(yù)先設(shè)定的作業(yè)航路飛行,隨時(shí)調(diào)整飛行過(guò)程中可能出現(xiàn)的航線誤差,從而實(shí)現(xiàn)精確導(dǎo)航。噴霧控制子模塊則依據(jù)植保無(wú)人機(jī)的作業(yè)位置實(shí)時(shí)控制藥劑噴灑作業(yè)開(kāi)關(guān),有效避免農(nóng)藥的漏噴和重噴。通過(guò)以上模塊的協(xié)同作用不僅可以提升飛行平臺(tái)的飛行質(zhì)量,而且能夠保障飛行安全和出色完成任務(wù)。

2.3 噴灑系統(tǒng)

噴桿、輸液軟管、藥箱和噴頭組成了噴灑系統(tǒng)。噴桿的材質(zhì)一般都為碳纖維,而液管作為輸送藥液的通道,則可以將藥箱、水泵、流量計(jì)和噴頭等結(jié)構(gòu)串聯(lián)起來(lái),材質(zhì)多采用透明硅膠軟管。藥箱是儲(chǔ)存藥液的工具,需要具備快速插拔、自動(dòng)聯(lián)通噴嘴、防止藥液滴漏的功能。噴頭是噴灑系統(tǒng)的核心部件,且性能優(yōu)劣直接影響關(guān)鍵性噴霧質(zhì)量指標(biāo),如噴施作業(yè)中的施藥量、霧滴大小和均勻度等。目前,國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上植保無(wú)人飛機(jī)噴頭按霧化原理可分為液力式和離心式2類(lèi)。液力式噴頭噴灑,是通過(guò)液泵將藥液″壓出″到噴頭中,經(jīng)過(guò)小孔后以較大的初速度噴射出去,受到液體表面張力、空氣阻力和重力等綜合作用,逐漸失速形成液膜、液絲直至霧滴完成霧化過(guò)程,并形成一定的壓力在噴嘴的噴孔處進(jìn)行霧化。離心式噴頭噴灑是將水″吸出″到離心霧化盤(pán)上,然后通過(guò)霧化盤(pán)的高速旋轉(zhuǎn)將液體甩離,在離心力和空氣阻力綜合作用下完成霧化。

03

植保無(wú)人機(jī)的優(yōu)勢(shì)

早期,農(nóng)作物病蟲(chóng)草害防治主要是通過(guò)背負(fù)式手動(dòng)(電動(dòng))噴霧器,噴霧噴粉機(jī),便攜式、擔(dān)架式和車(chē)載式機(jī)動(dòng)噴霧器等傳統(tǒng)植保機(jī)械進(jìn)行作業(yè)。然而,從精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)和環(huán)境保護(hù)角度出發(fā),傳統(tǒng)植保作業(yè)方式存在明顯弊端：1)作業(yè)效率低,難以實(shí)現(xiàn)規(guī)模化作業(yè)。2)霧化質(zhì)量不高,防治效果有待提高。3)農(nóng)藥浪費(fèi)嚴(yán)重,存在環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。

與傳統(tǒng)植保機(jī)械相比,航空植保以其突出的優(yōu)勢(shì)獲得了飛速發(fā)展且日趨成熟。

1)用途廣泛

植保無(wú)人機(jī)用途廣泛,不僅可以進(jìn)行農(nóng)藥噴灑,還可以進(jìn)行農(nóng)田信息監(jiān)測(cè)、航空施肥、病蟲(chóng)草害發(fā)生的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)和監(jiān)測(cè)以及育苗授粉等作業(yè)。

2)高效、安全和環(huán)保

植保無(wú)人機(jī)噴灑速度可以達(dá)到人工噴灑速度的百倍以上,當(dāng)有害生物發(fā)生面積大,短時(shí)期內(nèi)暴發(fā)成災(zāi)時(shí),植保無(wú)人機(jī)的優(yōu)勢(shì)特別明顯。植保無(wú)人機(jī)利用遠(yuǎn)距離遙控操作進(jìn)行噴灑相關(guān)作業(yè),避免操作人員與農(nóng)藥直接接觸,保障了噴灑作業(yè)時(shí)的安全。從生態(tài)環(huán)境方面來(lái)講,植保無(wú)人機(jī)減少了農(nóng)藥和水的使用量。

3)省水、省工和省時(shí)

植保無(wú)人機(jī)噴施農(nóng)藥,一般用水量為7.5～15 L/hm2,而傳統(tǒng)施藥方法用水量為225～450 L/hm2。植保無(wú)人機(jī)作業(yè)可以省藥50%,省水90%。每公頃地的服務(wù)價(jià)格僅需100多元,可減少一半以上的人工費(fèi)用,用時(shí)短,只需要十幾分鐘,與傳統(tǒng)噴藥技術(shù)相比,既節(jié)約了成本,又節(jié)省了人力和時(shí)間。

04

植保無(wú)人機(jī)的應(yīng)用

4.1 在大田作物中的應(yīng)用

大田作物是我國(guó)糧食生產(chǎn)和糧食安全的重要基礎(chǔ),由于種植面積廣,通過(guò)傳統(tǒng)植保機(jī)械進(jìn)行施藥,存在效率低、成本高等突出問(wèn)題。近年來(lái),由于農(nóng)村勞動(dòng)力的嚴(yán)重短缺,使用無(wú)人機(jī)進(jìn)行大田作物植保作業(yè)面積不斷擴(kuò)大,其中作業(yè)面積前5名的作物依次是玉米、麥類(lèi)、棉花、大豆和水稻。

4.1.1 在玉米中的應(yīng)用

玉米作為重要的食品和工業(yè)原料以及畜禽業(yè)食料,產(chǎn)區(qū)遍布全國(guó),其中經(jīng)黃淮海向西南延伸地區(qū)以及東北三省是玉米種植的優(yōu)勢(shì)區(qū)域。病蟲(chóng)草害防治貫穿玉米的整個(gè)生長(zhǎng)季,一是苗期需要進(jìn)行多次化學(xué)除草以及噴施植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑防倒伏。二是在玉米生長(zhǎng)的中后期,黏蟲(chóng)、玉米螟和草地貪夜蛾危害加重,但是由于玉米植株高,枝葉繁茂,人工噴霧時(shí)行走困難,且高溫作業(yè)容易中毒。因此,使用植保無(wú)人機(jī)對(duì)于玉米生長(zhǎng)期病蟲(chóng)草害監(jiān)測(cè)和防治具有重要作用。

2020年,孫濤等對(duì)植保無(wú)人機(jī)在玉米生長(zhǎng)過(guò)程中施藥?kù)F滴沉積情況進(jìn)行研究,結(jié)果表明：作業(yè)高度在7 m時(shí),施藥?kù)F滴沉積量比其他高度施藥的沉積量大,最有利于實(shí)施植保無(wú)人機(jī)對(duì)玉米病蟲(chóng)害的防治。2021年,張梅等通過(guò)應(yīng)用植保無(wú)人機(jī)在3個(gè)飛行高度對(duì)玉米抽穗期的玉米螟進(jìn)行防治,結(jié)果表明：無(wú)人機(jī)飛行高度在距玉米植株頂部1.0 m時(shí),噴霧穿透性最好,對(duì)玉米螟防治效果最好,達(dá)到93.3%。

4.1.2 在小麥中的應(yīng)用

小麥也是我國(guó)的主要糧食作物之一,其穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)對(duì)我國(guó)糧食安全起到重要作用。近年來(lái),植保無(wú)人機(jī)已廣泛應(yīng)用于小麥生產(chǎn)中,自2015年開(kāi)始,新疆阿克蘇地區(qū)在每個(gè)縣(市)都建立了無(wú)人機(jī)麥田草害飛防示范區(qū),平均示范區(qū)面積20 hm2,部分縣市達(dá)到60 hm2。此外,陳銀鳳等探究了利用多旋翼無(wú)人機(jī)對(duì)麥類(lèi)重要病害的防治效果,發(fā)現(xiàn)無(wú)人機(jī)能夠顯著提高噴霧效率,且對(duì)于防治麥類(lèi)植株中下部病害的防效要明顯優(yōu)秀于傳統(tǒng)施藥設(shè)備。

4.1.3 在棉花中的應(yīng)用

棉花是國(guó)內(nèi)僅次于糧食作物的重要作物之一,種植面積廣(占全國(guó)農(nóng)作物總面積的3%),其產(chǎn)值約占全國(guó)農(nóng)作物產(chǎn)值的10%。然而,棉花生長(zhǎng)過(guò)程中會(huì)受到立枯病、棉葉螨和棉蚜等病蟲(chóng)為害,在新疆南部和東部等棉區(qū),植保無(wú)人機(jī)以其靈活、高效、安全等獨(dú)特優(yōu)勢(shì),為棉田植保技術(shù)提供了有力保障。近年來(lái),阿克蘇地區(qū)使用植保無(wú)人機(jī)在棉花化控、棉薊馬和蚜蟲(chóng)防治等方面均取得了滿意效果。經(jīng)統(tǒng)計(jì),2018-2019年無(wú)人機(jī)在棉花病蟲(chóng)害防治面積累計(jì)達(dá)2.3萬(wàn)hm2。

4.1.4 在大豆中的應(yīng)用

大豆可以提供優(yōu)質(zhì)的植物油和植物蛋白,成為糧食、食用油和飼料兼用的重要作物之一,但是近年來(lái)大豆生產(chǎn)出現(xiàn)了單產(chǎn)提升難、害蟲(chóng)發(fā)生嚴(yán)重等產(chǎn)業(yè)發(fā)展瓶頸問(wèn)題。植保無(wú)人機(jī)的推廣應(yīng)用則為大豆增產(chǎn)保質(zhì)提供了有力保障。2021年,吉林省敦化市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局利用植保無(wú)人機(jī)開(kāi)展大豆綠色高質(zhì)高效作業(yè)活動(dòng)。該項(xiàng)目計(jì)劃實(shí)施區(qū)域?yàn)?6個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn),作業(yè)面積達(dá)42萬(wàn)畝,項(xiàng)目總投資576萬(wàn)元,主要對(duì)大豆田進(jìn)行葉面肥噴施、大豆食心蟲(chóng)生物防治或高效低毒統(tǒng)防統(tǒng)治,最終取得了良好的效果。

4.1.5 在水稻中的應(yīng)用

水稻在中國(guó)糧食生產(chǎn)和消費(fèi)中歷來(lái)處于主導(dǎo)地位,其種植主要集中于長(zhǎng)江流域、珠江流域和東北地區(qū)等稻區(qū),每年種植面積約在3,000萬(wàn)hm2,占整個(gè)糧食作物種植面積的25%左右。在水稻種植栽培過(guò)程中,病蟲(chóng)草害發(fā)生較多,傳統(tǒng)噴灑方式,需要作業(yè)人員在田間行走,效率低,勞動(dòng)強(qiáng)度大,且藥液有時(shí)難以噴施到水稻下部,植保無(wú)人機(jī)的出現(xiàn)在一定程度上解放了勞動(dòng)力,提高了防治效率。

2016年,顏貞龍等在衢州市衢江區(qū)進(jìn)行植保無(wú)人機(jī)與常規(guī)電動(dòng)噴霧機(jī)防治水稻病蟲(chóng)害的藥效對(duì)比試驗(yàn),結(jié)果表明：植保無(wú)人機(jī)施藥對(duì)水稻二化螟的防效為96.0%,而常規(guī)電動(dòng)噴霧機(jī)施藥的防效為72.4%,且植保無(wú)人機(jī)防治區(qū)比常規(guī)電動(dòng)噴霧機(jī)防治區(qū)增產(chǎn)2.1%。

4.2 在蔬菜上的應(yīng)用

基于我國(guó)人口基數(shù)大的現(xiàn)狀,國(guó)內(nèi)對(duì)蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)均有極大需求。然而,傳統(tǒng)露天蔬菜病蟲(chóng)害發(fā)生量大,施藥次數(shù)多,且部分蔬菜受地形影響難以進(jìn)行化學(xué)防治。例如,西蘭花、白菜等十字花科蔬菜,作為日常生活中不可缺少的一類(lèi)蔬菜,其病蟲(chóng)害種類(lèi)多,發(fā)生情況復(fù)雜,農(nóng)藥用量大。當(dāng)病蟲(chóng)嚴(yán)重發(fā)生時(shí)常常因無(wú)法得到及時(shí)的防治,使菜農(nóng)遭受?chē)?yán)重?fù)p失,而植保無(wú)人機(jī)的出現(xiàn)大大彌補(bǔ)了這一缺陷。

2017年,袁偉方等應(yīng)用植保無(wú)人機(jī)噴施150 g/L聯(lián)苯.吡蟲(chóng)啉懸浮劑防治豇豆薊馬,結(jié)果表明,植保無(wú)人機(jī)處理區(qū)用藥量比人工噴藥處理區(qū)減少20 mL時(shí),藥后3 d植保無(wú)人機(jī)處理區(qū)平均防效(83.6%)仍優(yōu)于人工噴藥處理區(qū)(79.2%)。2018年,孫梅梅等在寧波余姚市開(kāi)展植保無(wú)人機(jī)防治西蘭花煙粉虱與鱗翅目害蟲(chóng)的田間防效試驗(yàn),霧滴沉降效果試驗(yàn)表明利用植保無(wú)人機(jī)施藥可以達(dá)到減藥20%的目的。

4.3 在果樹(shù)林木上的應(yīng)用

果樹(shù)業(yè)作為我國(guó)林業(yè)的重要組成部分,對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要促進(jìn)作用。但是由于受地形、果樹(shù)形狀的影響,傳統(tǒng)施藥技術(shù)難以獲得理想的防治效果。植保無(wú)人機(jī)的出現(xiàn)較大程度上克服了地形限制,在果樹(shù)病蟲(chóng)害防治以及雜草防除等方面發(fā)揮了重要作用。

2019年5月,王茜等在南寧市隆安縣的3年生沃柑園中,對(duì)比研究了人工擔(dān)架式噴霧和植保無(wú)人機(jī)噴霧防治柑橘潰瘍病、控夏梢的效果和成本。結(jié)果表明：植保無(wú)人機(jī)噴霧展現(xiàn)出更為優(yōu)異的防治效果,利用植保無(wú)人機(jī)噴霧防治的柑橘潰瘍病病葉率和病情指數(shù)分別為2.20%和0.24,均低于人工擔(dān)架式噴霧防治。此外,植保無(wú)人機(jī)噴霧控夏梢可增效20.3%,成本更低。

松材線蟲(chóng)被稱(chēng)為″松樹(shù)的癌癥″,自1982年以來(lái)在我國(guó)各地林區(qū)迅速傳播擴(kuò)散,危害程度不斷加深。為有效遏制松材線蟲(chóng)病疫情的擴(kuò)散蔓延,確保松林資源安全,威海市于2020年6月利用植保無(wú)人機(jī)對(duì)全域松林(除經(jīng)區(qū)、南海新區(qū)外)實(shí)施3輪施藥以防治松材線蟲(chóng)病媒介昆蟲(chóng)活動(dòng),飛防區(qū)域涉及55個(gè)鎮(zhèn)(街),施藥范圍200萬(wàn)畝次。

05

植保無(wú)人機(jī)飛防藥劑、劑型及助劑

5.1 植保無(wú)人機(jī)飛防藥劑及劑型

5.1.1 飛防藥劑品種

目前,通過(guò)植保無(wú)人機(jī)上噴灑進(jìn)行病蟲(chóng)草害防治的農(nóng)藥品種繁多,涵蓋了殺蟲(chóng)殺螨劑、殺菌劑、除草劑以及植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑等各類(lèi)產(chǎn)品(見(jiàn)表3)。

表3 植保無(wú)人機(jī)應(yīng)用的農(nóng)藥品種

5.1.2 飛防劑型種類(lèi)

植保無(wú)人機(jī)具有單次作業(yè)面積大、作業(yè)高度(3～5 m)高、速度快,同時(shí)受氣象因素影響大的特點(diǎn),所以,噴灑時(shí)大多采用超低量噴霧,要求藥液濃度高、噴灑霧滴細(xì),此外,藥液不僅需要具備抗揮發(fā)和抗飄失性能,而且需要具備較好的沉積和擴(kuò)展性能,可以保證藥液在靶標(biāo)上的潤(rùn)濕、展布和吸收,提高藥液利用率。植保無(wú)人機(jī)施藥時(shí)用水量較少,一般作物藥液用量?jī)H為7.5～15 L/hm2,藥液濃度高,如果制劑分散性差,粒子粒徑大,不僅容易堵塞噴頭,而且容易對(duì)作物產(chǎn)生藥害。最初,使用最多的超低容量液劑(ULV)為油劑,在我國(guó)已取得″三證″的超低容量液劑的產(chǎn)品達(dá)17個(gè)(見(jiàn)表4),登記證持有人以廣西田園為主,且產(chǎn)品以白僵菌、綠僵菌等生物藥劑為多,主要用于水稻螟蟲(chóng)、飛虱、紋枯病和小麥蚜蟲(chóng)等,但也并未明確表示專(zhuān)用于飛防。

表4 在國(guó)內(nèi)已獲得登記的超低容量液劑產(chǎn)品

目前,飛防作業(yè)主要選擇水乳劑和微乳劑等粒徑相對(duì)較小的制劑。另外,油懸浮劑、可分散油懸浮劑等劑型由于高效、安全和抗蒸發(fā)的優(yōu)點(diǎn)也引起廣泛關(guān)注,但此類(lèi)產(chǎn)品的穩(wěn)定性問(wèn)題仍亟待解決；懸浮劑、微囊懸浮劑、可溶液劑、水分散粒劑等也可以用于飛防,但不同產(chǎn)品的稀釋穩(wěn)定性以及與相關(guān)噴霧助劑的配伍性和有效性則需要通過(guò)大量試驗(yàn)來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證,從而防止因其物理穩(wěn)定性或分散穩(wěn)定性而影響噴灑效果。與此同時(shí),隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展,納米制劑已經(jīng)成為飛防專(zhuān)用藥劑研究的重點(diǎn)。張子勇曾在2016年世界精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)航空大會(huì)上指出水性化納米農(nóng)藥是解決航空植保適用性、提高藥效和降低污染的最佳路徑。南京善思科技作為航空植保專(zhuān)用藥劑行業(yè)的領(lǐng)跑者,其研制的高效、緩控釋、水基化納米飛防藥劑引起了廣泛關(guān)注。

5.2 飛防助劑

植保無(wú)人機(jī)進(jìn)行藥液噴灑時(shí)容易受飛行高度、風(fēng)速和溫度等因素干擾而出現(xiàn)霧滴飄移和水分快速蒸發(fā)的現(xiàn)象,嚴(yán)重影響飛防效果,甚至對(duì)作物產(chǎn)生藥害。因此,添加一定量合適的噴霧助劑對(duì)霧滴特性進(jìn)行調(diào)控,既可以提高藥效,又可以減輕藥害。

5.2.1 助劑種類(lèi)

目前,市面上的飛防助劑仍來(lái)源于傳統(tǒng)的桶混噴霧助劑,主要包括表面活性劑類(lèi)、高分子聚合物類(lèi)和植物油類(lèi)等。

1)表面活性劑類(lèi)

表面活性劑類(lèi)飛防助劑以有機(jī)硅類(lèi)化合物為主,能夠顯著降低藥液表面張力,有利于霧滴在靶標(biāo)表面的潤(rùn)濕鋪展,在減少霧滴反彈的同時(shí),達(dá)到提高霧滴沉積量的效果。此外,添加該類(lèi)助劑后藥液的滲透性較好,有利于藥液穿過(guò)葉片氣孔直接進(jìn)入植物體內(nèi),從而使靶標(biāo)體在較短時(shí)間里吸收更多藥液。然而,有機(jī)硅類(lèi)飛防助劑的抗飄移、抗揮發(fā)作用較差,不適宜直接作為飛防專(zhuān)用助劑,經(jīng)常與其他助劑混合使用。

2)高分子聚合物類(lèi)

高分子聚合物類(lèi)飛防助劑是以瓜爾膠、聚丙烯酰胺等天然或人工合成的物質(zhì)為原料而制成,共同特點(diǎn)是均能夠顯著提高藥液體系的黏度,從而增大藥液霧化時(shí)霧滴的粒徑,最終減少霧滴飄移,增加其在靶標(biāo)表面的附著力,減少反彈和滑落,從而提高藥液在單位面積內(nèi)的沉積量。該類(lèi)飛防助劑也具有降低表面張力的作用,但與表面活性劑類(lèi)助劑相比降低并不明顯。

3)植物油類(lèi)

植物油類(lèi)飛防助劑通常以從油菜、大豆等油料作物中提取的植物油或酯化后的植物油制備而成。植物油中含有大量的油酸,對(duì)疏水性靶標(biāo)植物葉片表面具有更高的親和力,可以使霧滴在靶標(biāo)表面牢固附著并快速鋪展。此外,植物油中含有大量的脂肪酸,在霧滴表面形成具有一定強(qiáng)度的分子膜,從而阻止霧滴中水分的揮發(fā)。值得關(guān)注的是,植物油在一定程度上可以溶解或疏松植物葉表面蠟質(zhì)層,有利于藥液滲透吸收。

5.2.2 飛防助劑主要生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品

針對(duì)植保無(wú)人機(jī)噴霧作業(yè)的技術(shù)要求,國(guó)內(nèi)外農(nóng)藥助劑公司研究開(kāi)發(fā)了一系列飛防專(zhuān)用助劑產(chǎn)品(見(jiàn)表5),并在推廣使用過(guò)程中獲得了相對(duì)滿意的效果。

表5 飛防助劑主要生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品

5.3 飛防效果評(píng)價(jià)與測(cè)試

在控制飛行高度和速度等飛行參數(shù)的不變情況下,藥劑的理化性質(zhì)與霧化性能是影響飛防效果的直接因素,與此同時(shí),助劑也可以通過(guò)影響藥液潤(rùn)濕面積和霧滴覆蓋率,影響飛防藥效。在實(shí)際篩選過(guò)程中,通過(guò)藥液表面張力、接觸角以及霧滴覆蓋率等進(jìn)行評(píng)價(jià)和測(cè)試,為植保無(wú)人機(jī)規(guī)范作業(yè)以及飛防專(zhuān)用藥劑的選擇與實(shí)際應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

霧滴測(cè)試卡是一種用來(lái)檢測(cè)農(nóng)藥噴霧中霧滴分布、霧滴密度和覆蓋度以及霧滴大小的測(cè)試卡,其顯色靈敏,應(yīng)用便捷是檢測(cè)植保無(wú)人機(jī)噴霧質(zhì)量的重要手段之一。劉迎等利用霧滴測(cè)試卡測(cè)定使用植保無(wú)人機(jī)噴施75%肟菌.戊唑醇水分散粒劑和20%噻菌銅懸浮劑時(shí)的霧滴特性,結(jié)果表明添加飛防助劑---邁飛能夠增加藥液潤(rùn)濕面積和霧滴覆蓋率,提高飛防藥效。陳曉等利用霧滴測(cè)試卡和濾紙檢測(cè)22%氟啶蟲(chóng)胺腈懸浮劑在飛防作業(yè)時(shí)添加3種助劑(倍達(dá)通、G2801、ND-800)后的霧滴特性。結(jié)果表明,添加飛防助劑后,棉花冠層上、中、下部葉片正面的霧滴密度均有顯著的提高。

06

植保無(wú)人機(jī)公司及專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員

6.1 植保無(wú)人機(jī)生產(chǎn)公司

目前,國(guó)內(nèi)生產(chǎn)植保無(wú)人機(jī)的企業(yè)層出不窮,其中以大疆、極飛、羽人、高科新農(nóng)、漢和等代表企業(yè)研發(fā)能力較強(qiáng),每年都會(huì)有新的機(jī)型問(wèn)世,表6是國(guó)內(nèi)植保無(wú)人機(jī)生產(chǎn)的主要企業(yè)及其代表產(chǎn)品。

表6 國(guó)內(nèi)植保無(wú)人機(jī)的主要生產(chǎn)企業(yè)及代表產(chǎn)品

6.2 植保無(wú)人機(jī)線下租賃公司

近年來(lái),植保無(wú)人機(jī)發(fā)展迅速,但是其市場(chǎng)價(jià)格高昂,對(duì)于普通農(nóng)戶來(lái)說(shuō)仍是一筆較大的開(kāi)支,并且后續(xù)的維護(hù)保養(yǎng)難度較大,這讓許多農(nóng)戶望而卻步。鑒于此,市場(chǎng)上出現(xiàn)了許多無(wú)人機(jī)租賃公司,提供植保飛防服務(wù),表7列舉了部分植保無(wú)人機(jī)線下租賃公司。

表7 部分植保無(wú)人機(jī)線下租賃公司

6.3 植保無(wú)人機(jī)線上服務(wù)App

在″互聯(lián)網(wǎng)+″背景下,國(guó)內(nèi)開(kāi)始出現(xiàn)無(wú)人機(jī)公司實(shí)體結(jié)合信息技術(shù)創(chuàng)建的基于″互聯(lián)網(wǎng)+″的農(nóng)業(yè)航空服務(wù)平臺(tái),主要是APP(見(jiàn)表8)。植保服務(wù)商和廣大農(nóng)戶可以根據(jù)需求在平臺(tái)上進(jìn)行溝通,預(yù)定無(wú)人機(jī)進(jìn)行施藥。另外,將各地區(qū)的植保需求及時(shí)反饋到平臺(tái)上,通過(guò)平臺(tái)可以高效調(diào)配某一地區(qū)內(nèi)的飛防作業(yè)人員和無(wú)人機(jī)設(shè)備,政府可以通過(guò)平臺(tái)進(jìn)行有效監(jiān)管,具有方便、快捷的優(yōu)勢(shì),促進(jìn)了植保無(wú)人機(jī)規(guī)范發(fā)展。

表8 部分植保無(wú)人機(jī)線上服務(wù)APP

6.4 專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員

目前,國(guó)內(nèi)航空植保仍屬于新生事物,還處在起步發(fā)展階段。航空植保必須要實(shí)現(xiàn)管理者、植保無(wú)人機(jī)、藥劑和解決方案的深度融合,″四位一體″統(tǒng)籌協(xié)調(diào)發(fā)展才能確保防治效果。其中管理者尤其是專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員是實(shí)現(xiàn)航空植保的關(guān)鍵因素,需要滿足一系列要求。

6.4.1 專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員的要求

1)植保常識(shí)

植保飛手必須要了解靶標(biāo)作物的相關(guān)特性及防治適期,在掌握無(wú)人機(jī)操作的同時(shí),學(xué)習(xí)植保知識(shí),懂得防治藥劑、飛防助劑的選擇和藥液配制。

2)個(gè)人防護(hù)

植保飛防作業(yè)時(shí)必須嚴(yán)格遵守農(nóng)藥安全使用規(guī)程,作業(yè)人員要穿好防護(hù)服并戴好口罩,與植保無(wú)人機(jī)保持相應(yīng)的安全距離,嚴(yán)禁無(wú)關(guān)人員靠近,以免產(chǎn)生危險(xiǎn)。

3)植保無(wú)人機(jī)維護(hù)及藥液處理

飛防作業(yè)結(jié)束后,作業(yè)人員要及時(shí)對(duì)植保無(wú)人機(jī)噴藥系統(tǒng)進(jìn)行清洗處理,清洗器械的污水不可隨意傾倒,應(yīng)選在安全地點(diǎn)妥善處理,減少藥劑對(duì)周?chē)h(huán)境的負(fù)面影響。

6.4.2 無(wú)人機(jī)駕駛合格證

植保無(wú)人機(jī)并不是人人都可以駕駛,飛手需要經(jīng)過(guò)一系列培訓(xùn)(見(jiàn)表9),完成一系列考試項(xiàng)目(見(jiàn)圖3),取得資格證后才可以持證上崗。2016年7月發(fā)布咨詢通告《民用無(wú)人機(jī)駕駛員管理規(guī)定》,規(guī)定了民用無(wú)人機(jī)駕駛員的管理方法和程序,明確了植保無(wú)人機(jī)操縱人員需取得無(wú)人機(jī)駕駛合格證。2016年9月中國(guó)民航管理局發(fā)布了新的《民用無(wú)人駕駛航空器系統(tǒng)空中交通管理辦法》。目前,民用無(wú)人機(jī)駕駛員合格證分為駕駛員、機(jī)長(zhǎng)和教員3類(lèi)。這3類(lèi)合格證又可以依據(jù)類(lèi)別等級(jí)分為固定翼、多旋翼和直升機(jī)),依據(jù)級(jí)別等級(jí)(按無(wú)人機(jī)質(zhì)量)劃分為多種合格證,相關(guān)從業(yè)人員可以根據(jù)自己的需求選擇合適的培訓(xùn)及考試項(xiàng)目。

表9 無(wú)人機(jī)駕駛培訓(xùn)內(nèi)容

圖3 無(wú)人機(jī)駕駛合格證考試內(nèi)容

07

存在的問(wèn)題

與物流、測(cè)繪和勘探等行業(yè)的無(wú)人機(jī)不同,植保無(wú)人機(jī)在設(shè)計(jì)與使用過(guò)程中,必須滿足植保作業(yè)的特殊要求。盡管當(dāng)前國(guó)內(nèi)航空植保發(fā)展較快,但是植保無(wú)人機(jī)自身和飛防法律法規(guī)等方面存在諸多問(wèn)題,在一定程度上限制了我國(guó)航空植保的應(yīng)用與發(fā)展。

7.1 植保無(wú)人機(jī)存在的問(wèn)題

1)無(wú)人機(jī)價(jià)格偏高,造成農(nóng)業(yè)生產(chǎn)普及率低。以大疆MG1為例,裸機(jī)價(jià)格為4萬(wàn)多元,如果加上10塊電池和其他費(fèi)用,配備整套設(shè)備需要8萬(wàn)～10萬(wàn)元,對(duì)于普通農(nóng)戶來(lái)說(shuō),成本投資較大。

2)植保無(wú)人機(jī)電池可持續(xù)作業(yè)時(shí)間短,續(xù)航能力差,目前,大多數(shù)電動(dòng)植保無(wú)人機(jī)續(xù)航時(shí)間僅為5～10 min,頻繁更換電池不僅成本高,而且耽誤作業(yè)時(shí)間。

3)植保無(wú)人機(jī)載重小,一般僅為10～30 kg,大面積作業(yè)時(shí)需要頻繁地更換藥箱,直接影響到作業(yè)效率,從而影響到防治成本。

7.2 飛防藥劑及助劑存在的問(wèn)題

1)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)現(xiàn)有劑型難以滿足飛防實(shí)際需求。目前,國(guó)內(nèi)真正專(zhuān)門(mén)用于植保無(wú)人飛機(jī)施藥的農(nóng)藥制劑、助劑還沒(méi)有登記生產(chǎn),仍然屬于空白階段。植保無(wú)人機(jī)需要采用沉降性好、安全性高的專(zhuān)用藥劑,但目前這一類(lèi)超低容量制劑仍較少,選擇性也差,成為提升作業(yè)效益的瓶頸。

2)國(guó)內(nèi)飛防助劑市場(chǎng)亟待系統(tǒng)化和規(guī)范化。目前,我國(guó)對(duì)農(nóng)藥助劑管理還未正式提出明確的規(guī)定和要求,市面上的產(chǎn)品性能差異顯著。

7.3 技術(shù)人員存在的問(wèn)題

專(zhuān)業(yè)植保無(wú)人機(jī)技術(shù)人員是集無(wú)人機(jī)操作、維修養(yǎng)護(hù)于一身的復(fù)合型人才,需要熟悉植保無(wú)人機(jī)作業(yè)過(guò)程所涉及的作業(yè)計(jì)劃、施藥技術(shù)、地面組織與安全保障等環(huán)節(jié)。但目前專(zhuān)業(yè)隊(duì)伍人才匱乏,國(guó)內(nèi)高校飛行專(zhuān)業(yè)和培訓(xùn)機(jī)構(gòu)屈指可數(shù),且只對(duì)無(wú)人機(jī)操作熟悉,植保知識(shí)不足,容易造成藥害。

08

建 議

今后,我國(guó)航空植保有序、健康發(fā)展應(yīng)從以下幾個(gè)方面推進(jìn)。

8.1 出臺(tái)植保無(wú)人機(jī)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

目前,國(guó)內(nèi)相關(guān)科研院校和政府部門(mén)正在起草農(nóng)用無(wú)人機(jī)制造標(biāo)準(zhǔn)、安全技術(shù)要求、作業(yè)技術(shù)規(guī)范等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),但國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)仍還沒(méi)有頒布,特別是農(nóng)用無(wú)人機(jī)的空域管理仍處于模糊地帶,一定程度上限制了植保無(wú)人機(jī)行業(yè)的發(fā)展。

8.2 加大政策扶持

盡管?chē)?guó)內(nèi)多數(shù)省份已經(jīng)開(kāi)展植保無(wú)人機(jī)購(gòu)機(jī)補(bǔ)貼試點(diǎn),但是相關(guān)政策還不夠完善,實(shí)際核發(fā)補(bǔ)貼金額相對(duì)較少。今后應(yīng)加大農(nóng)機(jī)購(gòu)置補(bǔ)貼和作業(yè)環(huán)節(jié)補(bǔ)貼政策的宣傳力度和導(dǎo)向作用。建議通過(guò)政府購(gòu)買(mǎi)服務(wù)的形式,加大對(duì)植保無(wú)人機(jī)統(tǒng)防統(tǒng)治植保作業(yè)的補(bǔ)貼,多舉措促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全程機(jī)械化水平。

8.3 加快飛防專(zhuān)用制劑和助劑研發(fā)

科研院所、無(wú)人機(jī)生產(chǎn)企業(yè)與農(nóng)藥制劑生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)建立廣泛的合作機(jī)制,加快研究在航空施藥條件下,農(nóng)藥?kù)F滴沉降、黏附和鋪展的規(guī)律,進(jìn)一步研發(fā)有助于霧滴沉積、潤(rùn)濕、鋪展、滲透和吸收的飛防專(zhuān)用制劑及助劑,提高植保無(wú)人機(jī)的作業(yè)防治效果。

8.4 開(kāi)展系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)

一方面,相關(guān)大專(zhuān)院校和職業(yè)技術(shù)學(xué)院開(kāi)設(shè)無(wú)人機(jī)專(zhuān)業(yè)以及課程,培養(yǎng)植保無(wú)人機(jī)技術(shù)人才。另一方面,農(nóng)業(yè)管理部門(mén)和相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)充分利用各類(lèi)培訓(xùn)資源,開(kāi)展集中培訓(xùn),加強(qiáng)施藥技術(shù)知識(shí)和相關(guān)法律法規(guī)的學(xué)習(xí),提高操作人員作業(yè)技能和科學(xué)管理水平,完善配套服務(wù),提高植保無(wú)人機(jī)使用效率。

09

展 望

近幾年來(lái),中共三農(nóng)文件中多次明確提出支持飛防在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用,″飛防″已然成了植保行業(yè)不斷升溫的熱點(diǎn)話題,其在不斷發(fā)展的同時(shí),也帶動(dòng)了相關(guān)配套產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。此外,越來(lái)越多的農(nóng)戶、種植戶對(duì)飛防的認(rèn)識(shí)從好奇、質(zhì)疑到逐漸接受,對(duì)飛防效果的認(rèn)識(shí)也變得更加理性,市場(chǎng)的需求進(jìn)入井噴狀態(tài)。隨著科技的不斷進(jìn)步,傳統(tǒng)的農(nóng)耕方式正在發(fā)生改變,農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化、規(guī)?；?zhuān)業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)逐步成為時(shí)代潮流。而植保無(wú)人機(jī)作為一項(xiàng)新興技術(shù),推廣的速度只會(huì)變得越來(lái)越快,相信隨著國(guó)家對(duì)植保無(wú)人機(jī)監(jiān)管、研發(fā)、推廣及財(cái)政補(bǔ)貼力度的加大,我國(guó)植保無(wú)人機(jī)所遇到的一系列問(wèn)題都會(huì)迎刃而解,也會(huì)給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)翻天覆地的變化。

作者：馬英劍1,徐勇1,孫利2,陳志洋2,馮建國(guó)2,吳學(xué)民1(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院；2.揚(yáng)州大學(xué)園藝與植物保護(hù)學(xué)院)