小型无人机水稻植保作业附着率测定试验研究
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摘 要：无人机在农业生产领域的应用促使植保环节的机械化水平显著提高，利用小型无人机开展水稻病虫害防治试验，检测雾滴在水稻作物上的附着率，能够为农作物病虫害防治工作提供重要参考依据。试验结果表明，需增大无人机载重、优化部件灵感度、强化人员操作技巧培训，更好地提升农业无人机植保作业水平。
关键词：无人机;植保机械化;雾滴附着率;病虫害防治
以往我国水稻生产采用半机械化植保方式，作业成本较高、效率难以提升，并且无法保障药效得到有效利用。将小型无人飞机应用于水稻植保作业中，可有效节约农药成本、提升环保效果，但在实际应用过程中需针对其喷洒均匀度、雾化效果进行合理优化，借此提高水稻植保作业附着率，有效杀灭农作物害虫。
1 材料与方法
1.1 试验条件
选用小型无人飞机开展水稻病虫害防治试验，通过测定农药附着率判断无人机施药效果。选取某市水稻田作为试验地点，该水稻田种植面积为20 hm2，采用连片轮作种植模式;水稻品种为扬农稻1号，株高为75 cm，行距30 cm、株距12 cm，全生育期156 d。在试验机具选取上，选用CD-10型无人直升机，整机重量为（22±2）kg，燃料箱重量为1L，润滑油重量为50-100 mL，主旋翼采用碳纤维制成、直径为2150 mm，整机尺寸为2690 mm×780mm×750 mm;汽油发动机最大输出功率为5.51 kW，混合润滑油比例为1：25-1：40，燃油消耗量≤5 L/h;噴洒杆长度为2×1.0m，飞机喷雾距离水稻顶面高度2-3 m，配置7个扇型雾喷头，飞行速度为4m/s、喷洒速度为0.5-1.2 L/min，药箱容量为10 L[1]。
1.2 试验设计
在无人机喷幅范围内，沿飞行方向连续布样5点，以A1为起始点、分别记为A1-A5，各点间隔为1 m;横向每排布样3点，记为A1、B1、C1，各点间隔为1.5 m。每点选取1穗，在每穗上部第1个叶、下部距地面0.15 m处布上纸卡，用于测定雾滴覆盖密度。
2 结果与分析
2.1 雾滴附着率测定结果
根据雾滴附着率测定结果可以发现，水稻的上、下部分均被雾滴覆盖，证明采用小型无人机喷药可保障雾滴具备良好的穿透性，且农药覆盖度较为均匀;以单穗水稻作为观察对象，水稻上、下部分的雾滴平均附着率分别为1.82%和0.81%，上部约为下部雾滴覆盖总量的2.25倍，并且第1点的上部、下部雾滴覆盖量差距达1.97%，第2点的下部雾滴覆盖量比上部高0.23%，由此说明该区域雾滴未呈均匀分布状态;A2、B2-B5、C2点的雾滴覆盖量为下部高于上部，其中A3上点的雾滴附着率为最高值6.09%，C1下点的雾滴附着率为最低值0.13%，且B2-B5点数据的平均值存在较大差距，其原因可能为旋翼旋转所产生的风力带动叶片将雾滴摇下，或在无人机飞行过程中受重喷、雾滴飘移影响。
2.2 存在问题
由于在本次试验中无人机采用手动遥控方式操纵，在飞行过程中航线、喷雾喷洒速度、喷洒高度均带有较强的不确定性，且无人机旋翼旋转所产生的气流将会使药水喷洒在机身、机尾等部位，易增加操作失灵概率，并影响到农药雾滴的附着率。同时，小型无人机载重仅为（22±2）kg，一次起飞喷药的覆盖范围约为0.67 hm2，飞行时长在12-15 min范围内，虽然作业效率高于半机械化人工植保模式，但仍无法适应大面积植保作业需求。此外，无人飞机采取手动遥控方式，操作人员的遥控水平、操作熟练度将直接影响到无人机作业效率与飞行安全，导致该作业方式在普及范围上存在局限，难以保障个体农户实现有效利用[2]。
2.3 相关优化建议
采用无人机喷洒农药可有效节约农药用量，通常可将农作物用药量控制在15 L/hm2左右，相较于传统人工作业模式可节约26.5%农药与87.5%用水，有助于减少施加农药对周边环境造成的影响。同时，采用无人机喷洒农药的效率约为20 hm2/d，单次装药量10 kg可喷洒12-15 min，直升机单次起降可喷洒0.67 hm2农田，促使喷洒农药作业效率得到大幅提升，并且喷洒均匀度、雾化效果均优于半机械化作业模式，借助无人机旋翼旋转产生的气流还可在植物表面形成均匀药膜，有效抵抗病虫害威胁。在实际应用过程中，还需针对无人机载重量进行适当增加，针对机身结构、机尾敏感装置与部件进行防护设计，并设立专业无人机操控手培训机构，为个体农户与小型合作组织成员提供专业操纵技巧培训，借此有效优化无人机喷雾系统的植保作业效率，降低水稻病虫害发生几率。
3 结论
本次试验选取小型单旋翼遥控无人飞机与喷雾系统作为试验机具，针对20 hm2水稻田进行农药喷洒测试。试验结果表明，农药附着率最高可达6.09%、最低仅为0.13%，对此还需针对无人机载重、机身结构进行优化设计，为购机农户提供操纵技术培训服务，更好地依托无人机植保引领农业生产朝着新方向发展。
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