植保无人机在安徽省的应用现状及发展前景

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　　摘 要：近年来，植保无人机在农作物病虫害防治中得到了快速发展，在全国各地均得到了广泛的推广应用。随着植保无人机数量的快速增加，农作物病虫害防治的依赖性不断增强，在应用过程中存在的困难和问题不断凸显出来。该文介绍了植保无人机在安徽省的应用现状，针对存在问题提出了相应的对策建议，以期为利用植保无人机防治农作物病虫害提供支持参考。
　　关键词：植保无人机;应用;发展前景;安徽省
　　近年来，植保无人机的超低空超低量航空施药技术得到了迅猛发展，其不仅具有作业效率高、节水省药和省工省力的特点，还具有定位寻迹飞行、智能航迹规划以及复杂地形作业能力等独特优势，对丘陵、山地等地面施药器械难以进行作业的区域，植保无人机能够很好地开展施药防治作业。同时，由于农村种植结构的调整，土地流转和规模经营不断扩大，种植大户、家庭农场、专业化统防统治组织等新型组织不断涌现，农村劳动力大量转移造成的农村劳动力不足，农业对高效化、智能化服务的要求越来越高，植保无人机在安徽省各地均得到了快速的推广应用。
　　1 植保无人机发展现状
　　1.1 总体形势 自20世纪50年代初起，我国有人驾驶的大型农用航空就开始在植保领域进行施药作业，截至2019年，我国拥有农林用固定翼飞机1400架，直升机60余架。相对来说，我国植保无人机应用和研发起步较晚，2000年，北京市开始应用植保无人机开展施药防治农作物病虫害。2008年，我国“863”计划项目“水田超低空低量施药技术研究与装备创制”开始实施，标志着国内科研机构正式开始探索植保无人机航空施药技术。2009年，我国研制出国内外第一款多旋翼植保无人机;2010年，生产出国内首款油动单旋翼植保无人机，开启了中国植保无人机商业化的第1步;2012年，我国研制出国内第1款电动单旋翼植保无人机，可搭载10L药箱，装备4个扇形喷头，低空低量航空施药技术研究开始兴起。 据农业农村部相关部门统计，2017年，全国在用的植保无人机共计250多种，生产植保无人機企业300余家，目前生产植保无人机的企业超过500家。2017—2019年，全国植保无人机数量分别为1.4、3.1和5.0万架，总作业面积分别为667、1777和3300万hm2。防治病虫害的作物包括小麦、水稻、玉米、棉花、甘蔗、果树等多种作物，实际防治效果不断得到用户的认可，正处于迅速发展阶段。
　　1.2 安徽省植保无人机现状 安徽省是较早应用植保无人机的省份之一，2010年，在六安市部分县区种植大户就已经开始尝试用植保无人机防治病虫害;2013年，凤台县、桐城市等县区植保机构利用病虫害统防统治经费购置植保无人机，扶持专业化统防统治组织开展统防统治工作。自2015年植保无人机在安徽省开展大范围应用示范和推广以来，逐渐被种粮大户、家庭农场和专业化统防统治组织接受，也得到了广大农户的认可，机型从燃油植保无人机发展到电动植保无人机，再到智能电动植保无人机，数量不断增加。据安徽省植保总站统计，2016—2019年全省拥有植保无人机分别为260、1051、2271和4565架，安徽省植保无人机拥有量约占全国总拥有量的10%。
　　目前，安徽省内植保无人机按结构主要分为单旋翼和多旋翼2种，按动力系统可以分为电池动力与燃油动力2种;品牌涉及20多个、50多种型号，药箱容积5～30L不等，少数达到60L，其中15L以下占75%，10L占65%。安徽省前期使用多为油动、单旋翼无人机，其核心是燃油动力系统，油动植保无人机的灵活性相对较差，机身大，但载药量多，起降需要一定的时间，单次飞行时间可超过1h，维护较复杂;近年来，多旋翼电动智能化植保无人机逐渐成为主流，它以电机为动力系统，载药量相对较少，机操作灵活，起降迅速，单次飞行时间一般为10～15min，具有结构简单、维护方便、飞行稳定等特点，逐渐被市场和农户认可。从品牌来看，大疆和极飞在安徽省市场占有绝对主导地位，其他品牌主要有全丰自由鹰、汉和、高科新农、天鹰兄弟、有农创新、蚌埠幻客、尤艾维等。自2015年起，安徽省无人机生产企业数量不断增加，截至目前，植保无人机生产企业达21家，排名全国前10位，但有些企业生产规模较小，大多供本地使用，外销数量少，还有些企业处在研发阶段。
　　从安徽省区域使用分布来看，据调查，截至2019年9月，淮北地区以亳州、宿州、阜阳3市防治小麦和玉米作物病虫害为主，拥有植保无人机分别为980、675和602台，淮河以南地区以滁州和安庆两市防治小麦和水稻作物病虫害为主，拥有植保无人机分别为455、424台，该5市无人机总量占有全省的76.9%。沿江和江南地区以防治水稻病虫害为主，受丘陵、田块小等因素的影响，拥有植保无人机数量普遍较少。从防治面积来看，2016—2019年全省无人机防治面积分别为8.6、38.5、94.0和247.3万hm2，分别占全省防治面积的0.33%、1.65%、5.8%和10.6%。植保无人机防治农作物病虫害面积占比增长速度明显加快，在病虫害统防统治中发挥的作用越来越大。
　　2 植保无人机应用情况
　　2.1 防治范围 安徽省应用植保无人机作业的主要作物有小麦、水稻和玉米等，防治的主要病虫害主要为防除小麦、水稻、玉米田病虫害和杂草（芽前封闭、茎叶处理）。据调查，2019年安徽省植保无人机防治水稻、小麦和玉米上病虫害的作业面积占比分别为47.3%、38.8%和8.6%，其他作物占比5.3%。随着植保无人机的普及和性能的提高，用于防治小麦和玉米病虫害的面积不断扩大。
　　2.2 防治优势
　　2.2.1 作业效率高 一般情况下，植保无人机每天可防治20～26.67hm2，如果飞防手业务熟练，防治面积连片集中，每天作业面积可达40hm2以上。作业效率是人工喷药的30倍以上、普通植保机械的8倍，且在高秆作物和暴发性病虫害的防治效率上具有突出的优势。 　　2.2.2 作业效果好 植保无人机雾滴的高度雾化可以确保农药在植物表面的有效附着，作业时产生的下压风场有助于增加雾流对农作物的穿透性，确保防治效果。植保无人机喷药均匀，较其他机械的防治效果较好。智能植保无人机采用GPS定位，能够实现断点续喷，杜绝重喷漏喷;变量控制，喷洒均匀;后台轨迹监管，确保喷洒规范;旋翼风场大，喷洒药剂渗透性好，大大提高了防治效果。另外，智能植保无人机夜晚也可作业，避免夏天高温作业效果不好、安全性差问题，极大地提高了作业效果。
　　2.2.3 节药省水 使用常规喷雾机械防治的用水量普遍在450L/hm2以上，而使用植保无人飞机防治的用水量只需15～22.5L/hm2，和常规喷雾机械相比较，用水量大大降低。并且植保无人机采用的超低容量喷雾喷洒技术，能够提高靶标作物上药液沉积和减少农药流失，实现精准、减量施药，对比传统植保施药方式可省农药10%～20%，有效地降低了对环境和农作物的污染，充分发挥了农业机械化技术及装备在推进农业绿色发展中的主要作用。
　　2.2.4 使用安全 无人机进行防治病虫草害作业时，操作人员通过远距离遥控或设置自动巡航作业，实现了人机、人药分离，有效地避免了农药对人体的直接伤害，安全性高于人工喷药和普通地面机械植保作业。
　　2.2.5 应用范围广 植保无人机体积小、质量轻，可远距离操控作业，不受地块和作物的限制，不仅可以给矮秆作物施药，而且有效地解决了高秆作物病虫防控中人和机械不便进地的难题，避免了作业过程中对作物的损伤。安徽省地形条件复杂，有平原、山丘、丘陵等，使用植保无人飞机防治病虫害，适用范围较广。对于常规施药机械很难作业的山区、丘陵，以及水源缺乏不方便的地区，植保无人飞机都可以开展防治作业。
　　2.3 农药利用率 2016年前，油动植保无人机在小麦、玉米、水稻前期施药，农药利用率为35%左右，在作物中后期使用，农药利用率达40%以上;2019年，安徽省与中国农科院植保所合作，在阜阳市颍州区开展了电动多旋翼植保无人机在小麦上施药农药利用率的测试，农药利用率达50%以上。在不同施药器械比较中，植保无人机的农药利用率明显高于背负式喷雾器和担架式喷雾器，略低于自走式喷杆喷雾机。
　　2.4 防治效果 随着植保无人机质量的不断改进升级，其防治病虫害效果逐年提高，当前病虫害防控的总体防效可达85%左右，能够满足病虫害防控的需求。如阜阳市植保无人机在防治玉米粘虫、小麦赤霉病等病虫害上，2016—2019年4年的平均防效分别为68%、72%、75%和85%;在无为县防治水稻稻飞虱应用中，飞防效果达94.7%;太和县在小麦田施用除草剂，防效在98%～100%，玉米田施用除草剂的防效达95%～99%;无为县防除水稻田杂草，播后1次封闭禾本杂草的防治效果为68.4%，阔叶杂草为77.5%，莎草为96.2%，1次封闭、2次茎叶防除后禾本杂草的防治效果为92.9%。
　　2.5 市场作业分析
　　2.5.1 作业成本 植保无人机的作业成本主要包括：机手劳务费、电池损耗、机械损耗与折旧、器械运输费及药剂混配人员务工费等，每次作业成本约为75～90元/hm2。
　　2.5.2 作业收费 作业价格一般为120～200元/hm2，如作业面积较大且连片的收费120～150元/hm2;喷洒玉米、高粱等高秆作物等作物，收费标准为150～180元/hm2;如面积小于1hm2的零散地块，收费标准般为200元/hm2以上。
　　2.5.3 作业任务 由于病虫害发生季节性强，如小麦赤霉病防治各地区常集中在5～7d，水稻穗期病害大多集中水稻破口期前防治，这样在集中需要防治时，会因作业时间集中、植保无人机忙不过来，或缺少机手;而农闲时，机手和无人机又处于闲置状态，经营主体难以赢利。
　　2.5.4 作业主体 目前，安徽省购置和使用植保无人机的经营主体主要有以下5类：一是专业化统防统治组织。利用专业优势，加上政策扶持，拥有植保无人机数量较多;二是农资经营企业。利用本身销售农药的优势，开展飞防作业，降低成本;三是无人机生产企业。成立防治服务队，利用器械和机手培训优势，抢占市场拥有率;四是专业合作社。合作社能够独立进行培训和防治服务;五是种田大户。为解决用人难和打药难问题，种田大户自发采购植保无人机开展病虫害防治。
　　3 存在问题与解决对策
　　3.1 标准体系不完善 目前，植保无人机尚无明确的管理部门，也无统一的国家标准、成熟的操作规程和效果评价办法。相关标准和管理机制的缺乏，导致无人机厂商各自为政，生产厂家良莠不齐、标准不一。植保无人机产品质量也是参差不齐，购机者权益及植保作业效果得不到保证，田间作业难以得到有效监管，市场无序竞争，操作人员缺乏权威性的资格认证，其在很大程度上限制了植保无人机的发展。安徽省应结合安徽省实际情况，加快地方相关标准的制定工作，推动安徽省植保无人机的发展。
　　3.2 性能和实用性有待提高 植保无人机在实际应用中显现出了很多的不足：一是控制技术不够成熟。现场操作过程中可能会出现操作失控和坠落的情况，并且在实际喷洒农药过程中也偶尔出现重喷、漏喷现象;二是负重轻、续航时间短。以现有的小型植保无人机为例，载药量不足15kg，在对钻蛀性害虫水量不够，打不通透，可能导致防治效果差。锂电池每次充电需40～60min，可持续飞行仅15～20min，喷防面积只有1hm2左右，影响作业效率。因此，今后应引导植保无人飞机生产企业以问题为导向，集中资源，把植保无人机专用喷雾系统及其低空低量的航空施药技术的研发放在首要地位，不能只局限于飞行平台及飞行控制系统的研发上，要尽快解决电池续航能力不强、载荷量低、不易操控等问题，加强自主巡航匹配航线、自动规避障碍物、喷药量智能控制等技术的研发和应用。
　　3.3 运行成本较高 植保无人机与传统植保器械相比，具有诸多优势，但由于其市场价格偏高，虽已列入农机补贴范围，购机成本每架仍需要2万～3万元，种植大户和植保专业化服务组织购买使用的压力及成本回收能力有限，一些潜在客户面对高额价格望而却步，且后期维护保养费用高，使其推广应用受到了很大的限制。植保无人机对电池数量要求大，因续航时间短，一般每架无人要需配备8～10组电池，从而加大了防治成本。加上机手难雇、难留，飞防组织常出现有机无人操作的困境，造成植保无人机普及率和作业覆盖率提高难的问题。因此，相关部门应加大政策扶持力度，提高植保无人机购置补贴，可通过资金等扶持形式鼓励统防统治组织在病虫防控中优先采用无人机作业，提高群众应用无人机开展病虫防控作业的积极性，调动种植大户、农业合作社及植保專业化服务组织的购机积极性，加快无人机植保技术的推广应用。 　　3.4 缺乏专业培训 智能植保无人机技术集成度高，操作和维护保养远较一般农机产品复杂，需要操作人员能够熟练掌握无人机的调试、维护、操控等多种基础能力，同时还要了解针对不同作物、不同病虫害的施药技术方案及国家相关法律法规。而当前无人机操作技术培训相对而言还不够精细和规范，更多操作需在实际中摸索，不同生产厂家的操作资格认证不能通用，机手是企业自主培训，缺少行业对人员管理和规范培训，作业中无统一标准的操作规范，往往因机手的操作失误，造成坠机和飞防效果不好。今后可通过新型职业农民培训等技术培训项目，加强对植保无人机操作人员的培训。
　　3.5 受环境的影响大 植保无人机作业受农田环境，比如田间有较多电线杆等障碍物、天气等因素的影响，特别是受风力的影响较大，3级以上的风力会影响飞防效果及稳定性，易产生药害，或造成防治效果较差。土地碎片化，田块零散分布，不同作物或同一作物不同品种插花种植，都不利于规模化作业。因此，今后需加快土地流转和高标准农田建设，提高土地的利用率，使得作物布局更加合理，田间管理更加方便，无人机飞防作业更加高效。
　　3.6 缺少专用药剂 植保无人机施药药液仅需12～22.5kg/hm2，浓度相对传统施药提高几十倍，目前市场上飞防专用药剂品种少，缺乏无人机专用的浓度高、稀释性好农药产品，农药企业对飞防专用药剂的开发跟不上植保无人机的发展速度，很难适应植保无人机超低容量喷雾的需求。近2年安徽省开展了航空专用药剂纳米农药防治病虫害试验示范，进行了有益的探索，新型飞防专用药剂也是今后的发展要求。
　　3.7 药剂漂移 植保无人机的作业高度一般在1.8～3.0m，高于传统的喷雾器，再加上喷洒药液的液滴更细小，在有风的天气下作业易产生漂移现象。在除草剂施药时，这种漂移现象会对周边的其他农作物产生不良影响，像对相邻的莲藕、蔬菜造成药害的事件;在杀虫剂施药时，这种漂移现象就可能会对周边的鱼塘虾塘产生不良影响，甚至导致鱼虾死亡。因此，农业部门要协调处理好飞防组织和农户之间的矛盾纠纷，帮助飞防组织规避风险、提高收益。
　　4 发展方向与应用前景
　　4.1 发展方向
　　4.1.1 简单好用 由手动操作向智能化方向发展是科技进步的必然趋势。简单化的操作方式，将会被更多的人熟练掌握，从而解决机手难培训、人力不足等问题，也更加适用于山区、丘陵或平原的需要。
　　4.1.2 续航能力强 随着电池系统技术的改进和提高，植保无人机的续航能力將会得到大幅度的提高，以满足应急防治的需要。
　　4.1.3 大容量 要提高作业效率，植保无人机的容量必将向大容量发展。
　　4.1.4 多功能 植保无人机将会从单一施药作用，向施药、撒肥、播种、撒饲料等多用途转变，从而提高使用率。
　　4.2 应用前景 随着农业化进程的加速与转型，农业的大规模以及技术化生产已成为农业生产的主流。目前，农作物病虫害防控是农业生产中劳动强度最大、用工最多、技术含量最高、任务最重的环节，迫切需要发展专业化防治组织来解决一家一户防病治虫的难题。因此，植保无人机统防统治作业总面积将会逐年增加，市场占有率会在今后几年快速增长，预计在防治面积中占比会达50%以上。
　　5 结语
　　科技正在改变传统的农耕方式，农业正在向机械化、智能化方向发展，使农业生产更高效、更便捷、更安全。未来农作物病虫害防治会从本地化服务和向跨区服务方向发展。专业化统防统治组织的转型升级势在必行，将在病虫害防治中起主导作用，植保无人机作为一项新兴技术，与传统的植保机械相比喷防效率和防治效果都有明显提升，将会在重大病虫害防控中大显身手，同时将会在田间病虫草害的勘察、播种、施肥等方面进行推广和应用。植保无人机的推广应用将进一步促进安徽省农药减量增效和保护农田生态环境安全，助力实现绿色兴农和乡村振兴战略目标，也将成为将来农作物病虫害防治的主要方式，应用前景广阔。
　　（责编：张宏民）
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