植保机械化背景下植保无人机推广应用的研究

2018-04-20卢宇怀

现代农业装备 2018年1期

卢宇怀

（中山市农业局，中山 528400）

0 引言

农业机械化离不开植保机械化，在农业生产的各个环节中，耕种收都实现了机械化作业，唯有植保环节的机械化程度最低，仍以手动和机（电）动喷雾机等半机械化喷药模式为主。如何补齐植保机械化这块“短板”？关键在于新型高效植保机械的推广应用。植保无人机是用于农业航空植保作业的无人驾驶飞机。随着世界各国对植保无人机的研发和推广力度不断加大，植保无人机不但在技术上高端大气上档次，而且在应用上高效实用接地气。根据农业生产的植保需要，结合岭南地区的地形特点，植保无人机是值得重点关注的新型高效植保机械之一。中山市农业部门以植保无人机的推广应用为抓手，积极推进植保机械化，使植保无人机逐渐进入了中山农业生产一线。本文从国外推进植保机械化的路径选择入手，阐述了引入植保无人机的现实意义，分析了应用植保无人机的作业效果，提出了推广植保无人机的对策建议，以期为相关研究领域提供新的思路。

1 国外推进植保机械化的路径选择

在世界范围内，由于国情不一、政策不一，各国推进植保机械化的路径有所差异。根据所采用的机型，大致分为有人机和无人机两种。在美国等人均耕地面积较大的国家，主要采用有人驾驶固定翼飞机进行植保作业；而在日本等人均耕地面积较小的国家，主要采用植保无人机作业。

美国曾经由于水稻人工植保成本太高，一度放弃在国内种植水稻，大米全部进口。后来由于实现了水稻植保机械化，在20世纪70年代末期，一跃成为世界上主要稻米出口国之一。目前，美国65%的农药由飞机完成喷洒，其中水稻植保100%实现机械化飞防作业。近年来，随着无人机需求量的不断增多，美国政府对无人机政策也逐渐放宽。2016年, 美国联邦航空管理局正式颁布《小型无人机系统的运行和审定》，新法案放宽了对无人机的监管，越来越多的美国农民将无人机投入到农业领域。随着新政策的放松管控，无人机在美国农业领域的应用前景将更为广阔。

日本的粮食作物以水稻为主。水稻田不同于旱地的特殊环境使得地面植保机械行走困难。而日本国内丘陵和山地较多，也不适合有人驾驶固定翼飞机进行水稻植保作业。植保无人机和有人驾驶固定翼飞机相比，优点在于不需要专用机场，不受起降场地和使用地点限制，体积轻巧，操控灵活，飞行便捷，更能满足复杂地形农业生产的植保需要。此外，为了应对日本人口老龄化特别是农业劳动力老龄化问题，日本政府十分鼓励植保无人机的科技研发。1991年，日本农林水产省出台政策，大力扶持植保无人机在水稻生产中的推广应用。至今，日本60%以上的水稻田由植保无人机进行飞防作业。日本农林水产省还与植保无人机的主要生产企业合作，共建了一个农田植保作业信息系统平台，该平台为指导植保无人机集中作业提供很大便利，同时也节约成本。从地形因素来看，我国岭南地区的地形状况和日本的比较相似。从作物类型来看，同样都种植水稻。

2 引入植保无人机的现实意义

2.1 助力实施乡村振兴战略

党的十九大报告提出实施乡村振兴战略。乡村振兴战略是决胜全面建成小康社会的一项重大战略部署，是新时代做好“三农”工作的总抓手。推进乡村振兴，生态宜居是关键。2017年中央农村工作会议进一步强调，走中国特色社会主义乡村振兴道路，必须坚持人与自然和谐共生，走乡村绿色发展之路。乡村振兴战略，为农业现代化规划了一条资源节约、环境友好的发展道路。这就需要大力推行植保机械化等绿色生产方式。人工植保由于缺少行业标准，农药用量大，作业成本高，浪费比较严重，农药的有效利用率约为30%，另有70%的农药流失到土壤、水源或漂移到空气中，带来水土环境污染、农业资源浪费和农残超标隐患等问题，已经难以适应绿色生态农业的发展要求。植保无人机低空施药飞控模式采用高精度GPS测量方法RTK（实时动态）载波相位测量定位技术，基于载波相位观测值进行实时动态定位，通过差分的方式除去大部分误差，得出高精度厘米级的定位结果，实现农药的精准喷洒，能够节省30%～50%的农药使用量和90%的用水量。植保无人机搭载RTK高精度GPS采集测量技术，可以凭借精确定位功能、厘米级采集精度、实时数据交互、高稳定性等特性，为植保作业提供精确的数据来源和可靠的喷药依据，减少农药雾流在非喷洒区的飘移，避免了农药对环境造成污染。因此，引入植保无人机，能够有效节约资源，降低农药用量，减少农药污染，实现农业节本增效，保护乡村生态环境，留住美丽绿水青山，推动农业农村可持续发展，助力乡村振兴。

2.2 助推农业供给侧结构性改革

2018年中央一号文件提出深化农业供给侧结构性改革。农业供给侧结构性改革，要求运用现代农业装备，改善农业生产条件，促进农业转型升级，推动农业供需关系在更高水平上实现新平衡。以水稻生产为例，水田的泥脚深度大多在200 mm以上。由于喷药的农民多为留守农村的中老年人，加上夏季气候炎热，在湿热环境中进行田间植保，劳动强度非常大。而且人工植保效率低，重喷漏喷比较普遍，防治效果不理想，进行大面积植保还需要投入较多的劳动力。当前农村青壮年劳动力逐渐稀缺，人工成本越来越高，广东省部分地区每天200元的人工喷药价格也一工难求，加上农药对人体伤害较大，有的地方曾经发生过人工喷洒农药中毒而打官司要求经济赔偿的事例，因此农民都希望引入新型高效的植保机械。植保无人机的作业速度能够达到40～180亩/h，其效率是人工喷药的40～60倍，而且能够断点续喷，喷洒均匀，重喷漏喷少，雾化效果好。植保无人机的旋翼还可以产生强大下降气流，增加农药雾流对农作物的上下穿透性，使叶片正反面均能着药，有效提高农药利用率，促进农业节本降耗。同时，植保无人机采用远距离遥控操作，实现了人药分离，消除了作业人员与农药直接接触的风险，相比于人工喷药，安全性大大提高。因此，引入植保无人机，可以有效解决农忙季节农村植保劳动力不足的问题，提高农业生产效率，降低农业生产成本，增加农业经济效益，加速农业转型升级步伐，助推农业供给侧结构性改革。

2.3 有利水稻生产全程机械化

广东省农业农村重点工作之一是推进水稻生产全程机械化，引进一批适应丘陵山区的国外先进农机具，解决某些生产环节无机可用的问题。由于农作物生长阶段的不可毁坏性，水稻生产植保环节对机械化的要求很高。地走式植保机械作业存在损苗率过高的问题。在水稻生长中后期，拖拉机配套的悬挂式、牵引式植保机具下田作业会造成水稻枝叶受损。加上水稻田具有烂、滑、陷等特点，不像旱田那样可以机械化随意操作，地走式植保机械难以下田作业。植保无人机操控灵活，可以贴着作物冠层飞行作业，不受水稻生长周期和机具使用时间限制。因此，引入植保无人机实现水稻植保环节的机械化，可以解决水稻生产全程机械化的瓶颈问题，有效推进水稻生产全程机械化。丘陵山区由于交通不便，地走式农业机械难以进入，植保无人机对地形要求低，作业不受海拔限制，在田间地头均可垂直平稳起降，适应性强，整体尺寸小、质量轻，携带方便，能够满足岭南地区不同地形特别是丘陵山区的农业生产需求。

3 应用植保无人机的效果分析

近年来国家相继发布的一系列“三农”工作指导文件为植保无人机的应用提供了政策支持。2015年，农业部印发《到2020年农药使用量零增长行动方案》，提出推广植保无人机等现代植保机械。2016年国务院印发《全国农业现代化规划（2016—2020年）》，提出发展农用航空以促进农业机械化提档升级。中山市农业部门认真贯彻落实有关文件要求，积极应用植保无人机开展试验示范。由中山市农业科技推广中心对试验示范点的植保无人机进行应用效果数据收集，积累作业经验，进而逐步在全市推广应用。试验示范点是位于中山市沙溪镇的水稻田，种植面积为100亩，其中10亩进行人工喷药，90亩进行植保无人机喷药。调查统计采用五点随机取样，每点调查5丛，记录活、死虫数，把人工喷药效果与植保无人机喷药效果进行对比分析。试验示范点采取机械化育插秧技术，种植品种为马坝银占，土壤条件为粘性壤土，灌溉水为岐江河水。人工喷药采用背负式电动喷雾器。植保无人机喷药采用六旋翼植保无人机YT-M-15，其技术参数见表1。

在水稻进入扬花抽穗期前进行第一次喷药。本次人工喷药与植保无人机喷药对稻飞虱的防治效果数据见表2。

在水稻进入扬花抽穗期后进行第二次喷药，本次人工喷药与植保无人机喷药对稻纵卷叶螟的防治效果数据见表3。

表1 六旋翼植保无人机YT-M-15技术参数

表2 对稻飞虱防治效果

表3 对稻纵卷叶螟防治效果

从表2、表3可见，植保无人机喷药对稻飞虱、稻纵卷叶螟的防治效果比较理想。特别是当水稻进入扬花抽穗期后进行喷药作业，喷药后3 d对稻纵卷叶螟防治效果达49.02%，比人工喷药防治效果提高19.61%，喷药后7 d对稻纵卷叶螟防治效果达66.92%，比人工喷药防治效果提高3.63%，对比显著。

4 我国推广植保无人机的对策建议

随着农业适度规模经营的发展，对大面积连片作物实行病虫害机械化统防统治是未来植保的大势所趋，农民合作社、家庭农场、种植大户、农业企业等对植保无人机的刚性需求正在增加。植保无人机市场潜力巨大，应用前景广阔。建议针对植保机械化的需求，从以下几个方面加大植保无人机的推广力度：

4.1 制订植保无人机的发展规划

从顶层设计上对植保无人机的推广应用进行部署。研究制订植保无人机的性能鉴定标准、植保作业标准、质量检测标准和安全飞行标准，形成植保无人机的准入制度，防止未达标的植保无人机进行农业航空作业，避免造成农业安全生产事故和环境污染。

4.2 实施植保无人机的购置补贴

据了解，目前国内植保无人机的产品价格基本保持在5万～20万元。建议加大政策引导和扶持力度，将植保无人机纳入农机购置补贴范围，消除植保无人机的价格壁垒，降低植保无人机的购置成本，让植保无人机叫好又叫座。

4.3 建立植保无人机的服务体系

支持农机专业合作社购置植保无人机组建植保服务队伍，上门为农户提供植保飞防 “一站式”服务。农户不仅可以省去购买和维护植保无人机的费用，还可以避免作业过程中遇到的技术和操作问题。鼓励懂技术、熟悉互联网的青年大学毕业生应用植保无人机开展创业，成为新型科技农民，为农业现代化增添生力军。

4.4 开展植保无人机的配套研究

植保无人机由于喷洒速度快，对农药的要求与地面植保有很大不同。目前国内还缺少与之适配的飞防药剂。现有植保无人机作业大多参考地面植保确定农药剂量和配置。建议研究开发植保无人机的配套专用药剂。此外，植保无人机的载荷和续航也会影响作业效果，建议针对植保无人机配套的电池开展研究攻关，突破技术瓶颈，改进电池性能，提高植保无人机的载荷，延长植保无人机的续航。