无人机在棉花田间管理方面的应用研究进展

曹 众 ， 王国宾

（山东理工大学农业工程与食品科学学院，山东 淄博 255049）

棉花是世界上重要的农作物之一，我国是世界上最大的棉花生产以及消费国家，因此提高棉花产量和质量至关重要。农业航空应用是农业现代化的重要标志，无人机技术是农业航空的重要组成部分，无人机结合了GPS、GIS以及大数据技术，配合其搭载的传感器和喷施设备，可实现精准、高效植保作业。作为我国重要的农作物，利用无人机对棉花进行管理作业，有着巨大的发展前景。

1 无人机在棉田遥感方面的应用进展

近年来，随着现代信息技术的迅速发展，无人机遥感技术不断完善，其具有时效性好、操作简单、灵动性强、影像和地面分辨率高等诸多优点[1-2]。通过无人机搭载的多种传感器，结合遥感技术可以收集棉花田的多光谱图像、可见光影像、热红外影像等，利用计算机软件等处理图像数据，可以分析作物的生长状况及环境。

田明璐等通过无人机遥感技术获取棉田的高光谱影像，并对其进行反演，获得棉田的叶面积指数，同样田明璐等还通过无人机光谱影像，提取其中的光谱参数，反演棉花叶片的叶绿素相对含量，取得了较好的结果，利用以上两种参数都可以直观地分析农作物的生长状况[3-4]；李路曼等通过无人机可见光遥感获取棉田影像，其影像通过多尺度分割技术以及特征空间构建技术，利用计算机软件进项分析，大大提高了影像分辨精度，可以提取棉田种植信息[5]。可见，无人机遥感技术越来越完善，其不断发展为棉田的农情监测给予了新的技术手段和数据来源，对现代农业的生产管理有着极大的意义。

2 无人机在棉田喷施药剂方面的应用进展

为了提高农作物的生产质量和效率，合理喷施化学药剂是其前提。传统的人工喷施和陆地机械植保过程，不仅效率低，对植保人员也可能存在危害，且对农作物和土壤有一定的损害，可能造成严重的生态污染[6]。在现代农业和智慧农业快速发展的背景下，无人机结合多种传感器，配合其专用药剂以及配套的助剂，可实现变量喷施和精准施药，提高了农药的利用率[7]。近年来，无人机喷施在棉田的应用管理中得到了快速发展，棉花生产过程中，其多个生长环节都需化学药剂的喷施，为提高棉花的生产水平和生产效率，无人机在棉花的规模化、标准化、机械化作业中起着不可忽视的作用。

2.1 无人机喷施脱叶催熟剂的应用

在棉花机械收获的过程中，合理地喷施脱叶催熟剂是其重要前提，可以提高棉花的脱叶吐絮质量，降低籽棉中的碎叶杂质，从而提高棉花品质。马艳等研究表明，利用无人植保机对棉花进行喷施脱叶剂，可以达到良好的脱叶效果，且对棉花的产量和纤维品质没有明显影响[8]。为了找出无人机喷施棉花脱叶催熟剂的飞行参数，蒙艳华等通过2年试验，评估无人机喷洒脱叶催熟剂的棉花脱叶效率，结果表明，脱叶效果对喷液量很敏感，最佳喷液量为22.5 L/hm2，其飞行速度为4 m/s[9]。近年来，为了提高药效，常添加航空喷雾助剂，可以提高雾滴的沉积。

2.2 无人机喷施防治病虫害的应用

在棉花种植过程中，对害虫的防治非常重要，目前对病虫害的防治主要是依靠化学药剂，但传统的施药方式很难达到预期的防治效果，无人机作为一种新型植保机械，其对病虫害的防治有很好的效果，是一种符合棉花有害生物防治的技术。袁会珠等人的研究表明，雾滴粒径与农药药效存在一定的关系，在一定范围内，采取细小的雾滴喷雾对病虫害的防治能够取得更好的防治效果[10]。为使棉花叶片上的雾滴沉积达到最佳防治效果，王喆通过MG-1S型无人机研究表明，无人机喷施过程中防治棉蚜最佳参数为：飞行速速度4 m/s，飞行高度2.5 m。为了减少无人机喷施过程中雾滴的飘移，提高农药利用率，可在农药中添加助剂。白微微等利用植保无人飞机，分别添加5种助剂进行喷施作业试验，所有助剂对棉花都无明显影响，其中4种助剂对棉蚜的防治均有一定的增效作用。

2.3 无人机喷施在棉花打顶方面的应用

在棉花打顶方面，赵强等研究表明，与传统的人工打顶相比，化学打顶棉花的效果比较好，其产量维持在较高水平，株高更是比人工打顶平均高出17%，且化学打顶对棉花的综合品质无明显影响[11]。传统的化学打顶多采用地面机械牵引的喷雾剂进行，其进行植保作业过程难免会损伤棉花，影响棉花的产量和质量，使用小型的植保无人飞机可改善传统机械作业带来的问题。赵静等通过植保无人机喷施缩节胺来探索与传统喷杆式喷雾机对棉花生长调控的不同，结果表明，无人机喷施缩节胺对棉花株高的影响与喷杆式喷雾机作业效果相当，可有效促进棉花的生长[12]。目前无人机喷施在棉花打顶方面的应用研究较少，但根据已有文献说明，无人机喷施化学药剂打顶是完全可行的。