无人机植保在家庭农场中的应用——以张掖市甘州区为例

强德霞，刘亦凡，刘 杰

(甘肃林业职业技术学院，甘肃 天水 741000)

我国西北部地区植保服务社会化、机械化程度较低，安全用药意识差，农药滥用普遍，造成了大量的农作物药害，作物的农药残留超标导致了人畜中毒、土壤环境污染等问题，植保已成为种植业全程机械化发展的瓶颈[1]。2013年农业部提出，“到2020年，全面建成国家、省、市、县四级植保公共服务体系”[2]。2015年印发《2020年农药使用量零增长行动方案》明确指出，要强力推进农作物植保工作[3]。

植保无人机能够搭载相关设备，装上农药，在飞防员的操作下完成自主线路飞行，一上午能实现上百亩地的飞防。高雾化的飞行优势也让农作物受药更加均匀，提高了病虫害防治范围和效率，在一定程度上减少了农药的使用量，积极推动了绿色农业的发展。

无人机已成为农业生产中的重要设备。植保无人机施药效率高、效果好，可全地型作业，易操作，相对其他植保器械优势明显。无人机在农业植保领域得到了迅速运用。

1 张掖市无人机植保现状

西北地区地域辽阔，种植面积很大，但大量的年轻人逐渐脱离农业生产，使得劳动力日益短缺，而留守的老年人体力不足，安全作业知识相对欠缺，对农业生产心有余而力不足。每年不断有因喷洒农药、作物农药残留而中毒和土壤污染事件发生。无人机飞防植保以其高效喷洒、安全环保的作业特点受到市场广泛青睐[4]。甘肃河西走廊地域辽阔，种植面积很大，然而劳动力短缺，每年有大量的土地荒废。为减少农作物农药残留和土壤污染问题，采取了植保无人机飞防。

张掖市地处河西走廊中部，2017年农作物种植面积28万hm2[5]。作为甘肃省率先推行家庭农场的地区，农业及相关部门推行了诸多政策措施，家庭农场日趋成熟。甘州区按照“政府引导、市场拉动、合作社推动、产业带动、农户联动”的发展思路，采取多种方式开办家庭农场[6]。家庭农场的规模势必要求先进技术的种植、植保与经营，无人机植保的先进性、低成本、易操作、安全性等特点满足了家庭农场的生产经营模式。

2 植保无人机在家庭农场中的应用优势

家庭农场具有大规模、大面积等特点，因此农管服务要具有便捷性。农作物的病虫害防治、田间杂草防治等一直是植保工作开展的重要内容，农业植保无人机的高效性与便捷性得到了农户们的高度认可，是家庭农场农管的重要技术支撑。

2.1 环保与节能

农作物植保作业不仅涉及农药的使用，更涉及大量水资源的使用[7]。相较于传统的植保作业方式，无人机植保可达到节水、省力及降低污染的效果，见表1。

表1 无人机植保与传统作业的节能对比Tab.1 Comparison of energy saving between UAV plant protection and traditional operation

随着现代农业的发展与变革，对于农作物植保作业的资源节约要求也越来越高，无人机植保以喷雾喷洒方式进行农药喷洒，不但减少了农田与土壤的水质污染，还降低了农业成本与资源成本[8]。

2.2 高效与安全

植保无人机代替了传统的人工植保，不再需要大量的劳动力，缓解了劳动力短缺问题。我国现代农业生产中，农耕与播种及收获三个环节应用机械化水平较高，但依然占用着大量的劳动力，成本较高。植保无人机解决了这些问题，不但提高了农业植保效率，还解决了劳动力短缺问题。以玉米植保作业为例，无人机每天作业强度为240亩，费用为8元/亩，而人工每天作业强度仅有10亩，费用为600元/d。

对于农业病虫害，植保无人机能够达到60～80亩/h，而传统的人工作业则最多1～2亩/h。

如表2所示，无人机植保的工作效率远高于人工作业，对于家庭农场来说，选择无人机植保是一个飞跃性的进步。植保无人机在空中进行植保作业，根据规划好的航线和植保种类，选择合适的高度，最大程度地保证了农药喷洒效果[9]。植保无人机采用的是遥控式操作，植保时远距离喷洒农药，避免了农药喷洒过程导致中毒事件的发生[10]。植保无人机的避障功能避免了人为操作失误，安全生产工作得到了有效保障。

表2 无人机植保与人工作业效率对比Tab.2 Comparison of the efficiency of UAV plant protection and manual operation

2.3 病虫害统防统治

植保无人机对起降场地没有特殊要求，田间地头只要平坦的场地均可，并根据植保地块自动规划最佳作业航线，自主适应不规整地形，在不同地形条件下均可满足不同作物及不同种植规模的需求。张掖市甘州区家庭农场数量较多，规模较大，病虫害的发生一般较为突然，传播较快。大块面积的作物急需植保无人机对病虫害统防统治。

3 无人机植保中存在的问题

无人机植保在家庭农场中应用较为广泛，在一定程度上解决了家庭农场的农作物病虫害防治等农管问题，但还存在着一些问题。

3.1 续航时间较短

大多数植保无人机的动力装置是电动机，一组电池的续航时间一般为10～25 min，大多在12 min左右，需要频繁地更换电池，即使是熟练飞手，1 h最多只能完成2次起降。而电池充电时间至少需要1 h，如果想每天工作6 h，至少需要备10～20块电池，才能保证正常作业。

3.2 高杆作物喷洒效果不佳

实践表明，无人机桨叶产生的风力不足以翻转高杆作物的叶子。当无人机植保时，由于桨叶会产生下压风场，使得诸如玉米、高粱等高秆作物的叶子发生扭曲变形。随着无人机的飞离，作物的叶子则恢复原来的状态，液滴发生回弹，大大降低了农药附着率，植保效果大打折扣。甘州区的农作物主要为玉米，在玉米生长前期，无人机植保有良好的喷洒效果，但在玉米抽穗之后，喷洒效果则不佳。

3.3 配套服务与人员培训不完备

植保无人机的使用需要高水平的操作人员，当前对甘州区家庭农场进行无人机植保的主要为不同企业，良莠不齐的技术人员导致植保飞防服务质量差别较大，得不到后期保障。对植保无人机操作人员的培养不够重视，农场主缺乏学习操控植保的意识，不能有效发挥无人机植保的作用。

4 结语

无人机植保在张掖市家庭农场的应用较广，对农作物病虫害的防治起着重要的作用，提升了病虫害防治效率，大大减少了家庭农场的人力成本。但是，无人机植保在推广及应用中存在一些弊端，应根据农作物的实际情况选择无人机植保方法，加强安全监管，积累经验，逐步在家庭农场中推广。