我国林业有害生物航空防治发展现状与前景分析

卢修亮

(国家林业和草原局森林和草原病虫害防治总站，辽宁 沈阳 110034)

近年来，我国林业有害生物多发频发，呈加重态势，局部地区成灾，年均发生1 200 万hm2左右[1]，造成4 000 多万株林木死亡，直接经济损失和生态服务价值损失高达1 100 亿元[2]，已严重影响我国林业健康发展，威胁着我国生态安全。

为有效应对林业有害生物发生危害重、扩散蔓延形势严峻、灾害事件多发频发的局面，各地十分注重加强现代智能防治技术在林业有害生物防治中的探索与应用，防灾减灾成效日益显现。其中，以航空防治为主的现代智能防治技术在“减肥减药[3]”、精准防治的背景下优势更加明显，应用水平不断提高，应用程度日益广泛，已逐渐成为我国林业有害生物防治中的重要技术手段。

1 我国林业有害生物航空防治发展现状

我国从1951年开始出现飞机参加防治东亚飞蝗、护林防火和播种造林的林业航空活动[4]。发展至今，农业上植保作业已逐渐形成有人驾驶航空器与无人驾驶航空器并存的格局[5]，但林业上由于作业情况更加复杂，对控制技术、设备性能等要求更高，航空防治仍以有人驾驶航空器为主。

1.1 有人驾驶航空器发展情况 据林业有害生物防治信息管理系统统计数据显示，2012—2017年，全国应用有人驾驶航空器参与林业有害生物防治工作的程度不断提高，防治作业面积由2012年的191.6 万公顷次增至2017年的415.1 万公顷次，实现了倍数增长[1](图1)。以有人驾驶航空器为主的航空防治凭其省时、省力、经济高效等优势[6]，实现了快速发展。2017年航空防治作业面积已占全国防治作业面积1 600 万公顷次[1]的四分之一。

图1 2012—2017年全国林业有害生物航空防治情况

2012年开始，中国民用航空局、财政部通过《通用航空发展专项资金管理暂行办法》对服务于农林牧渔等四类飞行作业予以补贴，且补贴力度、补贴范围随四类飞行作业量的增加均有不同程度的增长，极大地提高了通航企业参与农林业病虫害航空防治的积极性，逐步改善了农林业航空防治一直较为弱势的局面。农林业航空(含防治病虫害)从2012年的3.2 万小时提高到2017年的6.0 万小时(图2)。

另据中国民航局发布的《2016年民航行业发展统计公报》及《从统计看民航2017》数据显示，2016年全国320 家通用航空公司中，有49 家参与了农林业病虫害航空防治作业，农林业病虫害防治飞行时间合计3.1 万小时，占农林航空作业总量的60.8%[7-8]。且经中国民航局发布的《通用航空发展专项资金预算方案》统计，49 家从事农林业病虫害航空防治作业的通航公司中有46 家于2017年获得了通航发展专项资金补贴，补贴总额达到14 341.0 万元(含农林业病虫害航空防治作业补贴)[9]。由于中国民航局发布数据时并未将农业与林业病虫害航空防治分别发布，笔者重点对农林业病虫害航空防治通航公司整体情况进行阐述。

目前，全国应用有人驾驶航空器参与林业有害生物航空防治工作主要集中在虫害防治领域。据林业有害生物防治信息管理系统统计结果显示，2017年虫害航空防治作业面积达412.2 万公顷次，占比达95%以上。其中，航空防治对象主要是阔叶树食叶害虫及松毛虫类。据统计，航空防治美国白蛾Micromelalopha troglodyta(Drury)作业面积为280.2 万公顷次，防治杨树舟蛾35.5 万公顷次，防治松毛虫类24.9 万公顷次；部分松材线虫Bursaphelenchus xylophilus病发生省也正探索将航空防治应用于媒介昆虫松褐天牛Monochamus alternatusHope 防治中，共开展航空防治松褐天牛8.4 万公顷次。此外，新疆经济林果航空防治面积也逐渐扩大[1](表1)。

图2 2012—2017年全国农林航空作业情况

表1 2017年全国林业有害生物航空防治情况(以林业有害生物种类统计)

从航空防治区域上看，2017年全国林业有害生物航空防治作业面积最大的省份为山东省，达到近180 万公顷次，航空防治80～120 万公顷次的为安徽省，其他航空防治面积较大的为河南、河北、江苏、新疆等省[1](表2)。

表2 2017年全国林业有害生物航空防治作业情况(以省份统计)

1.2 无人驾驶航空器发展情况 近年来，植保无人机在农业领域发展迅猛。自2008年无锡汉和第一架植保无人机面世开始，无人机行业如雨后春笋般快速崛起[10]。发展至今，电动多旋翼植保无人机已占据市场主流[11]。

2013年开始，河南、福建、广东珠海、山东青岛等地率先开始对购置植保无人机进行补贴[12]。2017年9月，农业部、财政部、民航局联合启动植保无人机规范应用试点工作，对6 省(市)从事植保作业的农业生产经营组织购机进行补贴[13]，进一步加快了植保无人机推广应用进程。据农业部统计数据显示，截至2017年底，植保无人机保有量1.4 万余架，比上年增加0.8 万架。植保无人机作业面积513.3 万公顷次，比上年增加333.3 万公顷次。有人驾驶直升机和固定翼飞机作业面积为266.7 万公顷次[14]。植保无人机在应用程度上已经逐渐超越有人驾驶航空器，成为农业航空植保的重要组成力量(图3)。

图3 2014—2017年全国植保无人机情况

目前，林业有害生物航空防治应用无人机的程度仍然较低。主要原因有:一是林业上林型不一、地形复杂、障碍物较多，对无人机硬件装备与软件控制系统性能要求更高，操作难度更大；二是林业有害生物发生范围相对较广，作业面积要求更大，而目前主流应用的电动多旋翼植保无人机的有效载荷量大多集中在30 kg 以内[11]，单架次作业量一般在2～10 hm2，仍无法满足林业有害生物航空防治面积较大需求；三是电动植保无人机由于受电池技术瓶颈限制，航时短、载荷偏小，在开展大面积植保作业时需频繁更换电池及药液，影响植保无人机作业效率[15]；四是虽然部分油动无人机载荷量最大可达近100 kg，但由于成本高、整体维护及操作性难等原因，应用仍较有限[16]；五是受经济效益、林地产权、林分组成和林业有害生物发生情况等因素影响，无人机在林业有害生物防治领域商业化大量使用仍受限制[17]。

2 我国林业有害生物航空防治存在的主要问题

当前，我国林业有害生物航空防治面积快速增长，防治服务公司大量涌入，但目前我国林业有害生物航空防治机制仍不够健全，航空防治乱象日益凸显，严重干扰了防治市场秩序，影响了防治市场形象，妨碍了防治事业健康发展[18]。

2.1 航空防治施工单位专业化水平普遍偏低，作业质量参差不齐 当前，参与林业有害生物航空防治的通用航空公司很多都拥有高科技防治设备，但由于缺乏管理、疏于监管，航空防治逐渐退变为空中大型盲目式的快速喷药机，航空防治公司渐渐沦为“只求效益、不求质量，只求进度、不讲安全”的打药队，且林业有害生物航空防治工作流程复杂、环节较多，各环节专业性要求都非常高，但目前从事航空防治工作的相关人员很多都不是专业技术人员，不仅专业知识匮乏，缺少先进防治经验，更有少数对航空防治监管存在不理解、抵触、抗拒情绪，在一定程度上影响了整体防治成效。

2.2 监管机制不健全，航空防治质量难以保障 航空防治作为一种快速兴起的林业有害生物防治手段，传统的监管方式已很难适应目前的监管需求，监管机制建设滞后、监管能力相对下滑、监管效能不高等问题日益突出，航空防治质量难以得到有效保障。主要体现在以下三个方面。

1)业主单位监管知识匮乏，对质量要求不严。由于航空防治在部分地区刚刚应用，地方林业主管部门、森防检疫机构对此关注较少、理论基础较为薄弱，加之航空防治技术专业性较强、业主单位监管依据缺乏，导致业主单位只能对航空防治公司听之任之。

2)从事航空防治监管的社会化防治服务组织尚处在萌芽阶段。由于当前监管机制尚未建立，监管社会化推进程度严重滞后，监管招投标、监管方式、监管方法、监管内容、监管程序等尚未明确，社会化防治服务组织受多种因素影响，发展非常缓慢，监管能力十分有限。

3)航空防治施工单位自我监管意识相对较差。当前航空防治行业健康发展生态尚未完全形成，优胜劣汰的机制仍不够健全，施工单位普遍存在只追求短期效益、忽视长远发展的问题，为追求利益最大化，施工单位常只关注工程完成进度，忽视作业质量与作业安全，缺乏通过自身考评等手段提高航空防治质量的企业文化。

2.3 航空防治组织程序不规范，重要环节管理粗放各地在组织开展航空防治工作过程中，由于缺乏可供参考的规范性文件，加上经验不足、开展不及时、重点环节管理不精细、应急工作准备不充分，流标现象、次生灾害[19]等问题时有发生，不仅延误了林业有害生物最佳防治时机，而且削弱了航空防治施药精准化水平，影响了整体防治质量。主要体现在以下三个方面。

1)前期航空防治作业设计粗糙，多流于形式。部分地区在开展航空防治前，监测基础工作相对滞后，对有害生物发生危害情况、航空防治条件等掌握不够准确，不能为作业设计提供全面的基础数据；在进行作业设计时，对飞行路线、施药轨迹、作业避让区、禁飞区、不同作业区施药种类等都未进行详细的规划，仅在电子地图中进行简单的标注，作业设计中存在的一些问题不能及时发现，航空防治风险点未能得到有效纠正，直接影响了监管工作成效；航空防治施工单位在作业前虽然对防治现场进行了一定程度的踏查，选取了起降点，制作了航空防治作业电子地图，但却并未将作业设计转化成详细的纸质档案资料及时提交给业主和监管单位，不能做到存档备查，使监管工作受到较大影响，航空防治质量难以保障。

2)与有效施药面积相比，航空防治施工单位自报的防治作业面积存在偏高现象[18]。主要原因为，自报的防治作业面积往往忽视对幅宽、施药里程等指标有效性的核算，同时对航空防治过程中因药液漂移、漏喷或施药不达标等情况对施药面积产生的影响缺乏客观衡量方法。现提出有效施药面积计算公式，如下:

其中，S 为有效施药面积，W 为有效幅宽，O 为实际施药里程，R 为有效施药率(“有效施药率”为航空防治喷雾质量抽检过程中，喷雾质量合格的样片数占布设样片总数的比率)。

3)航空防治招投标价格差异过大，低价中标问题突出。由于招投标组织不尽合理，航空防治质量监管缺失，部分企业无视行业健康发展，依靠低劣作业质量降低成本，获取作业补贴，无序参与恶性竞争。过低的价格不仅扰乱了市场秩序，同时增加了防治效果的不确定性。当前，全国林业有害生物航空防治价格在30～200 元/hm2不等。

2.4 航空防治标准制修订相对缓慢，体系建设仍不完善 目前，林业有害生物航空防治的相关技术标准主要集中在对喷施设备、喷洒技术指标及防治过程中作业质量等方面的规范上，而航空防治前作业规划等相关指南规范和作业全过程的质量监管标准等尚未建立，航空防治全过程的标准化体系建设在很多环节仍存在缺失、不足。全国仅新疆于2017年制定了飞机防治工程监理地方标准，航空防治监管的国家标准、林业行业标准建设仍较为缓慢(表3)。

表3 林业有害生物航空防治相关技术标准

2.5 林业植保无人机探索应用不足，多元化程度较低 目前，无人机在林业有害生物防治领域应用方式较单一，主要以监测为主[20-22]。采用无人机开展监测，不仅实施效率更高，而且系统维护和使用成本也相对较低，是一种有效的有害生物监测和病死树定位航空遥感技术[23]。而针对无人机参与林业有害生物防治作业的情况却鲜有报道，这与农业植保无人机发展存在明显差异。目前国内常用的农用植保无人机已有“天鹰-3”、“Z-3”、大疆“MG-1”、单旋翼“CAU-WZN10A”与多旋翼“3WSZ-15”等多种型号[22]，而林用的植保无人机虽然部分产品采用油动力增加续航及载重，却仍未有成型产品被广泛使用。这既与林业航空防治作业更加复杂这一客观原因有关，也与林业政策扶植力度低、探索应用程度不足等相关。

3 我国林业有害生物航空防治发展前景分析

林业有害生物航空防治的快速发展，不仅有效解决了大面积突发性有害生物暴发成灾的问题，实现了病虫草害的快速及时防治，而且切实提高了农药利用率，减小农药过量使用对生态环境造成的巨大危害；同时也有效弥补了地面防治在林业有害生物防治中的不足。航空防治作为我国林业有害生物防治的重要手段，已越来越得到整个林业有害生物防治行业的认可与青睐。未来随着航空防治机制的日益完善、航空防治技术瓶颈的有效解决、航空防治智能监管设备[24]的规范应用，航空防治发展前景十分广阔。

1)重大林业有害生物扩散蔓延形势严峻，航空防治面积将稳中有升。根据原国家林业局发布的疫区公告统计数据显示，2013—2017年，松材线虫病5年累计新增县级疫区177个，美国白蛾累计新增县级疫区135个，扩散风险不断增大，防治难度不断加大，传统的地面防治已很难满足当前的防治需求。为有效应对重大外来林业有害生物扩散蔓延势头，降低对我国林业乃至国土生态安全造成的巨大威胁，科学、有效地开展航空防治已成为许多省份的优选方式之一。随着美国白蛾疫区推进到长江两岸，气候温暖湿润，加之植被更加丰富，发生程度、发生范围、扩散速度将呈现加速态势，航空防治面积预计将随着防治需求的增长而稳步增加。

2)航空防治机制建设将日益完善，监管力度全面加强。为有效解决航空防治领域存在的诸多问题，迫切构建完备的航空防治管理体系，航空防治质量监管技术规程、作业成本估算等相关标准制定工作急需快速启动并尽快发布，且随着社会化程度逐步推进，开展航空防治监管的市场也将逐渐扩大，社会化服务组织数量、能力势必也将大幅提升。为有效提高监管质量与效率，依靠现代智能技术、“互联网+”技术加强航空防治质量监管的趋势亦日益明显。截止到2018年1月，获得民航局批准实施运行的无人机监管云平台主要有优云系统(U-Cloud)、U-Care、飞云系统、北斗云系统(BD-cloud)和无忧云管家系统等5个；在有人驾驶航空器方面，目前全国开发完成并试用的智能监管系统主要有国家农业智能装备工程技术研究中心、北京一风立创科技有限公司、江西天人生态股份有限公司、成都天威公司、合肥斗米网络科技有限公司等5 家单位研发的5个系统。智能监管系统的推广应用，极大推进了航空防治安全规范应用进程，保障了航空防治作业质量。

3)航空防治作业价格将明显提升，作业质量得到有效保障。随着航空防治体系建设逐步完善，防治质量监管全面加强，航空防治作业面积不实、作业标准执行不严、作业精细化不够等问题将得到有效解决，恶性竞争、劣质服务、低价中标、劣胜优汰等现象将逐步扭转，航空防治价格将更趋合理，作业质量将得到有效保障。林业有害生物航空防治也将逐渐从工程量承包向绩效承包转变。

4)无人驾驶航空器防治效能将逐渐显现，应用程度不断提高。近年来，无人驾驶航空器在林业有害生物防治作业过程中的优势备受关注，发展前景广阔。主要优势体现在:一是作业更灵活、转场更容易；二是药液漂移少、施药更加精准；三是小范围林业有害生物防治作业性价比更高；四是无论从雾滴覆盖密度、雾滴粒径、还是分布均匀度来看，无人驾驶航空器喷雾质量效果更优[25-26]。未来几年，随着林业有害生物防治市场的不断拓展，投入及研发力度的不断增强，无人机的核心硬件装备与软件控制系统性能将快速提高，参与林业有害生物防治作业的能力将大幅提升，防治效能将快速显现。据悉，无人机在飞控系统、发动机、电动机、动力电池等方面已经取得了较大的进展，制造和使用成本正在持续下降，部分机型已配备高精度卫星导航定位系统，能自动规划航线，可进行超视距、超低空飞行作业[11]。

随着国家绿色发展理念不断推行、社会化防治不断推进、航空防治监管机制日益完善，以航空防治为代表的现代防控技术必将朝着更智能、更精准、更规范的方向发展，必将在保障森林健康、建设美丽中国中发挥更重要的作用。