关于植保无人机水稻田间农药喷施的作业效果研究

陆碧秀 莫新媛

摘 要：植保无人机不仅可以加速药液的沉积，也能够减少雾滴漂移，让农药快速沉积到稻株的中下部。该文通过实际的田间试验，进一步分析植保无人机在水稻田间喷施农药中的实际效果，以此为植保无人机在水稻田间作业提供技术指导。

关键词：植保无人机;水稻田;农药喷施;作业效果

无人机喷施农药是近几年里兴起的一種植保技术，水稻是我国主要的粮食作物，将植保无人机应用在水稻田间农药喷施作业中可以有效提高作业质量和效率，让水稻产量、质量得到提高。但在对植保无人机作业过程进行研究时，发现不同机型、作业高度、农药喷洒量都会影响到最终的作业效果，需要进行深层次分析。

1   植保无人机水稻田间农药喷施作业试验

相比较传统的植保技术来看，无人机在水稻植保作业中更具优势，作业效率、经济效益都得到了根本上的提高。随着该应用技术的日益成熟，应用效果也得到了进一步提高。水稻作为我国的主要粮食作物，如何保证其产业的健康发展，不仅是为了提高粮食供应的稳定性，更是为了保障经济发展基础的稳定性。无人机在水稻栽培植保上的应用虽然整体效果显著，但在实际作业中也会受到多方面因素的影响，作业效果并不稳定。无人机对操作技术要求较高，尤其是在农药喷施环节，具体的飞行高度、航线等环节都必须进行详细的规划和计算。农药喷施的目的就是防治病虫害，用药量以及具体配比浓度都会影响到最终喷施的质量，但目前国内并没有形成统一标准。为此，本文挑选了市面上两个较为常见的无人机机型，分别为：电动单旋翼植保无人机和电动多旋翼植保无人机。

设计了三个农药喷洒量，分别为700 ml/hm2、1000 ml/hm2和1500 ml/hm2，同时设计了两个高度水平，1.5m和2.5m。在保证其他因素相同的情况下，展开具体试验，找到最佳的植保农药喷施方案[1]。

2   植保无人机水稻田间农药喷施作业效果

为了测试不同作业参数下植保无人机的应用效果，在试验过程中，收集雾滴粒径、沉积密度、有效沉积量等方面数据，同时观测水稻病虫害的防治效果。

2.1  试验数据分析

根据无人机上安装的喷嘴雾化的雾滴粒径测定信息来看，随着农药喷洒量的提高，雾滴粒径逐渐减小后区域平缓。当喷洒量达到1500 ml/hm2时，粒径最小。在试验中一共选择了两个型号的喷嘴分别为，11001VS型和110-015-VP型喷嘴，110-015-VP喷嘴雾化的雾滴体积中径相对较大。从无人机在不同采样点上表现的雾滴沉积密度数据来看，当高度为1.5 m时，电动单旋翼植保无人机不同农药喷洒量下叶面上有效沉积量分别为2?g/cm2、2?g/cm2以及3?g/cm2。当高度为1.5 m时，电动多旋翼植保无人机的有效沉积量分别为2.5?g/cm2、2?g/cm2以及3?g/cm2。当高度为2.5 m时，农药喷洒量为700 ml/hm2时两架无人机有效沉积量分别为2?g/cm2、2?g/cm2。

由此可见，农药喷洒量增加幅度较小时并不会对有效沉积量造成影响，但当农药喷洒量为1500 ml/hm2时有效沉积量明显提高。进一步对比分析农药喷洒量对雾滴沉积效果的影响，根据所得到的结果来看，随着喷洒量的提高，两架无人机的雾滴沉积效果明显增加，当喷洒量为1000 ml/hm2和1500 ml/hm2时，电动单旋翼植保无人机的沉积效果增加了48.50%、137.73%，电动多旋翼植保无人机则增加了66.60%和111.88%。但随着喷洒量增加，沉积均匀性出现了波动。

综合来看，单旋翼植保无人机在喷洒量1000 ml/hm2时，均匀性最优、沉积量变异系数29.50%，多旋翼植保无人机在喷洒量1500 ml/hm2时，均匀性最优、沉积量变异系数为25.65%。在不同高度条件下，植保无人机的作业效果也存在一定差别。根据试验结果显示，在1.5 m作业高度下，雾滴沉积量和沉积均匀性都明显优于2.5 m。随着作业高度的增加，单旋翼和多旋翼无人机的雾滴沉积量和沉积均匀性出现了不同程度的降低，其中雾滴沉积量降低了19.3%、48.7%，而雾滴沉积均匀性降低了53.6%、22.9%[2]。

根据实验结果来看，将农药喷洒作业提高到距地面2.5 m的高度后，单旋翼无人机喷洒的雾滴落在采样点上的沉积量明显多于多旋翼无人机，增加幅度超过120%。出现此种现象的原因在于，多旋翼无人机的旋翼风场组成较为复杂，由多个无人机旋翼风场、自然风场耦合而成，能够从多个方向对雾滴降落方向产生外部作用力。此外，单旋翼无人机在喷施过程中，其旋翼风场产生竖直向下的下洗气流，有助于雾滴迅速降落、精准“打击”，在短时间内迅速蒸发，从而减少偏移数量。在多种因素的共同影响下，多旋翼无人机的雾滴沉积量少于单旋翼无人机。

2.2  植保无人机纳米农药喷洒量对水稻病虫害的防治效果

当植保无人机喷洒的农药效率达到每公顷46.67 ml时，单旋翼植保无人机喷洒的农药，能够对稻飞虱、稻纵卷叶螟、稻瘟病等病虫害起到良好的防治效果。根据喷洒前后的结果比对，发现上述三种病虫害的防治成功率分别达到87.65%、77%、82.3%。对细菌性条纹病的治愈率稍低，勉强达到60%。此外，如果农药喷洒效率达到每公顷66.67 ml时，多旋翼无人机对病虫害的防治成功率将会超过单旋翼无人机。结合数据分析，对稻飞虱、稻纵卷叶螟、稻瘟病的防治成功率分别达到87%、79%、83.3%，而对于细菌性条纹病的治愈率可以达到近70%。

2.3  植保无人机作业高度对水稻病虫害的影响

经过多组数据对比可知，当两种类型的植保无人机处于1.5 m的作业高度时，其喷洒的农药对水稻病虫害的防治效果最佳。但如前文所述，两种无人机达到最佳防治效果时平均每公顷喷洒的农药计量存在差异。此外，上述结论是在只进行了两组实验的情况下得出，因此存在一定的偶然性。比如双旋翼无人机在2.5 m作业高度时，对稻瘟病的防治成功率甚至超过了90%，高于1.5 m的作业效果，然而此种情况只出现了一次，可以被归纳为偶然情况。基于此，必须根据实际情况，合理选择喷洒机型和作业方式。

2.4  提高作业效果的具体措施

基于上述数据，最终确定了1.5 m的作业高度，农药喷洒量为1000 ml/hm2。综合考虑两种无人机之间的差别并不大，但电动多旋翼植保无人机的整体效果更优，因此，选择该无人机作为植保作业设备。从实际应用效果来看，稻飞虱、稻纵卷叶螟、稻秆潜蝇、细菌性条纹病和稻瘟病这五个水稻田间常见病虫害的防治效果达到了86.54%、78.62%、89.47%、66.67%和83.33%。此次试验进一步证明了无人机植保技术在水稻种植过程中的效果，值得大范围推广。在未来可以建立更加完善的机械设备选型体系，同时对农药喷施放流程进行合理的设计，提高作业专业性和规范性。比如，整合现有水稻农业资源信息和研究成果，建立形成专业数据库，研发出可结合多因素展开处理的决策系统，科学完成设备选型和参数决策，以此应对多变的农田施药环境。同时，研发出成本低、穿透力强的无人机专用喷嘴，让喷施作业得到规范化发展，以此提高保无人机水稻田间农药喷施的作业效果。

3   结语

综上所述，利用植保无人机进行水稻田间农药喷施作业，能够有效解决传统植保技术中存在的缺陷弊端，为水稻的生长创造出良好的环境优势。通过具体试验结果可以看出，机型对农药喷施的影响较低，当高度为1.5 m，农药喷洒量为1000 ml/hm2，病虫害防治效果较优。