无人机在农业生产中的应用现状与相关应用研究

敬树忠，刘然金，王卫兵，顾 刚，蒋 波

(1.四川省农科院作物所，四川 成都 610066;2.四川省渠县农林局，四川 渠县 635200;3.四川省遂宁市船山区农业局农技站，四川 遂宁 629000;4.成都市种子管理站，四川 成都 610072)

无人机在农业生产中的应用现状与相关应用研究

敬树忠1，刘然金1，王卫兵2，顾 刚3，蒋 波4

(1.四川省农科院作物所，四川 成都 610066;2.四川省渠县农林局，四川 渠县 635200;3.四川省遂宁市船山区农业局农技站，四川 遂宁 629000;4.成都市种子管理站，四川 成都 610072)

本文总结了无人机在农业生产上应用的现状，分析了无人机在农业生产上应用的前景，研究了飞行高度、飞行间距对应用效果的影响，研究了无人机喷洒农药的合理剂量，提出无人机在农业生产中推广应用急需解决的部分问题。

近年来，随着农业生产模式的不断变革，新技术不断进步，无人机在农业生产上的应用方向越来越多、面积越来越广泛，推进速度越来越快。无人机除广泛应用于植保服务外，还应用于叶面肥喷施、专用微量元素施用、田间生长监测、杂交水稻制种授粉、油菜生产辅助授粉、土地面积测量、地质灾害监测等方面。除川西平原使用较多外，丘陵区也在快速示范与推广。近两年来，除政府采购上百万亩植保社会化服务外，一大批专业合作社、家庭农场、种粮大户及种粮农户也在积极应用。

无人机在农业生产上的广泛应用，给农业生产创新模式带来了强大的推动力，既是农业现代化的重要进步，也是现代技术改造传统产业的重要举措。本文分析了无人机在农业生产上应用的现状与前景，研究了当前应用中的几项主要技术，提出推进无人机在农业生产应用的技术难点。

1 现状与前景

1.1 大量社会资本参与无人机在农业生产上的应用作出有效保证

从2012～2015年，植保无人机的关注度一年比一年升温，尤其是2015年大量植保无人机田间试验和田间作业的报道。2008年，无锡汉和航空技术有限公司开始进行植保无人机的技术研发，安阳全丰生物、河北威远生化、广西田园、诺普信、江苏克胜、南京善思生物科技、北京诺农国际生物等也参与到航空植保领域，推动了这个行业的发展。大量社会资本参与，为无人机在农业生产上的应用作出有效保证。

1.2 农业与农村现状提出了对无人机的刚性市场需求

在农村劳动力缺失的今天，农药施用的主力是留守在农村的中老年人。受机具、喷洒水平、人员素质制约，喷洒质量并不高，重喷、漏喷、不适时适量使用现象比较普遍，而且长期背机打农药对身体的潜在危害也很大。无人机喷洒农药，技术相对成熟及操作稳定后，喷洒效果会高于人工喷洒，喷洒均匀，雾化好，而且直升机的螺旋桨产生的风力可以掀开植物，让农药喷到植物茎秆部；断点续喷，漏喷重喷小；加之对作物伤害小，综合防治效果好。最重要的是实现了人机分离，农药在喷洒过程中几乎对人没有危害，提高了农药喷洒的安全性。

随着适度规模化种植的发展，统防统治、科学防治成为未来发展的必然趋势。无人机的高效率和规模化操作为做无人机的企业、购买无人机的服务组织和无人机用户提供了巨大的市场空间。

1.3 农业生产机械化、标准化提出了生产要求

人工防治作业存在的弊端，如水稻田有水，穿胶鞋下田很笨重，光脚下田操作有被划破脚的危险；而对于玉米等高秆作物来说，人工打药会造成作物枝叶受损等。此外地走式植保机械作业时存在伤、毁苗率过高的问题。无人机的适应性比较强，通过空中作业，不受山地、水田等地形因素，垄作、平作等种植方式，高秆、矮秆、林果以及作物生长周期的限制，有效解决作业难问题。研究结果表明，我国农药的有效利用率约为30%，另有60%～70%的农药流失到土壤、水源或漂移到环境中，大部分的农药不仅没有起到防控作用，反而污染了环境。人工喷洒的整个用药量是偏高的，施药的质量和数量都无法监控。

一旦无人机市场成熟起来，就会出现行业标准，可以规定单位面积的药剂用量，植保无人机采用的GPS测速，用速度控制喷头农药喷量和开关，实现农药自动定量精准控制喷洒；此外，喷雾装备的药剂物化质量直接影响农药在作物上的沉积分布，无人机在实现科学施药方式的同时，根据雾化原理，掌握喷嘴与靶标物体的距离，保证农药有效利用，这样就可以按照行业或国家的施药标准规范作业。

1.4 政府引导与大力扶持

近年来，政府除大力宣传推广无人机植保应用外，还出资大量购买了以无人机植保服务为主的上千万亩社会化服务，大大推动了无人机在农业生产上的应用。政府的扶持与引导充分体现了无人机市场的广阔前景。

2 几项主要技术的研究

现行生产应用中，无人机在农业生产上的应用方法研究相对滞后，既没有行业标准，也无操作规程，大家凭经验操作，不足之处较多。

2.1 飞行高度、间距与喷药效果研究

现行的无人机飞防，通常按飞行间距3m，飞行高度1.5m执行。2017年，针对水稻抽穗期无人机喷洒农药的飞行高度、间距对防治效果的影响进行了严格的试验。

2.1.1 试验材料 极飞P20、大疆Mg-1s、零度智控守护者Z10无人机；上海同仁药业3%赤霉素乳油；水稻品种蜀21A等。

表1 飞行高度与有效喷药幅宽关系

2.1.2 试验结果 按几种机型的特点及我方操作人员的熟练程度，选择了极飞P20无人机，用上海同仁药业3%赤霉素乳油作标记，在业内通用的设定飞行间距3m的前提下，作了飞行高度对喷药效果的试验：叶面喷施宜按2m高度飞行，才能全面实现最佳喷施效果；茎部喷施宜按飞行高度1.5m，飞行间距2.5m飞行，能达到最佳效果。

2.1.3 结果与讨论 正确应用无人机，能达到良好的效果。其他机型，不同作物、不同生长阶段，需按不同飞行高度、飞行幅宽作业，才能达到最佳效果。只有不断探索与完善，才能不断推进无人机产业快速良性发展。

2.2 药剂用量比较研究

目前我国农药使用大多仍以传统的背负式喷雾器喷雾为主，药液用量大、“跑、冒、滴、漏”现象严重，农药有效利用率仅30%左右。农业部提出“到2020年实现化肥、农药使用量零增长”行动方案，以期解决我国化学农药使用量大却有效利用率低的问题。这也是近年来植保无人机得以飞速发展的一个重要原因。

针对无人机喷洒雾化程度高，漏喷重喷低的特点，为发挥无人机飞防的最佳潜力，2017年针对水稻抽穗期无人机喷洒农药的用药量进行了严格的试验。

2.2.1 试验材料 极飞P20、大疆Mg-1s、零度智控守护者Z10无人机；上海同仁药业3%赤霉素乳油；水稻品种蜀21A。

2.2.2 试验结果 按几种机型的特点及我方操作人员的熟练程度，选择了极飞P20无人机，用上海同仁药业3%赤霉素乳油作标记，对用药量进行了比较研究。

表2 喷药量比较研究

通过试验，同等条件下，无人机飞防可比正常人工防治减少用药量20%～30%。

2.2.3 结果与讨论 本试验结果为叶面吸收型药剂的试验结果，对叶面吸收型药剂适用。对触杀型、倍半型药剂及其它类型药剂需专门研究。大力推广无人机科学飞防，是实现“到2020年实现化肥、农药使用量零增长”的重要举措。

3 需要共同努力解决的问题

加速推进无人机在农业生产上的应用，还有大量工作需要大家共同努力解决。首先，加速研究与应用无人机应用的行业或地方标准是推进无人机在农业生产上科学应用的基础。现行无人机通行的应用方法，大多是使用者经验的积累和应用，效果不是最佳，理论基础薄弱，不能充分发挥尖端技术的先进性，盲目应用将导致该技术大面积推广受到严重阻碍。其次，加速推进农业生产模式改变是推进无人机在农业生产上应用的关键。机械化引导标准化，标准化需求规模化，只有引导、扶持、强化家庭农场、种粮大户、专业合作社、涉农企业适度规模化生产，才能形成无人机在农业生产上应用的繁荣市场。另外，飞机生产企业加强技术研发，开发更多、更好、更经济的无人机机型，农药生产企业积极参与，研发适宜、方便无人机应用的药剂剂型、包装、应用方法、使用剂量等，参与单位加强无人机应用及相关知识培训。通过多方共同努力，通力合作，必将形成高新技术改造传统产业的典范，必然创造无人机在农业生产上应用的巨大市场。