植保无人机发展简况及应用

王佳

摘 要 简要回顾了国内外植保无人机的发展过程，介绍了植保无人机的主要种类、性能及推广使用情况;分析了目前植保无人机在实际使用中存在的问题，针对植保无人机的优点和不足，为有效使用和推广植保无人机提出了建议;在加强产学研合作、科技创新及实际应用需求等方面，对植保无人机的发展进行了展望。

关键词 农业;植物保护;无人机

中图分类号：S252.3 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2021.15.078

近年来，植保无人机在农林领域的应用逐渐广泛，植保无人机受到的关注度也越来越高。基于此，介绍了植保无人机的发展历程、种类、使用等情况，并对未来植保无人机的发展提出建议，期望植保无人机在未来的生产中更加普及，发挥更大的作用。

1 植保无人机的发展历程

将飞机用于农业植保领域，已有100多年历史。1906年，美国开始采用有人飞机喷洒化学农药消除牧草害虫;1911年，德国提出采用飞机喷洒农药控制森林害虫。1922年，前苏联采用飞机喷洒农药防治蝗虫。

1949年，用于大规模农田植保的固定翼飞机在美国研制成功。1987年，日本研制出世界上第一架农用无人机，并在次年进行市场销售。

1951年，中国民航采用C-46型飞机，在广东省广州市进行灭蚊蝇工作，开启了中国农业航空发展的历程。2004年，国家科学技术部对植保无人机进行了立项资助;2008年，国家农业农村部南京农业机械化研究所研制出我国第一台植保无人机;2009年，无锡汉和推出国内第一台油动植保无人机;2010年，第一架商用植保无人机出现;2014年后，植保无人机在国内得到规模化应用;2016年后，植保无人机得到大面积推广应用，植保无人机的使用及经营逐渐成熟。

2 植保无人机的类型、性能及生产使用情况

植保无人机一般由飞行平台、导航飞控系统及喷洒装置3部分组成。按照动力来源，植保无人机一般可以分为燃油和电池两大类，近年来，也出現了油电混动的植保无人机;按照机型结构，植保无人机一般可分为固定翼、单旋翼、多旋翼无人机。

电池植保无人机一般在空作业时间10～30 min不等，而燃油无人机一般在空作业时间可以达到30 min以上;电池无人机的载药量一般从5～15 L不等，而燃油无人机的载药量可以达到15 L以上。与电池植保无人机比较，燃油植保无人机的在空作业时间长，载药量大，但是，燃油无人机操作及维护的要求及成本比电池无人机高。

2014年以来，不少企业进入植保无人机的生产及服务领域，国内植保无人机的生产及使用得到快速发展。2015年，国内销售植保无人机约2 400台，到2018年快速增长到年销售约13 000台;2012—2016年，国内植保无人机防控病虫害面积总计为0.03亿公顷，到2018年植保无人机防控病虫害面积达到0.18亿公顷。

3 植保无人机的优点

植保无人机经过多年的使用和发展，主要优点有作业效率高、节约成本、适应性广，并且可以减少农药对防控作业人员的伤害。

1）从不同角度看，企业、学者认为植保无人机的防控作业效率是人工的10～20倍，甚至100倍。总之，植保无人机的病虫害防控作业效率高于人工防控作业效率得到广泛的认可。2）植保无人机作业效率高，在防控作业过程中，可有效降低人工成本，此外，还可以节省药剂施用量和用水量[1]。3）植保无人机可以在较小的场地，或田间，完成起降作业;在平原、丘陵、山地及其他复杂地形，植保无人机可以方便、快速完成药剂喷洒防控任务;植保无人机操控灵活，不仅可以对水稻、小麦、蔬菜等低矮的农作物进行药剂喷施，还可以对果树、经济林木等高大的树木进行方便、有效的防控作业。4）通过配药、装药后，植保无人机可以在防控人员操作下，自行喷药，防控人员可以避免长时间近距离地接触农药，可以避免人员农药中毒风险。

4 植保无人机存在的问题

4.1 精准防控技术有待研究和完善

国内科技人员采用植保无人机进行了水稻田间杂草防控、油菜杂草防控、小麦返青期施药参数优选、柑橘园柑橘木虱和潜叶蛾防控及小麦病害防治模式等进行了研究，对植保无人机防控参数和防治模式进行了有益探索。植保无人机在进行植保防控时，需要面对作物种类、作物生长发育阶段、病虫草害种类、病虫草害发生程度及部位、环境气象条件及无人机性能及飞行参数等变量因素，只有统筹考虑这些变量因素，植保无人机才能达到应有的植保防控效果。因此，为使防控作业达到预期效果，在植保无人机精准防控理论及技术研究方面，还需进一步研究和完善。

4.2 防控效果的检测评价有待研究和完善

植保无人机在防控过程中药剂的种类、剂型、助剂，药剂雾滴的有效喷幅、沉降覆盖率、沉积密度、沉积飘移、防控飞行速度和环境气象条件等因素，对防控效果、农药利用率、施药药害等结果有较大影响[2]。科技人员对这些问题，进行了探索和研究，取得了许多有益的进展。由于受到无人机、药剂、作物、种植方式和环境等动态因素或制约因素的影响，对植保无人机防控效果的检测和评价，具有一定局限性，还未形成明确的国家防控使用效果技术规程和标准。

4.3 植保无人机行业有待规范管理

在植保无人机迅速发展的情况下，有必要制定植保无人机生产、操作、应用和评价等的技术规范和标准。截至2020年6月，国内制定农业航空国家标准1项，农业行业标准2项，民航行业标准16项，其中NY/T3213—2018《植保无人飞机质量评价技术规范》为目前唯一发布的农用无人飞机标准。NY/T3213—2018《植保无人飞机质量评价技术规范》侧重于植保无人机的生产制造和使用规范，对植保技术要求则相对简要[3-5]。1）在植保防控使用过程中，植保无人机的喷施装置喷嘴、隔膜泵、药箱等关键部件的改进和创新，日益受到人们的关注和研究开发;2）植保无人机使用者和防控服务行业，对植保无人机的质量和性能的要求不断明晰，需要规范植保无人机企业准入和生产标准，不断提高植保无人机生产企业的研发、生产、检测等能力;3）面对植保无人机行业的快速发展，需要明确植保无人机使用范围、条件，及使用者培训、资质、服务范围等植保无人机的行业管理规定;4）根据防控任务的需求，制定必要的无人机行业标准和规范显得越来越重要和迫切。

5 有效应用植保无人机的措施

5.1 加强植保无人机专用药剂和喷头装置的研发

目前，植保无人机的药剂通常用传统的大容量、背负式作业器具使用的药剂和剂型，无法满足植保无人机低容量或超低容量作业时的需求，需要有针对性的在药剂的溶解性、蒸发、漂移、沉降和附着等方面加强研究和改进，形成植保无人机专用的药剂和剂型。此外，植保无人机采用大容量作业喷头，喷洒药液不均匀，且容易造成药害，为起到有效防控效果，还需要对植保无人机的喷头系统进行改进和提升。

5.2 加强农机与农艺结合

植保无人机防控要取得好的效果，需要加强农机与农艺结合[6]。在改进农机配套装置的同时，需要在防控时考虑不同作物种类、生育期特点、病虫害种类、为害程度、药剂种类选择及施用剂量等因素，制定相应的飞防策略和措施，才能起到良好的防控作用。

5.3 加强专业化植保统防组织建设

开展植保无人机防控作业，专业化较强，需要多学科的知识和技能，需要种植、农机、植保和飞控人员，甚至经营管理人员共同合作，才能达到病虫害防控效果好，防控成本降低，经济可行[7]。为了发挥无人机防控效果和效益，需要建立专业化的植保统防组织或合作社，配备专业的设备、专业的技术人员及经营管理人员，为农户和作业区提供一站式服务，并按照防控的效果和作业面积，给予一定补贴或奖励。

5.4 加强农机补助计划的推广实施

植保无人机的单价、维护及使用成本相对较高，一定程度上制约了植保无人机的普及推广应用。建议将植保无人机纳入各地的农机补贴目录，制定相应的补贴政策，提高农户、植保统防专业组织、合作社等用户购买和使用植保无人机的积极性，为绿色植保，高效农业增添技术支持和保障。

6 结语

植保无人机生产企业不断研发、改进植保无人机关键部件的生产;农机制造与植物保护科技人员将加强无人机植保防控理论和技术的基础研究、应用开发研究;行政管理部门因地制宜地制定植保无人机管理办法和规定;植保无人机使用者和服务行业加强法规学习、技术引进和培训;植保无人机的发展需要多部门、多学科协作，需要加强产学研结合，从而保障植保无人机的健康发展。

在农业病虫草害的防控作业过程中，植保无人机在降低劳动强度、减少农业生产成本、节约农业用水、减少农药用量等方面具有明显的优势。此外，随着人工智能的研发和应用，无人机在病虫草害预测预报、边境生态安全屏障建设等工作中具有巨大发展潜力，可以预计，植保无人机在农业生产中的应用将更加广泛，田间地头的植保无人机服务行业也将获得更大发展空间。

参考文献：

[1] 郭永旺，袁会珠，何雄奎，等.我国农业航空植保发展概况与前景分析[J].中国植保导刊，2014，34（10）：78-82.

[2] 张俊，廉勇，杨志刚，等.植保无人机发展历程、优缺点分析及应用前景[J].现代农业，2020（4）：4-7.

[3] 蔡良玫，李昆，王林萍.美、日、中航空植保产业发展的比较与启示[J].中国植保导刊，2019，39（7）：60-63.

[4] 尹选春，兰玉彬，文晟，等.日本农业航空技术发展及对我国的启示[J].华南农业大学学报，2018，39（2）：1-8.

[5] 周志艳，藏英，罗锡文，等.中国农业航空植保产业技术创新发展战略[J].农业工程学报，2013，29（24）：1-10.

[6] 张宋超，薛新宇，孙涛，等.植保无人飞机作物病害防治模式研究[J].中国农机化学报，2020，41（8）：50-58.

[7] 兰玉彬，陈盛德，邓继忠，等.中国植保无人机发展形势及问题分析[J].華南农业大学学报，2019，40（5）：217-225.

（责任编辑：刘 昀）