威鹰无人机植保与人工植保的对比试验

朱为德，袁俊云，杨青，尹传红

（1.临沂市森林湿地保护中心，山东 临沂 276000；2.山东飞思智能科技有限公司，山东临沂 276000）

据统计，中国目前使用的植保机械以手动和小型机（电）动喷雾机为主，其中手动施药药械、背负式机动药械分别占国内植保机械保有量的93.07%和5.53%，拖拉机悬挂式植保机械约占0.57%，植保作业投入的劳力多、劳动强度大，施药人员中毒事件时有发生。目前，国内农药用量越来越大，作业成本高，浪费严重，资源有效利用率低下，苗木产量和质量难以得到保障，同时带来严重的水土资源污染、生态系统失衡、林产品品质下降等问题，无法适应现代林业发展的需要。

临沂市病虫害爆发季节大部分劳动力以留守的中老年人为主，造成喷药质量不高，重喷、漏喷现象普遍，长期背负式作业，农药也会伤害身体，造成作业人员中毒甚至死亡，防治效率低下。鉴于此，研制出适宜林业作业环境的新型植保无人机——威鹰3W-WYV6-07 型V6 旋翼植保机。该植保机的离心式喷头，采用上下两部分卡扣式设计，便于维修更换，喷头上安装设计订制的无刷电机，可使药液雾化直径达到50～200 um，超过国家执行雾化标准。其软体药箱在喷洒过程中利用药泵吸取药液所产生的压力，药箱会随着药液的减少而缩小，始终处于一种饱和状态，从而实现飞行过程中没有浪涌的出现，增加飞机的飞行稳定性。

为了对比无人机植保和半机械化人工植保的效果，于2016年7月24日在临沂市兰山区李官镇寨外林场进行了两种植保方式的对比试验，对比机具分别为威鹰3W-WYV6-07型V6旋翼植保机和背负式汽油喷雾器。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地选在速生白蜡苗圃，属于暖温带季风区大陆性气候，四季分明，雨量充沛，气候温和，全年平均气温14.1 ℃，极端最高气温36.5 ℃、最低气温-11.1 ℃，年平均日照时数2 314 h、降水量849 mm，全年无霜期200 d以上。苗圃地面积2.67 hm2，土壤质地砂壤，pH值7.5，苗木栽植株行距为1 m×1.5 m，平均苗高3 m，冠幅1 m×1.2 m，苗龄2 a，郁闭度0.8。为黄刺蛾（Cnidocampa flavescensWalker）发生区，幼虫1～2龄，平均虫口密度48头/株，虫株率98%。

1.2 试验材料

试验药剂1为通化绿地农药化学有限公司生产的25%灭幼脲3 号悬浮剂，是一种昆虫几丁质合成酶抑制剂，在环境中降解速度快，对哺乳动物安全，规格为200 ml/瓶，市场价格8.0元/瓶；药剂2为济南绿赛化工有限公司生产的有机硅，主要成分为100%精纯农用有机硅原液，可提高药液的附着力，减缓药液漂移问题，增加药液的铺展面积，提高无人机作业效果与效率，规格为100 ml/瓶，市场价格10元/瓶。

喷药器械1为威鹰3W-WYV6-07型V6旋翼植保机，药箱容量7L；器械2为杭州骤浩科技有限公司生产的KXF-708 背负式汽油喷雾器，药箱容量20 L，射程5 M。

1.3 试验设计

试验分背负式汽油喷雾器人工组(以下简称“人工组”)及无人机组，分别在划定的圃地进行植保作业，人工组和无人机组各1.33 hm2，试验圃地土地平整，无障碍物，满足无人机作业条件。当天天气多云，风力1 级，气温27～35 ℃，喷药后24 h 内无降水。设定1份农药量是指0.07 hm2苗圃地的农药用量，农药费用按市场价格计算。

人工组：人工组由3 人、4 台背负式汽油喷雾器组成，2 人喷药，1 人配药，配施药轮流进行。1 份农药量兑水至40 l左右，一般情况下，单次每桶农药用量为0.5份。

无人机组：无人机组一般由1 台无人机、1 名操作手和1 名观察员组成。作业时，首先估算好作业面积，统一配好药液，然后灌入无人机药桶，1 份农药量兑水至500 ml 左右，根据统计数据，每架次农药用量为10份。

农药成本计算方法：1份农药用量为25%的灭幼脲悬浮剂40 ml，100%精纯农用有机硅原液1.2 ml，成本合计1.72 元。无人机组及人工组单次作业农药成本见表1。

表1 单次作业农药成本

施药成本计算方法：作业面积均为1.33 hm2，待施药结束后，计算作业时间。人工组作业开始后匀速步行，施药不重不漏，劳动力工资按2元/hm2计算。无人机组作业开始后无人机飞行速度控制在3～5 m/s，作业高度距离苗木顶梢1～2 m，采用卫星定位导航，自动规划航线，自主按航线飞行并自主接力，作业服务费按市场价1.33元/hm2计算。

1.4 防治效果调查

分别在人工组和无人机组施药的苗圃地，随机选取3 块5 m×6 m 的处理区并做标记，每个处理区苗木数量20株。防治前统计样株的虫口数，防治后每2d检查各处理区样株虫口变化情况，计算虫口减退率（死亡率）。

2 结果与分析

2.1 作业效率

无人机组2人，飞行2架次，作业面积1.33 hm2，用时0.33 h，人均2 hm2/h；人工组3 人，作业面积1.33 hm2，用时5 h，人均0.08 hm2/h。无人机组人均工作效率是人工组的22.6倍。详见表2。

表2 无人机组、人工组作业效率

2.2 作业成本

人工组作业面积1.33 hm2，用药20份，农药成本34.4元，施药成本600元，总成本634.4元，单位成本475.8元/hm2。

无人机组作业面积1.33 hm2，飞行2 架次，用药20 份，农药成本34.4 元，施药成本400 元，总成本434.4元，单位成本325.8元/hm2。

数据分析结果，无人机组单位总成本325.8元/hm2，比人工组475.8 元/ hm2节约成本150 元/ hm2，节省31.5%。详见表3。

表3 植保作业成本

2.3 作业效果

从寨外林场苗圃的防治结果来看，两种作业方式的虫口减退率均呈现递增的趋势，人工组药后1 d、3 d、7 d、11 d、15 d 的虫口减退率分别为25.4 %、59.3 %、75.8 %、78.2 %、79.6 %，无人机组药后1 d、3 d、7 d、11 d、15 d 的虫口减退率分别为32.5 %、65.2 %、86.4 %、90.7 %、92.3 %。两种做作业方式均在第15 d 虫口减退率达到最高值，无人机组比人工组提高16 %。详见表4。

表4 防治效果对比

从表4 可以看出，人工组3 个重复的虫口减退率差别较大，无人机组3 个重复的虫口减退率差别不明显，分析原因可能是，无人机喷洒均匀，穿透力强，对于叶面的正反面均可以喷洒到，减少了漏喷的可能。同时，无人机在树冠顶部作业，对于地面机械无法触及的树梢等较高部位可有效地进行喷洒，这也是无人机组防治效果好的原因之一。

3 结论

无人机组人均工作效率是人工组的22.6 倍，单位面积总成本节省31.5 %，具有喷洒均匀、高度雾化、环保节约和安全高效等优点；无人机组喷药15 d的防治效果较人工组提高16%。在试验中发现，只要保证操作者的视野，无人机可以对高度7 m 的苗木进行喷洒作业，解决了人工喷洒农药无法完成的高度。无人机植保将是替代传统半机械化作业的重要模式之一。