朱小的
摘要：近年來，隨著植保無人機技術的發展，在此基礎上衍生出了很多在各行各業的實際應用，盡管其中最典型的是航拍技術，但在農業中的植保應用也比較吸引眼球，并且已經初步形成較為完善的產業鏈。我國是農業大國，伴隨無人機技術尤其是植保無人機的發展，其在農業生產中應用愈加廣泛，尤其是病蟲害防治方面。與傳統病蟲害防治作業方式相比，農用植保無人機具有靈活便捷、作業精準、綠色環保、操作簡單及高智能等優點。但隨著植保無人機的飛速發展，其暴露出諸多問題與缺點。本文通過對植保無人機的發展及技術情況分析，結合實際應用探討當前國內植保無人機行業存在的關鍵問題，并提出相應解決方案，對植保無人機的使用推廣具有現實意義。
關鍵詞：植保無人機；
農藥減量；
紋枯病；
防效
0 引言
水稻（OryzasativaL.）是中國重要的糧食作物，水稻生產機械化是保證水稻高產的重要內容之一，也是保證中國糧食安全的重要措施之一。21世紀以來，隨著農村勞動力的轉移和勞動力成本的上漲，多熟制種植模式的興起和生育期短、抗倒、產量高的水稻品種育成以及除草技術的改進，水稻種植方式發生了轉變，直播成為水稻生產的主要方式之一。水稻紋枯病是上海郊區水稻生產上的主要病害之一，該病在水稻生產中普遍發生，主要危害葉鞘、葉片和穗頸。從水稻生育周期來看，水稻紋枯病一般從分蘗期開始發病，孕穗期至抽穗期達到發病高峰，乳熟期后病勢減弱。近年來，由于水稻種植品種和栽培方式的改變以及栽培管理水平和施肥量的提高，使水稻紋枯病的發生日益嚴重，危害極大，給水稻的產量和品質帶來了巨大威脅。同時，植保無人機因具有噴防精準、作業效率高、能解決勞動不足問題等諸多優點，在水稻病蟲草害的防治中應用越來越廣泛，但在實際應用中有些技術尚未成熟。
1 利用植保無人機進行水稻紋枯病的防治
水稻紋枯病是一種氣候型流行性病害，該病喜高溫高濕環境，植株發病時主要侵染水稻葉鞘、葉片和穗等部位，發病田塊一般減產10%～20%，嚴重時損失達50%。在上海地區水稻紋枯病一直處于高發、頻發態勢，是水稻生產上的主要病害之一。近年來，防治水稻紋枯病除了栽培管理措施外，使用化學藥劑仍是最有效、最廣泛的防治手段。但傳統的防治機械存在行走困難、噴灑效率低、藥劑用量大、人工成本高等弊端，而植保無人機由于其具有操作簡單、效率高、用水省、施藥精準、對不同地域不同田塊適應性強等諸多優點，在水稻生產上廣受關注。近年來，植保無人機在農作物病蟲害防治方面的應用越來越廣泛，但在噴施藥液過程中也易發生藥液漂移、藥液沉積困難等問題，從而影響防治效果。用植保無人機防治水稻病蟲害試驗中發現，植保無人機對稻飛虱、紋枯病等水稻植株基部病蟲害的防效低于擔架式機動噴霧機，但與背負式電動噴霧機的防效相仿。隨著植保無人機施藥技術的改進和藥液量的增加，防治效果越來越理想。在藥劑用量相同時，藥液量越大，霧滴沉積效果越好，且水稻冠層上部的霧滴沉積量明顯優于冠層下部，80%的農藥劑量即能滿足對稻飛虱的防治要求。在無人機減量施藥防治稻縱卷葉螟試驗中發現，每667m2施藥液1L、農藥減量10%和施藥液1.5L、農藥減量20%均可達到人工電動噴霧器的常規防治效果，且藥液量越大，對稻縱卷葉螟的防效越好，農藥利用率更高。在實際生產中，水稻病蟲害的防治往往是幾種病蟲主治或兼治同時進行，本試驗使用植保無人機施藥、每667m2施藥液為1.2L，23%醚菌·氟環唑SC減量用藥20%，30%噻呋·戊唑醇SC和250g/L嘧菌酯SC分別減量用藥10%對水稻紋枯病的防治效果，與常規農藥劑量防治效果均沒有顯著差異。由此得出，對水稻冠層上部和下部的病蟲采用無人機防治時，可結合田間實際發生情況，合理選擇藥劑進行減量控害；
對于水稻莖基部病蟲發生較重的田塊，應適當提高農藥施用量或增加相關助劑，以達到理想的防治效果。
2 利用植保無人機進行放稻螟赤眼蜂防治
植保無人機釋放稻螟赤眼蜂30萬頭/hm2對水稻二化螟的相對防效較為理想；
放蜂器投放數量120個/hm2相對防效最高；
稻螟赤眼蜂放蜂量45萬頭/hm2，放蜂器投放數量90個/hm2對水稻二化螟的相對防效較為理想為67.7%，產量和挽回產量損失率最高，分別為11186.4kg/hm2和6.0%。水稻田釋放稻螟赤眼蜂對二化螟有較好的防治效果，是稻田防治二化螟的重要生物防治措施，可減少化學藥劑的使用，保護生態環境，對稻田的生態平衡具有重要意義。該試驗受兩個關鍵因素的影響，一是水稻二化螟發生期要精準預測預報，蜂卵相遇才能達到最好的效果，二是赤眼蜂田間存活時間、存活率和寄生能力受天氣影響。植保無人機投放赤眼蜂平均日作業能力133hm2，較傳統人工釋放效率高20倍，放蜂效率高，節約時間，降低人工成本，可以短時間內大面積精準均勻釋放稻螟赤眼蜂，適合大面積推廣應用，但其防控效果是否優于人工釋放還有待進一步研究。
3 利用植保無人機進行稻縱卷葉螟的防治
目前防治稻縱卷葉螟以施藥為主，作業方式有人工噴施、地面機械噴施和植保無人機噴施。人工防治存在一些弊端，如田間作業時行走困難，勞動強度大，作業效率低，大容量噴霧下農藥有效利用率低，對生態環境易造成危害等；
由于水稻田的特殊作業條件，地面機械在田間作業困難，易壓壞秧苗，作業成本高且農藥利用率較低；
而植保無人機作業效率高、成本低、施藥效果好，克服了人工噴施勞動強度大及地面機械水田作業困難的問題。近年來植保無人機噴施農藥防治水稻病蟲害得到了廣泛應用。農藥劑型是影響農藥實際使用效果的重要因素之一，優良的劑型能改善藥滴霧化過程、減少霧滴飄移、增加農藥在作物表面的持留量等，進而提高農藥利用率。植保無人機采用低容量或超低容量噴霧，配套液劑必須具備抗蒸發、防飄移和安全性高的特點，納米水性農藥具有水溶性好、分布均勻、滲透性強、持效性好、沉降速度快和飄移范圍小等特點，適宜植保無人機超低容量噴霧作業。本試驗結果表明，在稻縱卷葉螟低齡幼蟲高峰期，使用植保無人機噴施納米農藥5.7%甲維鹽微乳劑和3%茚蟲威超低容量液劑，在藥后7～14d，對稻縱卷葉螟具有良好的殺滅效果，并表現出較高的卷葉防效，相應處理區的產量比清水對照高22%以上，且對水稻和田間其他生物安全。
4 氮素缺失
氮素是對作物生長、發育，以及最終產量影響最明顯的元素，其含量變化會對光合作用，蛋白質合成以及碳氮代謝產生影響。氮素的缺乏會抑制作物地上部分和根系的生長，限制繁殖器官的形成和發育，并顯著影響作物最終產量以及品質。因此，快速、精準、大面積地對水稻田間氮素需求情況進行診斷，并依據診斷結果實現精準施肥，是實現水稻田間精準管理和保證水稻產量的重要手段。傳統的水稻氮營養診斷標準主要基于臨界氮濃度曲線（criticalNconcentrationcurve，Nc）。臨界氮濃度的概念，即作物達到最大生物量所需的最小氮濃度。基于臨界氮濃度理論的氮營養指數（NitrogenNutritionIndex，NNI）。氮營養指數作為作物氮營養診斷的重要指標，能夠定量描述作物的氮營養豐缺狀況，為作物氮虧缺量的確定提供了理論依據。基于臨界氮濃度理論，計算出超級雜交稻和常規稻的臨界氮濃度曲線，并依據曲線確定了二者的氮虧缺量（Nand）與適宜施肥量，為水稻氮虧缺量的確定提供了理論支撐。雖然本研究利用無人機高光譜數據對水稻氮虧缺量反演取得了較好的效果，但對于實現基于無人機高光譜遙感的水稻精準追肥仍存在以下幾點問題：（1）本文采用的歸一化差值處理方法是基于各個采樣期臨界氮濃度狀態的水稻光譜計算的，而這些光譜如果用于其他水稻光譜的計算時，可能會因為采樣時間、水稻品種與發育狀況等因素造成誤差，進而影響氮虧缺量反演效果；
（2）蝙蝠算法優化后的ELM算法也存在收斂精度不高，容易陷入局部最小值等問題。后續的研究重點應集中在如何在無人機高光譜數據中實時提取臨界氮濃度狀態下的水稻光譜與對反演算法的精度與魯棒性進行優化這兩方面上。
5 蝦稻1號產量的影響
常規稻蝦稻1號在蝦稻共作模式中通過無人機直播可以獲得較好的產量表現。其中，在無人機撒播的直播模式下產量為9.52t/hm2，無人機條播的直播模式下產量為8.52t/hm2，相較于現在流行的機械精量穴直播模式下產量（8.05t/hm2）顯著增加了12.0%，該研究結果與前人的研究結果相似。但也有研究認為無人機撒播模式下產量顯著低于機械穴直播，機械穴直播模式下有序的群體結構有助于水稻光溫資源的有效利用，促進了田間有效穗的形成，提高了結實率和千粒重。這種產量的差異可能與播種量、播種深度以及后期的水肥管理相關。本研究中，水稻直播的播期是在6月7日，有效避開了2022年的高溫干旱天氣，同時該試驗是在蝦稻田塊中進行，保證了田間水源的充足，合理的水肥管理使得田間未發生倒伏是實現產量穩定的關鍵。水稻直播方式不同導致建立的生長群體存在差異，間接影響了水稻對環境溫度、光照和肥料養分等資源的響應機制，從而最終影響產量。構建合理的群體以增強葉片光合生產能力是穩定稻谷產量的前提，提高花后群體光合積累是作物群體質量的核心指標，這與本試驗中無人機撒播直播模式下其葉片具有較高的葉綠素含量和凈光合速率的結果一致。葉片作為水稻重要的源器官，通過碳捕獲和再活化過程，為子粒提供各種營養組分。水稻早衰是制約直播稻發展的重要瓶頸，葉片早衰導致葉綠體的類囊體解體、線粒體外膜降解、液泡膜破裂，最后使水解酶釋放到細胞質中，引起細胞凋亡和光合能力喪失，嚴重影響產量。旱播旱管模式下引發的葉片早衰導致水稻弱勢粒的灌漿啟動晚、獲取光合同化產物的競爭力弱，使弱勢粒不能通過正常的兩段灌漿得到“補償”，因而導致其生理活性徹底喪失和空癟粒的大幅增加。如果水稻花后功能葉壽命能夠延長1d，水稻產量可增加1%～2%，實現“擴源增庫”，進而提高產量，因此花后葉片光合產物的積累能否滿足子粒灌漿需求是實現稻谷產量穩定的關鍵。本研究中齊穗期至灌漿乳熟期，無人機撒播和無人機條播模式下的水稻葉片SPAD較機械精量穴直播分別顯著增加9.45%和9.37%，在一定程度上表明無人機直播模式在延緩水稻早衰、增強花后葉片持綠性方面具有優勢，對增加花后光合產物積累具有一定的貢獻。
6 展望與思考
水稻無人機施肥也面臨一些亟需解決的問題。在現有農用航空器限制條件下，應開發出作業續航更久、負載更高、自主作業能力更強的農用無人機，以提高施肥效率，現有20～30kg級的農用無人機用于水稻追肥作業，飛一個架次僅能完成0.27～0.40hm2，如果用于施底肥，僅能覆蓋0.03～0.04hm2。目前，施肥無人機多以離心拋撒和涵道氣吹為主，離心式拋撒作業有效幅寬與顆粒肥密度、甩盤轉速、飛行高度密切相關，作業時較多的肥料顆粒會向側面偏移，進而影響施肥均勻性和準確性，容易導致漏噴、重噴；
涵道氣吹有效幅寬與顆粒肥密度、風機轉速和飛行高度密切相關，作業時較多的肥料顆粒會集中于中心區域，容易導致漏噴，因此，開發出有效幅寬大且施肥精準的播撒器將成為進一步提高無人機施肥效果的關鍵。無人機撒施顆粒肥，顆粒肥料入土淺或直接落于地表，導致肥料利用效率不高，需要優化肥水耦合技術；
同時，還需要加強無人機稻田監測遙感準確性攻關，進而繪制出更加準確的施肥處方圖。缺乏無人機配套的高效肥料及其助劑，施肥無人機負載提升是有天花板的，為兼顧“施肥效率和利用效果”，需要開發適應于無人機施用的濃縮型高效顆粒肥、水溶性更強的液體肥以及配套助劑。天氣因素會影響無人機飛行和作業，以及施肥效果。噴施液體肥，施用效果通常受液體肥料濃度、空氣濕度、空氣溫度等的影響，施用顆粒肥通常需要考慮葉面雨露和冠層稀密程度等。綜上所述，無人機正處于高速發展階段，但要真正實現大面積規范化使用，還需要不斷改進設備以及研發完善配套的高效肥料及農藝技術。
7 結語
綜上所述，植保無人機用50%戊唑·嘧菌酯SC15g/667m2防治水稻紋枯病時，藥液用量為3L處理的防治效果最為理想，且對水稻生長安全。由于施藥時，水稻紋枯病已處于發病盛期，這對試驗最終的防治效果有一定的影響，故建議在紋枯病發病初期施藥。水稻生產中使用無人機防治時，應根據田間紋枯病的實際發生情況調整用水量，以達到最佳防治效果。后續試驗可研究階梯式增加用水量至滿負重下植保無人機施藥的防治效果與防治成本之間的關系，從而探索出適合不同病蟲害防治的最佳用水量及最具有經濟效益的防治方案。
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