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农业植保无人机

植保无人机,顾名思义是用于农林植物保护作业的无人驾驶飞机,该型无人飞机由飞行平台(固定翼、直升机 、多轴飞行器)、导航飞控 、喷洒机构三部分组成,通过地面遥控或导航飞控 ,来实现喷洒作业,可以喷洒药剂、种子、粉剂等。 据宇辰网2016年出的《中国民用无人机市场分析及前景预测(2016试发行)》一书介绍,我国的农业植保无人机目前尚处于起步阶段,据统计,2014年我国植保无人机保有量为695架 ,总作业面积426万亩 ;2015年我国植保无人机保有量为2324架(31个省统计),总作业面积1152.8万亩,增长幅度分别为234% 、170.6%。虽然涨幅明显 ,但整体而言,我国的植保无人机体系尚未成熟 。 目前国内植保无人机技术和产品性能参差不齐 ,众多产品中绝少有能够满足大面积高强度植保喷洒要求 。

       无人机飞防是近几年发展起来的新兴植保作业方式。作为精准施药设备,植保无人机提高了我国机械化施药作业面积 ,提高了农药利用率,而且具有作业效率高、地形适应能力强 、作业安全的特点。

       但是 ,当前的植保无人机行业还处于发展的初期 ,植保无人机作业也存在着作业不规范 、易产生飘移药害等情况。因此 ,慧飞学院结合植保无人机的相关特点,制定了以下的技术规范建议。

       植保无人机的作业效果 ,与药剂、施药器械及作业参数、气象条件、防治时机、抗性情况等息息相关,只有在各个方面做到规范操作后 ,才能真正保障作业效果 ,避免产生药害 。下面梦之城将以MG系列植保无人机为例,进行相关规范要求的介绍 。

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植保无人机作业效果综合影响因素


植保无人机作业效果综合影响因素

1.

飞防药剂选用与配置

无人机飞防作业采取的是低容量喷雾方式作业,具有雾滴小 、用药少的特点 。特殊的作业方式也使其在用药、剂型、作用方式选择方面与其他植保机械有一定不同 。

(1)剂型

飞防植保都是使用喷雾方式进行作业 ,并且喷雾粒径较小 ,所以不能选用粉剂类剂型,应选用水基化剂型,如水乳剂 、微乳剂 、乳油、悬浮剂、水剂等 。可湿性粉剂、可溶性粉剂有可能造成堵喷头 、水泵寿命缩短等情况  。

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水基化剂型

(2)毒性

飞防药剂因为稀释比例低,所以不能使用剧毒及高毒农药,否则将有可能导致人员中毒 。以下高毒及剧毒农药切不可用作飞防植保药剂 ,如甲拌磷、对硫磷 、久效磷 、杀虫脒 、克百威、甲胺磷、灭多威等 。

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禁止使用高毒农药

(3)作用方式

由于无人机飞防飞行速度较快 ,用药量较少 ,作物体表上不可能每个部位都能黏到药剂 ,所以如果药剂没有较强的内吸作用,势必造成“漏网之鱼” ,所以应首先选择内吸性药剂。内吸性药剂是指使用后可以被植株吸收 ,并可传导运输到其他部位组织,使害虫吸食或接触后中毒死亡的药剂。

(4)药剂配置规范

配药人员应在穿戴防护设备齐全的前提下,按照二次稀释法的操作要求 ,在开阔的空间进行配药 。禁止在密闭空间、下风向等情况下进行配药,否则将可能造成人体中毒 。需要注意的是 ,部分植保队会使用一次性塑料薄膜手套,这种手套没有弹性且耐用性和适用性也比较差,无法保障配药人员安全。应使用质量较好的丁腈橡胶手套 ,不仅耐用性好 ,而且不渗透耐腐蚀。

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塑料薄膜手套   

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丁腈橡胶手套

2.

作业气象

植保无人机作业高度较高且雾滴粒径较小,药液易产生飘移与蒸发,所以气象条件对于飞防作业影响较大。

(1) 风力

风力对于雾滴的沉积与飘移具有重大影响,2 级以内的微风有利于雾滴沉积且飘移距离较小,3 级以上风速会造成雾滴沉积减少且雾滴飘移增加。所以植保无人机应在三级以内风速作业,以避免产生飘移问题 。除草剂作业为避免产生飘移药害,应尽量在 2 级以内风速作业。

杀虫杀菌作业 :应在 3 级以内风速作业 。

除草剂作业 :应在 2 级以内风速作业 。

下表为不同直径雾滴由 3 米高度在不同风速下自由落地的飘移距离 。

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风力对雾滴的飘移影响

(2)风向

因为雾滴会随风飘移,所以植保无人机下风向空气当中将会存在农药成分 ,并且喷洒实际区域也会因为风速的大小而产生变化。植保无人机作业过程中因紧密关注风向变化并做到以下几点 :

A. 作业人员禁止处于植保无人机下风向,避免农药中毒。

B. 注意作业区域下风向是否存在对药物敏感的动植物,避免产生飘移药害。

C. 如进行除草或其他敏感作业 ,应在田块下风向边缘区域设置安全隔离区,避免药液飘移到相邻地块产生药害。

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敏感作业应设置安全隔离区

(3)温度与湿度

温度对于药液的效果至为重要,低温有可能导致药效不佳,0℃ 以下的低温甚至有可能产生药害 。而温度较高 ,将造成药液蒸发加快,雾滴的沉积量极少 。因为不同药剂的温度特性相差较大,所以农药适应的温度差异也较大,但总体应在 15 - 30℃ 之间进行作业 。应禁止在 0℃ 以下、35℃ 以上进行作业。

湿度较低会导致雾滴的蒸发加剧,所以在湿度较低区域作业应避免在高温时段作业,以降低药液蒸发 。实验发现 ,由于蒸发,100μm 雾滴在 25℃ 、相对湿度 30% 的情况下 ,移动 75 厘米后尺寸会减少一半。应避免在温度 30℃ 以上、湿度 40% 以下区域作业。如在湿度较低区域作业应稍提高亩用量 、增大雾滴直径,以降低雾滴蒸发。

3.

 作业参数

植保无人机是将药液最终喷洒到作物的植保器械,为保障植保作业效果,应保障雾滴喷洒均匀、分布面积更广 、具有一定沉积量 。

(1) 高度

根据压力式扇形喷嘴中间多两侧少的特性,相邻喷嘴应保持喷幅 30% 以上重叠才能保障喷洒均匀 , MG 系列植保无人机应保持相对作业高度在 1.8 - 2米 范围内。高度过高将造成药液飘移与蒸发加剧,过低则造成漏喷。

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两个扇形喷嘴应有 30% 的重叠才能实现有效喷幅

特殊情况 :

易倒伏作物(如茭白、未晒田的早稻等):2 - 2.5 米

地面风沙较多(新疆等沙漠化地区): 2.3 - 2.5 米

靶标在作物中下部(如二化螟、红蜘蛛、褐飞虱): 1.6 - 1.8 米

风力达到3级风时(小树枝摇晃): 1.6 - 1.8 米

(2) 速度

作业速度会影响雾滴穿透性、飘移性,随着作业速度的提高穿透性将会降低,雾滴在作物中下部的沉积减少,而雾滴的飘移将会增加。如水稻、小麦等大田作物,视病虫害情况不同作业速度在 4 - 6 米之间;玉米高粱等高杆作物在中后期进行作业时,根据作物高度情况,速度应控制在 3 - 4 米之间 。

下图是 MG-1S 以不同飞行速度对 70 厘米高玉米进行作业的雾滴分布分析,其中药剂、亩使用量、行距等条件完全相同。

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飞行速度对雾滴分布的影响

从上面的分析数据可见,随着飞行速度的增加 ,雾滴的整体沉积率迅速下降。

以水稻 、小麦等大田作物为例 :

早期预防性作业 : 5 - 6 米/秒

正常作业: 4 - 5 米/秒

病虫害危害较重: 3.5 - 4 米/秒

玉米、茶树等高杆或密集作物 :

早期预防性作业: 4 - 5 米/秒

中期预防性作业: 4 - 4.5 米/秒

中期病虫害危害较重 :3 米/秒

需要注意的是 ,触杀及胃毒类杀虫剂、保护性杀菌剂应保证雾滴在作物中下部的沉积量 ,适当减小雾滴粒径 、降低作业速度才能够保障作业效果良好。内吸性杀虫剂、杀菌剂对中下部雾滴的沉积覆盖要求比触杀类药剂要低一些,因为作物可通过内吸而达到全株着药的效果 。

(3) 行距

行距应与有效喷幅等同 ,才不会出现重喷与漏喷问题 。行距大于喷幅会出现漏喷 ,反之则会出现重喷 。MG 系列植保无人机喷幅与飞行高度、飞行速度密切相关 ,当高度在 1.5 - 2.5 米之间时 ,高度越高喷幅越宽;当飞行速度在 3 - 5 米/秒之间时 ,飞行速度越快喷幅越宽。

所以作业行距的设置应根据作业高度 、飞行速度的实际情况进行调整 。当MG 系列植保无人机作业高度在 1.8 - 2 米之间,两侧喷嘴的喷洒雾场能够得到有效重叠,是比较推荐的作业高度。作业速度需要根据作物、病虫害的综合情况进行选择,越高越密集的作物应降低作业速度,最常见的作业速度在 3 - 6 米/秒范围。

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不同飞行速度下的有效喷幅

另外 ,液力雾化(压力式)喷洒系统,其行距还与水泵压力相关 。以 XR 系列喷嘴为例,当压力达到 2.8 KG 压力时,其喷嘴才可达到 110 度角喷洒范围,以下数据为 MG 系列植保无人机水泵流量为 1.8L / 分钟时所推荐的参数。

初期的小麦 、水稻作业:

飞行高度 1.8 - 2 米、速度 5 米/秒时 ,可将行距设置为 4.5 - 5 米宽 。

中后期的小麦 、水稻作业  :

飞行高度 1.8 米、速度 4 - 4.5 米/秒时,可将行距设置为  4.2 - 4.5 米宽。

初期的玉米、高粱作业:

飞行高度 1.8米、速度 4 - 5 米/秒时,可将行距设置为 4.5 - 5 米宽。

中后期的玉米、高粱作业:

飞行高度 1.8 米、作业速度 3 - 4 米/秒时,可将行距设置为 3.8 - 4.2 米宽 。

(4) 亩用量

亩用量是指每亩地块的用药量,他与水泵喷洒速率、行距 、作业速度密切相关。同一个亩用量数值下 ,水泵喷洒速率与作业速度成正比,行距与作业速度成反比。所以亩用量直接反映植保无人机的作业状态,影响作业效果。

飞行速度与亩用量呈反比,亩用量越低飞行速度越快,其雾滴穿透性也越差 ,较高作物的中下部雾滴沉积也越少 。对于高杆作物、密集作物、用水量要求较高的药剂应提高亩用量 。

水泵流量与亩用量呈正比,亩用量越高水泵流量越高,喷嘴所产生的雾滴粒径也越小 ,更小的雾滴会使喷洒覆盖面积更大的同时,飘移与蒸发量也会增加  。在 MG 系列植保无人机的设置方式里 ,在设定好亩用量之后,调节飞行速度时会自动匹配水泵流量。

行距相对其他两个参数对于亩用量的影响较小,因为行距的设置必须与喷幅完全相符 ,而在大部分情况下, MG 系列的有效喷幅在 4 - 5 米,变化范围较小 。

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亩用量与几个作业参数之间的关系

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不同压力下雾滴粒径变化

在 4 个喷嘴同时开启,喷幅为4 - 4.5 米的前提条件下:

水稻、小麦 、棉花等大田作物杀虫与杀菌作业:

预防性作业 : 0.8 升/亩

正常作业: 1 升/亩

病虫害较为严重 : 1.2 升/亩

密集高杆作物 : 2 升/亩

具体参数视作物的高矮浓密适当进行微调。

4.

 防治时机

(1) 预防为主,防治结合

任何病虫草害的发生都是从轻到重的过程,要达到良好的植保效果 ,应首先强调预防 ,其次才是控制,也就是预防为主,防治结合。

(2) 抓住作业时间点

注重对于农业知识的掌握,精准把握病虫草害的防治时机 ,将病虫草害控制在初级阶段。而不能待其已经进入爆发阶段才进行控制 ,往往事倍功半。例如玉米粘虫应在3龄前进行防治、水稻二化螟应在钻蛀之前进行防治。

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二化螟钻蛀后造成稻穗干枯

5. 抗性情况

(1) 提前掌握当地病虫草害抗性情况

必须了解当地的病虫害发生情况、用药习惯,从而预判当地病虫害的抗性情况、抗性方向。例如粘虫在黑龙江一年只发生 2 - 3 代,但是在南方地区却能够发生 8 代,那南方地区粘虫的农药抗性水平一般比黑龙江粘虫更高。如果以黑龙江地区的用药方案来治理南方地区粘虫,有可能达不到防治指标 。 最终的防治方案一定要结合当地实际的病虫害情况 、用药情况 ,对作业方案进行调整。

(2) 科学合理的混用和轮换用药

有害生物抗性形成是进化的必然结果,长期连续使用单一农药导致有害生物抗性不断增加 。所以克服或延缓病虫抗药性的发生,除农药混用外,采用交替、轮换使用不同品种或不同类型的农药,是行之有效的措施之一。

640 (13).jpg连续使用单一农药易产生抗性

6. 作业环境

(1) 周边种植情况

在作业前必须观察周边作物种植情况 ,是否存在桑树等敏感植物,避免产生飘移性作业事故。要提前查询好药物特性、作物特性,确认安全方可作业,避免产生经济损失。

A. 周边是否存在敏感作物,如西瓜、核桃等药物敏感作物  ,否则在作业部分杀菌剂、除草剂时极易发生飘移药害 。

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瓜类易产生药害

B.周边种植情况与作业区域作物属性是否相同,如对水稻进行除草作业,周边存在阔叶的油菜,则很有可能产生飘移药害 。同理包括,如果是在小麦区作业 ,周边是否存在阔叶科的棉花等,也可能产生飘移药害。

(2) 周边养殖情况

如作业区域周边存在养殖情况,则有可能产生养殖牲畜中毒、死亡的可能。如作业不可避免一定要确认农药是否可能对养殖牲畜产生毒害 。

A. 鱼塘、虾塘 、虾蟹田

大部分的有机氯农药(硫丹 、 666 、DDT)、有机磷农药(毒死蜱、敌敌畏、乐果)都有可能对鱼类产生毒害 ,常见农药包括阿维菌素 、菊酯类农药也会造成鱼类死亡 。如果作业区域周边有池塘等水产养殖 ,应选择对水产品安全低毒农药,并保持安全隔离区域。

B. 蜜蜂

大部分的有机氯、有机磷 、菊酯类 、烟碱类、杂环类农药都有可能造成蜜蜂中毒 ,其中常见的吡虫啉 、噻虫嗪对蜜蜂都具有较高毒性。

a. 作业前应确认作业区域有无蜜蜂及蜂农,应提前告知作业情况 ,并沟通作业方案  。应选用对蜜蜂低毒的农药品种进行作业。

b.如果在作业区域存在大量蜜蜂 ,应与农户、蜂农协商作业方案 、作业时间,避免造成蜜蜂中毒死亡事件发生。

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应避免对养殖蜜蜂造成危害

(3) 周边障碍物情况

田块规划时应仔细观察田块内部及边缘障碍物情况,将障碍物进行障碍物测量 ,避免植保无人机与障碍物产生撞击 。

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作业航线应避开障碍物

7. 作业区域人员清空

作业区域有可能存在农户拔草、检查等情况 ,在作业前应清空作业区域,否则植保无人机与地面人员发生撞击将可能造成严重伤害 !

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