植保无人机飞行作业参数对玉米施药效果的影响

摘 要：植保无人机是一种能够快速高效地完成大面积田间作业的智能化植保设备，是当下研究的热点，但其作业效果受到多种因素的影响。以植保无人机喷施乙基多杀菌素防治草地贪夜蛾为例，探索无人机不同飞行高度、飞行速度、喷施量对草地贪夜蛾防治效果的影响。通过测试分析雾滴密度、雾滴覆盖率及其变异系数，结合草地贪夜蛾防治效果，最终发现飞行高度为2.0 m、飞行速度为2.0 m/s、喷施量为900 mL/667 m2时作业效果最好。

关键词：植保无人机；作业参数；玉米；草地贪夜蛾；防治效果

中图分类号：S435.132 文献标志码：B 文章编号：1674-7909（2024）5-151-4

DOI：10.19345/j.cnki.1674-7909.2024.05.035

0 引言

植保无人机，作为一种先进的无人飞行植保机器，搭载了多种传感器和喷洒设备，借助人工智能和自动化技术，可实现对农田作物的精准监测与施药［1-2］。植保无人机通常能够自主完成航线规划、作物健康状况监测、病虫害识别和精准施药等任务，可减少化学药剂的使用量，提高农作物的产量和品质，推动农业生产的可持续发展［3］。应用植保无人机能够快速高效地完成大面积农田的监测和作业，实现农业生产的智能化和精准化，同时降低人工操作的劳动强度［4］。此外，植保无人机还可减少药剂的浪费［5］，有助于减轻环境污染，提高农作物的产量和品质。目前，植保无人机已广泛应用于农田作物监测、病虫害防治、施肥施药和植保作业等方面，为农业生产注入了新的活力［6］。

玉米作为我国的重要经济作物，其产量和品质受到病虫草害防治情况的直接影响。尽管我国在玉米品种培育方面取得了显著进展，并积极推广生物防治、植物保护等绿色防控技术，有效控制了病虫害的发生，但在实际防治过程中，仍主要依赖于人工作业，机械化和智能化水平亟待提升［7-8］。植保无人机能够为玉米病虫草害防治提供高效、精准的防治方案，为玉米生产带来了诸多优势。植保无人机在玉米病虫草害防治中的应用可以极大地提高防治效率。应用植保无人机可以迅速对大片玉米田进行航测，实时获取植被指数、温度、湿度等数据，结合多光谱传感器技术可以实现对病虫草害的远程监测与识别，从而有利于提前采取相应的防治措施［9］。此外，植保无人机在玉米病虫草害防治中的应用也能够减少人力成本［10］。传统的病虫害防治作业需要大量劳动力投入，尤其是在玉米植株生长至一定高度后，人工施药的难度大大增加。应用植保无人机可以大幅度减少人力投入，降低施药难度，有效减轻农民的劳动强度［11］。同时，植保无人机喷洒作业还能有效避免农药对人体的直接接触，有助于保障农民的健康。传统的农药施用方式往往存在浪费和重复施药的问题，这不仅增加了农药的使用量，还可能对环境和生态系统造成损害。而植保无人机通过精准喷洒，能够减少农药的浪费，降低对环境的压力，并减少农药过量使用对玉米品质和食品安全的潜在风险［12］。植保无人机在玉米病虫草害防治中的应用，有助于提升农业生产的现代化水平。运用无人机技术，使农业生产活动变得更加智能化、科学化，为农民提供了更先进的生产手段和农事决策支持，有助于推动农业现代化进程，提高农业生产效率和品质［13］。

此研究以植保无人机喷施乙基多杀菌素防治草地贪夜蛾为例，探索无人机不同飞行速度、飞行高度、喷施量对草地贪夜蛾防治效果的影响，以期为植保无人机在玉米草地贪夜蛾防治作业的飞行参数选择提供参考。

1 试验地点及材料

试验地点：通渭县第三铺乡第三铺村。

试验对象：玉米品种为垦玉50，玉米行距和株距分别为0.4 m和0.3 m，施药时田间观察玉米受害率在10%以上。

喷施药剂：美国科迪华农业公司生产的25%乙基多杀菌素（施达灵®）。

试验材料：极飞P30植保无人机（有效载荷为15 kg，长度为1.18 m，宽度为1.18 m，最大起飞质量为27 kg，飞行速度为1～10 m/s，飞行高度为1～30 m）、风速检测仪、温湿度测试仪、雾滴测试卡、双头夹、口罩、手套等。

2 试验方法

2.1 试验因素设置

针对无人机不同飞行高度、飞行速度、喷施量设置试验共15组，将作业区域分为15块区域，每个区域面积约为667 m2，每组地块内放置10张水敏纸用于收集测定雾滴密度和雾滴覆盖率并计算雾滴覆盖率变异系数（CV），共设置15个不同的飞行参数，参数设置如表1所示。

2.2 试验前校准

首次作业前调试喷洒设备，准确记录喷洒时间和载药量，校正喷洒量。将植保无人机平放于空旷地带，向药箱中加入过量清水，打开无人机喷洒系统并开始计时，使用大号自封袋回收，测定1 min植保无人机的喷洒量，测试重复3次，取平均值，校准流量。

2.3 试验天气

施药时间为2022年7月25日，施药当天天气晴朗，气温为17～31 ℃，南风1级。

2.4 测试数据的采集

利用双头夹将雾滴测试卡布置到作业区域内，用于测定不同作业参数下雾滴密度、雾滴覆盖率的分布情况。使用Depositscan软件（美国农业部）与扫描仪来测定测试卡上的雾滴密度和雾滴覆盖率，并计算雾滴覆盖率的变异系数（CV）。变异系数可用于显示雾滴覆盖率的均匀性。变异系数计算公式见式（1）。

式（1）中，S为试验组样本标准差；[Xi]为各采样点雾滴覆盖率；[X]为每个试验组雾滴覆盖率的平均值；n为每个试验组采样点个数。

2.5 防治效果调查方法

采取5点调查法，施药前选取5株玉米做标记并统计草地贪夜蛾的虫口数量，施药5 d、10 d、15 d后再次调查每株玉米草地贪夜蛾的虫口数量，计算草地贪夜蛾防治效果，计算公式见式（2）。

2.6 数据分析

试验数据采用SPSS 16.0统计软件进行分析，并通过邓肯氏新复极差法分析不同处理间的显著性差异。

3 结果与分析

3.1 飞行高度对作业效果的影响

表2为飞行速度3.0 m/s，喷施量800 mL/667 m2下不同飞行高度下的作业效果统计。由表2可知，随着飞行高度的增加，雾滴密度和雾滴覆盖率越来越小，雾滴覆盖率变异系数先增大后减小，飞行高度为2.0 m时变异系数最大。分析原因为当飞行高度为2.0 m时，飞行高度与喷幅相匹配；飞行高度为1.5 m时容易出现重喷或者漏喷现象；当飞行高度高于2.0 m时，由于无人机离心喷头喷洒的雾滴粒径非常小，雾滴飘移概率会大大增加，造成雾滴密度和雾滴覆盖率大幅度减小。对比作业完成后的防治效果可以发现，飞行高度为1.5 m和2.0 m时的防治效果无显著差异，飞行高度大于2.0 m时，防治效果显著降低。因此，当飞行高度为2.0 m时，作业效果最佳。

3.2 飞行速度对作业效果的影响

表3为飞行高度2.0 m/s，喷施量800 mL/667 m2下不同飞行速度下的作业效果统计。由表3可知，随着飞行速度的增加，雾滴密度和雾滴覆盖率呈下降趋势，雾滴覆盖率变异系数随之减小，分析原因为飞行速度较快时，喷头喷洒出的雾滴更容易发生飘逸出现喷洒不均的现象。对比作业后防治效果可以发现，飞行速度为2.0 m/s时，防治效果最佳；随着飞行速度的增加，防治效果显著降低。因此，当飞行速度为2.0 m/s时，作业效果最佳。

3.3 喷施量对作业效果的影响

表4为飞行速度3 m/s，飞行高度2 m/s下不同喷施量下的作业效果统计。由表4可知，随着喷施量的增加，雾滴密度和雾滴覆盖率随之增加。对比防治效果发现，防治效果随着喷施量的增加而显著增加，但喷施量为900 mL/667 m2和喷施量为1 000 mL/667 m2时，防治效果无显著性差异。综合考虑药剂对玉米生长的效果以及作业成本，可以将喷施量设定为900 mL。

4 结束语

植保无人机能够快速、高效地完成大面积植保作业，减少人工作业的劳动强度，提高了作业效率，但植保无人机作业效果受到多种因素的影响，如飞行高度、飞行速度、喷施量、作物类型、地形天气等。此研究以植保无人机喷施乙基多杀菌素防治草地贪夜蛾为例，探索无人机不同飞行高度、飞行速度、喷施量对草地贪夜蛾防治效果的影响，通过测试分析雾滴密度、雾滴覆盖率及雾滴覆盖率变异系数，结合草地贪夜蛾防治效果，最终发现飞行高度为2.0 m、飞行速度为2.0 m/s、喷施量为900 mL/667 m2时作业效果最好，为后期植保无人机在玉米草地贪夜蛾防治作业的飞行参数选择提供了参考。

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作者简介：郭兵兵（1987—），男，本科，农艺师，研究方向：农业技术推广与应用。