无人机在落叶松落叶病绿色防治中的应用

摘 要：随着科技的不断发展，无人机在林业领域的应用日益广泛。研究聚焦无人机在落叶松落叶病绿色防治中的应用，介绍了无人机在落叶松落叶病防治中的独特优势，包括作业效率高、施药精准及对环境影响小等，为未来无人机在林业病害防治中的进一步推广和应用提供了参考依据。

关键词：无人机；落叶松落叶病；防治；监测；应用

中图分类号：S763.7 文献标志码：A 文章编号：1674-7909（2024）15-101-4

DOI：10.19345/j.cnki.1674-7909.2024.15.021

0 引言

落叶松落叶病是我国北方地区落叶松人工林中普遍发生的一种叶部病害，落叶松人工林易受该病侵害，发病后导致落叶松提前落叶30～45 d，翌年迟发叶5 d左右，且针叶稀疏短小、颜色浅淡，对落叶松幼林危害极大，气候条件适宜时发病突然，危害性强，防治难度大。针对落叶松落叶病，应积极推广运用以生物防治为主的绿色防治技术，安全规范使用防治药剂，科学开展防治工作，树立绿色防治理念［1］。

1 防治区域概况

此次防治区域为西北某县林场，示范防治、监测面积为554 hm2，是落叶松落叶病最为严重的区域。该林场经营面积为19 587 hm2，其中国有林地面积为12 833 hm2。该林区是当地重要的水源涵养地之一，是重要的水源地保护区。

2 植保无人机防治情况

相较于传统的人工作业方式，无人机作业的主要优势在于机动且灵活［2］。植保无人机可以快速覆盖大面积森林区域，大大提高防治效率。与传统的人工喷洒方式相比，无人机的作业速度慢则为2～3 hm2/h，快则为7～8 hm2/h，极大地缩短了防治时间，能够在短时间内对落叶松落叶病严重区域进行集中治理，可有效遏制落叶松落叶病的蔓延。无人机配备先进的定位和喷洒系统，可以根据林地的地形地貌和染病林木分布情况进行精准施药。无人机能根据实际需要调整药剂的喷洒量和喷洒范围，做到精准施药，可以最大限度地发挥药剂的作用，同时降低农药的使用量，从而减少农药的浪费和对环境的污染。此次防治利用植保无人机喷施30%苯甲丙环唑3 000倍液等无公害药剂。无公害药剂包括吡唑醚菌酯、多抗霉素、苯甲丙环唑、戊唑醇等。第一次施药在6月中旬，在落叶松落叶病重度发生区域，用30%苯甲丙环唑3 000倍液喷雾；第二施药在6月下旬，用430 g/L噻虫啉微胶囊悬浮剂4 000～5 000倍液喷雾；第三次施药在7月上旬，用430 g/L噻虫啉微胶囊悬浮剂4 000～5 000倍液喷雾，共施药3次。植保无人机喷药降低了工作人员的劳动强度，减少了因人工操作可能带来的安全风险，不受地形限制，可以轻松飞越山区、沟壑等复杂地形，确保森林各病害区域都能得到有效防治。

3 防治后的监测情况

无人机不但可以进行林业病害防治，还可以对防治区域落叶松林分进行防治后的监测，以此分析防治效果。无人机遥感技术对林业有害生物监测调查的原理是利用生物的光谱特性，实现对生物种类、踪迹、活动状态等的监测［3］。无人机可以利用高分辨率的摄像头或其他传感器，对林分进行多角度、全方位拍摄和数据采集。对监测的数据进行分析，可以准确评估防治效果，了解病害的发展趋势和防治的有效性。例如，可以对比防治前后落叶松的生长状况、叶片颜色变化等指标，为进一步优化防治策略提供依据。监测采取大疆精灵P4M多光谱航测无人机，按照侵染落叶松落叶病区域，使用专业版DJI GS Pro地面站—进入飞行任务列表—新建飞行任务（二维地图合成）规划航线长度、设定航点数、飞行速度、飞行高度、设置航向重叠率和旁向重叠率，计算飞行区域面积，预估飞行架次、拍照数量和所需电池数量，在防治区域执行自动化采集工作。

对落叶松林分防治后，起飞多光谱航测无人机17架次，采集照片7 200张。将采集后的照片通过监测机自带TIF卡导入大疆智图（测绘版），生成防治后正射影像（见图1）和防治后NDVI植被指数图（见图2）。

4 主要技术

4.1 飞防技术要点

4.1.1 精确掌握飞防最佳防治时间

根据病害的发病规律及发病原因，在最佳时间防治，以达到最好的防治效果。每年6月中旬至7月中旬正值落叶松落叶病子囊孢子扩散盛期，是落叶松落叶病化学防治的最佳时期。在病害防治过程中，天气情况也是影响作业效果的一大因素，选择在风力小于3级的晴天或者阴天进行，雨后隔天飞防。在晴天温度高的状况下，飞防时间段选择在7：00—10：00、16：00—20：00，避免在高温时段飞防。较高的温度会使植保无人机雾化的药剂挥发掉，使药剂不能有效附着在叶片上；大风天气下，雾化的药剂也极易被风吹散，导致药剂浪费，不能达到有效作业的目的。

4.1.2 合理确定防治药物使用浓度

此次防治应用的是大疆T40植保无人机，采取高浓度用药。植保无人机是低量施药，选择农药一定要精准有效，用量要准确，稀释倍数要合适，稀释太多、太少，都达不到防治效果。植保无人机一般是低空作业，必须配备合适的助剂，使喷施的药液迅速沉降、附着在植物叶片上，这样才能达到预期的喷施效果。

4.1.3 科学规划飞防线路

根据电脑上影像图斑和飞防区域的地形地貌，在安全作业区设定起降范围区，在作业半径内设置醒目指示牌。大疆T系列植保无人机载药量为30～40 L，作业时间为10～15 min。手动操作遥控器使植保无人机飞至飞防区域上空，打开喷洒系统，设置飞防速度及喷洒流量，按照仿地形模式弓字形路线来回喷施农药。大疆T系列植保无人机采用共轴双旋翼设计，具有二次雾化齿喷盘结构，可使防治药物更均匀地喷洒到感病植株树冠及下部枝叶。

这种人工规划方式能够对所有飞防区域进行有效喷施，保证感病林分都能被覆盖，使规划路径更为全面，同时该方法能够提高植保无人机作业的精准覆盖率，降低漏喷、误喷和多喷现象的发生。

4.2 监测技术要点

利用无人机技术对林业有害生物进行全面动态监测，既扩大了监测范围，也实现了高空遥感监测到低空遥感监测的转变［4］。相比传统的人工监测方式，无人机技术能够在更短的时间内了解更大范围的落叶松落叶病发生情况，可以根据需要随时起飞进行监测，不受地形和交通条件的限制。无人机配备高分辨率摄像设备和传感器，能够捕捉清晰的图像，准确识别落叶松落叶病的发生位置、范围和严重程度。通过多光谱、热成像等技术，可以检测到肉眼难以发现的早期落叶松落叶病迹象，为及时采取防治措施提供有力依据。

无人机搭载各种传感器和摄像设备，可以在森林上空飞行，对森林进行拍照、录像和数据采集。采集的数据包括可见光图像、多光谱图像、热成像图像等，以及地理位置信息、高度信息等，将采集到的数据传输到地面控制站或数据处理中心进行数据分析和处理。利用图像识别技术、数据分析算法等，对落叶松落叶病的特征进行识别和分析，确定落叶松落叶病的类型、分布状况和严重程度。将分析结果以图像、报表等形式输出，为林业管理部门提供直观的落叶松落叶病监测信息。根据需要将结果与地理信息系统（GIS）结合［5］，可以实现落叶松落叶病信息的可视化展示和管理。

5 存在的问题及建议

5.1 存在的问题

5.1.1 载重量偏小，影响工作效率

此次防治工作采用的是T40载重机，载40 L水，每架次喷洒面积为0.67～1.00 hm2，每架次飞行时间为10～15 min，需要频繁起降加灌农药，大大降低了工作效率。

5.1.2 续航时间短，运营成本高

无人机单组电池的续航时间短，需要频繁充电。一台无人机只配备2块电池，且无人机电池的充电时间较长，一般需要1 h左右，准备20块电池，才能保证植保无人机连续工作6 h，每天喷洒作业达到6 h才能完成工作。要想不影响效率，就需要购买备用电池，但是无人机电池较贵，这就增加了运营成本。

5.1.3 对药物要求高

植保无人机一般采用超低容量喷雾技术，喷头孔径较小，要求药物颗粒足够小，通常要求粒径在几百微米甚至更小。较细的颗粒能够顺利通过喷头而不堵塞喷头，保证喷雾均匀和连续。如果药物颗粒过大，则容易堵塞喷头，影响作业效率，甚至可能损坏无人机的喷洒系统。此外，药物在水中或其他溶剂中应具有较好的悬浮性，当药物与水混合后，应在一定时间内保持均匀悬浮状态，不能发生沉淀或分层现象。这是因为植保无人机的药箱通常较小，且在作业过程中无人机处于运动状态，如果药物悬浮性差，会导致药箱内药物浓度不均匀，影响喷洒效果。药物在储存和使用过程中应保持化学性质稳定。药物与无人机喷洒系统应具有较好的兼容性，药物不能对无人机药箱、管路、喷头等部件产生腐蚀作用。药物之间也应具有良好的兼容性。在实际作业中，可能需要将不同的农药混合使用，以达到同时防治多种病害的目的。如果药物之间发生化学反应，产生沉淀、失效甚至有毒物质，不仅会影响防治效果，还可能对作物和环境造成危害。

5.1.4 喷洒不均匀

首先是植保无人机自身因素，植保无人机喷头问题（如喷头堵塞、喷头磨损等）会使喷洒不均匀，飞行参数（如飞行高度、飞行速度等）设置不合理也会导致喷洒不均匀。其次是药物因素，如果药物性质不稳定、药物配方不合理等，会影响药液的均匀性，药物的表面张力、黏度等特性也会影响喷雾的雾化效果和分布均匀性，导致喷洒不均匀，影响喷洒效果。最后是环境因素（如风向和风速、地形和地貌等），难以确保无人机的稳定性，也会导致喷洒不均匀。

5.2 建议

一是加大资金投入，采购机身轻、容量大的植保无人机。同时，对飞行人员进行规范操作、飞行技巧、维护保养等相关培训，解决植保无人机载重小、效率低的问题。

二是在技术方面提升小型无人机的续航水平，提升数据传输效率和自动化处理水平［6］，可从动力系统、结构设计、飞行控制系统入手；通过模块化设计和任务规划，提高无人机的适应性、效率和续航能力。

三是提升药物的性能，考虑开发专用药剂和优化配方以适应无人机作业及不同作物生长需求，并注意环保。在使用化学手段防治有害生物时，应注意加强对周围森林植被及动物的保护，避免影响生态稳定性，影响其他物种生存［7］。在操作管理过程中，应加强对操作人员的培训及药物的正确管理与储存。

四是在无人机硬件方面，应优化喷头设计、改进喷洒系统和提升飞行稳定性，以此提高喷洒均匀性；同时，检测喷洒效果，并根据结果进行改进。

五是加强对防范区的预防，要打破重防治轻预防的观念［8］。加强林业有害生物的监测调查，及时准确掌握病害发生及发展规律，建立健全预测预报网络体系，可有效降低病害的发生程度，为进一步精准防控有害生物提供科学依据。通过此次监测，防治区域取得了较好的防治效果，但落叶松落叶病害受外界因素影响，很难根治，这就需要进行连续防治，以达到最佳防治效果。

6 结束语

林业有害生物的发生对我国林业经济的发展与生态环境的治理产生了严重影响［9］。在此次绿色防治中，采用植保无人机进行飞防作业，应用大疆T40植保无人机进行防控，应用多光谱无人机进行监测，采用高效低毒农药和飞防助剂，精准作业、高效环保，解决了传统防治方法存在的成本高、耗时长、见效慢等问题，有效防范和及时控制了落叶松落叶病产生的危害，最大限度地减少了经济损失，防治效果明显。提高无人机在森林病害监测和控制中的使用率，可以有效提高林业病害防治的科学性，为林业健康可持续发展提供基本保障〔10〕。

参考文献：

［1］邵作胜，郑德龙.春季林业有害生物防治措施［J］.绿色科技，2019（15）：240-241.

［2］殷丽，许兴丽，薛玉燕.无人机遥感技术在林业病虫害防治中的应用浅析［J］.南方农业，2024，18（14）：138-140.

［3］段立强.林业有害生物调查中高新技术应用［J］.现代园艺，2023（6）：66-68.

［4］李智慧.浅谈无人机在林业有害生物防治中的应用［J］.南方农业，2019，13（26）：72-73.

［5］王珺，马德辉，李睿霞.浅谈多旋翼无人机在林业生产中的应用［J］.农业科技与信息，2017（22）：100.

［6］朱晓敏.浅谈无人机遥感技术在林业资源调查与监测中的应用［J］.南方农业，2020，14（20）：76-77.

［7］寇男.林业有害生物防治在林业生态环境建设中的影响［J］.世界热带农业信息，2022（5）：44-45.

［8］李燕利，薛婷.爱辉区林业有害生物监测现状及发展对策［J］.林业勘查设计，2023，52（6）：35-38，44.

［9］程礼恒，莫会影，徐来远，等.林业有害生物的发生与防治研究［J］.乡村科技，2020（16）：56-57.

［10］任振波.探究林业有害生物无人机防治作业技术［J］.中文科技期刊数据库（全文版）自然科学，2022（6）：295-298.