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高海拔地區(qū)水稻田的無人機(jī)植保應(yīng)用

2017-02-14 11:08施新杭李航黃赟趙晉金華市農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所杭州天客投資咨詢有限公司
河北農(nóng)機(jī) 2017年1期
關(guān)鍵詞:用藥量大疆梯田

施新杭李航 黃赟 趙晉、金華市農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所 、杭州天客投資咨詢有限公司

高海拔地區(qū)水稻田的無人機(jī)植保應(yīng)用

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1、金華市農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所 2、杭州天客投資咨詢有限公司

本文應(yīng)用大疆MG-1農(nóng)業(yè)植保機(jī),對(duì)海拔1000米地區(qū)的有機(jī)水稻進(jìn)行植保作業(yè)。高海拔地區(qū)受其地理位置及地形因素影響,水稻田的布局有別于平原地帶,以梯田為主,植保過程復(fù)雜且難度較大,耗時(shí)、耗力、耗人工。經(jīng)試驗(yàn)表明,使用農(nóng)業(yè)無人機(jī)植保作業(yè),不僅成倍提高了植保作業(yè)效率,良好的霧化水平也進(jìn)一步提升了農(nóng)藥利用率,降低了使用量,符合生態(tài)、環(huán)保理念。

農(nóng)業(yè)植保無人機(jī);1000米海拔水稻;梯田植保;用藥量

1 農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)簡介

無人機(jī)(Unmanned Aerial Vehicle),簡寫“UAV”,全稱無人駕駛飛機(jī),是指利用無線電遙控設(shè)備,和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機(jī)[1]。而農(nóng)業(yè)植保無人機(jī),就是針對(duì)農(nóng)業(yè)植保領(lǐng)域特殊的農(nóng)藝需求,采用算法優(yōu)化的農(nóng)作物植保作業(yè)智能飛行模式,裝載農(nóng)用藥劑進(jìn)行農(nóng)作物保護(hù)作業(yè)的無人機(jī)。

深圳大疆于2015年11月27日發(fā)布首臺(tái)農(nóng)業(yè)無人植保機(jī)MG-1,專為農(nóng)業(yè)植保設(shè)計(jì),集成先進(jìn)的飛控、可靠的內(nèi)循環(huán)冷卻系統(tǒng)、便攜的折疊機(jī)身和操控簡易的定制遙控器;配備八軸動(dòng)力系統(tǒng),標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)載荷為10 kg,作業(yè)效率高達(dá)2.7~4.0 hm2/h(40~60畝/h)[2]。

圖1 大疆MG-1農(nóng)業(yè)植保機(jī)

本試驗(yàn)使用MG-1農(nóng)業(yè)植保機(jī),于浙江麗水云和后垟村進(jìn)行了1000米高海拔地區(qū)農(nóng)業(yè)植保作業(yè)。平原地區(qū)的水稻種植,年噴灑農(nóng)藥次數(shù)約5~6次[3],高山地區(qū)由于特有的自然環(huán)境、光照及濕度條件,晝夜溫差大,每年只需在病蟲害高發(fā)的夏季進(jìn)行單次植保作業(yè)即可。

2 人工植保

2.1 人工植保噴灑流程

高海拔地區(qū)的水稻植保過程,一般是人工背負(fù)15kg藥箱,使用帶高壓水槍的澆灌式噴頭噴灑。作業(yè)時(shí),由于噴藥不均勻常通過補(bǔ)噴來實(shí)現(xiàn)用藥量均勻,然而多次來回噴灑,導(dǎo)致重噴區(qū)域?qū)嶋H用藥量增加[5],如圖2所示。

圖2 人工高壓水槍來回噴灑農(nóng)藥藥量分布

2.2 人工植保效率及用藥情況

對(duì)于高山梯田地區(qū),其農(nóng)田間距相對(duì)平原地區(qū)更小,不同田塊間有一定的高度差,植保作業(yè)相較于平原地區(qū)難度更大。本文所用的水稻田總面積8000余m2,約12畝,按農(nóng)戶經(jīng)驗(yàn),噴灑用藥液為1260L,植保作業(yè)耗時(shí)16小時(shí)(未計(jì)配藥時(shí)間)。

表1 人工植保效率及藥液濃度

本文植保作業(yè)所使用的農(nóng)藥為新配方噻嗪酮及氯蟲苯甲酰胺進(jìn)行配比,噻嗪酮屬昆蟲生長調(diào)節(jié)劑類殺蟲劑,具有持續(xù)性殺幼蟲活性,可有效防治水稻上的大葉蟬科、飛虱科等。但噻嗪酮過量使用會(huì)造成土壤、水體污染,在作物上形成農(nóng)藥殘留[6、7]。本文植保作業(yè)使用的藥液配比為500g藥劑配30L水。而氯蟲苯甲酰胺具有其他任何殺蟲劑不具備的全新殺蟲原理,且該農(nóng)藥屬微毒級(jí),對(duì)農(nóng)產(chǎn)品無殘留影響。本文植保作業(yè)使用的藥液配比為2包藥劑配30L水,藥劑含量為5ml/包。經(jīng)統(tǒng)計(jì),采用人工噴灑的用藥量情況如表2所示。

表2 人工植保用藥情況

從表2可以看出:人工噴灑的實(shí)際用藥量均為推薦值的3倍以上,對(duì)于毒性更高的噻嗪酮使用量更是達(dá)到5~8倍。

3 無人機(jī)植保

圖3 大疆精靈4無人機(jī)測(cè)算實(shí)驗(yàn)田面積

為計(jì)算MG-1農(nóng)業(yè)植保機(jī)作業(yè)效率,首先對(duì)實(shí)驗(yàn)噴灑田進(jìn)行面積測(cè)算。本文使用大疆精靈4無人機(jī)進(jìn)行面積測(cè)算,飛到實(shí)驗(yàn)田正上方,拍攝實(shí)驗(yàn)田正攝圖像,如圖3所示,將傳輸回來的圖像經(jīng)過鏡頭畸變校正處理,采用圖像面積分析軟件進(jìn)行計(jì)算。

表3 無人機(jī)植保作業(yè)效率

測(cè)得實(shí)驗(yàn)田面積為2823m2,約4.23畝。由于梯田層間有高度差,且形狀不規(guī)則,本試驗(yàn)采用手動(dòng)控制模式進(jìn)行噴灑。統(tǒng)計(jì)噴灑速度、噴灑高度、作業(yè)時(shí)間以及使用的藥液濃度比,以初始農(nóng)藥濃度比例為1.0,實(shí)驗(yàn)田高度從高到底,依次標(biāo)記為A-1~A-5,噴灑定高3m。

從圖表可知,MG-1農(nóng)業(yè)植保機(jī)噴灑4.23畝實(shí)驗(yàn)田共用時(shí) 307s即 5.1min左右,作業(yè)效率為:0.83mu/min,人工噴灑效率為0.75mu/h即0.0125mu/h,無人機(jī)效率是人工作業(yè)的66.4倍。

本次實(shí)驗(yàn)利用無人機(jī)下旋氣流提高農(nóng)藥的霧化效果,使得農(nóng)藥噴灑更均勻。以此為基礎(chǔ)在實(shí)驗(yàn)中逐步降低農(nóng)藥噴灑濃度,以降低每畝土地的農(nóng)藥使用量。

無人機(jī)植保作業(yè),可以代替人工勞作,不止是平原地區(qū),在地形復(fù)雜的梯田上仍能夠保持較高的作業(yè)效率,是人工作業(yè)效率的60余倍。

4 展望

本次作業(yè),對(duì)1000米高海拔地區(qū)水稻梯田進(jìn)行了無人機(jī)植保與人工噴灑效率的對(duì)比,由于該地區(qū)地形復(fù)雜,梯田結(jié)構(gòu),單塊面積較小,人工噴藥較多時(shí)間耗費(fèi)在不同田塊的奔波,數(shù)量級(jí)的效率差異充分體現(xiàn)了無人機(jī)作業(yè)的高效性;并且在已知農(nóng)藥濃度較高的情況下,對(duì)噴灑區(qū)域進(jìn)行逐步降低濃度噴灑試驗(yàn),并測(cè)試了不同噴灑速度,以達(dá)到適合的農(nóng)藥濃度及單位用藥量。由于實(shí)驗(yàn)條件限制,沒有完成多濃度梯度及飛行參數(shù)的正交因素實(shí)驗(yàn),尋找最佳農(nóng)藥噴灑量仍有待試驗(yàn)。我國“十三五”規(guī)劃中提出“到2020年農(nóng)藥使用量零增長”,無人機(jī)作業(yè)霧化效果好,噴藥均勻,可以有效減少農(nóng)藥用量,為農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展提供進(jìn)一步的保障。

[1]大疆推出首款農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械, 2015(23):33.

[2]郭凱.農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)的飛行安全知識(shí)[J].當(dāng)代農(nóng)機(jī),2016(4):63-64.

[3]袁玉敏.農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)高精度定位系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)——基于GPS和GPRS[J].農(nóng)機(jī)化研究,2016(12):227-231.

[4]吳小偉,茹煜,周宏平.無人機(jī)噴灑技術(shù)的研究[J].農(nóng)機(jī)化研究,2010(7):224-228.

[5]王旭景,劉紹鋒.無人植保機(jī)的結(jié)構(gòu)原理與推廣應(yīng)用[J].時(shí)代農(nóng)機(jī),2015(6):10-14.

[6]王昌陵,何雄奎,王瀟楠等.無人植保機(jī)施藥霧滴空間質(zhì)量平衡測(cè)試方法 [J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2016(11):54-61.

[7]賈鵬宇,馮江,于立寶等.小型無人機(jī)在農(nóng)情監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究[J].農(nóng)機(jī)化研究,2015(4):261-264.

施新杭,1987年12月出生,研究方向:農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備及農(nóng)機(jī)檢驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)。

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