2024年新时期我国植保无人机飞防面临的新挑战及其对策
农林植保无人机是指用于农林植物保护作业的无人驾驶飞机，该型无人机由飞行平台（固定翼、单旋翼、多旋翼）、GPS飞控、喷洒机构三部分组成，通过地面遥控或GPS飞控实现喷酒作业，可喷酒药剂、种子、粉剂等，主要用于喷施农药防治大田及果树作物主要病虫害。
据从2023年第37届中国植保“双交会”获悉，目前全国保有植保无人机已达20余万架，基本取代了人背手动打药，推动了病虫害防治向绿色转型升级，作业面积约21.3亿亩次。现如今，我国植保无人机向智能化、数字化方向发展的趋势明显，未来应用领域将更加广泛，具有广阔的市场前景。
近年我国植保无人机飞防发展应用现状
1. 我国农业植保无人机发展历程
2005年，我国开启农用无人机研发；2008年，推出中国第一架植保无人机；2010年，我国无人机首次投入农业应用，主要以农药喷洒应用为主；2014年，农业植保无人机行业进入快速发展阶段，大疆、极飞科技等一批企业加快该市场领域的布局；2019年，基本形成大疆和极飞科技“双雄争霸”的市场竞争格局，市场规模进一步扩大。
2. 我国植保无人机飞防发展特点
我国植保无人飞机的发展起步较晚，但发展较快并持续快速增长。目前我国已有接近400家从事植保无人机研发生产、销售的全产业链企业，虽然有进有出，但总体仍呈现增长趋势。在2010年之前，中国植保无人机发展还处于概念机阶段；2010年国内出现了首款商业化的油动单旋翼植保无人机，其后至2013年，我国植保无人机产品技术发展缓慢，生产企业寥寥无几。
2014年中央一号文件明确提出“加强农业航空建设”的要求，之后国内植保无人机产业发展出现了转折，资本开始进入。据不完全统计，仅2014年国内就有近百家企业进入该产业；2014年后，一些地方政府和中央有关部门先后出台植保无人机购置补贴政策，又催生了一大批植保无人机生产企业。
2016年随着“化学肥料和农药减施增效综合技术研发”重点专项项目“地面与航空高工效施药技术及智能化装备”启动，推动了植保无人机行业装备和应用技术的全面研发，至此植保无人机快速进入农业生产中，作业量稳步增长。
目前我国植保无人机在装备总量、作业面积上已经发展到全球第一，飞防技术处于世界领先水平，且处于发展上升期。我国植保无人机发展主要呈现以下特点：
一是应用规模快速增长，应用成效显著。
近年来，我国植保无人机的数量在持续快速增长。早在2012年第一架单旋翼无人机投入使用；2014年第一台多旋翼无人机投入应用；到了2016年飞控平台进入航化作业，黑龙江全省保有植保无人机超过900台，作业面积达到280万亩次；截至2019年，我国植保无人机保有量已经突破4.97万架，无人机植保面积也超过6.93亿亩次（见表1）。主要防治作物包括水稻、小麦、玉米、棉花等，总体可减少农药使用量20%~30%，节省用水90%以上，提高农药利用率30%以上。
再从市场销售效益看，2015年以来，我国农林植保领域工业无人机市场规模逐年上升，2019年达46.60亿元。在疫情、春耕、5G等多方面因素影响下，2020年植保无人机市场再度迎来爆发，不管是无人机数量、种类还是应用，市场都实现跨越式发展，2020年市场规模约达67.9亿元。
二是应用潜力较大，市场前景看好。
智慧农业是借助物联网、人工智能、大数据等现代信息技术与农业深度融合，实现农业生产全过程的信息感知精准管理和智能控制的一种全新农业生产方式。无人机植保作为智慧农业的垂直化应用领域，受智慧农业发展影响。
随着土地流转规模的扩大，我国植保无人机产业存在着近千亿元的潜在市场。近几年，植保无人机作业场景逐渐拓宽，无论是大田还是果园、茶园等，都能看到它们的身影，各地也不断发布政策对植保无人机进行购置补贴，植保无人机市场呈现爆发式增长，数据统计显示，截至目前，我国植保无人机保有量已经超过10.0万台。可以预见的是，未来几年，植保无人机市场依然会呈现稳中有增的发展态势。目前国内农业植保仍以人工加手动、电动喷雾机这样的半机械化装备为主，占比超过90%，航空植保比例小于2%，由此说明，植保无人机市场前景广阔。近几年及未来五年植保无人机应用都将再创新高，Frost&Sullivan机构曾预测，2021年我国农林植保领域无人机市场规模约为131亿元，2026年将达250亿元。
三是技术趋于成熟。
目前绝大多数植保无人机已经具备手动增稳模式操作飞行和航行飞行模式，能够实现厘米级的定位，实现喷幅与作物冠面的精准对接，超声波测距技术的应用，使植保无人机已经具备超低空、仿地飞行能力，可低至作物冠层0.5米上方。其实，自2019年以来，我国植保无人机的技术发展就愈发趋于成熟；2019-2020年，我国植保无人机利好政策不断出台，再加上行业洗牌加剧、配套技术持续突破，使得产业链发展趋于完善，发展热度也被完全带动。这些无疑为2021年以来的植保无人机发展奠定了良好基础。
植保无人机具有独特的优势，但也要规避存在的风险
目前，土地越来越集中，部分地区土地流转在加速，人工化学防治病虫草害的费用也越来越贵，因此飞防也在加速推广；加上政府的重视，部分企业的大力推广，所以目前飞防应用越来越普遍。然而，目前飞防作业绝大多数用的是杀虫杀菌剂，而出于安全性考量，除草剂并未大规模推广，但杂草防除是植保工作中的重要一环，对飞防有更大的需求。
1. 植保无人机飞防具有哪些优势？
（1）作业效率大大提高，省工省力。飞防作业效率远远高于人工施药。飞防作业效率是人工喷雾的15~30倍左右，且飞防可以夜间作业，人工喷雾无法夜间作业。
（2）喷洒精准，药效提升明显。飞防作业一般采用遥感作业和自动精准施药技术，能保证所有植株均匀覆盖，杜绝漏喷或重喷，喷洒更加精准。同时飞防用药稀释浓度更高，配合适宜飞防作业的农药制剂，这些药剂如果具有减少蒸发、加速沉降、防止飘移、增加附着、加快渗透和吸收等特点，防治效果远远好于人工喷雾。
（3）适应性更广泛，作业可控。飞防可在田间地头垂直起降，自动规划最佳作业航线，自主适应不规整地形。另外，对于一些高秆大田作物，比如玉米、高粱、甘蔗等，植株较高时，人工无法施药，另外包括果树、块根块茎类的作物，可以说飞防是这些作物病虫害防治的完美处理方案。飞防还可以通过搭载视频器件，对农作物病虫害进行实时监控，可远程监控植保作业进度和作业面积，做到每一亩地块的飞防作业都有据可查。
（4）省水省药，符合农药零增长计划。应用植保无人机飞防作业，在大田作物每亩地喷雾药液量约0.7~2.0kg，而传统的人工喷雾喷液量需要15~30kg，飞防节水率可达90%左右，这对干旱少水地区来说意义重大。同时，由于喷施精准，加速渗透吸收，减少蒸发，飞防比传统人工喷雾能显著有效的减少浪费，降低成本。
2. 植保无人机可能存在哪些风险？
应用飞防防治病虫草害优点很多，但也存在诸多风险，特别是除草剂的飞防，要注意不是所有的除草剂都适合飞防！
（1）除草剂飞防可能存在哪些风险？
一是作物安全性。大田除草剂正常亩用水量在15~30kg，目前飞防的亩用水在0.7~2.0kg，飞防浓度是普通喷雾设备的15倍左右，高浓度会带来药效的提升，但同时除草剂在高浓度情况下使用也极易产生药害。
二是防效稳定性。大多数除草剂剂型的理化指标是按照普通手动和电动喷雾器稀释设计的，高浓度下飞防药剂稀释后是否还具有原来的乳化分散性、润湿渗透性、展着粘附性等存在很大疑问，稀释液出现沉淀、喷雾堵喷头等现象，导致飞防效果难以保证。
三是飘移风险。由于飞防雾滴极细，特别容易挥发、飘移，影响到邻近作物。
（2）除草剂飞防必须具备的条件
基于上述风险，选择适合飞防的除草剂尤为重要。选择飞防除草剂必须具备五大要素：
一是乳化分散稳定。药剂入水后迅速乳化分散为均匀的乳状液，无沉淀，无分层，不堵塞喷头。飞防农药制剂稀释倍数极高，直接将多种药剂混合极易出现沉淀、结晶、絮凝，药效难以得到保证。
二是沉降快、抗飘移。飞防的雾滴不是越细越好，普通剂型如水剂、乳油、微乳剂、水乳剂、水悬浮剂等，其稀释液的喷雾雾滴粒径偏小，相当一部分雾滴粒径小于100μm，极易产生飘移。油悬剂的雾滴在150~300μm，居于最佳粒径区间，不影响吸收，且抗飘移，是比较适宜飞防的剂型。
三是不易蒸发。施药时一般温度较高，飞防雾滴极细，水分容易在空气中蒸发掉，造成防效不好或灼伤。
四是附着好、吸收好。确保高浓度下助剂依然能保证雾滴在植物表面的附着性和渗透性，确保杂草吸收到足够的药物。
五是经过大面积验证。理论上无论多么完美的飞防除草剂，在大面积使用前必须经过试验验证，最好要有厂家的官方认可，对飞防的效果和安全性负责，将大大减少日后风险。
（3）除草剂飞防需要注意的几点事项
许多地方防除杂草都在考虑选用飞防了，但随着使用除草剂进行飞防作业，也不断地出现各种各样的问题。因此，想要除草剂安全飞防，需要注意以下几点：
一是必须等到杂草生长到一定时期才能开始除草。如果杂草草龄较小，杂草面积小，不利于杂草接触药液而死亡，从而导致杂草反弹或产生其他不良效果。但是杂草草龄也不能太大，如果太大，它们会增加抵抗力并会增加除草剂的用药剂量，一般在杂草2~4叶期进行飞防。
二是对药液时勿用浑浊水，且最好使用二次稀释法，使药滴分散均匀。
三是无人机使用的喷头要合适。雾滴过大，叶面分布不好，易卷；液滴过小，蒸发效果明显，效果差。
四是避免雨露干燥时用药。宜在晴好无风或微风以及下雨前使用药物。
五是避免高温飞防。中午用药水分迅速蒸发，液体浓度大时，会影响效果，并可能造成叶片损伤。
六是除草剂应该在20℃以上再喷施，气温太低了效果不好。
七是安全剂的使用有助于提高药液雾滴沉降性、粘着性、展布性，确保防治效果。
面对植保无人机飞防中出现的新问题，如何采取有效措施去解决？
1. 飞防如何保证喷洒药效的稳定性？
那就是要做到飞防的雾滴粒径、雾滴数量、喷洒浓度的协调和标准的有机统一。喷雾效果的好坏，与雾滴粒径大小、雾滴飘移及沉降速度等因素密切相关，其中，雾滴粒径是农药喷雾技术中相对容易控制的重要参数，也是直接影响到植保无人机的喷雾质量及作业效果的关键因素之一。也就是说，雾滴过大或过小都不利于病虫草害的防治，只有当雾滴粒径与雾滴数目达到最优组合时，才会产生最好的防治效果（见表2）。
合理地控制雾滴粒径大小，是用最少的药量取得最好的防治效果，并减少环境污染的关键所在。
雾滴粒径与雾滴覆盖密度、喷液量有着十分密切的关系。1个粒径400μm的粗大雾滴，变为200μm的中等雾滴后，就变为了8个雾滴；而粒径缩小到100μm后，则会变为64个细小雾滴；50μm时达到512个雾滴。随着雾滴粒径的缩小，雾滴数目呈几何级速度增加，而随着雾滴数量的增加，农药击中靶标的概率会显著增加，覆盖也会更加均匀，而靶标吸收才是农药利用率的关键。雾滴粒径小，会相对易受气流影响而发生飘移，可能对相邻农作物造成危害，但细小雾滴在作物叶片表面的覆盖密度和覆盖均匀度远优于粗大雾滴，而且附着能力好、不易流失，农药利用率高（见表3）。
如果喷施杀虫剂和肥料，雾滴大小建议调整到250~300微米之间；如果达不到这么大的雾滴调整效果，可以通过添加助剂来实现。例如植物油类助剂，能形成油包水的雾滴结构，增强抗飘移效果和增大雾滴直径，从而发挥最大药效。
总而言之，雾滴大小对防效好坏有着直接影响，在喷洒不同种类的药剂时，建议大家按照标准来作业，保证最好的防治效果。
2. 飞防作业好处多多，更需要配套关键技术支撑
一是要选择高效对路药剂。二是要做到适期防治。如小麦赤霉霉病掌握在扬花初期（5%~10%），水稻穗颈瘟掌握在破口抽穗5%~10%，稻曲病在抽穗前5~7天，油菜菌核病在主茎开花株率80%~90%用药，锈病、稻瘟、白粉病、纹枯病等田间出现零星病株时用药，稻飞虱为1~2龄若虫高峰期，稻纵卷叶螟卵孵高峰至1~2龄幼虫高峰期，二化螟、玉米螟、粘虫、草地贪夜蛾等夜蛾科害虫卵孵高峰至1~2龄幼虫高峰期用药，以上防治适期用药效果显著。三是要保证用药次数。一般发生地区一次用药全覆盖，严重发生时必须保证2次用药次数。如小麦赤霉病、水稻穗颈瘟，以及其他病虫害大发生时都需要用药两次，第一次用药后隔5~7天开展第二次防治。四是要合理轮换用药。优先选用高效对路药剂，在防治过程中，要注意轮换使用不同作用机理农药，延缓抗药性，提高防效。五是要用足水量。一般情况下飞防用水量以3~4kg/亩为宜，病虫发生重或喷除草剂时用水量不宜少于5kg，以确保施药均匀、喷匀喷透，提高防效。
