无人机施药VS人工施药,效果差距究竟有多大?
无人机施药VS人工施药,效果差距究竟有多大?
植保资讯
2018-08-24 08:17
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2018-08-24 08:17
无人机施药VS人工施药,效果差距究竟有多大?


目前,我国农作物植保防治作业主要有 3 种方式——人工喷施、地面动力机械喷施和航空喷施。业界和科研界对于农用无人机航空喷施雾滴沉积分布规律方面的研究较少,且对于新型航空喷施方式与传统人工喷施方式的雾滴沉积效果、喷施效率还缺乏客观的比较和评判。


今天,我们就通过试验和数据,来具体对比一下两种喷药方式的效果和效益,希望能为业内人士选择植保作业方式提供客观、可靠的数据和理论依据。

 

试验设计

 

我们分别采用两种类型的无人机以及背负式喷雾器,对水稻田进行了农药喷施。农用无人机分别采用较低和较高 2 种飞行高度,较慢和较快 2 种飞行速度进行喷施试验,人工喷施按照普通方式进行。


根据无人机的有效喷幅,我们选取 长×宽 约为 60m×12m 的试验田进行喷雾试验,在采集区每隔 1m 设置一处雾滴采集点 (图3),每处采集点分别在水稻上部、中部、下部的位置布置雾滴采集卡,以收集雾滴。

我们逐一扫描收集的雾滴采集卡,再用图像处理软件对扫描后的图像进行处理分析,得出在不同的航空喷施作业参数下的雾滴覆盖率、覆盖密度及单位面积上的沉积量。


为了表征试验中各采集点之间的雾滴沉积均匀性和穿透性,我们以飞机有效喷幅区内每层不同采集点上雾滴沉积量的变异系数 (CV) 来衡量 3 组试验中雾滴的沉积均匀性,以飞机有效喷幅区内每个采集点上、中、下层雾滴沉积量的变异系数 (CV) 来衡量雾滴沉积穿透性,变异系数越小,表示雾滴沉积越均匀,穿透性越好。

 

以上公式中,S为同组试验采集样本标准差; Xi 为各采集点单位面积上的沉积量,μL·cm-2;X 为各组试验采集点的平均雾滴量,μL·cm-2; n 为各组试验采集点个数。


 

结果与分析——

 

雾滴沉积量分析

 

喷施试验雾滴在水稻植株上、中、下三层的平均雾滴沉积量见表 3。结合无人机喷施作业参数与表 4 的雾滴沉积结果,可以分析得出以下结论。 

航空喷施雾滴在水稻植株上的沉积量,受无人机作业速度参数的影响。在其他条件不变的情况下,无人机作业速度越慢,作业高度越低,雾滴在植株间的沉积量越多。


就人工施药而言,水稻植株上层的雾滴沉积量远高于中、下层的雾滴沉积量,只有 3.27% 的药液量到达植株的底部。而航空施药有 10% ~30% 的药液量能到达植株的底部,远高于人工喷施作业方式。

 

雾滴沉积均匀性分析


试验结果表明,航空喷施作业的高度对雾滴沉积均匀性影响明显,作业高度较高时,雾滴沉积均匀更好。而在同一作业高度下,作业速度不同对雾滴沉积均匀性影响不大。

 

而人工施药的雾滴沉积均匀性最差。这主要是因为人工喷施作业很难保证作业路线的一致性,无论是在水稻植株上、 中、下层,人工施药的雾滴沉积均匀性都比航空喷施作业效果差。


值得注意的是,由于无人机旋翼下方风场可增加雾滴在作物植株间的穿透,而不同类型无人机旋翼风场强度不同,作业参数(飞行高度、飞行速度)对雾滴沉积均匀性有不同影响。

 

雾滴沉积穿透性分析


同样,通过对沉积在水稻植株上、中、下三层的平均雾滴沉积量分析,可知无人机飞行作业速度对雾滴沉积穿透性有显著影响。具体表现为,速度较慢时,雾滴穿透性较好。


这是因为,作业速度较快时,药液经过喷头雾化后成为微小雾滴,在水平方向上的气流作用下,主要都以飘落的形式沉积分布在水稻植株的冠层;而作业速度较慢时,在无人机旋翼下旋气流的作用下,一部分微小雾滴会沉积到水稻植株的中下层。


对于人工施药,雾滴在水稻植株间的沉积穿透性最差,为 10.42%。采用人工施药方式,因为不像无人机那样有下旋气流,药液大部分都沉积在农作物冠层。

 

不同喷施方式效益分析




表 4 为农用无人机施药与人工施药的效率及效益对比结果。在实际作业中,农用无人机喷施的是高浓度药液,用药量为 15~18kg·hm-2,人工费用为 135 · hm -2; 而人工喷施药液的用药量和用水量分别为 0.30~0.45 375~450kg·hm-2,人工费用为 180 ~ 2 25 · hm - 2 。 通过对比可知,一般无人机施药的工作效率约为人工施药的 10 倍左右,而且成本低,效益高。

 


总体来说,传统人工施药方式作业劳动强度大、效率低、耗时长, 如遇到突发性和爆发性病虫草害,将难以满足防治要求而导致损失严重,且施药人员易发生中毒事件。


地面大型机械喷施方式作业成本高、药剂有效利用率低,且下田作业困难,易损伤农作物及土壤物理 结构,影响农作物后期生长。


而航空施药作业速度快、成本低,且可解决水稻生长过程中地面机械难以下田作业等问题,已逐渐成为人们心中首选的喷施作业方式,也将得到越来越广泛的应用。