我国农用航空植保发展现状和趋势_林蔚红

总第179期０引言

在植物生长过程中，植物的病虫草害以及其它有害生物的危害严重威胁植物健康生长，造成植物死亡、减产，对农林产业的发展产生巨大的不利影响。我国是植物病虫草鼠害发生较为频繁的国家之一，据统计，我国每年粮食作物发生生物灾害面积达３．６亿ｈｍ２

，虽经防治挽回大量经济损失，但每年仍

损失粮食４０００万ｔ之多，其他农作物如棉花损失率为２４％，蔬菜和水果损失率为２０％。据联合国粮农组织（ＦＡＯ）估计，全世界每年因病虫草害损失约占粮食总产量的１／３，其中因病害损失占１０％，因虫害损失占１４％，因草害损失占１１％。我国每年林业生物灾害发生面积０．１１亿ｈｍ２

，直接经济损失和生态服

务价值损失近千亿元。所以，我国十分重视植保工作，植物保护是采用喷药等方法，把植物病、虫、草害以及其它有害生物消灭于危害之前，全面提升植物对病虫害以及有害生物的抵抗力，保证植物健康成长。植物保护（植保）是农林生产的重要组成部分，是确保植物健康成长、丰产丰收的必要措施之一。传统农业“靠天收”，植物保护水平与程度都较低，无法有效地进行植物保护。随着现代农业的发展和生物分析技术的发展，对植物保护的研究也取得了较大的突破，可以准确的鉴定植物受到的伤害，植保的方式也由最初低级的人工为主向机械为主的自动化、智能化的方向发展。航空植保是基于航空技术发展而产生的新型植保技术，属于机械化、自动化植

保技术，结合了航空技术能快速高效完成大面积、大范围防治覆盖的优势，这种高效优质、适用性广、作业成本低以及应对突发状况能力强的植保方式在现代农业植保中得到了越来越多的研究和应用。航空植保由于将航空技术与植保技术结合起来，扩大了植保技术的范围，为植保的发展和应用提供了新的有效的方法与途径。近年来，我国的农用航空植保技术也得到了新发展，尤其是农用航空设备与技术的研发取得了新进展，除了在施肥、播种、航测上应用外，新增的植保研究应用，尤其是在大面积爆发性生物灾害的航空防治作业上，防治效果十分明显，优越性十分突出，在我国现代农业发展中具有重要意义。由于经济水平和农用航空管理的原因，与国外的先进农业航空水平相比，我国农用航空植保仍然有一定的差距［１－６］。

１国内外农用航空植保发展现状和趋势

１．１农用航空植保概述农用航空植保是基于航空技术优势与植保技术结合而进行的植保作业，与一般的机械植保不同，农用航空植保以航空设备（农用航空飞机）为平台。其作业平台类型可分为固定翼飞机和旋翼飞机；根据操纵方式又分为有人驾驶飞机以及无人驾驶飞机；无人机根据动力不同又可分为燃油动力无人机和电池动力无人机等。农用航空与民航、军事、航空运动项目有着显著区别，农用航空飞机一般以低空飞行为主，以适应低空喷洒和检测，与民航和军事飞机相

我国农用航空植保发展现状和趋势林蔚红1，孙雪钢2，刘飞3，徐正红1，张初3，何勇3，姚建松4

（１．浙江省海宁市农业农村经济信息中心；２．浙江省海宁市植保土肥技术服务站；３．浙江大学生物系统工程与食品科学学院；４．浙江省海宁市农业机械管理站）

摘要：植保是农业生产过程中十分重要的一个环节，农用航空植保是一种高效优质、适用性广、作业成本低以及应对突发状况能力强的植保方式。介绍了农用航空植保的发展现状和趋势，并对国内外农用航空植保关键技术进行了比较分析，就我国农业航空植保发展中存在的问题和不足提出了相应的对策和建议。关键词：植保；农用航空；现状；对策；建议

AgriculturalEquipment＆Technology

农业装备技术第40卷第1期

2014年2月Vol．40№.1

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比在配套设施如跑道、后勤与保障设施上比较简单，成本也较低。无人机是农用航空中发展迅猛的飞机，与有人驾驶飞机相比，无人机作业效率与农药利用率高，同时还无需专用起降机场，低空作业（作业高度１￣５ｍ）飘移少，因旋翼产生的向下气流有助于增加雾流对作物的穿透性而提高防治效果，飞行器携带喷雾系统可空中悬停并与ＧＰＳ、ＧＩＳ等系统配合，便于进行自动化、智能化控制操作，且安全性能更高。农用航空是农业机械化的延伸，也是农业现代化的主要标志之一，农用航空技术主要用于播种施肥以及对植物、土壤、水体状况的检测、进行航空植保以及应对突发情况。农业航空作业的高效率、优质量、广适用性、低成本以及应对突发情况能力强的特点充分显示了其在植保中的优越性，尤其在地面较难到达或无法进行地面作业的区域农用航空的优点更加突出［７－１２］。航空施药是航空植保的主要内容，基于航空飞机的优势，能够快速进行大面积覆盖作业，大大提升了作业效率，比地面机械作业效率高５￣７倍，相当于人工喷雾的２００￣２５０倍；而且航空施药时飞机飞行产生的下降气流吹动叶片，使叶片正反面均能接触药物，防治效果相比人工与机械提高，应对突发、爆发性病虫害的防控效果好。农业航空植保不受地势地形的影响、不受作物长势的影响，同时在作业过程中不接触土壤与作物，不破坏土壤物理结构，不影响作物后期生长。从全球植保的现状而言，喷施农药、除草剂等化学试剂仍是植保的主要手段，作业平台和喷洒装置是航空植保的关键。由于有人驾驶飞机的成本和配套设施要求较高，无人机因为造价相对便宜，操作简单，对配套设施的要求不高，是航空植保重要的发展方向。航空喷雾设备是航空施药的关键技术，也是国内外研究的热点，而航空喷雾的控制技术也是航空喷雾设备的关键［１３－１９］。适应不同作业条件的雾化喷头、适宜的雾滴尺寸可以解决飞机飞行气流条件下的小雾滴飘移和有效沉积的矛盾，使雾滴沉降在靶标上，并在植物中有较好的穿透性，从而达到最佳的航空施药防治效果。常见的农用航空喷雾喷嘴有液力雾化喷嘴、静电喷嘴和旋转离心雾化喷嘴，我国以液力雾化和离心雾化为主，在静电雾化技术上也进行了相关研究［２０－２１］，而美国、日本等国在静电雾化技术上取得了较大进展，已经进入实施阶段。目前，为提高喷药的质量和效果，发达国家在建

立航空喷雾的雾滴分布仿真数学模型、可控雾滴技术以及结合ＧＰＳ和精准施药技术上进行了大量的研究，目的是控制雾滴参数、雾滴飘移和增加雾滴在靶标上的沉积，增加穿透性，以取得最佳的喷雾效果。我国在这些方面也进行了一些研究，但总体上仍落后于发达国家。除喷雾设备与控制技术之外，航空施药受作业条件（如气候、风向、风速等）的影响，也受到飞行参数（如飞行速度、飞行高度等）的影响。因此，选择合适的作业条件以及合适的飞行参数，且在不利的作业条件下的应对措施十分重要。除航空施药之外，对植物遭受的危害进行准确的检测和评估，是航空植保的重要内容，也是航空施药的前提和基础，是国内外研究的重要方向。随着航空遥感技术的发展，航空遥感已被广泛的应用于对地面进行检测研究，研究表明航空遥感可用于检测植物胁迫，随着检测仪器与技术的发展，航空遥感对植物胁迫检测的精确度也不断提高。通过航空遥感对植物遭受的病虫草鼠等危害进行检测，基于对检测结果的分析可以指导航空和地面进行施药操作。安全可靠是航空植保的基本要求，航空植保作业一般在低空或超低空进行，飞机飞行高度过低会引发安全问题，因此安全合格的飞机、合适的飞行高度以及合适的作业条件十分重要［２２－２３］。同时，农药多为化学试剂，长期装载农药容易造成飞机机体部分区域腐蚀，也容易发生安全事故，因此机具清洗是十分重要的。无人机植保与有人驾驶飞机植保相比，无人机更轻便小巧且无需驾驶人员，安全程度要高于有人驾驶飞机，且无人机植保适合低空作业，使喷雾效果更好，在航空植保中具有独特优势。熟练且正确的操作也是航空植保安全的主要保障，不管是有人驾驶飞机还是无人机，如果操作不熟练不正确，都有可能出现问题，造成事故。为保证植保作业飞行安全，减少航空植保作业的负面影响，联合国粮农组织（ＦＡＯ）制定了《飞机施用农药的正确操作准则》，准则涵盖了飞行员（或操作员）、飞机、农药、作业条件、作业记录、施药后处理等各个方面；我国国家民航总局制定了《农业航空作业质量技术指标》，标准规定了固定翼飞机从事农林牧业的喷洒作业（常量、低容量和超低容量喷洒农药和化学肥料等作业）质量技术指标以及固定翼飞机从事农林业的播洒作业（飞机播树种、草种、稻种等

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项作业）的质量技术指标。通过制定相关操作准则和

技术指标，对航空植保进行指导，大大增加了作业的安全性和可靠性。１．２国外农用航空植保现状及发展趋势将航空设备应用于农业是由美国首先提出并实际应用的，美国在飞机发明之后不久的１９１８年将其应用于喷洒农药杀灭棉虫，开创了农业航空的历史。第二次世界大战之后是农用航空技术快速发展的时期，为农用航空的快速发展奠定了基础。与此同时，随着粮食等作物需求的增加以及除草剂、农药等的发展，对病虫草害及其它生物危害的防治亟需快速高效的防治方式，也推动了农用航空的发展。美国是世界上航空技术和农业技术最发达的国家，农业生产规模化水平、科技化水平都处于世界领先水平。美国农用航空作业项目主要包括播种、施肥、施农药，经营规模大，精准农业技术手段如ＧＰＳ自动导航、施药自动控制系统、各种作业模型已步入实用阶段，作业精准、高效、对环境的污染低。目前已拥有农业航空作业服务公司１６２５家、农业飞机和航空材料生产厂５００多家、大型农业飞机制造企业有４家，其中空中拖拉机公司（ＡｉｒＴｒａｃｔｏｒ，Ｉｎｃ．）的产品占了农业飞机市场的大部分份额，飞机价格在１００万￣１４０万美元。美国农用飞机大约有２０多个品种，８８％农用航空飞机为固定翼飞机，载重量为０．５￣１．５ｔ。美国农业航空服务重要的特点是有强大的农业航空组织体系，包括国家农业航空协会和近４０个州级农业航空协会，其１７００名会员主要包括企业主和飞行员。实际在用的飞机大约４０００多架，在册的农用飞机驾驶员３０００多名，平均具有２５年的职业经历，人均大于１００００ｈ的飞行时间，年处理耕地面积近０．３３亿ｈｍ２，占总耕地面积的４０％以上，森林植保作业１００％采用航空作业方式，航空植保作业效率可达１００ｈｍ２／ｈ以上，农业飞机都配备精密仪器和设备如流量控制设备、实时气象测试系统和精确喷洒设备。美国农业航空对农业的直接贡献率为１５％以上，且美国政府大力扶持农业航空产业，推动农业航空技术与产业发展。美国国会不仅通过了豁免农用飞机每个起降１００美元的机场使用费的议案，且２０１４年白宫的预算中预计继续投入７３亿美元支持该议案，以降低农业航空作业的成本。美国政府还大力投入农业航空相关科技研发，在国家农业航空协会ＮＡＡＡ的推动下，自２００２年以来已投入约

７００万美元用于农业航空技术研发，参议院已通过议案２０１４预算中将继续大力支持开发更高效、使用成本更低的农业航空相关技术。日本是一个人口多、耕地少的国家，与我国情况有点类似。日本农户平均耕地面积较小，兼业农户比重大（占农户总数的８４％），粮食作物以水稻为主。自１９９０年，日本山叶公司推出世界第一架主要用于喷洒农药的无人机以来，无人机在农林业方面的应用发展迅猛。由于种植规模较小，日本的施药装备以采用旋转离心雾化喷头作为雾化装置的小型直升飞机为主。近几年来，日本具有作业效率高、单位面积施药液量小、农药飘移少等优点的无人驾驶超低空作业农用轻型直升飞机发展迅猛。截止到２０１０年，日本农用无人机航空协会（ＪＵＡＶ）共有单位会员１１个，拥有农用无人直升机２３４６架，操作人员１４１６３名（２人／机组），无人机植保作业效率７￣１０ｈｍ２／ｈ，农药喷洒面积总量为９６．３万ｈｍ２，超过了有人驾驶