曹 亮

（成都市農(nóng)林科學(xué)院，四川 成都 611134）

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要目標(biāo)之一是實現(xiàn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，縮減資源浪費用來帶動農(nóng)業(yè)從資源型向科技型、節(jié)約型轉(zhuǎn)變。世界糧農(nóng)組織近幾年的數(shù)據(jù)調(diào)查顯示，在全世界范圍里面我國已成為使用氮肥最多的國家之一，氮肥的用量占世界總用量的30%。如何有效使用氮肥是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。

1 國內(nèi)無人機遙感施肥研究現(xiàn)狀

我國之前傳統(tǒng)施肥方法以實驗室檢測或者田間的觀測為主，不利于應(yīng)用和推廣，浪費大量的時間以及人力，成本相對較高。運用高光譜成像技術(shù)進行動態(tài)監(jiān)測，能夠?qū)崟r指導(dǎo)植保無人機對植被精準(zhǔn)施肥。目前農(nóng)業(yè)信息現(xiàn)代化的一個主要研究方向就是運用高光譜成像技術(shù)快速取得植被的參數(shù)以及相關(guān)信息。植保無人機是以地面遙控器來進行操控，運用在農(nóng)林植物保護作業(yè)方向的無人駕駛飛行器。目前市場上植保無人機種類比較多，按照機型不同劃分，可以分為固定翼植保無人機、單旋翼植保無人機以及多旋翼植保無人機。按照動力不同劃分，可以分為油動植保無人機以及電動植保無人機；植保無人機的優(yōu)點是飛行速度快，采用的是噴霧噴灑方式，噴灑效率大大高于傳統(tǒng)肥料的噴灑。植保無人機噴灑肥料優(yōu)點是霧化效果好、噴灑均勻，節(jié)約了肥料以及水的使用量，有效減少了噴灑肥料對環(huán)境的污染。我國農(nóng)業(yè)“十三五規(guī)劃”提出未來農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化需要更上一層樓，而且要求農(nóng)業(yè)機械整體的使用率達(dá)到60%，因此植保無人機在農(nóng)業(yè)發(fā)展中有很大的經(jīng)濟效益。目前，傳統(tǒng)的噴霧設(shè)備顯然不能滿足精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展需求，因此必須大力推動無人機應(yīng)用以及發(fā)展，以此來解決我國噴施技術(shù)所面臨的各種問題。研究無人機噴灑技術(shù)、飛控參數(shù)以及藥劑配方，將會為農(nóng)業(yè)施使用技術(shù)帶來一場偉大的技術(shù)革命。

2 利用無人機遙感施肥的前景和技術(shù)要點

為了給植被補充所需要的營養(yǎng)元素，人們會使用各種肥料，然而從國內(nèi)當(dāng)前農(nóng)業(yè)植保裝備的條件來看，無法向農(nóng)作物補充它們所缺失的所有營養(yǎng)元素。因此通常情況下將農(nóng)作物的冠層當(dāng)作的標(biāo)靶。沉積回收率指的是農(nóng)業(yè)地塊落在農(nóng)作物表面的施肥量除以本次噴施肥的總量，也就是有效利用肥料的比例。如果這個參數(shù)大，意味著肥料達(dá)到了較高的使用水平，反之亦然。借助水分子的分散作用，肥料作用于農(nóng)作物的表面，一般指有效地沉降到農(nóng)作物的表面，切實降低沒有效果的霧滴噴施，使霧滴有效地黏貼于葉片表面，盡量黏貼于葉片的表面之上。檢驗肥液有沒有切實發(fā)揮作用，要查看肥液的粘附性、潤濕性以及葉片表面自身的持留能力等多個重要指標(biāo)。肥料從噴頭噴出霧化到飛向農(nóng)作物是動態(tài)化的一個過程，相關(guān)專家提出了一個概念——動態(tài)表面張力，這是一個非常關(guān)鍵的技術(shù)參數(shù)。它意味著噴頭和液體分離的剎那間，霧滴本身的噴施動態(tài)張力 (the droplet spraying dynamic tension)比較高，它對肥液展布以及滯留于植物的表面之上有重大影響。借助接觸角測定、掃描鏡等手段能夠觀察到這種現(xiàn)象。農(nóng)作物表面本身的非光滑形態(tài)和水潤能力高低的關(guān)聯(lián)性，那些并非十分光滑的凸包形且并非特別光滑的個體植株的表面，逐步增強了排斥水的相關(guān)變化。噴灑出的肥料和農(nóng)作物表面或者葉面會形成較大撞擊，形成多次或者一次液滴躍。利用高速顯微攝影機能夠觀察到，由噴頭噴出后，小霧滴以特別低的速度以及加速度前進，和葉片進行碰擊的過程中會出現(xiàn)多次跳躍。而且，動態(tài)表面張力也會對肥液在農(nóng)作物葉面上的展布和沉積產(chǎn)生一定影響。在肥料中添加助劑，即可在一定程度上降低肥料小霧滴發(fā)生跳躍的頻次，肥料使用率得以提升。最年來，大部分高光譜相機利用輕小型無人機作為自己的搭載平臺，和其他形式的遙感平臺比較，輕小型無人機航行自由、成本低廉、適應(yīng)性好等，優(yōu)勢顯著。人們越來越重視輕小型無人機這種高光譜遙感平臺。從空中拍攝農(nóng)田植被，對農(nóng)田植被的相關(guān)指數(shù)進行精準(zhǔn)監(jiān)測，獲取它們的高光譜圖像，利用相關(guān)軟件對所獲得的數(shù)據(jù)進行處理和分析，為植保無人機精準(zhǔn)施肥輔以必要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3 使用無人機施肥的優(yōu)勢

各國有著不同的國情，故此它們運用植保無人機的范圍和程度也各不相同。整體而言，農(nóng)業(yè)航空技術(shù)是判斷一國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化程度的一個關(guān)鍵指標(biāo)。未來，農(nóng)業(yè)航空技術(shù)、植保無人機會被越來越多地運用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。中國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)用機械化的程度是提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力和生產(chǎn)水平的一個重要標(biāo)志。傳統(tǒng)的農(nóng)田肥料噴灑方式在很大程度上危害人體健康，每年因肥料中毒或死亡的人數(shù)有數(shù)萬人之多。因此要提升利用植保無人機施肥的比例，規(guī)避不準(zhǔn)確、不均衡、不合理施肥的問題，以免污染生態(tài)環(huán)境、浪費資源，造成土壤環(huán)境的進一步惡化等。

植保無人機被用來噴灑肥料，有以下顯著優(yōu)勢：

（1）高效安全：它的飛行速度非常之快，每小時能夠噴灑8-10公頃；操作人員可以在一定距離內(nèi)對其進行遙控操作，無需直接接觸各種噴灑肥料，降低了肥料傷害人體的概率。

（2）成本低、節(jié)省肥料：植保無人機采取了噴霧噴灑的手段，肥料使用量最少也能夠節(jié)約一半，盡可能地削減了資源使用成本。

（3）能夠獲得顯著的防治效果：植保無人機處于相對較低的作業(yè)高度、噴灑霧滴不會出現(xiàn)較大飄移、能夠在空中懸停，植保無人機在噴灑肥料的過程中旋翼形成的向下氣流，能夠強化霧滴穿透農(nóng)作物的能力，能夠獲得顯著的防治效果。

我國是農(nóng)業(yè)大國，采取植保無人機來噴灑肥料，可以創(chuàng)造一定的社會價值以及經(jīng)濟價值；植保無人機具有較高的工作效率，無需投入較多的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，農(nóng)民可以獲得較高的經(jīng)濟效益。但是工業(yè)級無人機的要求不同于消費級無人機，植保無人機在進行飛行作業(yè)時，要滿足較高要求，比如低速勻速低空飛行，而且要進行直線高精度飛行，能夠垂直定點起降，操控手要具有過硬的飛行技術(shù)，它在很大程度上影響了無人機施肥的推廣和普及。

4 結(jié) 語

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)管理的發(fā)展，基本上實現(xiàn)了收獲、播種、土地翻耕等生產(chǎn)環(huán)節(jié)的機械化，但仍有部分環(huán)節(jié)依舊采取陳舊的作業(yè)方式，如防治病蟲害、給農(nóng)作物施肥等，同時也它帶來了諸多衍生問題，比如濫用肥料、嚴(yán)重污染土地、殘留量大等。在農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平不斷提高的情況下，土地規(guī)?；⑼恋亓鬓D(zhuǎn)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢。農(nóng)業(yè)經(jīng)營生產(chǎn)的主體出現(xiàn)了重大變化，家庭農(nóng)場、種田大戶等變成了農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的中堅，經(jīng)營主體的改變?yōu)闊o人機植保推廣帶來了契機。同時植保無人機可有效預(yù)防病蟲災(zāi)害大面積突發(fā)，它具有高效率高、安全性強、作業(yè)質(zhì)量好、高適應(yīng)性等多個特點，能夠及時有效地破解病蟲害防治的重大難題。