植保无人飞机施用农药应用研究进展及管理现状

植保无人飞机是现代植保施药机械,具有作业效率高、精准、节水省药、灵活机动和对施药人员安全等特点,然而,与传统施药方式不同,其用水量少,喷施农药浓度高,喷雾易飘移,存在潜在的应用风险。目前关于植保无人飞机施药应用研究主要集中在雾滴沉积分布、飘移影响因素和防治效果评价等领域,有关其在膳食风险、环境风险和职业暴露健康风险评估等方面研究较少,且药剂登记和管理标准法规等相对滞后。为全面了解植保无人飞机施药应用以及管理现状,本文综述了植保无人飞机施药应用、风险研究及国际航空植保农药登记管理情况,总结了我国在该领域发展潜力和管理建议,以期为我国植保无人飞机安全施用农药和登记科学管理提供参考。     

无人机雾化喷头的使用现状与发展趋势

介绍了无人机雾化喷头对植保无人机施药防治效果的影响及使用现状,对现在常用的两类雾化喷头——液力喷头和离心喷头的工作原理、雾化性能以及应用实践进行了综述。液力喷头将药液以一定压力喷出以提高沉积量,但雾滴粒径大小分布较分散;离心喷头可通过调节喷头流量和电机转速精确控制雾滴粒径大小分布,更易于控制雾滴的沉积和飘移。选择合适的雾化喷头是实现精准作业、减少农业环境污染的有效方法。     

5种植保机械在冬小麦田喷雾作业的效果评价

在甘肃平凉冬小麦田开展施药试验,以调查5种常用植保机械喷雾作业防治冬小麦病虫害效果.结果 表明,八旋翼无人机雾滴中径最小,为223.6 μm,背负式电动喷雾器雾滴中径最大,为345.3 μm;各施药处理在田间的雾滴密度均为上层＞中层＞下层;植保无人机的雾化效果优于其他植保机械,但穿透性差;八旋翼植保无人机、六旋翼植保无...     

采用果园喷雾施药机械施药时农药有效沉积率的计算方法

针对传统农药沉积率测算方法无法精确反映果园中农药实际利用率的问题,提出一种结合果树冠层特征与叶面沉积量直接测算农药药液在果树靶标上有效沉积率的方法,以期建立一种适用于不同栽种模式的果园通用农药沉积率计算方法。首先采用传统方法计算采用风送式自走喷雾机喷雾后农药在乔化稀植型果园的地面流失率,将其结果与采用果树冠层特征与叶面沉积量相结合的方法计算的有效沉积率进行比较,再通过计算采用风送式自走喷雾机喷雾后农药在矮砧密植型果园的有效沉积率以及采用担架柱塞泵式喷雾机和植保无人飞机喷雾后农药的有效沉积率,验证本研究所提出的将果树冠层特征与叶面沉积量相结合计算农药有效沉积率方法的准确性及适用性。结果表明:基于叶面沉积量结合果树冠层特征方法计算得到的农药有效沉积率与采用传统方法计算得到的农药地面流失率结果基本一致,均能体现施药机械的农药利用率,但比较而言,本研究所提出的方法在果园植保机械喷雾施药有效利用率的影响因素方面考虑更全面,兼顾了叶面沉积量和果树冠层结构的影响,且对于不同栽种模式下的果园更具适应性。将果树冠层特征与叶面沉积量相结合进行果园农药有效沉积率的计算,可以更加真实地反映出果园农药的实际利用情况,同时通过将果树冠层结构量化为叶面积指数、冠层阴影面积等指标,可以为不同栽种模式下的果园选择适宜的植保机械,结合地面流失率的测量,计算出果园农药的飘移量,从而通过调整喷雾角度、雾滴大小、喷雾流量等参数,实现对植保机械的优化,达到精准施药的目的。     

高效植保机械与精准施药技术进展

农药、植保机械（又称药械）与施药技术是影响农药喷施效果、防治效果和农药利用效率的3个同等重要的因素。药械与施药技术随着农药学科的发展而发展，整体来讲药械发展经历了人背机器、机器背人、人机分离、喷雾机器人4个典型时代。我国现有耕种面积大小不同的各类农场3.2亿个，总耕地面积1.2亿hm2，年均植保防治作业面积4亿～5亿hm2次，至今我国连续10多年的粮食连年增产，新型植保装备与高效施药技术的研发应用推广功不可没。与20世纪相比，在新千年前20年，国内外药械和施药技术与高速发展的绿色农药生产相互适应、相互促进，进入了快速发展的轨道，至2020年我国植保机械社会保有量突破2.5亿台，自走式喷杆喷雾机260多万台，各类果园喷雾机150多万台，植保无人机10多万台；新型植保装备与高效施药技术为农药减量提供了手段，助推了农药利用率的提高和农药的减量计划的实施。2020年全国水稻、玉米、小麦三大粮食作物的农药利用率达到40.6%，较2015年提高了4个百分点，新型植保装备与高效施药技术为解决诸如农药有效利用率低、操作人员中毒、农药残留超标和环境污染等问题做出了突出贡献。特别是在我国自走式喷杆喷雾机、...     

不同助剂、喷头及喷雾压力对自走式喷杆喷雾机稻田喷雾效果的影响

以亿丰丸山3WP-500CN型号自走式喷杆喷雾机为研究对象，以诱惑红85作为指示剂，测定了6种喷雾助剂 (红太阳、倍力、迈丝、融透、印楝油和哈速腾)、3种喷头 (TEEJET-VP80015、ASJ-VP110015和LICHENG-VP11003) 以及3种喷雾压力 (0.2、0.4 和0.6 MPa) 对农药沉积利用率、药液雾化性能 (D₅₀值雾滴密度等)、雾滴分布均匀性等喷雾参数的影响，以及240 g/L噻呋酰胺悬浮剂对水稻纹枯病防治效果及水稻产量的影响。结果表明:采用TEEJET-VP80015喷头，在0.4 MPa喷雾压力条件下，助剂哈速腾雾滴分布均匀性显著高于其他助剂，变异系数为0.11，同时对雾滴估计沉积量 (45.74 μL/cm2) 与分布跨度 (1.29) 的影响显著高于其他助剂；助剂迈丝对雾滴密度 (103.78个/cm2) 和农药沉积利用率 (83.88%) 的影响均显著高于其他助剂。采用TEEJET-VP80015喷头，在未添加助剂条件下，不同喷雾压力对雾滴分布跨度、雾滴附着率和农药沉积利用率影响差异显著，其中在0.6 MPa压力下，分布跨度为1.18，雾滴附着率为33.32%，农药沉积利用率为78.19%。在未添加助剂、0.4 MPa喷雾压力条件下，喷头LICHENG-VP11003对雾滴分布均匀性的影响显著高于另外两种喷头，变异系数为0.12，同时对雾滴覆盖率 (69.37%)、雾滴估计沉积量 (42.77 μL/cm2) 和农药沉积利用率 (75.79%) 的影响也显著高于另外两种喷头。各测定条件下，240 g/L噻呋酰胺悬浮剂对水稻纹枯病的防治效果与雾化性能和雾化参数结果一致，其中添加助剂迈丝后防治效果达到89.27%，显著高于添加其他助剂，增大喷雾压力到0.6 MPa，防治效果达到88.67%，显著高于其他压力条件；采用TEEJET-VP80015喷头，在0.4 MPa喷雾压力下，水稻产量为8301 kg/hm2，显著高于人工喷雾。因此，助剂与喷头类型均对自走式喷杆喷雾机施药时的农药沉积利用率、雾滴分布均匀性以及雾滴参数和雾化效果有显著的影响，在适当的喷雾压力下添加助剂可提高农药的防治效果。     

核桃园植保无人机作业参数优选

为探究植保无人机在核桃园低空低容量喷雾最优作业参数,本文采用三因素三水平正交试验设计,研究了植保无人机喷雾后核桃树上雾滴沉积分布情况。结果表明:影响雾滴覆盖密度和沉积量的主要因素是飞行速度,其次是飞行高度和施药液量;在树高6～7 m的核桃园中植保无人机喷雾效果较优的作业参数是飞行速度2.2～3.0 m/s,飞行高度2.0～2.5 m,施药液量22.5～30.0 L/hm~2,其平均雾滴覆盖密度和沉积量分别为26.36～37.94个/cm~2、0.24～0.29μg/cm~2;不同冠层雾滴覆盖密度和沉积量分布为上层中层下层,外围内膛;喷头型号对雾滴覆盖密度和雾滴直径有显著影响;中等喷头(Teejet110015)处理的沉积量最大,但粗、中、细3种喷头处理间的沉积量无显著性差异;植保无人机和地面人工+机动喷杆喷雾的农药地面流失率分别为3.61%和23.69%,两处理间有显著性差异。本文对无人机在核桃园喷雾作业参数进行了优选,可为无人机对高冠果树的合理喷施、提高喷施效果提供参考和指导。     

多旋翼植保无人飞机水稻飞防中的农药飘移和施药人员暴露

为研究多旋翼植保无人飞机施药时农药雾滴飘移规律以及施药作业人员职业暴露情况，依据喷雾飘移田间测试国际标准ISO22866和人体暴露贴片测试法，对多旋翼植保无人飞机和电动背负式喷雾器在水稻田喷施氯虫苯甲酰胺和苯醚甲环唑时的农药雾滴飘移量及施药作业人员人体农药沉积量进行了对比测试和分析评价。结果表明:在本试验环境条件下，多旋翼植保无人飞机在作业速率4 m/s和作业高度1.8 m参数下施药时，在距施药区下风向边界0~30 m范围内地面均有农药飘移性沉积，30 m处氯虫苯甲酰胺飘移率为0.9%，而背负式喷雾器施药的飘移量则主要集中在距施药区0~3 m区域内，3 m以外区域飘移率均≤0.6%；背负式喷雾器在距施药区5 m以及10 m远处空中不同高度的飘移量均小于0.001 μg/cm2，多旋翼植保无人飞机在距施药区5 m远处空中的飘移量大于10 m处，并且在垂直分布上，距冠层2 m左右 (无人飞机的飞行高度) 处飘移量最多。结合两种施药机具的雾滴粒径(背负式喷雾器DV₅₀ 值为149.4 μm，多旋翼植保无人飞机DV₅₀ 值为115.3 μm) 分析，无人飞机的雾滴具有更高的飘移潜力。由于实现了人机分离，多旋翼植保无人飞机进行作业时人体暴露量很低，而背负式喷雾器施药时对作业人员身体各部位均会造成一定的暴露，其中以手前臂和腿部正面暴露最为严重，在施用苯醚甲环唑时，右前臂背面暴露量最高，达到15.19 μg/cm2。本文中针对多旋翼植保无人飞机喷雾作业时在下风向的飘移沉积研究方法和试验结果，以及对多旋翼植保无人飞机施药过程中职业暴露的研究，可为农药喷雾作业缓冲区距离确定和人员作业安全评估提供参考。     

喷雾参数及助剂类型对植保无人飞机在棉花中期喷雾雾滴沉积分布的影响

采用大疆MG-1P型电动四旋翼植保无人飞机在棉花生长中期进行喷雾施药处理,探讨了喷雾参数及添加的助剂类型对农药雾滴在棉花植株叶片上沉积分布的影响。以22%氟啶虫胺腈悬浮剂及3种飞防助剂(倍达通、ND-800和G-2801)为试验药剂,在不同喷雾参数及飞防助剂条件下在棉花生长中期进行喷雾处理,以诱惑红作为药剂沉积指示剂,采用雾滴测试卡和滤纸检测雾滴沉积分布情况,利用分光光度计测定滤纸洗脱溶液的吸光度值,计算单位面积的药液沉积量,利用DepositScan软件分析雾滴密度。结果显示:植保无人飞机的飞行速度对雾滴沉积分布的影响最大,而飞行高度则对其无显著影响。添加不同助剂对棉花植株叶片正反面的雾滴沉积分布影响不同:3种助剂均可使棉花冠层上、中、下部叶片正面的雾滴密度显著提高;而对于叶片反面,则仅添加ND-800后棉花冠层上、中、下部叶片反面的雾滴密度分别增长688.9%、590.9%和327.5%,而添加G-2801与倍达通助剂则无显著影响。     

超声雾化在超低量喷雾中的应用前景

为了提高农药利用率,确保农产品安全,减少农药使用过程中带来的环境污染等问题,在阐述超低量喷雾和生物最佳粒径理论基础上,明确了喷施农药对施药器械雾化药液效果的要求,并对液体的各种雾化方式进行了对比分析.高频超声雾化具有雾滴尺寸小、分布均匀、雾化效果容易控制、器械结构简单,且制造成本低等特点.在超低量喷雾中具有一定的应用前景.     

给农业插上科技的翅膀：植保无人机低容量喷雾技术助力农药减施增效

十三五期间以植保无人机低容量施药技术为代表的现代航空植保产业发展迅速。科研协作研究与大量田间试验示范表明,采用植保无人机施药技术能够提高靶标作物上药液沉积量并减少农药流失,实现精准减量施药;同时能够解决地面机具无法作业时的病虫害防治问题。航空植保技术实现了人机分离作业,避免了农药中毒,降低了劳动强度,极大地提高了作业效率,达到减少农药使用量、提高农药利用率的目的。以水稻为对象,综述植保无人机在农药减量、水稻病虫害防效、技术简易性、农药利用率提升、水稻增产以及成本效益提升等发面发挥的作用。航空植保产业的迅速发展加快了植保无人机智能精准控制系统质量的提升和新技术的研发步伐,且植保无人机的普及性提出了飞防药剂、助剂和施药飘移风险控制技术研发的迫切需求,基于此进一步梳理总结了植保无人机低容量喷雾技术在农药减施增效中的作用和未来发展方向。     

植物油助剂Aero-mate 320对植保无人机稻田低容量喷雾沉积利用率的提升效果及其机理分析

为明确添加植物油助剂Aero-mate 320对植保无人机施药体系的影响,评价其作为航空喷雾助剂的可行性,通过在15%甲维·茚虫威悬浮剂和325 g/L苯甲·嘧菌酯悬浮剂药液中添加0.3%、0.6%和1.0%的Aero-mate 320,测定并评估其对药液体系理化性质、抗蒸发性以及雾滴在水稻田沉积分布和沉积利用率的影响。结果表明,助剂Aero-mate 320的适量添加可以改善药液的理化性质,提高喷雾的均匀性,减少蒸发,增加雾滴在水稻冠层的覆盖及沉积,并能显著增加农药沉积利用率。其中,添加0.6% Aero-mate 320后药液的表面张力以及在水稻叶片上的接触角显著减小,分别降低13.3%和30.3%,黏附张力由-9.7 mN/m增加至9.1 mN/m,黏附功增加51.3%,药液更易润湿叶片;雾滴粒径显著增大,雾滴谱相对跨度显著变窄,雾滴分布更加均匀,小雾滴数量显著降低,减少了雾滴的飘移;对喷雾雾滴蒸发的抑制率为25.0%;同时药液在水稻冠层中的沉积密度和覆盖率增大,沉积量显著增加,农药沉积利用率增至66.8%。     

农药兑水茎叶喷施对靶沉积剂量传递与调控研究进展

农药兑水茎叶喷施对靶沉积是一个复杂的剂量传递与分布过程，涉及制剂形成、药液配制、雾化分散、空间运行、叶面沉积和稳态持留等动态过程，受到药剂特性、环境因素、为害规律、植株形态和叶面结构等多因素影响，在水稻、小麦和玉米三大粮食作物上对靶沉积率为40.6%。其中，对不同区域、不同靶标作物种植体系中农药损失规律和高效利用机理研究与认识不足，是农药对靶沉积剂量传递效率低的主要原因之一。本文以农药向靶标作物及有害生物传递的过程行为为主线，将农药兑水茎叶喷施对靶沉积的剂量传递过程分解为雾滴空间运行、叶面动态沉积和稳态持留3个过程，从空间维度综述了各过程中的表观现象与行为、损失规律及其调控机制途径与技术等；从技术发展与进步角度，分析了农药对靶沉积剂量传递与调控研究和认知的发展思路，概述了典型代表性成果，提出了未来研究与发展建议。期望客观认知农药高效对靶沉积的损失规律与调控机制，探析主控过程与影响因子，提出农药减量施用调控方法、控制技术指标及功能助剂施用限量标准等，为农药减施增效关键技术与产品研发提供理论与技术支持。     

农药有效利用率与喷雾技术优化

提高农药的有效利用率是植保工作者非常关心的问题。本文阐述了农药有效利用率的广义和狭义涵义,并分析了农药使用中存在的药剂浪费、有效利用率低的问题。根据喷雾技术中的“剂量传递”过程,分析了农药有效利用率的狭义涵义,在春季果园和作物苗期,常规喷雾法的农药有效利用率只有20%~30%;在夏秋季果园和作物中后期,随着作物叶面积系数（LAI）的增加,农药的有效利用率可达到50%~60%。论文分析了造成农药有效利用率低的原因,提出喷雾技术的优化措施：（1）大田喷雾时采用机动喷杆喷雾替代背负式手动常规喷雾,可以改善雾滴沉积分布的均匀性;（2）添加喷雾助剂可以提高药液在靶标表面的润湿性;（3）优化雾滴粒径,采用细雾滴替代粗雾滴可以提高雾滴的中靶率;（4）降低施药液量可以减少药液流失;（5）加装挡板可以减少雾滴飘失等。通过以上技术的优化,可以大幅度提高农药的有效利用率,达到减量增效的目的。     

不同植保器械在水稻不同生育期喷施农药的沉积率及雾滴参数

评估不同植保器械的农药喷施效率为水稻上农药减量控害和统防统治工作提供理论技术支撑.本研究参照NY/T 2677—2015《农药沉积率测定方法》,在广东省南雄市全安镇晚造直播水稻田开展农药喷施试验,分析了分别采用手动喷雾器、电动喷雾器和植保无人飞机喷施的农药沉积率及雾滴参数.结果表明:在同一水稻生育期使用不同植保器械喷施...     

Challenges and opportunities of unmanned aerial vehicles as a new tool for crop pest control

The application of pesticides is not simply delivering chemicals to the target area. It also involves considering the negative aspects and developing strategies to deal with them during the application process, to ensure the maximization of pesticides use efficiency and the maintenance of the ecosystem. Unmanned aerial vehicle (UAV) sprayers demonstrate unique advantages compared to traditional ground sprayers, particularly in terms of maneuverability and labor intensity reduction, showed great potential for chemical application in pest control. It is undeniable that there exist challenges in the practice of UAV spraying, such as higher potential risks of pesticide drift or pathogen transmission, uncertainty canopy deposition for different crops, and unexpected leaf breakage induced by downwash flow. Maximizing the utilization of downwash flow while avoiding lateral air movement outside the intended target crop area is a major issue for chemical application with UAV sprayers, particularly in light of the increasingly apparent consensus on the need for enhanced environmental protection during the chemical application process. It must be considered that the operation strategy in different scenarios and for different crop targets is not the same, unique requirements should be given on nozzle atomization, flight parameters, adjuvants and aircraft types in specific working situations. In future, the implementation of spray drift prediction, technical procedures development, and other solutions aimed at reducing pesticide drift and improving deposition quality, is expected to promote the adoption of UAV sprayers by more farmers. © 2023 Society of Chemical Industry.