無人機在棉田管理中的應(yīng)用

王維 鄭曙峰 徐道青 劉小玲 闞畫春 陳敏 李淑英 路獻勇 程福如 路曦結(jié)

摘要：棉花是國內(nèi)重要的經(jīng)濟作物和紡織工業(yè)原料，是事關(guān)國計民生的重要戰(zhàn)略物資，但棉花生產(chǎn)機械化程度低，現(xiàn)代植棉業(yè)發(fā)展緩慢，特別是黃河流域和長江流域棉區(qū)，一家一戶的棉花種植規(guī)模小、效率低。近年來，國內(nèi)農(nóng)用無人機產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，農(nóng)用無人機技術(shù)是發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)的有效保障手段之一，它為棉花產(chǎn)業(yè)向機械化、智能化升級提供了一定的技術(shù)支撐。通過對農(nóng)用無人機應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀，及其在棉花病蟲草害防控、化學(xué)調(diào)控、脫葉催熟等田間管理應(yīng)用情況進行概述，提出了當(dāng)前面臨的主要問題和發(fā)展展望，以期為推動國內(nèi)棉田無人機技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：棉花；無人機；田間管理；應(yīng)用進展

中圖分類號：S561文獻標(biāo)志碼：A論文編號：cjas20200200023

Application of Unmanned Aerial Vehicle （UAV） in Cotton Field Cultivation Management

Wang Wei1， Zheng Shufeng1， Xu Daoqing1， Liu Xiaoling1， Kan Huachun1， Chen Min1， Li Shuying1， Lu Xianyong1， Cheng Furu1， Lu Xijie2

（1Cotton Research Institute， Anhui Academy of Agricultural Sciences/

Engineering Technology Research Center of Anhui Hybrid Cotton， Hefei 230031， Anhui， China；

2Agricultural Engineering Research Institute， Anhui Academy of Agricultural Sciences， Hefei 230031， Anhui， China）

Abstract： Cotton is an important cash crop and raw material for the textile industry in China， and it is the strategic material related to national economy and people’s livelihood. However， the mechanization degree of cotton production is relatively low in China and the modernization of cotton industry is still at a slow pace. Small scale cotton planting by households， which is common in the Yellow River Valley and the Yangtze River Valley cotton area， is inefficient. In recent years， as the agricultural UAV industry has developed rapidly in China， agricultural UAV technology can be used as an effective tool to promote the development of intelligent agriculture， and can also provide technical support to the upgrading of mechanization and intelligence of cotton industry. In this study， the present application status of agricultural UAV， particularly its application in field management of cotton pest control， chemical regulation， and chemical accelerated boll maturation and defoliation were summarized. In addition， main problems and development prospects of agricultural UAV were discussed， to provide certain references for the development and application of UAV technology in cotton production in China.

Keywords： Cotton； Unmanned Aerial Vehicle （UAV）； Field Cultivation Management； Application Development

0引言

棉花既是人們的衣著之源，又是關(guān)系國計民生的重要物資，在整個國民經(jīng)濟中占有非常重要的位置，穩(wěn)定棉花生產(chǎn)，堅持可持續(xù)發(fā)展，是確保國家棉花安全的需求，也是促進社會、經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展的需求[1]。然而，近年來國內(nèi)棉花種植用工多、投入大、效益低的問題凸顯，成為棉花生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展和原棉競爭力提高的重要阻礙[2]，特別是在長江流域和黃河流域棉區(qū)，棉花種植以小農(nóng)戶為主，棉田規(guī)模小、零星分散，品種多、亂、雜和栽培管理技術(shù)水平參差不齊，棉花生產(chǎn)管理主要依靠人工、機械化程度低，棉花施肥、打藥以及化學(xué)調(diào)控等田間管理措施效率較低。

無人機技術(shù)經(jīng)過近些年的不斷創(chuàng)新發(fā)展，從軍事領(lǐng)域逐漸被應(yīng)用到民用領(lǐng)域[3]，其在農(nóng)業(yè)中的廣泛應(yīng)用，對于建設(shè)和發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、智慧農(nóng)業(yè)、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)具有重要作用。通過無人機遙感可以獲取農(nóng)田作物生長參數(shù)，輔助農(nóng)作物決策管理[4]；將無人機與農(nóng)業(yè)田間管理結(jié)合，能夠節(jié)約人力物力，提高生產(chǎn)效率[3]。無人機施藥技術(shù)是新型植保作業(yè)方式，較傳統(tǒng)植保作業(yè)方式，作業(yè)效率高、霧化效果好，采用低容量或超低容量噴霧，規(guī)?；鳂I(yè)成本明顯降低，亦可解決農(nóng)田地面機械難以下田作業(yè)的問題，因此無人機噴藥技術(shù)將是減少農(nóng)藥用量、降低農(nóng)藥殘留、提升農(nóng)藥防效的有力手段[5]。

當(dāng)前，中國棉花高產(chǎn)栽培、棉田兩熟種植和棉花輕簡育苗移栽等集約化栽培技術(shù)處于國際領(lǐng)先水平，然而中國棉花生產(chǎn)效率僅相當(dāng)于美國20世紀(jì)60年代水平，提升棉花生產(chǎn)效率是提高國產(chǎn)棉競爭力的根本點，這就需要緊緊依靠輕簡化技術(shù)和農(nóng)業(yè)機械化裝備的支撐以及農(nóng)業(yè)組織化、社會化服務(wù)的保障[6]。農(nóng)用無人機技術(shù)可結(jié)合應(yīng)用輕簡化、機械化、信息化、智能化等多種技術(shù)，實現(xiàn)組織化和社會化服務(wù)。應(yīng)用無人機技術(shù)將是提升棉花生產(chǎn)效率的有效途徑之一。

1農(nóng)用無人機發(fā)展應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1農(nóng)用無人機發(fā)展現(xiàn)狀

農(nóng)用無人機技術(shù)在2014年美國麻省理工學(xué)院發(fā)布的《MIT技術(shù)評論》中位列第一，被評為“年度十大最具突破性的科技創(chuàng)新”之一[7-8]。美國、日本的植保無人機技術(shù)發(fā)達，處于世界領(lǐng)先水平，澳大利亞、加拿大、俄羅斯等國家植保無人機技術(shù)也較發(fā)達[9]。美國的農(nóng)業(yè)航空技術(shù)最先進、應(yīng)用也最廣泛，其航空植保經(jīng)歷了有人駕駛直升機向無人機發(fā)展的過程[9]，然而美國以大農(nóng)場居多、經(jīng)營規(guī)模大，往往使用載重量更大、續(xù)航時間更長、工效比更高的有人機進行植保作業(yè)。據(jù)統(tǒng)計，目前美國農(nóng)用航空相關(guān)企業(yè)有2000多家，年處理40%以上的耕地面積，全美65%的化學(xué)農(nóng)藥采用飛機作業(yè)完成噴灑[10]，其航空作業(yè)項目包括播種、施肥、施農(nóng)藥等[11]。1987年，日本Yamaha公司生產(chǎn)出世界上第一臺農(nóng)用植保無人機（R-50）[10]。與美國主要以大型有人駕駛飛機作業(yè)不同，日本農(nóng)業(yè)航空雖然也經(jīng)歷了從有人駕駛固定翼飛機到無人機的轉(zhuǎn)變[12]，但由于日本人多、地少，農(nóng)戶平均耕地面積和種植規(guī)模較小，丘陵山地較多，植保無人機擁有體積小、作業(yè)機動靈活、作業(yè)效率高、噴灑效果好等優(yōu)點，植保無人機技術(shù)在日本迅速發(fā)展并被廣泛應(yīng)用[11，13]。中國農(nóng)用無人機起步較晚，2004年農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)機化所等單位開展了無人機植保的研究，2010年漢和航空制造出第一架植保無人機[10]，近年來依靠政府的大力支持以及科研院校、企業(yè)與服務(wù)組織的共同努力，國內(nèi)植保無人機本身的硬件與軟件、施藥技術(shù)和管理法規(guī)都有了較快的發(fā)展[12]。中國植保無人機市場保有量已居世界第一，專業(yè)植保無人機及配套企業(yè)達200多家，尤其涌現(xiàn)出了以深圳大疆、廣州極飛、安陽全豐、無錫漢和等為代表的一些領(lǐng)軍企業(yè)[14]。

1.2農(nóng)用無人機特點

目前，國內(nèi)農(nóng)用無人機產(chǎn)品型號、品牌眾多，但目前市場上常見的一般都是垂直起降型無人機，主要包括油動單旋翼無人機、電動單旋翼無人機和電動多旋翼無人機3種類型[15]。油動無人機的結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)較為復(fù)雜，技術(shù)門檻高，飛行控制難度大，設(shè)備和操控培訓(xùn)成本較高；單旋翼無人機穩(wěn)定性較差，會干擾傳感器檢測精度；多旋翼無人機的航速姿態(tài)可調(diào)、飛行穩(wěn)定，能夠定點懸停[4]；電動多旋翼無人機在操作、維護和培訓(xùn)等方面具有顯著優(yōu)勢，因此預(yù)計在當(dāng)前和未來幾年內(nèi)國內(nèi)農(nóng)用無人機將以電動多旋翼無人機為主[15]。農(nóng)用無人機最重要的應(yīng)用是進行航空植保作業(yè)，從作業(yè)效率、不傷作物、減輕對土壤的重復(fù)碾壓、提高農(nóng)藥有效利用率、減少勞動力等方面來看，其優(yōu)越性是人工作業(yè)和地面機械無法替代的[16]；農(nóng)用無人機還廣泛用于農(nóng)田地貌、作物生長參數(shù)、災(zāi)情調(diào)查等農(nóng)田信息遙感監(jiān)測[4]，以及油菜等作物飛播、水稻輔助授粉等[16]。

2無人機在棉花田間管理中的應(yīng)用

2.1病蟲草害防控

2.1.1病蟲草害現(xiàn)狀據(jù)估算，假設(shè)國內(nèi)1/4的耕地應(yīng)用無人機防治病蟲害，年均噴灑農(nóng)藥3次，按225元/hm2防治成本計算，每年無人機植保作業(yè)費將達到200億元[15]。棉花是國內(nèi)五大農(nóng)作物之一，2009—2018年全國棉花播種面積年均396×104hm2，占全國農(nóng)作物總播種面積的2.4%（數(shù)據(jù)來自國家統(tǒng)計局），棉花無人機飛防作業(yè)市場巨大、前景廣闊。作物病蟲草害發(fā)生種類多、影響范圍廣，對作物產(chǎn)量和品質(zhì)具有很大影響，是制約現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要因素[17-18]。據(jù)聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織（Food and Agriculture Organization of the United Nations， FAO）估計，全世界每年由病蟲害導(dǎo)致的糧食減產(chǎn)約為總產(chǎn)量的1/4，其中病害損失14%，蟲害損失為10%[17]。

作物病蟲草害防控是實現(xiàn)作物提質(zhì)增效的有效措施之一。棉花生育期長，其從播種到收獲要經(jīng)歷6～7個月的時間，病蟲草害日益嚴(yán)重，已成為制約棉花生產(chǎn)的重要因素。國內(nèi)已知危害棉花的害蟲約300種，常見害蟲有30多種，棉花病害達50多種，其中可造成減產(chǎn)的病害約20種，每年棉花病蟲害減產(chǎn)約占總產(chǎn)的15%～20%[19]。轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的應(yīng)用和推廣，顯著減少了棉花施藥次數(shù)，但蚜蟲、盲蝽蟓、紅蜘蛛等害蟲的危害依舊非常嚴(yán)重，利用藥物防治可以大幅減輕危害，施藥機械已經(jīng)從背負(fù)式手動噴霧器過渡到背負(fù)式電動噴霧器、牽引式或懸掛式噴桿噴霧器、自走式噴霧機等多種類型[20]。小農(nóng)戶植棉多采用背負(fù)式噴霧器，作業(yè)效率低，且對棉花中后期病蟲害防治效果有待提高；農(nóng)場等大面積棉田采用噴桿式噴霧機作業(yè)效率較高，但田間噴霧量大，農(nóng)藥有效利用率不高[21]，棉花中后期葉片稠密，易碾壓棉枝、拖拽棉桃，噴桿噴霧器的農(nóng)藥滴徑大，浪費水和農(nóng)藥[22]。采用無人機噴施作業(yè)具有運行成本低、作業(yè)效率高、噴霧均勻等優(yōu)點，在施藥過程中用藥量和用水量少，無人機旋翼產(chǎn)生的向下氣流有助于增加霧滴對作物的穿透性，提高農(nóng)藥有效利用率[21]。

2.1.2病害防控劉迎等[23]開展了無人機防治水稻病害試驗，結(jié)果表明添加飛防助劑藥液潤濕面積增加94.2%，霧滴覆蓋率、體積中徑增加，霧滴密度降低，改善了霧滴分布均勻度，對水稻紋枯病和白葉枯病的防效顯著提高。胡中澤等[24]比較了無人機和人工電動噴霧器對小麥主要病害的防效，結(jié)果表明無人機處理在第10天對紋枯病的防效更好，主要原因可能是無人機噴霧霧滴更小，能更加有效提高藥液在葉面的覆蓋面，促進藥液通過氣孔滲透進入小麥植株體內(nèi)；助劑能夠提高植株對藥液的吸收能力，顯著提高病害防效；增加無人機施藥用水量在一定程度上能提高小麥植株對紋枯病、白粉病的抗性。

2.1.3蟲害防控王喆等[25]研究表明，采用MG-1S無人機噴施22%氟啶蟲胺腈懸浮劑225 mL/hm2對棉蚜的防效優(yōu)于70%吡蟲啉水分散粒劑和70%啶蟲咪，以添加150 mL/hm2飛防增效劑的效果最好，但在70%啶蟲脒和70%吡蟲啉中添加的助劑卻以15 mL/hm2高工效通用助劑的防治效果最好；無人機施藥后3天和5天的防效與機械+人工拖管施藥相比無顯著差異，但無人機施藥液量減少1/3，工效提高3倍，機械作業(yè)費減少60元/hm2，因此，可滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)高效、節(jié)藥和降低成本的需要。張亞林等[26]篩選出對棉蚜防效較好的殺蟲劑是70%吡蟲啉水分散粒劑、50%氟啶蟲胺腈水分散粒劑、22%氟啶蟲胺腈懸浮劑+礦物油、20%啶蟲脒可溶性粉劑+50%二嗪磷乳油，但僅有22%氟啶蟲胺腈懸浮劑和22%氟啶蟲胺腈+礦物油處理的瓢蟲蟲口減退率小，其余藥劑對瓢蟲天敵影響都很大。趙冰梅等[27]也認(rèn)為無人機低空噴霧22%氟啶蟲胺腈懸浮劑對棉蚜防治效果顯著，3天防效93%～99%，且高濃度藥液低空噴霧對棉花生長安全，添加1.5%的助劑既可減少農(nóng)藥用量30%，也能提高防效[28]。沙帥帥等[29]研究表明，P20植保無人機防治棉蚜較好的飛行參數(shù)為飛行高度為3 m、飛行速度為5 m/s，且對棉花安全，無藥害，吡蟲啉超低容量劑的防效大于吡蟲啉乳油，但機力牽引式噴桿噴霧機施藥效果好于無人機噴藥防效；而婁朝霞等[22]則認(rèn)為，無人機對蚜蟲的防效明顯高于噴桿噴霧機，二者結(jié)果的不一致可能是由試驗條件、田間環(huán)境等多種因素差異造成的。袁偉寧等[30]認(rèn)為高架噴霧對玉米田棉鈴蟲的防治效果優(yōu)于無人機噴霧，這與2種施藥方式的用水量和霧化程度有關(guān)，高架噴霧可負(fù)載量大，霧化程度雖然較無人機低，但藥液噴施量相對大，更有利于藥液到達穗部及植株下部，從而殺死幼蟲。吳潔等[31]評價了江西棉田主要刺吸式害蟲無人機飛防效果，認(rèn)為無人機噴施阿維·螺蟲防治盲蝽效果較好，但防治葉蟬和煙粉虱的效果較差，可能是因為葉蟬和煙粉虱繁殖力、遷飛性較強，氣溫偏高利于繁殖，影響了防治效果。

2.1.4草害防控棉田草害發(fā)生面積比例達56%，雜草爭奪光、水肥和空間，傳播病害蟲，增加物化成本和作業(yè)費用，降低產(chǎn)量和品質(zhì)，每年造成棉花減產(chǎn)14%～ 16%，因此棉田有效除草才能獲得優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)[32]。棉田常見雜草有60多種，其中優(yōu)勢雜草約20種[19]；李淑英等[33]研究表明皖西南直播棉田雜草種類有13科24種。化學(xué)防除依然是控制草害最主要的手段，棉田除草主要包括土壤封閉和莖葉處理。肖琦等[34]研究表明無人機噴施8%炔草酯EW 1200 mL/hm2對麥田硬草防治效果與自走式噴桿植保機無顯著差異，且高效便捷、施藥精準(zhǔn)，對小麥安全；朱德慧[35]亦認(rèn)為麥田無人機化學(xué)除草可行，選擇安全性高的除草劑還能增產(chǎn)。邵國民等[36]認(rèn)為無人機防治直播稻田雜草的效率是擔(dān)架式噴霧機的3倍，雜草以千金子為主時用封閉除草和莖葉處理結(jié)合的“一封一殺”措施具有良好防效。岳德成等[37]認(rèn)為玉米田無人機噴施土壤處理除草劑控制雜草效果較好，經(jīng)濟、安全、高效，除草劑減量效應(yīng)顯著。棉花苗前土壤封閉，可降低雜草發(fā)生基數(shù)，減少莖葉處理用藥量[32]；但天氣、土壤狀態(tài)、飛行參數(shù)等對控草效果均有顯著影響，土壤黏粒比例大、有機質(zhì)含量高和土壤干旱等狀況下，除草劑被土壤吸附的可能性大，不利于藥效發(fā)揮；整地質(zhì)量較差、地塊不平整、土塊較大、前茬根殘留量較大，均不利于霧滴沉降和分布均勻[37]。莖葉除草一般是在棉花生育前期雜草出土高峰期進行莖葉處理，殺死雜草[32]。棉花苗蕾期光、溫、水、墑情等條件利于雜草盛發(fā)，苗蕾期雜草出苗量約占全季雜草總量的65%～85%，此時雜草草齡較小對除草劑敏感是最佳施藥期，之后隨著雜草草齡增加、種類增多，化學(xué)除草的難度越來越大[32]。李淑英等[33]認(rèn)為皖西南直播棉田5—6月是雜草出苗高峰期，也是雜草防治期，優(yōu)勢雜草包括牛筋草、千金子、旱稗、通泉草和馬齒莧等。

不同于殺蟲劑和殺菌劑，無人機噴施除草劑須避免造成飄移藥害。風(fēng)力較大、飛行較高、霧滴粒徑較小，霧滴飄移流失較多，尤其是在噴施土壤封閉除草劑時，地塊表面裸露，霧滴不能被有效攔截，更容易發(fā)生飄移[37]。因此，無人機控草作業(yè)，應(yīng)選擇同一作物連片種植的區(qū)域，盡量在無風(fēng)天氣施藥，減少霧滴飄移可能產(chǎn)生的藥害[38]，降低飛行高度至0.5～0.8 m，藥液量提高至30 kg/hm2左右，可在一定程度上減少霧滴飄移損失，提高霧滴的沉降密度[37]。

2.2化學(xué)調(diào)控

棉花具有無限生長習(xí)性[39]，營養(yǎng)生長和生殖生長并存時間長，若雨水過多易造成營養(yǎng)生長過旺抑制生殖生長，造成蕾鈴大量脫落[40]，通過化學(xué)調(diào)控構(gòu)建合理群體結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)棉花高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效的重要基礎(chǔ)。從苗期開始至打頂后多次施用縮節(jié)胺（1，1-二甲基哌啶鎓，1，1-dimethyl piperidinium chloride，DPC）的系統(tǒng)化控技術(shù)[41]是國內(nèi)棉花生產(chǎn)實踐探索出的成功經(jīng)驗之一，是防止棉花徒長、促進早熟和提高管理效率的有效手段，無人機作業(yè)具有靈活、高效、安全等優(yōu)點，用于棉花系統(tǒng)化學(xué)調(diào)控，可顯著提高棉花管理機械化水平[42]。趙靜等[40]研究表明無人機噴施DPC 5、10、14天后能夠有效抑制棉花株高，抑制效果與噴桿式噴霧機作業(yè)效果相當(dāng)，可以有效促進營養(yǎng)生長向生殖生長轉(zhuǎn)移、塑造良好株型、提高成鈴率，同時高濃度DPC對棉花無藥害。張亞林等[42]研究表明當(dāng)無人機飛行高度為1.5 m、飛行速度為4 m/s時，棉花株高、果節(jié)增長值顯著低于清水對照，對棉花生長調(diào)控效果最好。張允昔等[43]認(rèn)為人工噴施生長促進劑成本太高，無人機噴施則可節(jié)本增效，在藥劑能夠混用的前提下結(jié)合病蟲防治同時進行，節(jié)本增效效果更好。

黎芳等[44]研究表明，應(yīng)用DPC化學(xué)封頂在黃河流域北部棉區(qū)基本可行，化學(xué)封頂后棉花株型變化表現(xiàn)為植株較高、果枝數(shù)較多，新生果枝的脫落率較高，這些變化與國內(nèi)傳統(tǒng)的高產(chǎn)棉花株型和“秋桃蓋頂”的成鈴特點不符，但株型和結(jié)鈴部位的變化不一定影響產(chǎn)量，這與美國和澳大利亞依靠較低的氮肥投入和適時適量地應(yīng)用DPC等措施實現(xiàn)棉花生長中心的轉(zhuǎn)移，具有一定的相通性。應(yīng)用增效DPC（DPC緩釋型水乳劑，簡稱DPC+）進行棉花化學(xué)封頂，可使頂芽在短時間內(nèi)出現(xiàn)氧化應(yīng)激反應(yīng)，并降低了控制主莖生長點發(fā)育和花芽分化基因的表達，從而延緩了棉株的生長和花芽的產(chǎn)生，達到“封頂”目的[41]。韓煥勇等[45]認(rèn)為北疆早熟棉品種化學(xué)封頂適宜DPC+劑量為750 mL/hm2左右，但在實際生產(chǎn)中其施用劑量應(yīng)根據(jù)品種敏感性、地力、田間長勢和水肥等因素綜合考慮。董合忠等[39]亦認(rèn)為，為更有效調(diào)控群體，需由單一調(diào)控向綜合調(diào)控發(fā)展，由主要以化學(xué)調(diào)控為主轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)調(diào)控與品種類型、施肥、灌水等農(nóng)藝措施有機結(jié)合。

2.3追施葉面肥

追肥是在作物生長中加施固態(tài)或液態(tài)肥料，旨在補充基肥的不足滿足作物某些時期對養(yǎng)分的需求，保證優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)[46]。棉花生育期長，養(yǎng)分需求量大，生長發(fā)育過程中需要大量的氮、磷和鉀養(yǎng)分，一定量的鈣、鎂、硫等中量元素，少量的硼、鋅等微量元素[47]。根部追肥雖然可以運用追肥機械減少人工，但棉花中后期容易造成侵入式損傷，人工追肥效率低且勞動強度大，遇上干旱或多雨更是增加了追肥難度；而且苗期低溫、根系吸收養(yǎng)分能力差，后期根系活力降低、吸收養(yǎng)分能力衰退，在這2個時期易出現(xiàn)根系養(yǎng)分吸收難以滿足棉花營養(yǎng)需求的問題，葉面施肥作為根系施肥的補充方式，恰恰能解決這些問題[47]，特別是對于大部分暫未應(yīng)用水肥一體化技術(shù)的棉區(qū)。無人機噴施葉面肥，不受植株高低、冠層郁閉以及丘陵、山區(qū)和坡地地形的限制，機動靈活、效率高[46]。鄭啟帥等[48]認(rèn)為，由于雙子葉植物的葉面類型及葉表蠟質(zhì)層結(jié)構(gòu)與組成不同于單子葉植物，使得雙子葉植物葉片具有良好的液體吸收功能，從而有更好的葉面施肥效果；添加助劑和保證液滴與葉片接觸速度至少為1.55 m/s能有效提高葉面肥對葉片的潤濕性，液體的種類、濃度和液滴的大小對葉面肥的潤濕性有一定影響，而葉片的正反面位置對葉面肥的潤濕性無顯著影響，實際應(yīng)用中可通過增加水泵壓力等有效措施適當(dāng)增加噴霧液滴的速度，進而提高葉片對葉面肥的潤濕吸收。

2.4脫葉催熟

棉花采收前噴施脫葉劑，可促進棉花葉片脫落和集中吐絮，降低棉花含雜率，提高棉花機械化采收作業(yè)效率[49]，已經(jīng)成為機采棉種植的重要環(huán)節(jié)[50]，同后期追肥打藥等措施類似，地面機械和人工打藥均有其獨自的缺點，無人機脫葉催熟技術(shù)逐漸興起。胡紅巖等[51]研究表明采用無人機噴施噻苯隆·敵草隆的脫葉催熟效果與人工噴施效果相當(dāng)。馬艷等[50]研究表明，無論是油動單旋翼機型還是電動多旋翼機型，4種無人機均能達到良好的脫葉效果，以噴施藥液量22.5 L/hm2脫葉效果優(yōu)良，且對產(chǎn)量和品質(zhì)無顯著影響。蒙艷華等[52]認(rèn)為，新疆棉區(qū)單株結(jié)鈴少、種植密度大，不利于藥液的沉降，需噴施2次才能達到較好的脫葉效果。采用無人機噴施作業(yè)能夠提高藥液霧滴的均勻性，增加藥液的穿透性，在棉花生長中后期，冠層葉片相互遮擋嚴(yán)重，采用無人機噴施脫葉劑，可大大提高作業(yè)效率和脫葉催熟效果[53]；隨著藥后時間的推移，脫葉率、脫葉效果、吐絮率和催熟效果均有明顯提高[54，55]；不同藥劑處理霧滴密度在棉花冠層分布具有明顯差異，但脫葉率和脫葉效果較好的藥劑處理并不意味著吐絮率和催熟效果也較好[55]。

3存在問題與發(fā)展展望

3.1無人機施藥技術(shù)

目前，中國無人機施藥技術(shù)研究方興未艾，但與航空植保發(fā)達國家相比還有一定差距[56]。無人機施藥極易受天氣環(huán)境、飛行參數(shù)、藥劑特性以及噴嘴設(shè)備等因素影響[15]，只有掌握霧滴沉積與漂移規(guī)律，結(jié)合無人機遙感農(nóng)田監(jiān)測技術(shù)、變量施藥技術(shù)和大數(shù)據(jù)處理技術(shù)，才能實現(xiàn)無人機田間管理的精準(zhǔn)施藥、智能操控。無人機一般采用超低容量噴霧，單位面積噴液量決定了藥液濃度和霧滴密度，噴液量減小會降低靶標(biāo)上的藥劑沉積，進而影響防效；噴霧量不變時施藥量越高往往效果越好，但過量施藥既造成藥劑浪費，又增加環(huán)境負(fù)擔(dān)；因此，應(yīng)根據(jù)不同作業(yè)目的確定最佳的無人機施藥參數(shù)，提高藥液在棉花上的沉積量，以最小的藥劑用量達到最佳的防治效果。胡紅巖等[21]采用單旋翼無人機在棉花苗蚜發(fā)生期研究了不同施藥量和噴液量對藥液沉積分布的影響，認(rèn)為在減量施藥的前提下噴施吡蟲啉，加大噴液量可以達到提高藥液沉積量的目的，而噴施丁硫克百威沉?xí)r，藥劑施藥量是影響藥液沉積量變化的主要因素，噴液量對丁硫克百威在棉花上的沉積量影響不大，這可能與藥劑的理化性能、植物表面結(jié)構(gòu)及噴霧的均勻性有很大關(guān)系。霧滴沉積和飄移是評估噴霧質(zhì)量的重要指標(biāo)，從沉積分布來看，無人機施藥作業(yè)霧滴在棉株不同位置的沉積有明顯差異，棉株上部沉積量顯著大于中部，但中部和下部無明顯差異，且棉花冠層中、下部霧滴沉積量和覆蓋率均較低；從霧滴飄移分布來看，下風(fēng)向的飄移沉積明顯大于上風(fēng)向[22]。

3.2無人機作業(yè)規(guī)范

農(nóng)用無人機田間管理技術(shù)作為新興事物，包括機型選擇、藥劑選擇與混合、飛行參數(shù)確定等方面，具有指導(dǎo)性、可操作性強的相關(guān)作業(yè)技術(shù)規(guī)范亟待在探索中制訂和完善。棉花具有無限生長習(xí)性，種植技術(shù)復(fù)雜，病蟲草害防控、水肥運籌、化控等農(nóng)事操作次數(shù)較多，因生態(tài)區(qū)、品種、肥水條件等差異，無人機植保、追肥和化控技術(shù)差異較大；比如新疆具有特殊的自然環(huán)境，南疆晝夜溫差大，日間蒸發(fā)量較大，對藥劑藥效的發(fā)揮影響較大[19]。因此，針對不同棉區(qū)和不同種植制度，應(yīng)重點研究適宜的無人機作業(yè)參數(shù)，包括飛行高度和速度、噴嘴選擇、噴頭流量，探索霧滴覆蓋密度、分布及冠層穿透規(guī)律，評價技術(shù)實施效果，分析藥效和環(huán)境之間的相互影響關(guān)系，建立作業(yè)規(guī)范，為不同地區(qū)、不同作業(yè)條件下進行飛行作業(yè)時提供決策參考，以達到最佳的作業(yè)效果[15，19]。相對于民用無人機行業(yè)的飛速發(fā)展，現(xiàn)有的農(nóng)用無人機標(biāo)準(zhǔn)無疑是杯水車薪，伴隨著農(nóng)用無人機產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展和極大需求，農(nóng)用無人機的標(biāo)準(zhǔn)制定工作或?qū)⒊蔀楫?dāng)前無人機產(chǎn)業(yè)的一個焦點[15]。

3.3專業(yè)化服務(wù)組織

當(dāng)前，農(nóng)用無人機市場和飛防作業(yè)水平良莠不齊，亟待制定和完善國內(nèi)農(nóng)用無人機市場準(zhǔn)入機制，現(xiàn)階段農(nóng)用無人機作業(yè)大多憑經(jīng)驗或參考地面噴霧確定劑量和配制方法，但無人機作業(yè)要求與地面機械施藥有很大的不同，可能會因為配制或施用方法不科學(xué)影響作業(yè)質(zhì)量，也容易對環(huán)境造成較大的負(fù)面影響[15]。棉花生產(chǎn)規(guī)?；?、機械化、信息化、智能化和社會服務(wù)化發(fā)展是解決棉花生產(chǎn)過程中勞動力短缺問題、降低棉花生產(chǎn)成本、實現(xiàn)棉花產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化、鞏固棉花產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢地位的必然選擇[57]，農(nóng)用無人機設(shè)備購置和維護成本較高，操控人員技術(shù)要求高，而且農(nóng)用無人機技術(shù)不斷發(fā)展、更新和進步，農(nóng)用無人機輔助田間管理技術(shù)將會向?qū)I(yè)化、社會化服務(wù)模式發(fā)展[15，19]，伴隨著大數(shù)據(jù)應(yīng)用、智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展，農(nóng)用無人機技術(shù)將會實現(xiàn)規(guī)?；?、機械化、信息化、智能化和社會服務(wù)化“五化”同步發(fā)展。

4結(jié)論

通過分析農(nóng)用無人機在棉花病蟲害防控、葉面追肥、化學(xué)調(diào)控、脫葉催熟等田間管理方面的研究現(xiàn)狀，可以看出農(nóng)用無人機在簡化棉花管理應(yīng)用中取得了顯著進展，隨著施藥技術(shù)的快速發(fā)展、作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的逐步制定和完善、專業(yè)化服務(wù)組織的組建和壯大，農(nóng)用無人機技術(shù)將會更加廣泛應(yīng)用于棉花生產(chǎn)中，大幅提高植棉效率，促進現(xiàn)代植棉業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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