农用航空范文（精选4篇）

农用航空 第1篇

我国农业航空已有60年的历史, 发展缓慢, 整体素质低, 现拥有农用飞机不足300架, 而且只有72.8%的飞机可执行任务, 每年飞机作业面积大约333万hm2, 耕地中采用飞机作业的仅占耕地面积的2.6%, 其中黑龙江垦区100~120万hm2。全国共有通用航空机场68个, 临时起点329个, 其中黑龙江垦区56个。全世界拥有农林飞机3万架, 每年作业面积1亿hm2以上, 飞机作业面积占总耕地面积的17%, 其中美国、俄罗斯等国家则高达40%~50%。

黑龙江垦区1963年开始从事小麦化学除草和部分灭虫作业, 至今已有近50年的历史了。从1963年到1985年的20多年里, 使用的飞机全部由民航局所属的航空企业提供, 主要机型“Y-5”。1985年成立黑龙江省农垦总局农业航空实验站, 即现在的北大荒通用航空公司。农用飞机保有量由最初的5架发展到目前的52架, 在“十二五”期间计划发展到80架, 年作业量在133万hm2以上, 已达到国际水平, 为全国最高, 已成为全国实现农业现代化的成功实践和可复制推广的经验。随着我国经济的发展, 飞机作业需求迅速扩大, 农用飞机供不应求, 农业航空业进入大发展阶段, 国内各通用航空公司纷纷转向, 进入农业航空市场。

2 农用航空的技术进步

a.作业项目。从病虫害防治发展到人工影响天气、飞播造林、飞播牧草、叶面施肥、化除化控、喷施微量元素、脱叶催枯、农作物除草、草原治蝗、灭鼠等数十个作业项目。

b.喷施设备从单一类型向多类型发展。20世纪70年代中期以前, 我国的农业航空喷雾设备结构简单, 仅能进行常量喷雾。1975年后改为多种类型的喷洒设备, 有扇型喷嘴、圆锥型喷嘴和3种型号的旋转式雾化器, 雾化性能好, 雾滴大小可调控, 可进行低容量、超低容量喷洒。作业由地面信号引导, 发展到采用GPS定位导航。

c.航空喷雾取代喷粉。

d.常量喷洒向低容量、超低容量发展。

e.降低飞行高度, 更环保。低容量喷洒技术飞行高度3~5m, 替代常量喷洒技术飞行高度5~7m。

f.大雾滴作业向小雾滴作业发展。采用低容量喷洒技术后, 农作物防病灭虫雾滴直径一般在120~180μm;喷洒除草剂作业时采用大雾滴, 一般雾滴直径在200~350μm;森林灭虫、草原灭蝗使用90~120μm直径的雾滴, 主要目的是使雾滴直接喷洒在目标物上。

g.由单一喷施作业向综合喷施作业发展。进入80年代以后, 对农业航空综合技术进行了试验研究, 在喷施时期相吻合条件下, 将两种以上的化学药剂 (肥料) 混合喷施, 防治病虫害与作物叶面施肥相结合, 达到一次多效, 对农业生产作用更大, 经济效益更高。

h.信息化指挥和保障系统。黑龙江省农垦总局、管理局及各农场, 都健全了管理和信息网络, 建立健全了生产指挥和保障系统, 做好农业航空的地面保障和生活服务工作, 并为机组提供了交通、通讯、医疗、物资等方面的一切方便条件, 保证了农业航空作业顺利完成。

i.农业航空技术的实践总结推广。1988年由马德全执笔编写了《航空喷雾机械的正确调整与使用》, 中国农业出版社出版1985年《大豆化学除草技术》、1988年《新编植保实用技术》、1987年《中国农垦农田杂草及防除》、1995年《中国农田杂草化学防除》、2010年《绿色农业植保技术》的书中, 专题介绍农业航空喷洒技术。1988年学术期刊出版社出版了王险峰、辛明远主编《除草剂喷洒技术》一书, 详细介绍了航空喷洒除草剂技术。2007年中国农业出版社出版了郭庆才主编《农业航空技术指南》, 系统总结了农业航空技术, 并推向全国使用。

3 农业航空的问题与发展

3.1 农作物病虫害专业化统防统治需要加大植保机械的投入

我国每年使用农药300多亿元, 由于喷洒机械落后, 农药利用率不足30%, 不但浪费农药, 而且造成了药害和环境污染, 用好农药要解决5个问题, 一是好的农艺措施, 二是质量好的农药, 三是好的农药使用技术, 四是标准的植保机械, 五是规范的植保机械使用技术。缺乏农用飞机, 无法解决水稻、玉米、棉花、甘蔗、果树、经济作物林 (橡胶、茶园) 的有害生物防治。近年来农业部已经重视农作物病虫害专业化统防统治, 这项工作是以高度机械化的植保机械为基础, 随着农村土地流转, 土地集中连片, 为大型植保机械和农用飞机发展创造了条件。

3.2 农用飞机要选好机型

3.2.1 固定翼农用飞机

目前我国现有机型“Y-5B”型飞机发动机马力为735k W, 载药量1000L (kg) , 作业高度 (距作物顶端) 5~7m, 作业效率73~80hm2/h;“Y-11”型飞机发动机马力210k W (单台发动机) , 载药量800L (kg) , 作业高度 (距作物顶端) 3~6m, 作业效率67~73hm2/h;“M-18A”型飞机发动机马力735k W, 载药量1350~1500L (kg) , 作业高度 (距作物顶端) 农业作业3~5m、林业灭虫作业10~15m, 作业效率133~147hm2/h;“GA-200”型飞机发动机马力184k W, 载药量500L (kg) , 作业高度 (距作物顶端) 3~5m, 作业效率53~67hm2/h;“N-5A”型飞机发动机马力294k W, 载药量700L (kg) , 作业高度 (距作物顶端) 3~5m, 作业效率67~80hm2/h;“PL-12”型飞机发动机马力294k W, 载药量700L (kg) , 作业高度 (距作物顶端) 3~5m, 作业效率67~80hm2/h。

我国农用飞机多年来在一机多用的思想指导下, 以“Y-5B”型飞机为主, 马力大, 耗油多, 载药量少, 成本高, 应转变指导思想, 淘汰“Y-5B”型飞机, 发展专用性能强的农用飞机。

3.2.2 旋翼农用飞机 (直升机)

我国幅员辽阔, 地形复杂, 在果树、经济作物林 (如橡胶) 、水稻、高秆作物如玉米、棉花、甘蔗生育后期应该发展旋翼农用飞机, 作业费用高, 但是它不需要专门的跑道机场, 作业空转时间少。需要引进或生产旋翼农用飞机进行试点, 研究其使用技术, 制定使用技术规范, 使用技术成熟后再推广使用。

3.2.3 小型遥控旋翼 (直升机) 飞机用于农业的问题

在种植规模小、地形复杂的条件下, 可考虑人工遥控小型直升机, 这类直升机自重小, 无人驾驶, 机动灵活。存在的问题是受低空气流影响, 在复杂地形无法控制飞行高度, 难以控制高度、雾滴漂移损失大, 不容易做到喷洒均匀。目前从国外引进或国内制造小型遥控旋翼飞机 (直升机) 还有很多工作要做:一是该项技术不够成熟, 引进或国内生产后, 没有成熟的规范的使用技术。二是需要组织认真试验示范, 吸收消化, 需要列专题认真研究, 规范使用技术。三是对各类机型通过专家进行鉴定, 再推广使用。

3.3 有关农用航空使用技术问题

3.3.1 关于超低容量喷雾问题

超低容量喷雾选用喷洒雾滴直径80μm以下雾滴, 全是漂移雾滴, 从环保考虑, 容易造成远距离漂移, 在逆温条件下可漂移10km, 可造成环境污染和药害, 国外发达国家已立法禁止使用超低容量喷雾。我国从20世纪70年代开始研究推广, 没有生产适合于超低容量的农药剂型, 或因植保机械、气候影响等原因没有发展, 仅在森林、草原灭虫有过一定面积的使用。我国一般也不宜推广超低容量喷雾。

3.3.2 关于如何解决在高温干旱条件下航空药效差的问题

多年来主要在北方使用飞机作业, 作业季节气候高温干旱严重影响药效。在高温干旱条件下飞机作业喷液量小, 雾滴细, 漂移挥发损失严重, 特别是在干旱条件下, 作物叶面气孔、水孔关闭, 叶面蜡质层增厚, 水剂很难被作物吸收和传导, 药液雾滴在作物叶面停留时间短, 在短时间内随水分挥发掉。

黑龙江省农垦总局植保站经多年研究, 解决高温干旱条件下飞机作业加植物油型喷雾助剂新技术。飞机作业气候条件分两类, 一类是适宜作业气候条件, 温度13~27℃, 空气相对湿度大于65%, 风速4m/s以下, 药液中加入喷液量0.5%植物油型喷雾助剂, 可减少30%~50%用药量。二类是不适宜作业气候条件, 温度大于27℃, 空气相对湿度小于65%, 风速4m/s以上, 药液中加入喷液量1%植物油型喷雾助剂, 可减少20%~30%用药量, 在新疆仍然可获得稳定的药效。

3.3.3 飞机喷雾农艺要求标准

3.3.3. 1 对喷洒雾滴直径的要求

飞机喷洒雾滴分5种: (1) 烟雾:雾滴直径小于50μm; (2) 弥雾:雾滴直径50~100μm; (3) 细雾:雾滴直径80~150μm; (4) 中雾:雾滴直径200~400μm; (5) 粗雾:雾滴直径400~600μm。根据防治对象和喷施条件, 选择适宜的雾滴, 国外称为控制雾滴大小喷施技术。北大荒通用航空公司采用的农用航空喷施技术, 经引进、复制、消化, 目前喷洒设备完全可以控制喷洒雾滴大小。如森林灭虫用细雾, 雾滴直径80~120μm;苗前除草剂采用粗雾滴, 雾滴直径400~450μm;其它农业作业采用中雾滴, 雾滴直径200~400μm。飞机喷洒雾滴直径大小的规定见表1。

3.3.3. 2 对喷洒雾滴密度的要求

喷洒苗前除草剂要求雾滴密度不少于20个/cm2, 进行超低容量喷雾要求雾滴密度不少于10个/cm2, 喷洒苗后除草剂、杀虫剂、叶面肥、杀菌剂等其它作业要求雾滴密度不少于30个/cm2。采用喷洒雾滴直径250μm以下的施药时必须加喷液量1%植物油型喷雾助剂, 才能获得稳定的效果。雾滴覆盖密度的规定见表1。

3.3.3. 3 对飞机飞行高度、喷幅要求

航空作业对飞行高度、喷幅的要求见表2。

3.3.3. 4 作业项目对喷液量的要求

根据作业项目选择适宜的雾滴直径、密度, 飞机飞行高度、喷幅及喷液量。森林灭虫喷液量15~20L/hm2, 杀虫剂、杀菌剂、植物生长调节剂喷液量15~20L/hm2, 叶面肥喷液量20~50L/hm2, 苗前除草剂喷液量30~50L/hm2, 苗后除草剂喷液量20~30L/hm2。高温干旱条件下适当增加喷液量可减少漂移和挥发损失。

3.3.3. 5 喷洒农药、叶面肥对气象条件的要求

在适宜气象条件下喷洒农药、叶面肥, 一般晴天上午8点以前, 下午6点以后, 最好夜间无露水时喷洒作业。在不适宜气象条件下, 农药、叶面肥的漂移、挥发损失严重;作物、杂草等对农药、叶面肥的吸收传导性差, 严重影响药效、肥效, 不推荐喷洒作业。适宜气象条件:气温13~27℃, 空气相对湿度大于65%, 风速小于4m/s;不适宜气象条件:气温高于27℃, 空气相对湿度小于65%, 风速大于4m/s。

3.3.3. 6 气象条件与农药喷雾助剂用药量

在适宜的气象条件下, 施药时加入农药喷雾助剂, 可增加药效, 如液体肥料、矿物油、人工合成的非离子表面活性剂、植物油型喷雾助剂;喷洒触杀性农药使用矿物油、人工合成的非离子表面活性剂会增加药害, 可选用植物油型喷雾助剂。适宜的气象条件下加入喷液量0.5%的植物油型喷雾助剂, 可减少农药用量30%~50%;加入喷液量0.1%~0.5%的人工合成的非离子表面活性剂, 可减少农药用量30%~50%。

在不适宜气象条件下要想喷雾作业, 必须在喷雾作业时加入喷液量1%的植物油型喷雾助剂, 可减少农药用量20%~30%;加入其它类型的农药喷雾助剂如液体肥料、矿物油、人工合成的非离子表面活性剂等无增效作用。

3.4 农用航空作业中常见问题与解决方法

3.4.1 飞机组织指挥人员不专业

农业灭虫、追肥、灭草等指挥作业者不是植保专业人员的比较普遍, 有些航空作业管理、指挥缺乏科学性, 违章作业严重。加强农用航空指挥人员的培训, 要想成为赢家, 首先成为行家, 指挥飞机作业必须由懂植保的人员指挥。对参加作业人员进行农业航空作业专业培训, 系统培训农用航空作业指挥人员, 学习农用航空指南, 有关农业航空方面的植保知识, 达到会作业区划、能培训信号员, 正确选择药剂、叶面肥, 进行合理混配, 根据天气采取适当而有效施药措施, 确保有效施药。

3.4.2 加喷雾助剂后效果差

喷药时加入喷雾助剂后效果差, 有两个原因, 一是选择价格便宜的人工合成的非离子表面活性剂、矿物油或液体肥料型的喷雾助剂, 遇到高温干旱就失效;二是加入了植物油型的喷雾助剂, 添加的浓度不够, 传统做法是按作业面积计算, 新技术是按照喷洒药液浓度计算, 高温干旱条件下必须用喷液量的1%。

3.4.3 关于喷液量问题

在高温干旱条件下应适当增加喷液量, 从实际出发, 在高温干旱条件下作业建议灭虫、防病喷液量由每公顷20L增加到30~40L, 追施磷酸二氢钾需要考虑其溶解度为6%, 每升加60g, 为保证每公顷喷洒3000g磷酸二氢钾, 将喷液量调到每公顷50L以上。

3.4.4 飞机作业前的培训问题

农业航空作业前缺乏对有关作业人员进行专业培训。农业航空技术是高科技, 进行作业前从指挥管理人员到参与作业人员都需要认真培训。培训内容为飞机场准备、作业计划和区划、调集程序、信号, 地面组织与安全保障, 农业航空施药技术, 农业航空技术质量标准, 有害生物防治效果及叶面施肥效果标准, 农业航空飞行作业安全管理, 农药安全使用常识等。

3.4.5 合理混配农药

农药、叶面肥混配使用之前要了解其特性、可混性, 没有资料的可当场做可混性试验。

3.4.6 参考资料

农用航空喷雾系统的试验与研究 第2篇

大多数飞机喷药都用液力式喷头。可选的喷头类型有空心锥雾喷头、扇形雾喷头、离心雾化器等。其中前者为地面作业常用喷头, 不再赘述。

1. 扇形喷头

带有一个附加孔的锥雾喷头可以产生很大的雾滴, 可用于那些对飘移要求很严格的场合。对飘移要求严格的地方, 也常选用一种有多个小喷孔、向后折射的喷头, 一般用于喷洒除草剂。

(1) 扇形喷嘴基本喷雾类型 扇形喷嘴种类及喷雾特点见表1。

(2) 扇形喷嘴使用安装说明 扇形喷嘴的交叉排列 (见图1) :扇形喷嘴最大的安装特点是与相邻的喷嘴在喷雾形状上互补覆盖范围的30%左右, 同时喷雾方位与水平线偏移5°~15°形成了流量分布均等的整体分布 (见图2) , 特别满足和改善了水平传送设备集管排列的使用。

扇形喷雾覆盖范围与喷雾角和喷嘴数量有关, 其计算公示如下:

式中:D喷嘴相应高度的覆盖范围, m;

H喷嘴距作物顶部高度, m。

式中:L喷嘴安装的间距, m;

α喷雾角度。

从图1与图2的关系可知, 使用精确喷雾性能的喷嘴, 通过合理的安装尺寸计算可能得到一个均等的集管排列喷雾区域。

(3) 喷头喷雾角 根据典型的0.7 mm和1.2 mm孔径的喷头喷雾角度与喷雾压力密切相关 (见图3) , 具体数据见表2。

(4) 雾滴粒径的数据 雾滴粒径是衡量喷雾效果不可缺少的主要指标, 雾滴过大或过小都会影响喷雾效果, 大雾滴不易飘移但沉积效果差, 小雾滴有较好的沉积效果和穿透能力但易发生飘移, 不同粒径范围的雾滴有其相应的用处。一般低量喷洒要求雾滴直径在100~200μm。测试采用雾滴粒径测试系统测试了在不同压力下距离喷头口30 cm、50 cm和70 cm处的雾滴分布情况 (见表3、表4和图4、图5) , 具体作业中需要进行实际评估选择。

μm

μm

(5) 喷头覆盖重叠性 不同孔径的喷头覆盖重叠性如图6、图7所示。

2. 离心式喷头

离心式喷头学名为离心雾化器, 其外形和内部结构示意见图8, 适用于较大的无人机型号。效果的主要因素是雾化盘直径、雾化盘转速和喷雾流量。雾化盘直径根据资料设计为80 mm, 通过改变雾化盘转速和流量, 从喷幅雾滴粒径、雾滴速度场等角度对离心雾化喷头的性能进行测试, 确定适合无人机低空低量喷洒的最佳喷雾参数。

(1) 喷幅测试 喷幅测试采用高速摄影测试系统, 在同一高度位置处测量时, 雾化盘的转速越高, 喷幅则越小, 如图9所示;当雾化盘转速为4 000 r/min、5 000r/min、7 000 r/min时, 喷幅随着喷雾量的变化呈现弧线;在雾化盘转速为3 000 r/min、6 000 r/min、8 000 r/min时, 喷幅随着喷雾量的变化呈现锯齿形, 雾化盘转速为3 000 r/min、6 000 r/min条件下, 最大喷幅出现在流量为54 L/h时, 分别为4.03 m和3.54 m;雾化盘转速为8 000 r/min条件下, 最大喷幅出现在流量为60 L/h时, 为2.99 m。

(2) 雾滴体积中径 雾滴粒径测试装置采用激光粒度仪, 试验结果如图10所示。在测量位置不变的情况下, 当流量相同时雾滴体积中径随着雾化盘转速的增加而减小, 且近似呈线性关系;在雾化盘转速一定时雾滴体积中径随流量的增加而增大。当雾化盘转速为3 000 r/min流量为54 L/h和60 L/h时, 无法测得雾滴粒径信息, 显示雾滴浓度太小, 主要原因也是雾化盘转速太低而且流量太大, 导致雾化效果比较差。在小型无人机低空低量喷洒中, 可以选用不同流量下的不同雾化盘转速, 获得不同的雾滴体积中径, 以满足小型无人机低空低量喷洒要求。

二、影响飞机喷雾的因素

1. 正确的喷雾时间

正确的喷雾时间是最为重要的因素, 这不仅与病虫害的生长期有关, 而且与气象因素关系更密切。特别是在不同的地形条件下, 除了气流与作物摩擦产生的涡流、温度和风速等的影响外, 飞机本身产生的涡流也会影响雾滴在作物上的分布。温度也很重要, 因为飞机喷洒的雾滴在空中飞行时间要长于地面喷雾, 飞机在喷药时要避免一天中最热的时段。对于水溶液, 如果喷量为20~50 L/hm2, 用200μm的雾滴;当温度超过36℃或湿球低温超过8℃时, 就应当停止喷药。

2. 飞机的高度和导航

喷杆一般安装在飞机下面或下风边缘上, 喷头的位置不同时, 也会影响雾滴的分布。如果喷头太靠近飞机末端, 喷出去的雾滴会被涡流卷走。喷头也不能离机身太近, 喷头间隔不能太大, 否则飞机在低空飞行时喷杆下面的雾滴在作物上就会形成带状。飞机的飞行路线要尽可能与风向保持合适的角度, 并且飞机要距作物一定的高度, 以使雾滴在进入作物之前能够较好地分散。如果飞机飞得太高, 就可能发生雾滴飘移, 并有可能在雾滴到达目标之前就被完全蒸发掉。一般建议低量喷洒水基药液时的飞行高度为作物上方1.5~2.5 m, 而超低量喷雾时应为2~4 m。但是在一些有障碍物的地方, 为了安全, 飞机要飞得高一些。在正确的航道上, 直线飞行是保证喷雾质量的基本因素。精确的航道引导系统是应用合适的剂量、均匀分布、避免出现药害和漏喷的关键因素, 同时这也是保证地勤人员安全的重要因素。

3. 雾滴的大小

即使是拟定非常好的飞机喷药计划, 也仅仅能够让飞机喷出的一部分农药到达目标。雾滴的覆盖率与许多因素有关, 特别是空气涡流和雾滴的飞行速度。在许多情况下, 只有50%药液能够覆盖在作物上。如果所喷的是水基溶液, 雾滴中的水分会蒸发, 使雾滴变小, 雾滴会在空气中飘移较之地面喷雾更长的时间才能达到目标, 一些很小的雾滴很可能会完全蒸发而变成纯农药粒子, 这些粒子将会在上升空气的作用下飘移到离目标很远的地方。所以, 在一天中选择合适的喷雾时间是非常重要的。

雾滴大小的选择与所要处理的地块有关, 太小的地块不适合于用超低量小雾滴喷洒。如果特别要求喷洒, 则要在地块周围开出隔离区或设置挡板。雾滴大小的选择取决于所要喷雾的目标。在大规模防治采采蝇时, 雾滴大小一般为30~40μm;防治蝗虫时, 雾滴大小为70~120μm;喷洒除草剂, 一般选用的雾滴都大于200μm。尽管如此, 也不能完全避免飘移, 因为在产生大雾滴的同时也会产生一些小雾滴。

4. 喷量

喷量的大小部分取决于所选雾滴的大小, 也与所需到达目标的雾滴数量有关。用超低量喷洒加过抗挥发剂的药液时, 用很小的雾滴 (每3 L/hm2或更少的喷量) 就够了。减少喷量可以使一次装载的药液喷洒更大的面积, 不但可以减少装药时间, 而且可以降低作业成本。

一般情况下, 雾滴数量为20滴/cm2就够了 (如棉花) , 但这并不适用于所有的情况。例如, 在作物生长后期喷洒除草剂, 特别是喷洒杀菌剂, 就需要更多的雾滴。在大多数情况下, 需要较多的雾滴来提高覆盖率, 但所需的喷量也较高。当流量确定后, 在实际作业中, 必须根据航道间隔、总喷量、飞机的飞行速度对喷头的流量进行校验。

5. 其他喷洒技术的使用

近年来出现了可控雾滴喷雾技术, 把生物最佳粒径理论和静电喷雾技术结合起来, 根据不同的防治对象, 采用不同的雾滴直径, 使靶标易于捕获, 达到最佳防治效果。

三、田间模拟试验

1. 试验条件

环境温度21℃;环境湿度85%;空气流速2 m/s;采集时间2013年2月27日;喷雾量为1.7 L/min;试验对象为水稻培杂191;试验地块在规格化田块;水稻栽插情况为株距13 cm、行距30 cm;无人机的飞行高度为3 m;无人机的飞行速度为2~3 m/s;喷雾装置有7个液力扇形喷头、控制装置和液泵;药剂:黑色染色剂。

2. 喷洒效果分析

通过布样、取样、显微拍照及计算机图像分析等得到药液附着情况如图11所示。

不论是叶片的上部还是下部、正面还是反面, 药液分布比较均匀, 在同一条线上不同采样点处药液附着量差异不大, 叶片正面的药液附着量在不同采样点处有相同的变化规律, 而反面亦然。

由图11可见, 水稻上部的药液附着量占1.72%, 下部有0.92%的药液附着, 总的看来, 水稻下部的药液附着量占上部药液附着量的50%以上;有1.78%的药液附着在叶片正面, 0.85%的药液附着在叶片的反面, 这样叶片反面的药液附着量占叶片正面的药液附着量将近50%。

综上分析, 无人机低空低量喷洒大大提高了药液的附着率, 增强了药液的穿透性, 主要原因有两点:一是无人机旋翼产生向下的风场, 带动水稻株叶翻转, 使水稻中下部及叶片反面能更好地承接药液;二是低量喷洒产生的雾滴粒径比较小, 更容易穿透植株。

3. 经济性分析

我国农用航空植保发展现状和趋势 第3篇

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4 000万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[1,2,3,4,5,6]。

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1~5 m) 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[7,8,9,10,11,12]。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[13,14,15,16,17,18,19]。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1 625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 (Air Tractor, 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0.5~1.5 t。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1 700名会员主要包括企业主和飞行员。实际在用的飞机大约4 000多架, 在册的农用飞机驾驶员3 000多名, 平均具有25年的职业经历, 人均大于10 000 h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100 hm2/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2 346架, 操作人员14 163名 (2人/机组) , 无人机植保作业效率7~10 hm2/h, 农药喷洒面积总量为96.3万hm2, 超过了有人驾驶农用直升飞机的防治面积。在日本, 采用农用无人驾驶轻型直升飞机进行农业生产已成为发展趋势之一。日本农业耕地面积470万hm2, 农林航空作业面积253万hm2, 目前, 农用无人直升飞机作业面积96.3万hm2, 占航空作业面积的38%。日本航空植保操作规范完善, 专用航空药剂多, 仅无人机水稻施药专用登记农药就有133种。

俄罗斯由于自身航空工业发达, 农业航空发展较好, 作业机型以有人驾驶固定翼飞机为主, 年处理耕地面积约占总耕地面积35%以上。澳大利亚和巴西发展模式与美国类似, 以美国生产机型为主, 也得到了较大的发展。

国际农业航空中心 (IAAC) 于1960年在荷兰海牙成立, 1976年该中心迁入英国克兰菲尔德技术学院, 以开展学术研究、培训专业技术人员、交流世界各国农业航空应用技术经验等为主要活动内容, 并创办了《农业航空》杂志。

1.3 我国农用航空植保现状及发展趋势

我国从1951年开始用飞机参加农业航空作业, 1956年中国民用航空局设立专业航空机构, 开展多种农业航空业务。由于我国农作物种植面积比较大, 且地形较复杂, 因而农业航空作业有固定翼飞机、有人驾驶旋翼飞机、轻型蜜蜂机以及无人驾驶飞机等。目前, 已有6个机种400多架飞机在大面积的垦区和农场从事农业航空工作, 主要机型包括“M-18”、“Y5B”、“Y1l”、“海燕650B”等固定翼飞机, 主要用于北方, 全国68个通用航空机场, 有56个设在黑龙江垦区, 相对成熟。主要用于叶面施肥、化除化控、喷施微量元素、脱叶催枯、农作物除草、草原治蝗等病虫害防治、灭鼠等。至今, 全国农业航空技术95%以上用于航空植保作业, 还有5%左右用于农情信息获取、航空拍摄、农作物的辅助育种等。2011年, 农林航空作业时间33 158 h, 主要用于黑龙江、内蒙古、新疆与河南等粮食作物主产区, 但不足全部植保作业面积的3%。

近年来, 作为现代植保技术的最新发展和前沿技术, 无人直升机航空植保作业逐渐兴起、发展迅猛, 无人机低空施药技术在欧美等发达国家已经成为植保服务的主力军。我国农业用途的无人驾驶轻型直升飞机目前处于初级研究阶段。国内通用轻型直升飞机主要有江西苍岚轻型直升机有限公司生产的CLH的轻型直升机、北京航空航天大学研制的蜜蜂16共轴式无人驾驶直升机、中国人民解放军总参第六十研究所开发的“Z-3”无人直升机、鹤壁鹤翔航空技术有限公司开发的WDIO0型无人直升机等。我国农业航空无人机按动力模式分为油动机 (燃油发动机驱动) 与电动机 (充电电池为动力源) , 按旋翼数量分单旋翼直升机与多旋翼直升机 (6~24个旋翼) , 一般空机质量10~50 kg, 农药药箱容积5~30 L, 作业高度1~5 m, 作业速度小于8 m/s。据有关部门统计, 我国农业航空无人机由航模发展而来, 无人机农业航空技术产品与材料的生产企业发展至200余家。但发展至今, 没有形成一个完整的管理与产业体系、没有相关的检测与作业标准等。

总体上看, 我国农用航空与农用航空植保与国际发达水平之间存在一定的差距, 我国农用航空植保的发展还不适应现代农业的发展要求, 尚存在一些亟需解决的问题。

2 我国农用航空植保存在的主要问题

我国农用航空植保还存在着一些亟待解决的问题, 制约着我国农用航空植保的发展, 存在的主要问题是:

2.1 我国农业航空准入制度严格, 对无人机的管理混乱

目前航空植保显示出了一定的优越性, 而我国对航空飞机的准入制度十分严格, 我国的空域并未开放, 因此对农用航空飞机, 特别是对有人驾驶飞机的使用, 需要严格遵循我国相关的条例, 限制了我国农用航空发展。我国部分农用无人机是由航模发展起来, 在使用时并未遵循严格的准入制度, 容易造成管理混乱, 限制农用航空植保的发展。

2.2 我国农用航空飞机数量较少, 人才缺乏

与美国、日本、俄罗斯、澳大利亚等国相比, 我国农用航空飞机数明显偏少, 且农用航空植保在全国植保中占的比例较小, 制约了我国航空植保技术的发展。且我国农业航空飞机机型杂乱, 配套技术落后, 飞行服务基础设施和保障体系建设落后。有人驾驶农用航空飞机的运营、维修、保养等成本较高, 且人才缺乏, 也制约我国农用航空飞机的发展。

2.3 农用航空植保施药设备与控制技术落后

农用航空植保施药设备与控制技术是高效高质航空植保的关键, 欧美、日本等发达国家都在相关研究上投入大量的人力、财力、物力, 取得了较大的成果。我国的农用航空飞机的数量较少且起飞的限制条件较多, 相关的研究受到限制, 尽管无人机发展迅速, 但是基本都是基于航模发展起来的, 简单的组装航空施药设备与控制技术, 我国有的施药设备与控制技术的研究远落后于欧美发达国家, 达不到国外先进技术的精度和质量。

2.4 缺乏农用航空植保以及相关配套的管理法规和技术标准

我国国家民航总局制定了《农业航空作业质量技术指标》, 指导我国农林牧业的喷洒和播洒, 但是该指标往往得不到好的执行, 且我国有人驾驶飞机植保与无人机植保企业都各自为战, 缺少管理法规进行有效的监管, 在制造与应用以及配套体系方面没有统一的行业标准进行约束, 也制约我国农用航空植保的发展。

3 解决我国航空植保主要问题的对策

针对以上问题, 我国应当采取相应对策以加快农用航空植保技术的研究与应用, 推动适合我国国情的农用航空植保装备与技术发展, 努力向国际先进水平看齐。建议要采取以下对策:

3.1 明确农业航空产业主管部门

农业航空产业的审批和管理往往要经过多个部门的协调, 没有专门的管理部门, 为加快农业航空技术和产业的发展, 必须尽早明确一个主管部门对我国农业航空技术进行管理。

3.2 开放农业航空低空领域

农用航空作业一般在低空或超低空进行作业, 轻型航空农用技术是以开发500 m以下的低空为基础的一个新型领域, 除了航空喷雾作业以外, 还有航空播种、施肥、农情信息获取、航空拍摄、农作物的辅助育种、经济适用的多旋翼直升机超近地导航等广泛的应用天地, 市场前景十分巨大, 并可以带动相关产业升级。

3.3 产学研联合攻关农用航空植保技术与装备

加大国家财政对农业航空技术与产业的投入力度, 加快推进农业航空装备与技术的产学研联合攻关, 加快航空施药设备与技术、农用航空飞机遥感监测技术、农用航空飞机智能化控制技术的研发与应用, 加大对无人机植保的研制和开发力度, 推动我国农用航空的发展。

3.4 规范农业航空器市场准入与标准体系

必须尽早制定我国农业航空飞行器的制造标准、鉴定标准、准入制度、作业标准、配套设施与保障体系标准、飞行员培训与准入标准。

3.5 出台农业航空植保的产业扶持政策

尽快将我国农业航空飞行器纳入农机购机补贴目录, 同时, 加强对农业航空飞行器专业操作人员的培训、加强农业航空技术的宣传和试验示范、加强对农业航空推广体制和服务组织的建设等。

4 我国农用航空植保重点发展方向建议

尽管我国的农用航空技术与农用航空植保技术落后于国外先进水平, 但我们可以借鉴国外先进水平。同时, 也要结合我国的实际情况, 明确我国农业航空技术与农业航空植保技术的发展规划和重点发展方向。为促进我国农业航空技术与农业航空植保技术的快速高效高质发展, 对我国农用航空植保重点发展方向提出如下建议:

4.1 开展农用航空飞行器测控关键技术的研究与应用, 包括飞行器测控关键技术、航路规划与自动导航系统等, 以及农用航空的配套体系建设以及保障体系建设。

4.2 研发农用航空飞行器与作业系统的性能检测平台, 包括无人机风场测试系统平台、无人机航空施药研究、农用无人机电池能源研究、农用无人机可靠性试验台开发等。

4.3 研发农业航空飞行器植保应用关键技术与作业设备, 包括无人机专用航空喷嘴、精准施药控制系统、施药过程自动控制、新型航空施药药剂和助剂、航空静电喷雾技术、轻量化施药关键部件、航空施药安全性评估等。

4.4 研发农用航空农情信息遥感获取关键技术与装备, 包括农业航空农情获取技术与设备、农情信息融合技术与设备、农情智能决策系统、农情监测物联网系统等。

4.5 培养我国农用航空植保技术的专门性人才以及综合性人才, 建立我国农用航空植保相关标准, 推动农用航空植保综合示范应用。

5 结语

农用航空 第4篇

近日, 农业部农机化司和湖北省农业厅委托湖北省农机化办对湖北荆门农用航空服务站建设项目进行了验收。验收组认为, 该项目很好地完成了预定建设任务, 在国内同类项目中处于领先地位, 同意通过竣工验收。

湖北荆门农用航空服务站建设项目总投资1000万元, 其中中央投资500万元, 地方配套资金500万元。自2006年7月揭牌运作以来, 完成了项目建设组织管理机构的组建、《项目建设实施方案》的编制、两架新飞机的选型和采购、油罐车、导航、通讯、气象等设备的招标采购工作, 实行股份制运营模式, 依托荆门通用航空公司, 充分利用现有基础设施和技术装备、专业技术人员、农用航空相关资证等航空资源优势条件, 简化了项目规划、征地、机场建设、土建工程等各种证件申办程序, 缩短了3～5年的建设期, 节约了大量费用, 做到了立项准, 投资少, 见效快。

目前, 该农用航空服务站9架飞机年作业时间近2000小时, 作业面积达350万亩, 承担着全国包括内蒙古、河南、陕西、湖南、湖北、广西、安徽、江西、重庆、云南、贵州、浙江等12省市的飞播造林、飞防、灭蝗、灭虫及航拍、航测等飞行任务。其中每年在湖北范围内作业时间达400小时以上, 预计“十一五”末, 可实现年飞行2100小时, 作业面积450万亩以上。