在吸取了”石油农业”的教训之后，智能农业脱颖而出，成为现代农业发展的新方向。植保无人机是智能农业中先进装备之一，为农药减量精准施用提供了智慧化的选择。湖南省经过近五年的探索，利用植保无人机开辟出智能农业发展的新路子。目前植保无人机发展的生态系统还不健全，需要政府职能部门、农药、助剂生产企业以及植保无人机生产企业共同来努力，以实现人-机-剂-技“四融合”。
　　
智能农业应时而生
   
  　 智能农业是当今世界农业发展的新潮流，是以信息为基础，利用传感器及现代先进的监测技术，完整、准确、及时地了解土地和作物的详细数据，结合精确时空统计分析，及时迅速做出决策的一种农业管理系统。
  　 我国农业发展历史悠久，经历了原始农业、传统农业、石油农业等阶段。近年来，农业发展与环境保护矛盾日趋严重，农村化肥、农药、农膜的大量使用已经造成了严重的面源污染，例如过量的化学氮不仅形成大气污染源，且同过量的磷向水体淋溶，形成水体富营养化。为改变这一现状，我国农业吸取“石油农业”的教训，向知识高度密集型的现代农业发展，相继出现了“有机农业”、“生态农业”、“持续农业”、“智能农业”等替代型现代农业，而智能农业的出现为现代农业的发展指明了新方向。
       智能农业是质量效益型农业，以优质高效为目标，追求以最少投入实现优质、高产、高效。智能农业可在作物田块内，依据特定小区的作物生长潜力投入不同水平的管理(变量播种、施肥、喷药等)，提高化肥、农药的有效利用率，降低农用成本和作物中有毒物质的残留量，从而提高作物的产量和品质，增强农产品的竞争力，实现高效农业。智能农业是当今世界农业最富有吸引力的前沿课题之一，代表了21 世纪全球农业发展的方向，是农业的一场革命，是面向21 世纪农业的新技术，对我国农业生产产生了深远影响。
　　
探索中前行 提升施药效率
    
       植保无人机是智能农业中先进装备之一，能大幅提供植保施药的效率。湖南省农作物病虫害专业化防治协会和湖南中航飞防农机专业合作社通过近五年的探索和实践，取得了重大成果。
  　 一是实现农药减量50%左右。
      水稻全程飞防相对传统常规喷雾器械而言，病虫草害全程防控农药亩用量减少50%左右。水田不同于旱地的特殊行走条件，常规的施药机具行走困难，机械化程度很低，传统喷雾器械特别是当前保有量最多、使用最广泛的电动喷雾器，在水稻田使用时，受田间条件影响（旋耕机将稻田泥脚压得较深，田间行走泥土齐大腿）。田间实际观察，在亩用水量为15kg时，通常情况下，1喷雾器水（约15kg）只能喷467～534平方米（7～8分地），意味着每亩稻田每次喷洒农药都要多使用20%～30%左右的药液（即农药制剂亩用量要受田间人为行走速度因素影响增加），在使用除草剂时往往导致药害的产生。植保无人机通过精准投放，能实现药液的均匀覆盖，从而降低水稻田施药的人为误差，一些企业的植保无人机能实现变量施药，施药量随植保无人机飞行速度而自动调节喷洒流量，快飞多喷，慢飞少喷，不飞不喷。100亩田误差可做到仅10毫升药液体量。
  　 另外，植保无人机属于低（超低）容量喷雾，用水量大大减少，雾化程度高，采用超低空作业，下沉气流使得喷洒时漂移减少、农药沉积增加，大大提高了药液的利用率，降低药液飘落到田间的数量，使作业环境空气中农药的含量大大降低，减少了对环境的污染。协会和合作社技术团队通过5年的田间应用，在掌握适时用药的情况下结合精准喷洒装备，与传统施药器械（电动喷雾器）相比在农药亩用量减少20%~30%的情况下，依然能有较好的防治效果。综合前面受水田条件影响，人工田间施药要多使用20%~30%农药量，两者相加综合可减少农药亩用量50%。我国主要农作物历年病虫草害防治面积中，水稻约占34％，占总防治量的1/3，新型施药机械的应用和普及对农药减量具有重要意义，农药减量不仅仅是依托农药本身的减量，还需要新型施药装备来实现。
  　 二是实现水稻杂草防除成本降低50%左右。
       稻田除草施药时，受人工、天气影响，除草不能及时，草龄越大，用药量增加，亩用药成本增加。特别是南方直播田轻简栽培方式深受老百姓欢迎，无论政府如何干预，水稻直播都是无法扭转的趋势，在直播田操作时，极短的时间时需要组织大量的人工，进行旋耕、平地、抽沟、播种、打封闭除草剂还需要考虑天气因素，规模化种植户几乎无法进行封闭除草处理，导致田间杂草基数较大，给后期茎叶处理带来了极大难度和增加用药成本，据湖南省农业科学院刘都才教授的研究，直播田封闭处理能压低直播田杂草基数65%以上，特别是一些杂草高抗性，封闭处理是最好、成本最低的化学除草方式。以常德汉寿、益阳沅江等杂草高抗区的经验表明，使用封闭除草处理，后期除草成本大约在20元左右（不含人工费，以种植户购买农药价格计算），而没有进行封闭除草的直播田用药成本均在35元以上，甚至一些田块达到了50元以上，部分杂草高抗区还需要进行2次以上茎叶除草处理，才能控制草害。
　   植保无人机日作业量是人工的10~30倍，普遍能达到200亩/天的作业量，部分企业的植保无人机能达到日作业量300亩以上，田块条件好、田间障碍物少的田块，采用自动飞行模式，甚至可以达到日作业量500亩以上。由于植保无人机具有强大的适时农药投放优势，可以在减少人工的情况下，实现封闭除草剂的及时喷洒，这将极大降低后期茎叶除草的成本和压力。
  　 茎叶除草处理时，植保无人机同样具备无与伦比的及时性和快速性，以25g/L五氟磺草胺可分散油悬浮剂为例，杂草草龄在2叶时，亩制剂用药量仅需40毫升即可（约12元），当杂草达到3叶时，亩制剂用药量需增加至60毫升，草龄达到4叶时，亩制剂用药量需增加至80毫升，温度高时，杂草从1叶到2叶仅需3～4天左右。如果水稻茎叶除草处理时遇到持续雨水天气，规模化种植户错过杂草处理时期，除草成本将成倍增长。新型施药机械的应用和普及不但对农药减量具有重要意义，同时还对种植户降低用药成本具有重大意义，一方面对大大提高水稻种植户的收益，另一方面能提升我国稻米在国际市场的竞争力。
  　 三是立体防控，实现水稻全程植保机械化。
      水稻病虫草害立体防控技术是根据我国植保方针“预防为主、综合防治”而制定的完整、科学的病虫草害防控技术，技术主要为根据水稻品种（包括生育期、抗虫性、抗病性等）、虫害发生情况、病害发生指数、草害发生情况（包括草龄、草相、抗性等）、作物苗情长势、以及施药前后天气状况（包括温度、湿度、降雨情况等）结合农药药性（包括农药品种、抗药性等、轮换用药策略、助剂选择、营养元素的搭配等）而制定的全生育期植保管理方案。立体防控技术有别于传统的见虫打药、发病治病的被动防治技术，是一项综合、科学、完整的主动防控方案，包括浸种、拌种处理、封闭除草、茎叶除草、作物生育期分段病虫综合防控以及作物营养搭配混用等。通过主动防控将病虫害发生持续压制在可控制范围内，减免突发、暴发情况出现，从而实现水稻全生育期减少1~2次用药。

“四融合”促植保无人机起飞
   
　　植保无人机是具有一定技术含量的植保机械，必须人（管理者、作业者）-机（植保无人机）-剂（药剂、助剂）-技（解决方案）“四融合”。
    
  　 人：植保无人机依然离不开人的操作和管理。尽管植保无人机智能化程度越来越高，如一键起飞，自主航线，智能喷洒等。但田间实际作业中由于种植结构复杂、地势高低不平，田间电线、电杆等障碍物较多依然存在大部分田块无法满足全智能化作业的条件，手动操作的情况还大量存在。手动操作一方面受飞手的水平影响，存在重喷、漏喷的情况。另一方面手动操作效率不高，飞手的效益不高。通过近几年的调查，普遍反应专业的植保服务组织和公司，均没有成熟的盈利模式或者盈利的组织都较少，而作为兼职型从事飞防服务的个人购机者都能有所盈利。主要原因是植保服务作为农业中的一个环节，作业周期段，特别是北方小麦、玉米等作物，一季打药次数仅1~2次，而每次作业的窗口期最多也就5~7天。专业的飞防服务公司雇用员工、购置设备，作业面积有限，据统计，大量植保无人机年作业时间不超过50天，年作业面积大多在1万亩以下，人员和设备闲置率较高，无法支撑整体运营。一些飞防服务组织根据作物种植时间不同，采取跨区作业的方式，以增加作业时间。但目前看依然存在较大问题，无法实现最终盈利。跨区作业表面上看增加了作业机会，但跨区作业过程中受病虫害发生情况、天气以及与当地种植户的沟通等因素的影响，实际增加的作业面积并不多，而且跨区作业路费、食宿等也是一笔较大费用，在飞防服务费不增加的情况，收益相对本地作业大大减少。此外，飞防服务组织还存在管理方面的问题，如团队外出作业，哪里的田块施药了，施了多少面积都无法掌握。某飞防服务组织就出现了飞手私自接单，并造成农户重大损失的事件。目前一些植保无人机企业开发了相应的管理软件，飞手和团队管理问题将得到解决。
   
  　 机：随着植保无人机近几年的发展，智能化程度越来越高，大部分植保无人机基本能满足植保作业的需求，但在喷洒系统的研究、设计方面还有很多工作需要做。
  　 目前全国植保无人机大约有300多家生产、组装企业。但具有自主开发能力，了解植保作业需求的并不多。大部分生产企业由航模转型而来，植保无人机主要通过简单的拼装而成，作业效率、效果相差较大。大多数植保无人机企业通过华丽的数据宣传作业效率，把植保无人机包装成为高大上的新型植保赚钱工具，而忽视了植保的根本是防治（预防）效果。实际上，不同的作物、不同的防治时期甚至不同的飞行参数，田间作业效果相差巨大。
  　 植保无人机分电动植保无人机和油动植保无人机。电动植保无人机的特点是无人机构造比较简单，便于维护保养，机器整体重量较为轻便，转场方便，尤其是复杂地形的作业。电动植保无人机可以适应较高海拔作业，目前测试的结果是在海拔4500米可以正常作业；缺点是电池成本较高，一般每天作业需要配备15~16块（组）电池，一次性购买电池的成本大约需要1.5万~2万元，而且目前锂电池续航时间还比较短，电池在反复200~300次的充电以后就要报废，所以在电池的处理方面，如何减少对环境的污染也是问题。
  　 油动植保无人机的特点是燃料易取，直接动力成本低于电动植保无人机，因重量较大，所以同等载荷的植保无人机油动机型的风场更大，下压效果更明显。缺点是发动机维护过于复杂、发动机寿命一般在300小时以内，超过300小时则需要更换发动机，而且100个小时以内需要对发动机进行保养，过程也较为复杂；由于植保作业是低速作业，发动机依靠风冷散热满足不了散热需求，在高温高湿季节作业风冷油动植保无人机有明显的不适应性，目前油动植保无人机大部分已经更换为水冷发动机也仅是有所改善而已，没有本质性解决散热和发动机寿命问题。油动植保无人机由于依赖于空气中的氧气进行工作，所以对高海拔的作业环境难以胜任。油动植保无人机是目前所有植保无人机中操作难度最高的一种机型。
  　 植保无人机喷洒系统中喷头主要有两种，一种是离心喷头，一种是压力喷头，其中压力喷头可分扇型喷头和锥型喷头。
       有关研究表明，不同防治对象适合使用不同的雾滴粒径。比如防治飞行类害虫的杀虫剂，雾滴大小10~50微米最佳，触杀性除草剂100~300微米最佳。因此，不同的作物、不同的防治对象需要选择不同的喷头。压力喷头就需要更换不同的喷嘴。而离心喷头则需要对电机的转速进行调整，从而获得不同大小的雾滴粒径。总体来讲，无论是压力喷头或者是离心喷头都各有优、缺点，只有正确、合理、科学使用，才能取得好的防治效果。
    
　　技：植保无人机首先是植保工具，是为植保所服务，要求防治（预防）效果放在第一位。近几年植保无人机负面新闻也较多，如新疆、河南、湖南等地都出现过植保无人机作业效果不好，漂移对周围作业产生药害，喷洒除草剂导致作业死亡等现象。植保无人机与传统的施药工具有很大不同，主要是喷洒浓度不一样，常规喷洒大多稀释倍数在500倍以上，而植保无人机大多稀释倍数在50倍以下。对药剂、助剂、喷头类型以及防治时期都有很大不同。
       湖南省农作物病虫害专业化防治协会和湖南中航飞防农机专业合作社通过大量的田间实践发现，同一种害虫，不同农药、不同靶标、不同的药液体浓度甚至害虫的不同时期，飞防方案都有所不同。比如水稻预防稻纵卷叶螟、纹枯病等叶片为害的病虫时，可采用扇喷头，亩喷洒药液量700~800ml能达到理想防效，甚至亩喷洒药液量500ml同样有效。但在防治二化螟、三化螟等钻蛀性害虫性必须加大田间药液喷洒量。田间应用表明，二化螟、三化螟发生基数较小时，选择适宜的药剂，亩喷洒量2~3L可达到理想防治效果。当二化螟、钻心虫发生基数较大时，亩喷洒量需要调整到3L以上才能有较好的防治效果。植保飞防是个系统工程，必须因地形、因作物、因病虫草害发生情况、因药剂性能以及植保无人机的特点，制定合理、科学的飞行参数，从而达到理想防治效果。
   
　   剂：由于植保飞防使用的药液浓度大，要求高浓度药剂不仅对作物安全和高效，而且还需要充分考虑其毒性以及环境安全性，充分评估其施药安全性和风险。要求农药成分具有活性高、广谱、低毒、低残留、亩用量少、具有内吸传导性、不易产生药害、对作物安全等性能。在药剂组合选择上，应根据有效成分本身特性，结合作物病虫害发生规律，重点关注有效成分的持效期，混用后不应对农作物产生不良影响，避免药害的产生，同时避免有效成分间的负交互抗性。由于飞防用药液浓度高，需要选择能够高浓度稀释而不容易堵塞喷头的制剂，并且在一定时间内不发生分层、析出和沉淀。对于含有有机溶剂的制剂，则要求有机溶剂低毒和密度较大。另外，对于2种以上不同制剂混合时，相容性要好，事先做好配伍性试验并在使用时进行2次稀释。植保无人机喷洒有一定高度，在风的作用下80～400μm的雾滴容易飘失，不仅造成防效低而且会造成药害和污染，所以要求飞防药剂具有抗挥发和飘失的性能，雾滴滴在植物表面是点状分布，而且在植物表面粘附性能好，从而提高农药利用率。如果药剂抗飘失性能差，可以加入专用的飞防助剂或设置不施药缓冲区。加大航空植保专用药剂和助剂的研发，是中国农药生产企业必做的功课。

  　 植保飞防施药需要解决的关键的问题：第一是在不同的作物上把农药稀释于载体中（如水）以多大的雾滴、浓度喷出去，效果更好；第二是把农药均匀地喷洒到作物的冠层里，使得农药雾滴在冠层中的里里外外、上上下下都沉积分布均匀，减少农药的流失。植保无人机的飞速发展的同时，植保飞防药剂还停留在常规施药状态。截至目前还没有植保飞防专用药剂登记。尽管有一些企业登记了超低容量液剂(ULV)，但也只能说明该剂型适合于飞防，而并非真正意义上的飞防产品，其登记材料、试验方案均按常规喷雾进行，实际登记结果也是常规喷雾药剂。目前植保无人机施药质量评价标准、药效评价体系、作业技术规程、飞防药剂田间试验标准、飞防药剂登记条例、毒性、环境、残留评价体系都还需要建立和不断完善。