袁会珠，中国农业科学院植物保护研究所农研究员，博士生导师，农业农村部农药研制与施药技术重点实验室学术委员会主任。社会兼职有：国家航空植保科技创新联盟副理事长，中国植物保护学会常务理事，北京农药学会副理事长，中国植物保护学会植保产品推广工作委员会主任委员，中国农药发展与应用协会植物健康专业委员会主任委员等；担任《植物保护学报》、《农药学学报》、《植物保护》、《农药科学与管理》等学术期刊编委。长期从事农药使用技术研究工作，主持承担了国家自然科学基金、973计划项目、863计划项目、公益性（农业）行业科 研专项等项目，在新农药筛选与作用机理、种衣剂和省力化农药制剂、农药喷雾检测、植保机械与施药技 术等方面都有比较深入的研究。以第一作者或通讯作者在Journal of Agricultural Science, Pesticide Biochemstry and Physiology，Pest magegement science 等专业领域核心期刊发表SCI论文16篇。获得国家发明专利6项，外观专利1项；主编《农药应用指南》、《农药使用技术指南》、《现代农药应用技术图解》、《农药安全使用知识》等著作4部。获得2008年获得国家科技进步二等奖、科技部评选为的2013年全国优秀科普作品、2014年中国植物保护学会科普奖、2015年中国农药工业协会技术创新奖一等奖、2015年中华农业科技奖一等奖。
病虫草害与农作物生产相生相伴，给
农业生产带来了极大危害，化学农药的使
用则是防治病虫草害的重要方法，每年为
农作物生产挽回30%的损失，诺贝尔奖获
得者、著名小麦育种学家诺尔曼·布劳克
（Norman E Borlaug）评价到“没有化学
农药，人类将面临饥饿的危险”[2]。日本
植物保护协会1990-2006年的研究表明，
停止农药的使用，将损失果品66%-90%,，
蔬菜36%～100%，粮食24%～36%[3]。可预
见的历史时期内，农药的使用仍将是防治
病虫草害最有效的手段之一。
面对如此严重的病虫害防治情况，我
国的农药使用量位于世界前列。由于我国
植保机械和施药水平远低于发达国家的平
植保无人飞机的推广应用对于提高我国农药利用率的作用 袁会珠1，郭永旺2，薛新宇3，闫晓静1，陈 昶1，孔 肖1，王 明1，周 洋1
1.中国农业科学院植物保护研究所，北京100193，
2.全国农业技术推广服务中心，北京，100126，
3.农业农村部南京农业机械化研究所，南京，210014
均水平，普遍采用背负式手动喷雾器等大
容量、大雾滴喷雾技术，药液流失严重，
农药利率低，施药过程中的药液流失到土
壤和飘失到环境中，这不仅造成了农药的
大量浪费，还严重影响了非靶标区敏感作
物的生长，造成了生态环境的污染[4]。
化学农药带来的负面影响越来越受到
我国政府和广大人民的重视，因此越来越
多的人开始着手如何通过农药制剂、植保
机械、施药技术等方面研究来减少农药的
这些负面影响。随着我国科学技术的发展
和农业现代化进程加快，农业新型经营主
体快速发展，农村劳动力短缺和快速发展
的专业化统防统治工作的需求，作业效率
高、适用范围广、节水、节药环保型、用摘要：施用农药是防病治虫的重要措施，事关农业生产安全、农产品质量安全和生态环境安全，社会各界高度关注。喷洒农药后沉积在靶标作物上的农药量占施用总量的比例，称为农药利用率，是衡量农药使用水平高低的重要指标。研究分析表明，影响我国农药利用率主要因素主要有四方面：（1）农药使用方法，如大容量喷雾、低容量喷雾等；（2）农药制剂水平和喷雾助剂性能；（3）农药使用者知识技术水平；（4）农药使用的规范化组织水平。基于对影响农药利用率影响四方面因素分析，项目组研究建立了农药利用率计算数学模型。多年多点田间试验结果表明：与地面常规背负式大容量喷雾方式相比，植保无人飞机低空低容量喷雾技术在水稻、小麦、玉米等作物病虫害防治中农药利用率分别达到了49.1%、57.1%、52.7%，显著高于地面背负式常规喷雾技术。植保无人飞机的推广应用，对于我国农药利用率的提升发挥了重要作用，使我国农药利用率在提高到了38.8%，为实现农药使用零增长目标做出了贡献[1]。
关键词：植保无人飞机；低容量喷雾；农药利用率；农药雾滴
基金项目：农药减施增效技术效果监测与评估研究（2016YFD0201305）；农业航空低空低容量喷雾技术（2016YFD0200703）
DOI:10.16815/jki.11-5436/s.2018.09.008
工少的植保机械得到迅速发展，尤其是植保无人飞机的发展尤为迅速[5]。
一、植保无人飞机低空低容量施药技术
飞机喷雾是一种高效、快速、便捷的施药方法，其特点是效率高、效果好、立体性强、不损伤作物、劳动强度低、一机多用等。1911年，德国林务官阿尔福莱德·齐梅尔曼首先创意，利用飞机喷洒农药悬浮剂和农药粉剂，以防治害虫，保护森林，农用航空拉开了历史序幕。在此之后，苏联、加拿大、美国等也先后开展了农用航空的研究，我国自1952年开始，也采用固定翼飞机从事农药喷撒防治病虫害，并且在上世纪80年代后得到了快速发展。
1990年，日本山叶公司率先推出世界第一架无人飞机，截止到2015年10月底，日本登记在册的农用无人驾驶直升机有2799架，年喷药防治面积达到了106万公顷。无人机航空施药的全过程可在飞行控制系统（包括IMU、磁力计、GPS、计算机等）、喷雾装备伺服系统等电子设备的控制下自动完成，不需要
飞行员在机舱内驾驶，操作人员只需在地面控制站通过无线遥测系统发出指令来控制无人机的动作，操作更加简便，并且不用担心飞行员中毒、伤亡等问题。
我国植保机械当前正经历着“人背机械”（背负手动式）向“机械背人”（自走风送式）、“人机分离”（无人机、智能机器人）的转变。无人机喷药因其便捷、省工、省时、高效等优点受到了政府官员、农药企业、种植大户等多方面的关注。我国无人机航空植保迅猛发展，无人机农业航空技术产品与材料的生产企业超过400多家，无人机航空植保作业在各地广泛应用。植保无人飞机从机型上可分为单旋翼无人机和多旋翼无人机，多旋翼无人机分为4旋翼、6旋翼、8旋翼、16旋翼、24旋翼等多种；从动力上可分为
油动和电动，油动方式以小型汽油机为动
力，续航时间长、工作效率高，电动方式
操作简便、续航时间短（十几分钟）；操
控方式分为全自主自动和手动控制，载药
量有5L、8 L、10 L、12 L、15 L、16 L、
18 L、20 L、25 L、30 L、40 L和45 L等多
种，目前，我国70%旋翼喷雾机载荷在10
L左右。植保无人飞机喷雾的喷头主要有
圆锥雾喷头、扇形雾喷头、离心雾化喷头
三种，喷雾液泵有隔膜泵、齿轮泵、蠕动
泵三种。截止2017年底，我国植保无人飞
机保有量达到13340架，2018年还在快速
发展中，植保无人飞机喷雾作业面积超过
7000多万亩次。
植保无人飞机施药作为一种低容量和
超低容量施药技术[6]，亩施药液量在30L/hm2
以下，相比传统的大容量喷雾，其节水在
90%以上；由于植保无人飞机具有更佳的
雾化系统，产生的雾滴更小，而且其喷洒
的均匀性也远远好于背负式喷雾器；植保
无人飞机施药单位面积施药液量少，作业
效率很高，现有植保无人飞机1 h 可以完
成8~10 hm2的农药喷洒作业，其效率要比
传统作业高出至少50~60倍；另外，植保
无人飞机飞防作业，避免了施药人员与农
药的直接接触，大大降低施药人员由于过
量接触农药而导致的农药中毒的情况。
二、影响我国农药有效利用率的
因素分析
2.1 农药利用率的概念[7]
2.1.1 广义的农药利用率
广义的农药有效利用率是指真正发挥
病虫草害防治效果的药剂占所使用药剂总
量的比值。
2.1.2 农药利用率的狭义涵义
农药使用的目标是病虫草等有害生
物，但在现有的技术水平条件下，人们很
难把被防治害虫或病原菌作为农药喷雾的
靶标，一般把作物株冠层视为农药雾滴沉
积的靶标。因此，本文重点讨论在农药喷
雾技术条件下的农药利用率，称之为狭义
涵义的农药利用率。在一块农田中，喷洒
后沉积在作物上的农药量相对于施药总量
之比值，称为“农药利用率”（国际上也
称为“沉积回收率”），这是衡量农药使
用水平高低的基本参数。
2.2 农药药液的运动过程
为研究农药有效利用率，首先要了解
农药喷雾技术中的“剂量传递”过程农药
药液在从药液箱向作物叶片表面沉积的过
程中，喷雾机具性能、操作条件、气象条
件、植株冠层结构、叶片表面特性等都对
其有影响；在这个过程中，会发生药液滴
漏、雾滴飘移、雾滴弹跳、雾滴聚并流失
等现象，农药损失严重，只有一部分的农
药能够沉积到农作物叶片表面，更少的药
剂才能沉积到目标害虫或进入植物体内，
真正到达有害生物作用靶标的药剂量微乎
其微。Mectcalf估算，从施药器械喷洒出
去的农药只有25%~50%能沉积到作物叶片
上，不足1%的药剂沉积到靶标害虫上，只
有0.03%的药剂能真正发挥杀虫作用[8]。
2.3 我国的农药利用率计算的数学
模型
影响我国农药有效利用率的因素包括：
农药喷洒操作水平、农药剂型、施药技术
等。 依据影响农药有效利用率的因素，我
们提出了农药有效利用率计算的数学模型：
式中：
PEj：某种作物的农药有效利用率
γ ：农药喷洒操作水平影响因子
：农药剂型优化后的增效系数
Si/S：喷药方法在某种作物病虫防治
上的使用权重
: 为施药机械农药利用率实测值。
2.4 农药喷洒操作水平
长期以来，农作物病虫害防治一直是以一家一户的分散防治为主，防治效果不理想、防治装备和水平低、作业风险大，而且传统的植保是“淋洗式”地将农药喷洒到农田里，会造成严重的土壤和水资源污染。统防统治方式则是根据作物病虫害发作规律选择作业时间，科学配置农药和用量，进行大范围集中喷施，大大降低成
本，提高了农药利用率和防治效果。在全国各地专业化的统防统治正大力开展起来。植保无人飞机技术的引用，进一步推进了农作物病虫害专业化的统防统治。植保飞防服务在节省农药、高效率作业、提高防治效果等方面很具有优势[9]，特别是对大面积突发性病虫害的防治具有不可替代性。可以说，大面积统防统治，飞防是目前最行之有效的措施[9-10]。
图1农药从药液箱向靶标生物的剂量传递过程示意图
图2植保无人飞机在三大作物田中的施药作业
2.5 农药制剂和助剂
目前适合于植保无人飞机飞防的专用农药剂型很少，大部分飞防时采用的还是常规剂型加喷雾助剂的模式，但一些常规的剂型如粉剂在飞防过程中容易造成喷头的堵塞，而一些水基化的农药剂型适合应用在飞防上。近年来，我国登记农药剂型正朝着环境友好的方向发展[10]，传统的农药剂型如乳油和可湿性粉剂的登记比例在逐年下降，而一些环境友好的水基化的农药剂型如悬浮剂、微乳剂和水分散粒剂等的登记比例在逐年增加，且飞防过程中，加入专用的飞防助剂，可以有效的增加药液的黏着性和铺展性，减少雾滴的漂移，对于提高
农药有效利用率作用显著[11-12]。
2.6 施药技术
施药技术是影响农药利用率的最重要的因素，常规大容量、大雾滴喷雾技术，农药药液流失严重，低容量、细雾滴喷雾技术可以有效克服药液流失，提高农药雾滴在作物冠层沉积分布均匀性，提高农药利用率。近年来，我们在全国多地开展了植保无人飞机在小麦、水稻和玉米三大作物喷雾防治病虫害的农药利用率测定工作，结果如下：
2.6.1 植保无人飞机施药在小麦上的农药有效利用率
试验结果表明，喷杆喷雾机与无人机不添加助剂处理在小麦植株上的沉积率大约在
70%~75%之间，而添加助剂的处理能明显增加雾滴在小麦植株上的沉积，当添加助剂以后，在小麦植株上的沉积率提高到82%左右，由此可知添加助剂处理能够有效提高雾滴在
靶标上的沉积。同时由地面流失率结果可知，喷杆喷雾机在地面的流失量显著高于无人机处理，而无人机雾滴粒径较细，流失量较少，更多的雾滴由于蒸发、漂移而损失。
表1 小麦病虫害防治时无人机低容量喷雾法的农药利用率
表2 水稻病虫害防治时无人机低容量喷雾法农药利用率
试验序号
试验日期试验地点小麦生育期测定值（%）
12014-4-24河南新乡灌浆期76.3%22014-4-24河南新乡灌浆期81.3%32015-4-25陕西三原灌浆期65.2%42015-4-25陕西三原灌浆期60.0%52015-4-26河南兰考灌浆期72.3%62015-4-26河南兰考灌浆期7
5.7%72015-5-7山东淄博孕穗期43.2%82015-5-7山东淄博孕穗期48.1%92015-5-7山东淄博孕穗期38.5%102016-4-29陕西渭南灌浆期42.6%112016-4-29陕西渭南灌浆期41.2%122016-4-29陕西渭南灌浆期40.1%132016-5-4河南安阳灌浆期57.6%142016-5-4河南安阳灌浆期71.2%152016-5-4河南安阳灌浆期86.5%162016-5-4河南安阳灌浆期87.9%172016-5-4河南安阳灌浆期86.0%182017-4-13湖北天门孕穗期22.1%192017-4-13湖北天门孕穗期25.0%202017-4-18河南长葛扬花期38.2%212017-4-18河南长葛扬花期42.7%22
2017-4-18
河南长葛
扬花期
53.7%平均值
57.1%
2.6.2 植保无人飞机施药在水稻上的农药有效利用率
在全国各地开展的35个水稻试验数
据见表2。试验结果表明：且植保无人飞机水稻低容量喷雾的农药利用率范围在31.3%~72.5%，不同生育期测定结果不
同，全部试验结果的平均数为49.1%，水稻田植保无人飞机喷雾的农药利用率高于地面喷雾技术。
试验序号
试验日期试验地点水稻生育期测定值（%）
12015-5-25广西南宁孕穗期56.2%22015-5-25广西南宁孕穗期61.1%32015-7-20四川绵阳孕穗期35.5%42015-7-20四川绵阳孕穗期36.0%52015-7-20四川绵阳孕穗期36.0%62016-5-21广西钦州孕穗期59.1%72016-5-21广西钦州孕穗期57.4%82016-5-21广西钦州孕穗期63.8%92016-6-6江西南昌分蘖期31.3%102016-6-6江西南昌分蘖期25.9%112016-6-6江西南昌抽穗期34.3%122016-6-13江西上高抽穗期37.5%132016-6-13江西上高抽穗期60.1%142016-6-13江西上高抽穗期31.8%152016-6-13江西上高抽穗期33.3%162016-6-13江西上高抽穗期39.9%172016-8-16江西九江扬花期44.7%182016-8-16江西九江扬花期62.9%192017-6-6广西柳州孕穗期68.1%202017-6-6广西柳州孕穗期64.8%212017-6-6广西柳州孕穗期18.4%222017-6-6广西柳州孕穗期41.2%232017-6-6广西柳州孕穗期72.6%242017-6-6江西瑞昌分蘖期40.7%252017-8-1江西瑞昌孕穗期70.3%262017-8-20江西瑞昌扬花期69.6%272017-6-6江西瑞昌分蘖期46.3%282017-8-1江西瑞昌孕穗期58.9%292017-8-20江西瑞昌扬花期57.8%302017-6-6江西瑞
昌分蘖期38.0%312017-8-1江西瑞昌孕穗期52.1%322017-8-20江西瑞昌扬花期66.4%332017-6-6江西瑞昌分蘖期45.6%342017-8-1江西瑞昌孕穗期48.9%35
2017-8-20
江西瑞昌
扬花期
53.0%平均
49.1%
表3 玉米病虫害防治时无人机低容量喷雾法农药利用率
2.6.3 植保无人飞机施药在玉米上的农药有效利用率
玉米田比较了不同植保机械田间喷雾时的农药利用率，结果显示，植保无人飞机喷雾处理的有效利用率较其他几种植保机械
3 小结
植保无人飞机作为一种高功效的植保机械，其特点是工作效率高、人力投入
高，变异系数较其他几种植保机械低。而其他几种植保机械喷雾属于大容量喷雾，雾滴在玉米叶片上容易发生聚并而流失。变异系数反应了喷雾的均匀性，加农炮和风送式喷雾机由于受风速的影响较大，雾滴容易发生
漂移，导致喷雾的均匀性较差。水雾机和背负式电动喷雾器喷雾对靶性很强，喷雾时距离玉米叶片较近，而且施药量较大，导致药液的流失较多，雾滴的有效沉积率较低，所以，玉米后期施药植保无人飞机具有一定优势。
试验序号
试验日期试验地点玉米生育期测定值（%）
12015-7-21山东兰陵抽丝期35.1%22017-8-13山东德州大喇叭口期61.8%32017-8-15山西忻州大喇叭口期62.7%4
2017-8-15
山西忻州
大喇叭口期
51.3%平均
52.7%
少、处理面积大，以最少的人力投入、用最短的时间、在不污染环境的的前提下处理最大面积的农作物，带动了我国专业化防控组织的发展，提高了我国的农药使用
技术水平。植保无人飞机的推广应用，对于我国农药利用率的提升发挥了重要作用，使我国农药利用率在提高到了38.8%，为实现农药使用零增长目标做出了贡献。
【参考文献】：
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[引用信息] 袁会珠，郭永旺，薛新宇等. 植保无人机的推广应用对于提高我国农药利用率的作用[J].农业工程技术,2018,38(09): 46-50.
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