电台片头+传授知识、智慧农民,倡导文明、和谐农村,这里是中央人民广播电台中国乡村之声《乡村讲堂》。
1.主持人:听众朋友、农民朋友们,大家好!我是节目主持人关常。
农药是一把“双刃剑”,使用得当,可以有效防治农作物病虫草害,为农业稳产高产提供保证。使用不当,错用、误用、乱用、滥用农药,则可能造成人员中毒、作物药害、农产品农药残留超标、环境污染等问题。
农药的使用涉及农药、药械、病虫害发生规律、使用方法、人员安全防护、环境因素等多个方面。为了让听众朋友们全面了解农药使用的安全要求,《乡村大讲堂》特别制作了《农药的科学使用》系列节目,从农药基础知识、农药选购、药械选购、药液配制、农药田间使用、安全防护等方面讲解农药的安全使用常识,欢迎您的收听!
今天来给大家介绍一下农药喷雾方法中的航空低量喷雾技术,做客我们节目的专家是中国农业科学院植物保护研究所袁会珠研究员,袁主任,您好!
专家:主持人好!听众朋友、农民朋友们大家好!
2.主持人:袁主任,在上一讲中您讲到了大田作物自走式喷杆喷雾技术,“机器背着人”完成喷雾作业,替代传统的“人背机器”的作业模式,那么有没有不用人下田喷雾作业的技术呢?
专家:还真让你说对了,农药的使用方法必然经过三个阶段:首先是人背机器;第二阶段是机器背人;第三阶段就是人机分离,也就是不用操作人员进入农田了。现在正在全国迅猛发展的无人机低空低量喷雾技术就是这种人机分离的模式,操作人员站在地头,通过遥控器操纵着无人飞机在农田喷洒农药,大家在中央电视台新闻节目中可能已经看到过这种画面了,农药喷雾也实现了高科技。
3.主持人:操作遥控器就把农药喷洒到农田中了,真正把农民从繁重的背负喷雾器喷雾作业中解放出来,真是太好了!那这种用飞机喷洒农药是从什么时候开始的呢?
专家:这就需要讲解一下航空喷雾技术的历史了。
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。1990年,日本山叶公司率先推出世界第一架无人机,截止到2005年10月底,日本登记在册的农用无人驾驶直升机仅 YAMAHARMAX 系列就有1200多架。
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。我国上世纪50年代就已经开展航空施药技术的研究和应用,由于各种因素的限制,目前我国在农林应用上的飞机还是以固定翼飞机、有人直升机、动力三角翼及滑翔伞等有人驾驶的飞机为主,小型无人直升机在农业上的研究和应用还处于初级研究阶段。2012年,无人机喷雾技术因其便捷、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。
主持人:哦,原来飞机喷雾都有这么长的历史了,那么航空喷雾采用的飞行器都有哪些呢?
专家: 目前我国航空施药采用的航空器有:定翼式施药专用飞机、定翼式多用途飞机、旋翼式直升机、动力三角翼、动力伞、无人驾驶飞机等六类。
主持人:好,那下面我们就通过一个片花来了解一下目前我国航空施药采用的航空器。
【片花】1)定翼式施药专用飞机,一般装备单台发动机,功率110~440千瓦,作业飞行速度100~180公里/小时,载药量300~800千克。这类飞机结构轻巧,飞行机动性灵活,驾驶安全,施药设备配置合理,施药质量好,作业效率很高,适合于作物单一、种植面积大,施药次数多、作业季节较长的农场和林场使用。
定翼式多用途飞机,发动机功率440~730千瓦,农用载重量1000~5000千克,飞行仪表齐全,速度快、航程远,除能喷撒农药外还可用于客货运输、防火护林等,也是目前使用最多的一类飞机。我国生产的运五、运十一等均属此类飞机。
旋翼式直升机,飞行机动灵活,能利用旋翼产生的下降气流把农药微粒吹送到植物冠层内部。适合于地型复杂、地块小、作物交叉种植的地区使用。但直升飞机造价昂贵,运行成本高,因此,只有少数国家用于农药喷撒。
动力三角翼,也称动力悬挂滑翔机,具有机动灵活、运输方便、低成本、低空低速、安全可靠等性能特点。
动力伞一般是由滑跑系统、机体、伞具、动力系统、操纵系统和仪表构成。是最早的动力飞机。轮式动力伞具有安全、容易操作、起降场低要求低、维护方便、储运简单、方便的特点,因此被作为新型喷雾植保机械来应用,能有效降低劳动强度、减少作业成本、提高生产效率。
广西田园生化股份有限公司2013年以来,采用动力伞在东北玉米田、华北小麦田、江西水稻田大面积开展了动力伞喷雾作业,动力伞具备起降灵活、简便、经济、安全、环保的特性,对不同经济地理环境具有广泛适应性。它可持续在农作物上方2至3米的低空平稳飞行,实施垂直加压式喷洒;一次起降只需要20多分钟,能够作业150~200亩左右;每架植保动力伞日作业能力1500至3000亩,大大降低作业人员劳动强度,同时大幅提高作业效率,特别适合专业化植保服务组织、种植大户、农场主及农资经销商运营使用。 广西田园生化股份有限公司在全国已经组建了20个植保动力伞防控专业队。
农用无人驾驶飞机
农用无人驾驶直升飞机,十一五期间,在国家863项目的资助下,中国农业科学院南京农业机械化研究所研制成功农用无人驾驶直升飞机。其雾化部件采用离心雾化喷头,药箱容量为20升,喷雾飞行高度为3米,飞行速度3-4米/秒,可实行智能导航,操作人员只站在防治田块的边缘,即可通过遥控装置控制飞机飞行、喷雾,是目前最先进的航空施药方法。
6.主持人:刚才我们了解了这么多航空器用于植保作业,那么航空施药技术有哪些优势呢?袁主任
专家:具体来讲,航空施药有三方面优势:一是高效及时,它能以人工防治几十倍的速度迅速、有效的杀灭大面积爆发的有害生物,一次性完成大面积的农田和森(果)林的病虫害的防治任务,可及时有效地控制大面积的病、虫、草害。二是适应性强,航空施药装备能在地面装备不能进入的各种地形区域之内及作物不同生长期作业。一般不受太多因素的影响,不损伤作物,避免了地面作业中因碾压作物等问题造成的产量损失。三是经济环保,与常规施药方法相比,由于航空施药多采用低量喷洒技术,单位面积施药量少,每亩大约200~400毫升药,甚至更少,节省农药40%左右,降低环境污染,减少农药残留量,自动化程度高、单架飞机防控面积大,单位防治面积的功率消耗低,同时节省人力与工时。
7.主持人:在今天的节目时间里,我们为您介绍农药喷雾方法中的航空低量喷雾技术,做客我们节目的专家是中国农业科学院植物保护研究所袁会珠研究员。在前面的节目时间里,我们为听众朋友们介绍了航空喷雾作业的概念。航空喷雾在天上飞行作业,我想在喷雾用水量方面肯定与地面不一样吧。
专家:是的,航空器在空中飞行作业,假如喷雾时用大量的水稀释农药,那么飞机负载太重,将影响作业效率,因此,航空施药开始阶段采用粉剂,后面发展成低容量、超低容量喷雾技术。
我国航空喷雾技术是在航空喷粉的基础上发展起来的。从上世纪50年代初期至60年代中期,我国农业航空主要喷撒粉剂用于灭蝗,但随着蝗害得到有效控制和航空喷粉对环境的重度污染,航空喷雾开始出现,并逐步取代航空喷粉。航空喷雾取代航空喷粉,这主要是取决于航空喷雾的优势,航空喷雾可根据作业对象的不同,调控雾滴大小,且喷液雾滴较粉剂在作物表面有更好的沉积和附着,造成的农药飘移和对环境的污染也较少,因此作业质量和效果较好。
航空喷雾取代航空喷粉,为农业航空技术的发展提供了广阔空间,是农业航空技术的一大进步。上世纪70年代中期以后,我国农业航空喷雾作业由常量喷雾向低容量和超低容量发展,在此之前,飞机喷雾均采用常量作业,一般每公顷喷施量为30~40千克,架次作业面积25~30公顷,虽然作业效率比地面人工作业高很多,但在作业集中繁忙季节,因飞机作业面积大、时间紧,往返场空中耽误时间多,往往错过防治适期,因此,常量喷雾仍然不能满足农业生产上适时施药的需要,减少单位面积的喷施量,进一步提高作业效率,成为当时航空喷雾技术发展面临的重要课题。随着1975年航空超低容量喷雾试验的成功和推广应用,我国农业航空喷施技术的发展步入了一个新的历史时期,推动了飞机作业项目的多元化。特别是飞机超低容量技术在水源缺乏和作业区较远的地区的应用,显示了其不可替代的优势,在防治森林病虫害、草原蝗虫、蚊蝇及疫情消毒方面也发挥了突出的作用,这在1976年我国唐山发生大地震时,出动农用飞机超低容量喷洒马拉硫磷杀灭蚊蝇、控制疫病流行的过程中得到了最好的印证。
8.主持人:袁主任,那航空喷雾所用的农药剂型与地面喷杆喷雾机的剂型一致吗?
专家:飞机喷雾技术中,因喷雾高度远高于地面喷杆喷雾,喷洒出去的农药雾滴蒸发萎缩现象突出,在上面讲到的无人驾驶直升飞机飞行高度5米的防治效果相比飞行高度3米的防治效果就差,其原因就是雾滴蒸发萎缩变小,不能很好地沉积分布在靶标区。试验研究表明:当雾滴粒径<30mm时,雾滴飘失严重;当雾滴粒径<10mm时,雾滴不能沉降到地面。对于飞机喷雾技术来说,就需要对农药药液进行优化,提高药液的黏度,克服雾滴蒸发。
最早的航空施药,主要是飞机喷粉技术,以喷撒粉剂农药为主。20世纪50~80年代,国际上航空施药主要是喷洒超低容量制剂(ULV)为主,现在,我国登记注册的超低容量制剂有两个品种:0.4%氟虫腈ULV和45%毒死蜱ULV,超低容量制剂多采用高沸点油质溶剂配制,农药有效成分溶解分散在油质溶剂中,形成均一稳定的液体制剂,不含或少含助剂,喷雾时直接使用,无需稀释。20世纪80年代以后,很多科学家研究了水基制剂飞机喷雾技术,可以选择的农药剂型有悬浮剂、微乳剂、水乳剂、水剂等常规农药剂型,通过“水溶性抑制水分蒸发剂+液用农药制剂+水”的农药药液配制方式,可抑制雾滴在空中降落过程中的水分蒸发损失,保持雾滴的适当直径,可使雾滴正常地降落至地面。
中国农业科学院植物保护研究所农药科学家们于20世纪80年代,通过(1)黏度测定、(2)抑制水分蒸发效能测定和(3)配方塔试验等手段,筛选出(1)波美10度的纸浆废液、(2)波美36度废糖蜜和(3)甘油等抑制水分蒸发抑制剂。他们把筛选到的水分蒸发抑制剂与水基农药制剂混用,成功地研究成功了水基飞机喷雾技术,用于小麦蚜虫、小麦锈病等重大病虫害的防治,取得了很好的效果。20世纪90年代,他们又研究测定了黄原胶(xanthan gum)对农药药液的黏度的影响规律,研究了尿素、食盐抑制农药雾滴水分蒸发的效果,发现尿素对雾滴水分蒸发的抑制效果好于黄原胶,进一步研究提出了更实用的基于添加尿素的飞机喷雾技术。采用40%氧乐果乳油飞机喷雾防治小麦蚜虫,飞机飞行高度5-7米,在药液中添加不同浓度的尿素、不同空气湿度条件下,在没有添加尿素时,尽管雾滴密度也达到了25.8粒/cm2,但对小麦蚜虫的防治效果只有79.6%;但在40%氧乐果EC药液中添加了10%尿素后,雾滴密度由一定的增加,达到了27.6粒/平方厘米,防治效果高达94.4%。可见添加抑制水分蒸发抑制剂对于水基农药制剂飞机喷雾技术非常重要。
航空喷雾技术的需求,中国农业科学院植物保护研究所研究发明了一种同时含有粘结性、增重性及凝聚性成分的雾滴蒸发抑制剂,该抑制剂主要通过改变药液的重量和粘度从而抑制雾滴在降落过程中的蒸发。用此抑制剂后,药液粘度稍大,减少了颗粒自由活动的空间,也就减少了水分子的运动,进而减少水分的蒸发。经雾化后,小雾滴数减少,重量增加,雾滴尺寸比较均匀,会很好的沉降到作物上。
9.主持人:现在无人直升机喷药非常受关注,袁主任您可以讲解一下无人机施药的情况吗?
专家:好的。无人机喷雾非常方便,现在各种的无人飞行器发展很快,全国有超过200多家的企业在生产无人机用于农业病虫害防治,生产的无人机有单旋翼油动无人直升机(即有汽油机为动力)、单旋翼电动无人直升机、电动多旋翼无人直升机(其中有四旋翼、六旋翼、八旋翼、二十四旋翼机等)等,操控模式上有手动遥控,也有自动导航无人机,价位从几万元到几十万元不等,用户可以根据情况选择。
10.主持人:看来无人飞行器发展还是很快的,那目前我国无人机喷药防治病虫害的研究有哪些进展呢?
专家:我们这几年开展了无人机喷药防治病虫害的试验,简单介绍如下:
我们在玉米田研究比较了几种无人机喷雾效果,所用农药为4.5%高效氯氰菊酯微乳剂,药液配制时添加了航空喷雾助剂。
试验无人机有三种类型:一是WSZ-2410电动24旋翼(山东卫士植保机械有限公司):多旋翼无人机的一种,作业安全稳定、维修方便,含有3个旋转离心是喷头,采用高效储能聚合物电池作为电源,作业时间可达15~20分/架次,有24个碳纤维旋翼。二是VH-2型无人机(北方天途航空技术发展有限公司):油动型单旋翼无人直升机,以燃油方式供能,装有6个液力式喷头,续航时间达1.3小时/架次。三是EH-3型无人机(北方天途航空技术发展有限公司):电动型单旋翼无人直升机,同样采用高效储能聚合物电池功能,装有4个液力式喷头,为纯碳结构,续航时间为30分/架次。
主持人:袁主任,您刚才介绍的这几种机型的使用效果如何呢?
专家:WSZ-2410型无人机(24旋翼机)在1米、2米、3米三个飞行高度下施药,雾滴沉积基本呈正态分布。飞行高度在1~3米范围内,喷幅随着飞行高度的增大而增加,相应的在喷幅范围内雾滴沉积密度随着飞行高度的增大而降低,且喷雾均匀度也受到一定影响。从喷幅内各样点雾滴沉积密度比较可知,飞行高度在1~2米范围内时,雾滴沉积密度变异系数由75.24%降为65.72%,即飞行高度在1~2米时,随着飞行高度的增大,喷雾更为均一;而飞行高度增大至3米时,变异系数升高为78.26%,喷雾均匀性又呈现降低趋势。
飞行高度为1米时,在样点0处(即飞行航线中心)雾滴沉积密度最大,为75.4±7.7个/平方厘米,在样点-2~1区间范围内,雾滴沉积密度均达到30个/平方厘米以上,此时喷幅为4米;高度处理为2米时,在样点0处的雾滴沉积密度衰减为62.0±9.8个/平方厘米,在样点-2~1区间范围内,雾滴沉积密度和飞行高度在1米时基本一致,也在30个/平方厘米以上,而在样点-4、-3、-2、1、2雾滴沉积密度相对1米时有所提高,此时喷幅仍为4米;飞行高度为3m时,在样点0处雾滴沉积密度进一步衰减为45.3±4.5个/平方厘米,仅有样点-1、0在30个/平方厘米以上,喷幅范围内多数样点雾滴沉积密度低于1米、2米高度处理,此时喷幅为4.5米。总之,飞行高度为2米时,喷幅较大且喷雾均匀度最佳。
12.主持人:看来实验数据还是非常全面的啊。那有没有实际的使用案例呢?
专家:2013年8月在河南省新乡县开展了利用TXC-8-5-0-1八旋翼无人机喷洒3%苯氧威乳油防治玉米螟的田间药效试验。试验研究了飞行高度、稀释倍数、喷雾助剂等因素对雾滴沉积分布及防治效果的影响,结果表明:八旋翼无人机防治玉米螟最佳飞行高度为距离玉米冠层1米;当每公顷施药液量为12000毫升、15000毫升时农药雾滴在雌穗沉积密度分别为20个/平方厘米、24个/平方厘米,防治效果分别为79.6%、76.3%,在防治效果相当的情况下作业效率分别为24min/ha、30min/ha;加入喷雾助剂可以把玉米雌穗的雾滴沉积密度提高至26个/平方厘米,在保证施药液量不增加、作业效率不降低的情况下,防治效果有一定提高,达到83.3%。
13.主持人:在今天的节目时间里,我们为听众朋友们介绍了航空低量喷雾技术。如袁主任所讲,随着农村经济的发展以及土地流转,航空飞机喷雾这种高科技将被大家所接受。好,今天的节目就到这里,谢谢袁主任的精彩讲解!
专家:不客气。听众朋友、农民朋友们,再见!、
好,听众朋友,又到了节目结束的时候了,感谢今天专家的精彩介绍,同时也感谢听众朋友您的收听!如果对节目有什么意见或建议,需要了解节目相关资料、收听更多的节目,与我们在线交流互动,您可以登录中国农村远程教育网、央广网,可以关注《乡村讲堂》新浪微博,关注“中央农广校—乡村讲堂”微信公众账号。同时欢迎您关注“中国新型职业农民”微信公众账号,了解更多培育新型职业农民的服务内容。我们的通讯地址是:北京市朝阳区麦子店街农业部北区24号楼,中央农业广播电视学校广播教育中心,邮政编码:100125,热线电话是:010-59196068转8008。欢迎您继续收听中国乡村之声的其他精彩内容!