基于無人機的水稻直播技術(shù)的研究應(yīng)用與探討

鄒海龍 孫濤 趙福根 張明 李雙銳

摘要：無人機的直播稻技術(shù)是當前農(nóng)業(yè)機械化快速發(fā)展的新型技術(shù)之一。利用農(nóng)用無人機將稻種均勻播散在田內(nèi)，優(yōu)勢為節(jié)本增效、勞動強度低、智能化、顯著增加了稻農(nóng)收益。該生產(chǎn)方式使得繁重、勞動強度高的傳統(tǒng)水稻生產(chǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)檩p簡化、機械化、規(guī)?；乃旧a(chǎn)。本文主要從幾個方面闡述無人機的水稻直播技術(shù)的關(guān)鍵點，同時依據(jù)現(xiàn)有問題提出一些展望。

關(guān)鍵詞：水稻;無人機;直播

我國是世界上水稻種植面積最大的國家，但機械化水平相比歐美等國家偏低。水稻生產(chǎn)機械化，需因地制宜地選擇稻種，選用合適的農(nóng)用無人機。隨著社會的發(fā)展，無人機水稻直播在我國現(xiàn)代化種植中普及程度顯著提高成為我國水稻的增產(chǎn)增效的有效舉措之一[1-4] 。我國山地居且落差大，泥沼田多且形狀不一也不連片，大中型的直播機械陷車情況普遍，阻礙著我國農(nóng)用直播機械全面推廣的進度[5] 。我國某泥沼田，存在危害人身健康的微生物和有毒蟲體。因此使用農(nóng)用水稻直播機無需操作員[6-7]進入田間，遠程操控進行勞作，既保障了操作員的安全，又降低勞動強度，其現(xiàn)代化程度高，且大幅度提高生產(chǎn)效率，水稻生產(chǎn)也趨于規(guī)?；M而促進農(nóng)民增產(chǎn)增效增收。21世紀初農(nóng)用無人機在植保方面得到應(yīng)用，隨著自主控制、航空精準定位、農(nóng)田遙感數(shù)據(jù)信息、氣象信息等技術(shù)的深度開拓使得無人機在作物授粉、作物數(shù)據(jù)采集、牧群定位、林業(yè)及電路巡檢、作物智能巡查等方面得到了深度應(yīng)用[6-9]。目前以大疆農(nóng)業(yè)為首的無人機公司推出無人直播機，進行示范推廣后，提出行業(yè)應(yīng)用標準，進而推動水稻直播化的發(fā)展。以大疆T20一天工作8h為例，水稻種子在0.5～5mm的情況下其播種作業(yè)每公頃耗時平均為6min， 播種效率較地面行走式直播機具提高 30倍以上、較人工撒直播提高 90倍以上[11]。

1 無人機的水稻直播技術(shù)效果

水稻直播撒播均勻，節(jié)本增效等優(yōu)勢。直播能解決趕茬口的難題[5-6，9-10] 。與傳統(tǒng)水稻種植相比，水稻直播將水稻生產(chǎn)的繁重的體力勞動、高成本、低效益轉(zhuǎn)向為低成本、高效益、解放生產(chǎn)力。也為從業(yè)者的老齡化等問題得到了有效解決。無人機水稻直播技術(shù)在不影響農(nóng)田表面平整度的狀態(tài)下提高農(nóng)田播種面積、且此機載裝置采取的為遠程操作方式，操作簡單，使用方便。省掉了生產(chǎn)前的育秧、移栽等環(huán)節(jié)，大幅度的減少生產(chǎn)成本。無人機因其不受環(huán)境限制，精準的行距參數(shù)、拋灑種子的垂直加速度進入稻田剖面等提高了播種面積、通風(fēng)透光率強、保證了出苗率、便于后期管理等切實提升了農(nóng)民的收益。

2 無人機的水稻直播技術(shù)的制約因素及應(yīng)對措施

2.1 抗倒伏防控措施

無人機直播節(jié)本增效，由于直播稻較插秧的秧苗扎根淺，分蘗形成過早，節(jié)位低，后期易倒伏。在沿海地區(qū)，如中晚稻在中后期如遇10級以上的大風(fēng)，直播稻倒伏嚴重其產(chǎn)量會面臨絕收的情況[12-13] 提高抗倒伏的方法：一、根據(jù)地形，氣候的原則選擇矮壯的優(yōu)質(zhì)稻種。二、調(diào)整播種參數(shù)行間距，保證通風(fēng)透光率。三、科學(xué)灌水與施肥，保障后期的追肥。四、防治田間病蟲害雜草應(yīng)整體防治，除草采用封閉和莖葉效果為佳。五、應(yīng)在合理的時間直播和收獲，以成都平原為例5～6月直播，9～10月收獲。

2.2 落田谷防控措施

上季水稻收獲時直接落于田中，次年萌發(fā)的籽粒為落田谷。落田谷與當季水稻搶養(yǎng)分，有倒伏和減產(chǎn)的風(fēng)險。[14-16]解決落田谷的方法：一、從源頭上控制，選用落粒性差的稻種。二、摸清上季稻生產(chǎn)情況。三，當季水稻收獲后，及時深翻等處理。

3 無人機的水稻直播技術(shù)關(guān)鍵點

3.1 參數(shù)及機型選擇

無人機的水稻直播作業(yè)分為拋灑、條播兩類。以拋灑的T20為例，其載重量為20kg，播量為2～

3kg/667m2，飛行作業(yè)速度為4～5.5m/s，作業(yè)離地高度為 3～4m，且轉(zhuǎn)盤速度為800～1100/min，倉口為40%～50%，且無人機規(guī)劃的幅寬不低于4～5m，但要確保種子間行距最大幅度為8～10cm，以保障種子于田間剖面分布均勻。所使用機型具備安全性和穩(wěn)定性高且能自主規(guī)劃及智能避障、堵漏預(yù)警、航線記錄、數(shù)據(jù)實時監(jiān)控等特點。拋灑是通過圓形轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動進行播種，生產(chǎn)中根據(jù)田塊大小、電池續(xù)航時間等因素提前設(shè)置好參數(shù)[6]。

3.2 良種配套

據(jù)前茬作物，選擇生育期適宜的稻種，例如在禾谷類、油類作物的茬口應(yīng)選擇生育期比移栽稻短5～10d的品種。除此之外稻種有較強耐淹能力可提高出苗率，保證出苗率，進而保障水稻高產(chǎn)。

3.3 稻田耕整

直播前施底肥后3～5d，用旋耕機進行耕作。因直播對田塊平整度要求高建議采用大疆多光譜無人機進行掃描后再次平整，保證土層剖面上爛下實;田面泥漿應(yīng)泥水分清，其剖面落差3cm以內(nèi)，旋耕時需要開進出水溝，播種時田剖面濕潤無積水。稻田上季有作物需提前灌水滅殺病蟲菌[18-19]。

3.4 種子處理

一播前曬種，播種前3～4d選晴天曬種2～3d;二種子消毒和浸種，用浸種劑例如“25%咪鮮胺”浸種 1～1.5d浸種催芽處理為提高種子發(fā)芽率，浸種前水選種子，將空秕粒選出。水稻直播前，需包衣，例如采用35%丁硫克百威等藥劑包衣以預(yù)防鳥害，包衣后于陰涼處晾干備用。

3.5 精量播種

按種子處理情況、水熱光資源、播種期等因素校準倉口流量。用拋灑型轉(zhuǎn)盤直播，流量嚴格控制在倉口的40%～50%，避免幅寬重復(fù)區(qū)域多，直播田的邊緣少的情況。

3.6 肥水管理

根據(jù)上季水稻種植情況合理施足底肥，底肥建議使用有機肥，后期追肥采用無機肥，盡量相互配套原則。直播稻苗前期養(yǎng)料需求大，注意氮肥的用量否則貪青陡長，導(dǎo)致產(chǎn)量減少。如遇連續(xù)降雨天氣應(yīng)注意田間排水，預(yù)防澇害[24]

3.7 病、蟲害防治

無人機直播稻播散參數(shù)設(shè)置等原因會導(dǎo)致田間基本苗多，封行早，田間通風(fēng)透光性較差，增加了病蟲害發(fā)生的概率?？梢赃x用大疆的多光譜無人機進行勘察后進行綜合防控。采用無人機進行水稻病蟲害草害的防治，會減少人員和機械對水稻的損耗，產(chǎn)量的不減少，提高防治效率，減少藥和水的用量，使農(nóng)產(chǎn)品更加綠色。

3.8 雜草防控

雜草難控制是水稻直播中面臨的最大的問題，直播稻田雜草量大，草的種類復(fù)雜且不易控制。因此除草技術(shù)要求較高也就加大了成本，防治不到位，會導(dǎo)致雜草與秧苗爭水肥光的現(xiàn)象，將導(dǎo)致產(chǎn)量受到影響。重視前期封閉除草，降低雜草基數(shù)，后期根據(jù)雜草發(fā)生情況適時進行補殺將保證產(chǎn)量[25-27]。

3.9 適時收獲

從田間水稻的外觀形態(tài)觀察，其稻田85%～90%以上的穗谷粒穎殼變黃，撥開谷粒穎殼米粒變硬呈現(xiàn)透明時，這時是水稻收獲最佳時期。

4 展望

隨著農(nóng)業(yè)的集約化升級，我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的程度顯著提高[11]。我國農(nóng)用無人機的問題如下：一、電池續(xù)航短。二、載重量低。三、智能化程度不夠高。四、無人機機械電子元件及器械材料參差不齊。五、無人機整機費用高及后期保障和配套設(shè)備費用高。六、精準定位偏差受地形影響因素大。七、操作員的操作質(zhì)量及行業(yè)標準參差不齊。等因素嚴重制約著我國農(nóng)用無人機的發(fā)展。為此，我國農(nóng)用無人機的改進方向為：一、進行深層次的研發(fā)續(xù)航好的電池組材料。二、減少機身自重。三、對于智能控制系統(tǒng)進一步的深化研究使得其更具智能化精準化且對于配套設(shè)備的精準度進行提高如播種轉(zhuǎn)盤的適用性更強，適應(yīng)不同的水田和旱田播種。四、對于無人機的電子元件及器械材料國家進行行業(yè)標準調(diào)控且進行材料向著耐腐蝕、輕、耐用、耐破損等方向研發(fā)。五、國家出具機械補貼應(yīng)加大補貼力度及進行后期材料及維修置換等政策的落實。六、開發(fā)定位系統(tǒng)和智能校正系統(tǒng)使得不受地形因素影響。七、由國家層面出臺政策由高校和企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)農(nóng)業(yè)從業(yè)人員成為懂無人機、懂機械電子、懂農(nóng)業(yè)知識的新型工作者。

參考文獻

[1] 高一銘，閆濤，劉文杰.國內(nèi)外水稻直播機械的研究進展[J].農(nóng)業(yè)科技與裝備，2013（1）：28-29.

[2] 尹海燕，孟艷平.水稻機械直播技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀[J].農(nóng)業(yè)科技與裝備，2014（7）：79-80.

[3] 張洪程，龔金龍.中國水稻種植機械化高產(chǎn)農(nóng)藝研究現(xiàn)狀及發(fā)展探討[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，47（7）：1273-1289.

[4] 宋建農(nóng)，莊乃生，王立臣，等.21 世紀我國水稻種植機械化發(fā)展方向[J].中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2000，5（2）：30-33.

[5] 肖麗萍，何秀文，劉木華，等.我國南方雙季稻區(qū)水稻生產(chǎn)機械化發(fā)展現(xiàn)狀分析[J].江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2013，35（4）：682-686.

[6] 岳進，楊欣倫，李春龍，等.基于無人機平臺的精量播種技術(shù)在水稻直播中的應(yīng)用研究[J].四川農(nóng)業(yè)科技，2019（4）：19-20.

[7] 周龍，李蒙良，伍志軍，等.丘陵地帶無人機撒播水稻抗倒伏性研究[J].河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2018，52（4）：599-603.

[8] 楊陸強，果霖，朱加繁，等.我國農(nóng)用無人機發(fā)展概況與展望[J].農(nóng)機化研究，2017，39（8）：6-11.

[9] 楊貴軍，李長春，于海洋，等.農(nóng)用無人機多傳感器遙感輔助小麥育種信息獲取[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2015，31（21）：184-190.

[10] 邱錦輝，周士琳，慕容耀明，等.機械化栽種和機播用種量對水稻生產(chǎn)的影響[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備，2021，42（1）：21-24，50.

[11] 林金平，任萬軍，馮燕，等.機械育插秧和無人機技術(shù)在正優(yōu)538制種中的應(yīng)用[J].種子，2020，39（8）：164-166.

[12] 刁友，朱從樺，任丹華，等.水稻無人機直播技術(shù)要點及展望[J].中國稻米，2020，26（5）：22-25.

[13] 仇半農(nóng).推廣無人飛機直播技術(shù)面臨困難與前景[J].農(nóng)機科技推廣，2020（4）：34-37.

[14] 任嘵波，馮生強.水稻直播生產(chǎn)中上季落田谷萌生的危害及其防控建議[J].四川農(nóng)業(yè)科技，2016（12）：25-26.

[15] 馮生強.上季落田谷的田間表現(xiàn)、產(chǎn)生原因及防止措施[J].四川農(nóng)業(yè)科技，2015（10）：10-11.

[16] 陳昌升，蘇策金，劉偉釗，等.晚稻免耕田再生稻及落田谷防除試驗[J].廣西農(nóng)學(xué)報，2008，23（6）：22-23.

[18] 姚俊豪，聶虎子，熊元芳.廣東水稻機械化種植技術(shù)試驗示范研究[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備，2021，42（3）：74-78，86.

[19] 岳進，萬大洪，王麗.水稻無人機直播技術(shù)要點及展望[J].新農(nóng)民，2021（17）：40.

[20] 劉艷，孫文濤，宮亮，等.水分調(diào)控對水稻根際土壤及產(chǎn)量 的影響[J].灌溉排水學(xué)報，2014，33（2）：98-100.

[21] 王唯逍，劉小軍，田永超，等.不同土壤水分處理對水稻光 合特性及產(chǎn)量的影響 [J].生態(tài)學(xué)報，2012，32（22）：7053-7060.

[22] 遲道才，佟延旭，陳濤濤，等.多生育期不同水分脅迫耦合對水稻產(chǎn)量及水分生產(chǎn)率的影響[J].沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2016，47（1）：71-77.

[23] 陳新紅，徐國偉，孫華山，等.結(jié)實期土壤水分與氮素營養(yǎng) 對水稻產(chǎn)量與米質(zhì)的影響[J].揚州大學(xué)學(xué)報：農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版，2003，24（3）：37-41.

[24] 張鴻，朱從樺，李其勇，等.灌溉方式和施氮量對直播稻氮素和水分利用的影響[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報，2017，25（12）：1802-1814.

[25] 許琴芳，寧國云，雷勛霞，等.直播稻田雜草防控中除草劑減量控害技術(shù)[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2019，60（7）：1169-1170.

[26] 樊驊.丙草胺、芐嘧·丙草胺對直播稻田雜草防效初探[J].農(nóng)業(yè)科技通訊，2018（7）：129-130.

[27] 劉樹南，鄒實，袁日桃，等.雙草醚懸浮劑對直播稻田雜草防效及水稻產(chǎn)量的影響[J].湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014（14）：30-32.