多旋翼無人機(jī)輔助雜交水稻制種授粉效果研究

徐 杰王 攀李志全羅 燕楊海龍王 川李 培賈現(xiàn)文

（1.眉山市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局 四川眉山 620020；2.眉山市東坡區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局 四川眉山 620010；3.眉山市公安局 四川眉山 620020）

眉山市東坡區(qū)位于四川盆地成都平原西南邊緣、岷江中游，年平均氣溫16.8℃，全年無霜期308~320 d，年平均降水量1 153.7 mm，有40多年雜交水稻制種歷史，常年制種面積達(dá)3萬畝，是國家級雜交水稻制種基地縣。傳統(tǒng)的人工雜交水稻種子生產(chǎn)在插秧和趕花授粉環(huán)節(jié)需要大量的季節(jié)性集中勞動力，近年來，勞動力逐年緊缺且用工成本高，嚴(yán)重制約了制種規(guī)?；a(chǎn)。自2016年以來，眉山市東坡區(qū)開展了機(jī)插、機(jī)防、烘干等全程機(jī)械化技術(shù)試驗(yàn)研究和示范推廣，雜交水稻制種生產(chǎn)在機(jī)耕、機(jī)防、機(jī)收、烘干等環(huán)節(jié)基本可實(shí)現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)，但在機(jī)械化授粉環(huán)節(jié)存在短板，是制約雜交水稻制種全程機(jī)械化的主要瓶頸。2021年采用多旋翼無人機(jī)輔助授粉配套父母本大行比相間種植進(jìn)行多點(diǎn)試驗(yàn)，研究最佳的授粉方式，以期為在大面積制種生產(chǎn)上得到推廣應(yīng)用，促進(jìn)雜交水稻制種全程機(jī)械化發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 植保無人機(jī)

選用六旋翼電動無人機(jī)，大疆T20植保無人機(jī)由眉山吉峰農(nóng)機(jī)汽車貿(mào)易有限公司提供，外形尺寸2 509 mm×2 213 mm×732 mm（機(jī)臂展開、槳葉展開），作業(yè)滿載20 kg，續(xù)航時間7.5 min。

1.2 參試制種組合

清香2A/R168、裕豐1A/R1625、川香29A/泰恢199、荃香9A/YR512、內(nèi)香6A/瀘恢103等5個參試組合。

1.3 試驗(yàn)地點(diǎn)

在眉山市東坡區(qū)復(fù)興鎮(zhèn)高塔村、紅五星村、松江鎮(zhèn)眉青村、修文鎮(zhèn)英雄村和崇禮鎮(zhèn)光華村共5個地點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)。

1.4 試驗(yàn)處理

參試制種5個組合，在每個試驗(yàn)地點(diǎn)種植一個組合，每個組合都按照表1處理方式分5個處理，每個處理種植8畝，每個組合種植面積為40畝。

表1 試驗(yàn)處理方式

參試的5個組合分別按照表2中的父本與母本種植密度進(jìn)行栽插，各組合父本與母本的間距統(tǒng)一為30 cm。

表2 參試各組合種植密度

1.5 授粉方式

花期每日授粉次數(shù)：初、末花期每日授粉2~3次，盛花期每日授粉3~4次。無人機(jī)授粉隨父本行順行勻速飛行，飛行高度3.5 m左右[1]。對照田塊采用傳統(tǒng)人工竹竿趕花授粉。

1.6 考查內(nèi)容與方法

1.6.1 雜交水稻種子大田平均畝產(chǎn)量成熟后，每個試驗(yàn)組合按照5個處理單獨(dú)收割，分別烘干、全產(chǎn)稱量、計(jì)算單產(chǎn)。

1.6.2 雜交水稻種子平均畝收益根據(jù)投入親本、化肥、土地租金等成本和收獲種子產(chǎn)量，分別測算每個試驗(yàn)地點(diǎn)、每個處理的平均畝收益。

2 結(jié)果與分析

2.1 大田畝產(chǎn)量比較分析

由表3可知，①內(nèi)香6A/瀘恢103組合無人機(jī)授粉組，父母本行比5∶24、飛行速度3.5 m/s的平均畝產(chǎn)量為193 kg，分別比父母本行比5∶24、飛行速度4.5 m/s的平均畝產(chǎn)量191 kg，父母本行比5∶20、飛行速度3.5 m/s的平均畝產(chǎn)量189 kg，父母本行比5∶20、4.5 m/s的平均畝產(chǎn)量184 kg，增加2 kg、4 kg、9 kg，增幅分別為1.0%、2.1%、4.9%；②清香2A/R168組合無人機(jī)授粉組，父母本行比5∶24、飛行速度3.5 m/s的平均畝產(chǎn)量為88.5 kg，分別比父母本行比5∶24、飛行速度4.5 m/s的平均畝產(chǎn)量84.3 kg，父母本行比5∶20、飛行速度3.5 m/s的平均畝產(chǎn)量83.2 kg，父母本行比5∶20、飛行速度4.5 m/s的平均畝產(chǎn)量80.1 kg，增加4.2 kg、5.3 kg、8.4 kg，增幅分別為5.0%、6.4%、10.5%；③川香29A/泰恢199組合無人機(jī)授粉組，父母本行比5∶24、飛行速度3.5 m/s的平均畝產(chǎn)量為115 kg，分別比父母本行比5∶24、飛行速度4.5 m/s的平均畝產(chǎn)量110 kg，父母本行比5∶20、飛行速度3.5 m/s的平均畝產(chǎn)量108 kg，父母本行比5∶20、分行速度4.5 m/s的平均畝產(chǎn)量102 kg，增加5 kg、7 kg、13 kg，增幅分別為4.5%、6.5%、12.7%；④荃香9A/YR512組合無人機(jī)授粉組，父母本行比5∶24、飛行速度3.5 m/s的平均畝產(chǎn)量為152 kg，分別比父母本行比5∶24、飛行速度4.5 m/s的平均畝產(chǎn)量151 kg，父母本行比5∶20、飛行速度3.5 m/s的平均畝產(chǎn)量149 kg，父母本行比5∶20、飛行速度4.5 m/s的平均畝產(chǎn)量148 kg，增加1 kg、3 kg、4 kg，增幅分別為0.7%、2.0%、2.7%；⑤裕豐1A/R1625組合無人機(jī)授粉組，父母本行比5∶24、飛行速度3.5 m/s的平均畝產(chǎn)量為85.4 kg，分別比父母本行比5∶24、飛行速度4.5 m/s的平均畝產(chǎn)量80.5 kg，父母本行比5∶20、飛行速度3.5 m/s的平均畝產(chǎn)量79 kg，父母本行比5∶20、飛行速度4.5 m/s的平均畝產(chǎn)量78.5 kg，增加4.9 kg、6.4 kg、6.9 kg，增幅分別為6.1%、8.1%、8.8%。

表3 不同行比、不同飛行速度多旋翼無人機(jī)輔助授粉的種子產(chǎn)量

試驗(yàn)結(jié)果表明，無人機(jī)授粉組父母本行比5∶24、無人機(jī)飛行高度3.5 m的授粉效果優(yōu)于其他處理。其中，內(nèi)香6A/瀘恢103、荃香9A/YR512組合，父母本行比5∶24、飛行速度3.5 m/s的畝產(chǎn)量基本與父母本小行比的傳統(tǒng)人工授粉方式相當(dāng)。

2.2 平均畝收益比較分析

由表4可知，①內(nèi)香6A/瀘恢103組合無人機(jī)授粉組，父母本行比5∶24、飛行速度3.5 m/s分別比父母本行比5∶24、飛行速度4.5 m/s，父母本行比5∶20、飛行速度3.5 m/s和4.5 m/s平均畝增收33元、66.2元、186.9元；②清香2A/R168組合無人機(jī)授粉組，父母本行比5∶24、飛行速度3.5 m/s分別比父母本行比5∶24、飛行速度4.5 m/s，父母本行比5∶20、飛行速度3.5 m/s和4.5 m/s平均畝增收92元、95元、163元；③川香29A/泰恢199組合無人機(jī)授粉組，父母本行比5∶24、飛行速度3.5 m/s分別比父母本行比5∶24、飛行速度4.5 m/s，父母本行比5∶20、飛行速度3.5 m/s和4.5 m平均畝增收89.6元、128.7元、269元；④荃香9A/YR512組合無人機(jī)授粉組，父母本行比5∶24、飛行速度3.5 m/s分別比父母本行比5∶24、飛行速度4.5 m/s，父母本行比5∶20、飛行速度3.5 m/s和4.5 m/s平均畝增收19.4元、44.6元、64元；⑤裕豐1A/R1625組合無人機(jī)授粉組，父母本行比5∶24、飛行速度3.5 m/s分別比父母本行比5∶24、飛行速度4.5 m/s，父母本行比5∶20、飛行速度3.5 m/s和4.5 m/s平均畝增收108元、119元、130元。試驗(yàn)結(jié)果表明，5個組合無人機(jī)授粉組父母本行比5∶20、飛行速度3.5 m/s平均畝收益均高于父母本小行比的傳統(tǒng)人工授粉方式。

表4 不同行比、不同飛行速度多旋翼無人機(jī)輔助授粉的平均畝收益

3 結(jié)論與討論

王茂理等[2]的研究認(rèn)為，單旋翼和多旋翼無人機(jī)均可用于雜交水稻制種輔助授粉，且最佳飛行速度為3～4 m/s。劉愛民等[3]開展單旋翼無人機(jī)輔助雜交水稻制種授粉研究結(jié)果表明，父母本行比6∶（40～60）時，無人機(jī)輔助授粉的結(jié)實(shí)率和產(chǎn)量可達(dá)到甚至高于人工輔助授粉。王沛等[4]的研究認(rèn)為，多旋翼無人機(jī)由于多個旋翼之間風(fēng)場形成側(cè)向氣流疊加效應(yīng)，導(dǎo)致水平且垂直于飛行方向的風(fēng)場寬度變窄，不能形成足夠?qū)挾鹊娘L(fēng)場風(fēng)速；單旋翼無人機(jī)風(fēng)場風(fēng)速更穩(wěn)定、持續(xù)，不育系輔助授粉大多采用單旋翼無人機(jī)。由于多旋翼無人機(jī)具備飛行中能夠懸停、機(jī)械性能穩(wěn)定、操作簡單等優(yōu)勢，筆者通過減少母本行廂寬的方式來彌補(bǔ)多旋翼無人機(jī)水平且垂直于飛行方向的風(fēng)場寬度變窄的不足。通過多點(diǎn)多組合應(yīng)用多旋翼無人機(jī)輔助雜交水稻制種授粉的試驗(yàn)結(jié)果表明，應(yīng)用多旋翼無人機(jī)輔助授粉的制種產(chǎn)量可達(dá)到人工輔助授粉水平，且平均畝收益超過人工授粉方式，實(shí)現(xiàn)了父母本大行比相間種植，有利于父母本栽插、收割和田間管理的機(jī)械化作業(yè)，從而可以實(shí)現(xiàn)雜交水稻制種的全程機(jī)械化。