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(dāng)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)模化的水稻生產(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(jìn)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(jìn)入田間，遠(yuǎn)程操控進(jìn)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(jìn)而促進(jìn)農(nóng)民增產(chǎn)增效增收。21世紀(jì)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(zhǔn)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(jìn)行示范推廣后，提出行業(yè)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)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(yuǎn)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(zhǔn)的行距參數(shù)、拋灑種子的垂直加速度進(jìn)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(yán)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(dāng)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(dāng)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(zhǔn)倉口流量。用拋灑型轉(zhuǎn)盤直播，流量嚴(yán)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(jìn)行勘察后進(jìn)行綜合防控。采用無人機進(jìn)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(jìn)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(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)參差不齊。等因素嚴(yán)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(jìn)方向為：一、進(jìn)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(jìn)一步的深化研究使得其更具智能化精準(zhǔn)化且對于配套設(shè)備的精準(zhǔn)度進(jìn)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(jìn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)控且進(jìn)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(jìn)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(xiàn)

[1] 高一銘，閆濤，劉文杰.國內(nèi)外水稻直播機械的研究進(jìn)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(jì)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(jìn)，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(jìn)，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.