無人機在江漢平原冬油菜生產中的應用現狀及展望

陳 曦，王世榮，王 平，甘國渝，鄒家龍，周國勝，李燕麗，盧碧林，李繼福*

（1.濕地生態與農業利用教育部工程研究中心/長江大學農學院，湖北荊州 434025；2.湖北領航現代農業服務有限公司，湖北荊州 434025；3.荊州市荊州區農業技術服務中心，湖北荊州 434025；4.荊州市農業技術推廣中心，湖北荊州 434020）

冬油菜（Brassica campestrisL.）是世界上重要的油料作物之一，也是我國種植面積最大的冬季經濟作物，主要分布在長江流域的稻作區[1]。冬油菜基本不與主糧爭地，且有用地、養地的雙重功效。因此，積極擴大南方冬油菜種植規模，充分利用冬閑田，不僅可增加油菜籽產量、保障食用油安全，還能提高冬季地表綠被覆蓋度、保持水土資源和補充土壤有機質及養分[2-3]。近年來，農業航空應用技術，尤其是小型民用無人機作為實現農業現代化、推動鄉村振興的重要措施，受到各級政府、企業和農民的普遍重視[4-5]。小型民用無人機技術結合北斗導航系統、地理信息系統及大數據可視化系統，配合搭載的紅外傳感器和播種、施肥、噴藥等一系列配套設備，可實現精準、高效的低空作業[6-7]。無人機的應用對南方冬閑田恢復和擴大冬油菜種植面積有著巨大的推動作用，在未來田間管理和節本增效方面有著巨大的發展潛力[8-9]。江漢平原作為湖北省冬油菜主產區（以荊州和荊門為主），常年種植規模達67 萬hm2，占全省冬油菜播種面積的60%以上。該地區地勢相對平坦、田塊集中，農業合作社、種植大戶發展迅速，有力推動了農業生產現代化和機械化[10]。筆者通過對農資服務公司、無人機銷售服務公司、種植大戶和農民合作社等主體單位進行實地調研，總結分析了當前江漢平原小型無人機在冬油菜生產上的應用現狀及存在的問題，為無人機技術在冬油菜生產上的進一步發展應用提供參考依據。

1 江漢平原地區農用無人機類型

農用無人機是指用于農林植物播種、施肥、打藥作業和動物養殖投料的無人駕駛飛機，由飛行平臺（固定翼、單旋翼和多旋翼等）、導航飛控系統和不同載荷的作業模塊構成，可通過手機、平板或者智能遙控器實現各種田間作業，以替代部分人工勞作，具有省時、省事、精準、節本、增效和對環境友好的優點。目前，江漢平原農用無人機集中在小型消費級無人機領域，以廣州極飛科技、深圳大疆科技和珠海羽人公司生產的無人機為主，其中極飛科技無人機在江漢平原地區冬油菜的飛播、施肥和植保方面已積累了多年經驗，市場占有率較高。本文對無人機在冬油菜生產上的應用現狀分析也是基于極飛無人機的多年應用數據和經驗。普通農用無人機價格在3 萬～5 萬元，市場使用主體是職業飛手、合作社、大戶、農資經銷商和農化服務公司。

2 農用無人機在冬油菜生產上的應用現狀

2.1 油菜籽飛播

江漢平原冬油菜種植以中稻-冬油菜輪作模式為主，根據冬油菜種植方式和功能效用，分為3 種飛播方式：1）谷林套種飛播[11-12]，即在水稻機械收獲前3～7 d，利用無人機飛播使油菜籽均勻灑落在水稻稻樁間隙地表，充分利用水稻收獲期的土壤墑情（水分、溫度、養分等）和茬口時間。江漢平原谷林套種飛播時間以9 月16 日至10 月6 日為宜，采用聯合收割機收獲水稻，稻草覆蓋地表和施基肥，再用開溝機開溝覆土。這種方式下油菜生育期長、產量高，以收獲油菜籽為主要目標，但受天氣影響較大，尤其是降雨。水稻收獲期長期干旱不利于墑情保持和油菜出苗，一般選擇雨后或者雨前飛播最有利。2）稻后輪作飛播，即在水稻機械收獲后飛播油菜籽。通常情況下，水稻收獲后施基肥、旋耕整田，開溝，再飛播，油菜播種時間不遲于10 月16 日，否則將不利于后茬水稻種植。這種方式對天氣要求不高，播種時間選擇范圍較廣，但成本較高，以收獲油菜籽為主要目標。3）稻后秋種飛播，這種方式同稻后輪作飛播，但主要目標不是收獲油菜籽，而是作綠肥，即在油菜生物量最大時期進行翻壓還田，為水稻季提供養分和提高土壤肥力。飛播時期選擇范圍最廣，不遲于10 月30 日均可，因為11 月以后播種易受到低溫和漬水雙重影響，不利于出苗，且作綠肥飛播時對地塊、天氣、開溝等條件沒有特別要求。3 種冬油菜飛播方式的播種量均為7.5～15 kg·hm-2，其中綠肥油菜播種量按高量計，并配以輔料如種肥等提高飛播效果。極飛科技的小型無人機載重15 kg，飛行時長5～6 min，單次油菜播種面積為0.67～0.80 hm2，飛速6～7 m·s-1；中型無人機載重40 kg，飛行時長7～8 min，單次油菜播種面積為1.33～1.67 hm2，飛速6～7 m·s-1。飛播播盤寬度為10～13 m，飛行高度為6 m，也可根據地塊實際情況如障礙物等調節飛行高度。

2.2 肥料飛施

當前，限于無人機的作業效率和載重負荷，無人機在冬油菜上的肥料飛施以種肥和追肥為主，基肥施用為輔，但科學飛施基肥也是今后的一個重要發展方向。多年經驗和調研結果表明，冬油菜飛播時與肥料配合使用效果最佳，一般認為播種量、肥料之比為(1∶2)～(1∶4)的效果和性價比最優。肥料以復合肥為主，顆粒尺寸不要求均一，大小混雜最好，可有效防止油菜籽在運輸及飛播途中因機器震動出現分層現象。冬油菜以收獲產量為目標，可以在蕾薹期追施氮肥（尿素）1 次，飛施顆粒尿素用量為150 kg·hm-2；油菜作綠肥的則不需要追肥。

2.3 植保飛防

采用無人機進行農作物植保飛防的技術已經比較成熟。表1 為江漢平原冬油菜“一促四防”用藥常規方案，實際操作根據各地區的病害程度選擇具體方案。防治關鍵期是苗期、展葉期和初花期，不僅要進行病蟲害防治，還可根據需求、成本和效益合理添加生長調節劑和葉面肥。原則上，農藥和水溶肥溶于水中稀釋1 000倍；混配類型不超過3種；盡量減少施用可濕性粉劑以免堵塞噴頭，做到現配現用。

表1 江漢平原冬油菜“一促四防”用藥實施方案

3 農用無人機應用存在的問題

農用無人機在冬油菜種植過程中參與了播種、施肥和噴藥等多個環節，有力推動了冬油菜精簡化生產。但在無人機使用過程中也面臨一些問題，主要有以下4 個方面：1）障礙物干擾。隨著農田流轉和集中，原本地界位置上存在的高大樹木、電線桿、線纜等成為無人機飛控中的第一障礙因子，這些障礙物不僅影響無人機飛行安全，還影響飛行路線的優化和飛行高度，尤其對集中連片的農田影響最大，不易發現。2）插花田的干擾。插花田是指出于各種原因，農戶不愿意發包出去影響連片種植的田塊，這些田塊的存在不利于無人機路線設置，徒增無人機轉彎次數，從而增加能耗損失，降低飛行時長，影響飛播質量。3）天氣因素干擾。江漢平原秋冬作物基本為雨養種植模式，受天氣（大風、降雨和低溫等）影響較大。尤其是近三年，氣候變化頻繁，如9 月下旬谷林套播期間長期干旱少雨，不利于冬油菜飛播出苗；10月中旬中稻收獲后的連陰雨天氣極易造成田間漬水和低溫，導致不能及時播種或者出苗狀況不佳。4）飛播配料選擇的干擾。與水稻、大麥、小麥種子相比，油菜籽的顆粒較小，單位面積用種量低，因此要提高播種質量，需配合其他填充物料進行拌種飛播，可選擇復合肥、單質肥、包衣劑、砂粒、硼肥伴侶等多種材料。綜合江漢平原生產實際和油菜的養分需求，多配合施用復合肥，但復合肥種類、養分比例、顆粒機械組成和種/肥用量及其配比還沒有最優方案，仍需要不斷嘗試和改進。此外，無人機飛施肥料雖然效率高，但不能解決肥料入土這一難點，肥料落在地表不僅影響植物對肥料的利用效率，還易造成養分揮發、流失和潛在的環境風險，這需要在今后找出解決辦法。

4 展望

目前，主流的飛播無人機是通用型的，可以用來播種水稻、小麥、大麥和油菜籽。油菜飛播專用型無人機已有研制，但離市場應用還有一定差距[13]。市場占有率較高的無人機載重多為15 kg，作業時間不超過10 min，續航仍是限制無人機作業的最大障礙，因此改進電池材料、提高蓄電能力極為重要。同時，應積極采用新型復合材料，降低機身重量的同時增強機殼硬度，以增加載荷量和續航能力，提高單次作業效率。此外，針對各冬油菜生產區域的氣候和種植模式差異，需要形成不同的操作規程，包括種子選擇、田塊要求、種肥選擇、病蟲害防治等，以利于合作社、種植大戶和農資服務公司采用，推動冬油菜標準化種植。

針對農用無人機在冬油菜種植上面臨的4大問題，找出相應的解決方案，這需要政府、行業協會、合作社和農戶多方參與、共同努力。例如，在成片高標準農田建設中，政府或者行業是否應考慮線纜的優化布局和適當遷移，避免過多障礙物；行政村動員和鼓勵插花田散戶通過土地置換、積極流轉等方式減少插花田，使田塊更加完整，便于統一管理。針對氣候多變和物料使用，無人機市場不僅需要硬件設備的支持，更應注重軟件系統服務開發，搭建智慧服務平臺，集合生產商、服務商和種植大戶、合作社，將供給方和需求方緊密聯系，完善冬油菜生產體系各個環節的工作，從而有力推動精簡化生產。