雜交水稻制種工作中無人機技術(shù)的應(yīng)用策略

徐國娥，黃建良

（南城縣建昌鎮(zhèn)便民服務(wù)中心，江西 南城 344700）

傳統(tǒng)雜交水稻制種屬于勞動密集型的行業(yè)，由于工藝復(fù)雜，且機械化程度較低，雜交水稻制種生產(chǎn)成本居高不下。集成化、一體化、機械化是我國雜交水稻制種優(yōu)化的必然趨勢，將現(xiàn)代化機械技術(shù)運用到水稻種子生產(chǎn)中是我國現(xiàn)代種業(yè)發(fā)展的必然需求，而無人機的應(yīng)用也是大勢所趨。

1 無人機遙感技術(shù)在水稻田間監(jiān)測上的研究

基于無人機廣泛運用的背景，其遙感技術(shù)也日益精進，加以高光譜成像儀的輔助應(yīng)用，現(xiàn)階段已可以用無人機采集雜交水稻生長的圖像數(shù)據(jù)，通過光譜檢測、大數(shù)據(jù)分析構(gòu)建數(shù)據(jù)庫，而后構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，現(xiàn)階段已經(jīng)完成了對水稻栽培面積的估算、水稻長勢檢測、病蟲草害檢測、倒伏狀況檢測、產(chǎn)量預(yù)估等[1]。無人機遙感技術(shù)既有地面遙感的高靈敏度、方便性，同時也具備了衛(wèi)星遙感速率大、覆蓋面大等優(yōu)點，但由于各類無人駕駛飛行器具有的優(yōu)缺點不盡相同，在實際選擇使用過程中要遵循因地制宜原則，具體優(yōu)劣勢如表1 所示。由于生物發(fā)育階段的變化以及生長環(huán)境的差異，雜交水稻的結(jié)構(gòu)與組成表現(xiàn)出來的光譜性質(zhì)會改變，通過人工檢測與遙感數(shù)據(jù)相結(jié)合，可以進一步提高檢測的精度[2-3]。

表2 無人機對不同母本噴施“920”的效果

2 水稻無人機直播技術(shù)

現(xiàn)階段雜交水稻飛播技術(shù)主要使用多旋翼的無人駕駛飛行器。多旋翼的無人駕駛飛行器主要依托于電力進行驅(qū)動，經(jīng)濟成本低，操作簡便，安全性高，且易于后期的運維。無人機撒播裝置可分為離心式和氣力式。其中大疆創(chuàng)新于2017 年推出的MG 無人機播撒系統(tǒng)采用的就是離心式播撒裝置，彭東星等[4-5]研制和改進的離心式播撒設(shè)備，利用發(fā)電機調(diào)節(jié)物料流動速度，使出料口的流速可按需分配。但離心式撒播的水稻種子落地區(qū)呈圓弧形或環(huán)狀，鑲嵌得不牢固，撒播地不平整，容易出現(xiàn)重播和漏播等問題。宋燦燦等[6]使用六旋翼無人機搭載氣力式撒播系統(tǒng)，通過氣流吹送雜交水稻種子，同時實現(xiàn)了氣排量根據(jù)無人機前進速度的不同而調(diào)整，大大增強了無人駕駛航空撒播時操作的平穩(wěn)度[7]。我國的無人機直播技術(shù)尚在起步階段，各種研究體系尚未健全，研究對象以雜交稻F1 代和普通水稻種子為主，鮮有學(xué)者在水稻不育系種子的無人機直播技術(shù)領(lǐng)域進行深入的研究與探索[7]。

3 水稻無人機植保技術(shù)

自中國自主研發(fā)的“Z-3N”智能型農(nóng)用植保機問世后，陸續(xù)出現(xiàn)了極飛、天途等無人機品牌，已經(jīng)標識植保無人機在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的多維度應(yīng)用，并形成了現(xiàn)代技術(shù)管理體系。技術(shù)管理體系的形成不僅提高了植保無人機的作業(yè)效率和質(zhì)量，還推動了農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)銷一體化發(fā)展。噴頭設(shè)置方面，根據(jù)不同作物和病蟲害情況，可以選擇不同類型和規(guī)格的噴頭，實現(xiàn)精準噴灑和藥劑覆蓋。配套藥物的開發(fā)和應(yīng)用也得到了重視。農(nóng)業(yè)專家針對各類作物和害蟲病蟲害開展了專門的藥物篩選和配方優(yōu)化研究，確保農(nóng)藥的適用性和安全性。在植保無人機的飛防助劑方面，一些抗氧化劑、濕潤劑和增黏劑等，可以有效提高農(nóng)藥在植物表面的附著性和滲透性，推動了產(chǎn)銷一體化的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)價值鏈形成。開展施藥工作的無人機主要采用無人機螺旋折疊機翼，，其螺旋機翼轉(zhuǎn)動時形成向下的氣流，推動藥物與雜交水稻葉子對接，同時氣流也使雜交水稻的葉子搖擺，從而提高葉子與藥物的接觸幾率，提高了施藥效率[8]。

3.1 病蟲害防治作業(yè)

3.1.1 返青期

返青期以錯期播栽、分期插秧為主，待全部移植完成后的7 ～10 天左右，完成初始階段的第一次噴藥。該時期病蟲害的防治重點對象為二化螟、稻飛虱等。返青期的雜交水稻苗矮小、密度小、田間分布較稀疏時，可選擇小型噴頭，在具體實施中霧化效果好，但穿透力較弱，因此可根據(jù)情況減少用水量，無人機飛行高度應(yīng)距離雜交水稻2米左右，噴幅應(yīng)維持在4 ～4.5 米，并在噴施過程中保證噴得均勻，無人機駕駛的速度應(yīng)維持在每秒8 ～10 米。

3.1.2 分蘗期

該時期的重點防治對象和藥物類型，與返青時期基本相同。應(yīng)根據(jù)農(nóng)藝特點，重視肥水管理，以保證水稻長勢良好。此階段水稻植株高度急劇增長，用水量也可以適當加大，飛防作業(yè)飛機高度盡可能超過雜交水稻1.5 米左右，并選擇中小型噴嘴，此類噴頭穿透力較好，可確保殺蟲劑對作物的有效滲透，最大飛行速度為每秒6 ～8 米，噴幅應(yīng)維持在3.5 ～4 米左右，注意保持適中的高度，飛行速度以保證殺蟲劑的有效穿透力為宜。

3.1.3 孕穗期

該時期的防治重點為稻飛虱、稻曲病、紋枯病等，要重點關(guān)注稻飛虱和紋枯病的防治。因為孕穗期的雜交水稻生長茂密，風場穿透能力不如其他時期，并要注意在該時期的無人機的用水量要保持在1200 毫升以上，駕駛速度要保持在每秒5 米，無人機飛行高度應(yīng)距離雜交水稻2 ～2.5米，選擇中型噴頭，中型噴頭可以滿足較大范圍的農(nóng)田作業(yè)需求，并且能夠?qū)崿F(xiàn)噴幅控制和施藥量的精確調(diào)節(jié)。無人機飛行的駕駛速度也應(yīng)維持在每秒5 米，這樣可以保證噴灑均勻和作業(yè)效率的最佳平衡。最后，噴幅應(yīng)維持在3.5米左右，可以保證農(nóng)藥的有效覆蓋范圍，提高植保效果。遵循這些操作要求和參數(shù)設(shè)定，可以確保植保無人機作業(yè)的效果和質(zhì)量，有助于減少浪費和環(huán)境負荷，實現(xiàn)植保無人機的高效、精準和可持續(xù)發(fā)展。

3.1.4 揚花期

該時期的防治重點為三化螟、稻曲病、稻瘟病。無人機飛行的速度應(yīng)維持在4 ～5 米每秒，無人機飛行高度應(yīng)距離雜交水稻2.5 米以上，選擇大中型噴頭，并保證無人機的平穩(wěn)駕駛與操作，不能在開展噴施工作的稻田上方進行停留，避免無人機螺旋槳的風力將雜交水稻的葉稈吹折，盡量減少因操作不當造成的損失。

3.2 葉面噴肥作業(yè)

3.2.1 時段

在實際制種過程中主要依靠赤霉素開展葉面噴肥作業(yè)。一般要保持在25℃以上的溫度環(huán)境下進行，并分為兩次作業(yè)。第一次可在10%的雜交水稻抽穗時開展作業(yè)，隔日再開展第二次作業(yè)。其中粉劑需要用乙醇溶液溶解再進行稀釋處理。

3.2.2 要求

具體要求與雜交水稻揚花期的作業(yè)一樣。

3.3 注意事項

3.3.1 持證上崗

相關(guān)操作者應(yīng)通過系統(tǒng)的培訓(xùn)并獲得操作許可證，方能開展作業(yè)。

3.3.2 做好準備工作

為了有效保證工作開展的安全性，在作業(yè)前應(yīng)做好準備工作。首先，對作業(yè)田塊進行實地考察，明晰田塊周圍的地質(zhì)環(huán)境，科學(xué)規(guī)劃路徑；其次，預(yù)先充分準備防護用品、藥劑；再次，對作業(yè)地區(qū)的天氣進行評測；最后，確定無人機作業(yè)技術(shù)參數(shù)，定期對無人機進行檢查與維修。

3.3.3 嚴格遵守操作規(guī)范

相關(guān)操作者應(yīng)當遵守作業(yè)守則，應(yīng)當遵守無人機制造公司的工作提示和技術(shù)操作規(guī)程，進行正常作業(yè)。在操作無人機時應(yīng)時刻監(jiān)控其是否在相關(guān)操作者的可視區(qū)域內(nèi)，高空作業(yè)中不得單獨一人操作，最好以兩人為一組進行操作，以防在出現(xiàn)意外事故后延誤救援進度。相關(guān)操作者在高空作業(yè)中要站立在上風位置，不得逆風操作[9]。

4 無人機噴施“920”技術(shù)

4.1 不同母本

在實際噴施工作開展中，不育系對“920”的敏感程度不一，導(dǎo)致其制種生長狀況不一。

4.2 不同播種方式

在實際噴施作業(yè)中，不同的播種方式會導(dǎo)致不育系水稻的生長情況不同，抽穗特性也因此產(chǎn)生差別，對“920”噴施效果的影響也大相徑庭。機插作業(yè)下，雜交水稻的生育期長，且分蘗速度快，成穗率較低，抽穗不整齊；無人機直播的母本在新生后期生育期較短，，莖稈細長，成穗率較低，花期長短整齊而集中[10]。在噴施作業(yè)中，對“920”敏感的不育系機直播效果好，對“920”鈍感的不育系機插效果好。飛播飛噴作業(yè)開展的效果并不顯著，主要因為無人機飛播技術(shù)尚待進一步優(yōu)化，難以避免雜交水稻播種不勻的情況出現(xiàn)，致使諸多單株生長發(fā)育情況不一，在水稻基數(shù)大的區(qū)域內(nèi)主穗較多，而在水稻基數(shù)小的區(qū)域分蘗穗多[11]。

4.3 用藥量

在實際使用中，低濃度噴施作業(yè)的溶液容量體積大，霧滴大，而且與遺撒到土壤上的比很大，效果也較差，并且，植物莖葉對“920”的營養(yǎng)，在較高濃度的情況下吸收效果也較好。敬樹忠等[12]利用了百分之三的GAs 乳油進行化學(xué)標記，并對無人機和人工作業(yè)中噴灑使用的化學(xué)藥劑容量加以研究，研究表明無人機作業(yè)時，噴灑“920”濃度240 g/hm2的效益可達到人工作業(yè)噴灑濃度300 g/hm2的效益。

4.4 種子質(zhì)量和結(jié)實率

在開展“920”噴施作業(yè)中，無人機的作業(yè)效率較高，優(yōu)于人工作業(yè)，且后期制種結(jié)實率高，穗發(fā)芽率低，但二者的應(yīng)用差異并不顯著，說明借助無人機開展噴施作業(yè)能有效提高結(jié)實率，但不會影響雜交水稻田間種子的質(zhì)量。除此之外，基于無人機開展的噴施作業(yè)并不影響種子的抗老化性能，能有效保障雜交水稻種子的耐貯性能。

5 無人機輔助授粉技術(shù)

李繼宇等[13]將無人機的風力進行了劃分，將其分為X向、Y 向和Z 向三個方向。其中，X 向是指水平且平行于無人機駕駛方向的風力；Y 向是指水平且垂直于無人機駕駛方向的風力；Z 向是指垂直于無人機駕駛地面的風力。這樣的劃分有助于理解無人機在授粉過程中的風力變化及其對花粉的影響。根據(jù)研究者的觀察，無人機風場將花粉受力方向分成了兩類。一類是直接將風能吹到花粉粒子上，通過Y 向的風力將雜交水稻花穗的花粉吹起。另一類是作用于雜交水稻的莖稈和葉子等部位，通過振落和反彈作用將花粉散落，然后利用Y 向的風力將雜交水稻花穗的花粉吹起。因此，可以看出X 向、Y 向和Z 向的風力都對雜交水稻的花粉產(chǎn)生作用，但其中Y 向的作用最為顯著。劉愛民等[14]在實驗中發(fā)現(xiàn)，在自然風力小于4 級的條件下，無人機輔助授粉的適用性極高。每天進行2 ～3 次的無人機輔助授粉，可以覆蓋約4 ～5 公頃的作業(yè)面積。在地形復(fù)雜的山區(qū)環(huán)境下，利用無人機輔助授粉的結(jié)實率和產(chǎn)量可以達到甚至超過人工輔助授粉的結(jié)實率和產(chǎn)量，進而滿足新時代雜交水稻制種全程機械化的指標。這一結(jié)果表明，無人機輔助授粉技術(shù)在自然風力較小的條件下具有顯著的適用性，并且能夠覆蓋大面積的授粉作業(yè)。這為新時代雜交水稻制種全程機械化提供了可行性和可靠性的技術(shù)支持，有望進一步推動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高效、智能化發(fā)展。隨著技術(shù)的不斷進步和應(yīng)用經(jīng)驗的積累，無人機輔助授粉將在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。

6 結(jié)語

綜上所述，無人機作為新型現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的機具，已成為推動水稻制種產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的量化指標。各類農(nóng)機推廣組織應(yīng)順應(yīng)社會發(fā)展趨勢，培育壯大完善一支專業(yè)化的農(nóng)業(yè)“飛控”隊伍，重點抓好專業(yè)人才培訓(xùn)體系建設(shè)、一體化營銷體系構(gòu)建，為促進鄉(xiāng)村振興和農(nóng)業(yè)農(nóng)村經(jīng)濟高速增長，奠定科技裝備和能力的基礎(chǔ)。