邵海兵 蔡小榮
(1.江蘇省如東縣農(nóng)機(jī)化技術(shù)推廣服務(wù)站,江蘇 南通 226400;2.如東縣農(nóng)業(yè)機(jī)械化技術(shù)學(xué)校,江蘇 南通 226400)
本文重點(diǎn)對(duì)水田綠肥播種的管理方式這方面應(yīng)用無(wú)人機(jī)技術(shù)展開(kāi)探究,在播種的環(huán)節(jié)中介紹了多項(xiàng)的無(wú)人機(jī)播種裝置技術(shù),并且對(duì)其工作原理及效果進(jìn)行簡(jiǎn)單分析;在田間的管理環(huán)節(jié)中對(duì)無(wú)人機(jī)應(yīng)用于田間檢測(cè)、施肥及病蟲(chóng)預(yù)防進(jìn)行分析,對(duì)此提出相關(guān)的建議及對(duì)策。
我國(guó)地域廣袤,不同地域間的地形地貌及資源環(huán)境差異性較大,在種植過(guò)程中對(duì)各項(xiàng)的作業(yè)機(jī)具的要求也不盡相同。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì),我國(guó)排水不暢的冷浸田占全國(guó)水稻種植區(qū)域的15.7%,沿海灘涂的總面積大220萬(wàn)km2,這些區(qū)域都是水田綠肥耕作的潛在資源。此外在丘陵地帶,由于其地塊面積小、高差大,在耕作的過(guò)程中也難以實(shí)現(xiàn)大面積機(jī)器的作業(yè)。引用無(wú)人機(jī)技術(shù),在操作過(guò)程中更加的靈活方便,不需要準(zhǔn)備專門的機(jī)場(chǎng),可以在田地間實(shí)現(xiàn)自由升降,也可以對(duì)既定的航線進(jìn)行設(shè)定以此自動(dòng)導(dǎo)航飛行,能夠?qū)Φ孛骐y以實(shí)現(xiàn)的區(qū)域進(jìn)行有效的作業(yè)。將無(wú)人機(jī)引用到當(dāng)前的農(nóng)業(yè)種植領(lǐng)域中,能夠有效地提升生產(chǎn)種植的效率,提高現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)建設(shè)的水平。當(dāng)前,農(nóng)用無(wú)人機(jī)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域在作業(yè)的領(lǐng)域范圍較為廣泛,包含水稻、小麥等主要的糧食作物,以及葡萄、柑橘、茄子等蔬菜水果,在棉花、花生種植中取得了良好的防治效果,積累了相應(yīng)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),但在當(dāng)前農(nóng)用無(wú)人機(jī)應(yīng)用到綠肥作物促進(jìn)生產(chǎn)還并未因其足夠的重視。
在1917年,全世界范圍內(nèi)的第一臺(tái)無(wú)人機(jī)問(wèn)世,在其結(jié)構(gòu)中為無(wú)線操縱的小型單翼型無(wú)人機(jī),在此之后,無(wú)人機(jī)經(jīng)歷了由一般到高端的變化階段,但在其主要的用途方面則主要局限于軍事領(lǐng)域。這種情況的轉(zhuǎn)變發(fā)生在1987年,由日本Yamaha公司推出的世界上第一架農(nóng)用無(wú)人機(jī),生產(chǎn)出了20kg的噴藥級(jí)無(wú)人機(jī)R-15。從此之后,無(wú)人機(jī)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展的優(yōu)勢(shì)得到大幅度的認(rèn)可。近幾年來(lái),隨著科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新發(fā)展,無(wú)人機(jī)在農(nóng)業(yè)種植領(lǐng)域取得了突破性的進(jìn)展。2014年美國(guó)《科技評(píng)論》雜志將農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)應(yīng)用排在了“2014年十大最具突破性創(chuàng)新”之首。目前,在農(nóng)用無(wú)人發(fā)展中主要是應(yīng)用于病蟲(chóng)防治、飛播(水稻等農(nóng)作物種子以及樹(shù)木草種等)、授粉、濃情監(jiān)測(cè)及災(zāi)情探查等方面。
在無(wú)人機(jī)農(nóng)業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域方面,針對(duì)病蟲(chóng)害防治以美國(guó)為例,美國(guó)當(dāng)前擁有者兩千多家的農(nóng)業(yè)航空公司,且每年農(nóng)業(yè)處理耕地面積達(dá)3400萬(wàn)hm2這在美國(guó)的實(shí)際耕種面積中已經(jīng)占到40%,在此過(guò)程中針對(duì)水稻種植無(wú)人機(jī)運(yùn)用已經(jīng)達(dá)到100%。日本在這二十幾年來(lái)的發(fā)展過(guò)程中,當(dāng)前已經(jīng)擁有著2400多架已經(jīng)注冊(cè)的農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī),且能夠操作的專業(yè)人員就達(dá)14000多人,是當(dāng)前世界上最大的無(wú)人機(jī)農(nóng)藥噴灑國(guó)家。我國(guó)的農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)技術(shù)應(yīng)用相對(duì)較晚,但在近幾年來(lái)的發(fā)展中,隨著科學(xué)技術(shù)投入力度的不斷增強(qiáng)植保無(wú)人機(jī)型逐漸增多,其實(shí)際的應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣,對(duì)于農(nóng)業(yè)植保無(wú)人機(jī)的研究已經(jīng)進(jìn)入了新的階段,在當(dāng)前國(guó)內(nèi)植保民用無(wú)人機(jī)體量最大的便是DGI MG-1S無(wú)人機(jī),此項(xiàng)機(jī)型最大飛行作業(yè)速度為8m/s-1在每次開(kāi)展的作業(yè)之前,拿著遙控器經(jīng)農(nóng)田走上一圈,規(guī)劃好無(wú)人機(jī)的飛行航線,提前設(shè)置好噴灑的參數(shù)及作業(yè)方式,這樣上傳到植保的無(wú)人機(jī)就可以進(jìn)行作業(yè),一般情況下一天可以完成26.7hm2~33.3hm2作業(yè)。
運(yùn)用無(wú)人機(jī)與人工的播種方式相比較,不僅在效率上有著大幅度的提高,而且在播種中更加的均勻。DroneSeed公司是美國(guó)無(wú)人機(jī)播種的品牌,該公司在核心領(lǐng)域方面在于其選址技術(shù),無(wú)人機(jī)上邊的傳感器能夠?qū)呙璧貐^(qū)的地址制作成三維立體模型,并且能夠在此基礎(chǔ)上選擇較為合適的區(qū)域開(kāi)始種植,以其精確的選址來(lái)確保種子的成活率,在此之后可以運(yùn)用壓縮空氣的方式將種子發(fā)射到土壤中,以此實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)播種。在當(dāng)前國(guó)內(nèi),新疆天山羽人農(nóng)業(yè)航空公司生產(chǎn)的3WDM8-20農(nóng)用無(wú)人機(jī)在飛播水稻中,在相關(guān)人員的操作下,每分鐘能夠?qū)崿F(xiàn)0.2hm2水稻等播種,有效地縮短了農(nóng)時(shí),提高了生產(chǎn)效率。
運(yùn)用無(wú)人機(jī)施肥中,能夠?qū)⒎柿暇鶆虻貒姙?,?shí)際施肥效果非常明顯。在法國(guó)的葡萄莊園就經(jīng)常性的采用無(wú)人機(jī)施肥技術(shù),在日常作業(yè)過(guò)程中,果樹(shù)的葉片能夠正反面的有效施肥,以此能夠有效地節(jié)省出50%的農(nóng)資投入量。運(yùn)用無(wú)人機(jī)施肥則是實(shí)現(xiàn)了由傳統(tǒng)粗放式的施肥向著精準(zhǔn)化施肥的轉(zhuǎn)變,不僅能夠有效地節(jié)省出了大量的化肥使用量,還能夠提高化肥使用率,與當(dāng)前的綠色環(huán)保發(fā)展理念相符合。
2017年,日本的相關(guān)研究人員設(shè)計(jì)出了一種蜜蜂形狀的微型無(wú)人機(jī),以此用來(lái)協(xié)助蜜蜂進(jìn)行授粉,這種無(wú)人機(jī)大小約為5cm。研究人員在這款無(wú)人機(jī)的底部粘貼了一小塊動(dòng)物的皮毛,在這上面涂上了一層離子液體凝膠的特殊性膠水,當(dāng)無(wú)人機(jī)在經(jīng)過(guò)人們有意識(shí)的操作中,飛到一片花朵上時(shí),花粉等顆粒就能夠輕輕地站在凝膠上,在無(wú)人機(jī)再次飛到另一朵花上時(shí),花朵的顆粒就會(huì)落下,運(yùn)用膠水的粘性就能夠輕松地實(shí)現(xiàn)授粉、撒粉。
運(yùn)用無(wú)人機(jī)的遙感測(cè)繪、建模技術(shù),配合當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用,能夠構(gòu)造出農(nóng)田3D空間模型平臺(tái),為植保人員提供農(nóng)田的空間模型、作物信息、病蟲(chóng)害的防治信息、位置關(guān)系,尤其是光照溫度、空氣濕度等外界環(huán)境數(shù)據(jù),從而對(duì)農(nóng)情進(jìn)行有效的檢測(cè)。
運(yùn)用無(wú)人機(jī)播種技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)部分地區(qū)因?yàn)闊o(wú)法實(shí)現(xiàn)機(jī)械化種植問(wèn)題,當(dāng)前無(wú)人機(jī)的播種裝備主要有離心式、撥桿式及氣力式這三種結(jié)構(gòu)形式,在水田綠肥無(wú)人機(jī)播種裝置中就可以借助以上這幾種結(jié)構(gòu)進(jìn)行綠肥種子的播種。
目前,離心式無(wú)人及裝置主要分為離心圓管式及離心圓盤式,運(yùn)用該種裝備在作業(yè)中較為方便,能夠有效地提高效率,周身采用碳纖維機(jī)身設(shè)計(jì),在質(zhì)量方面重約1.2kg,有效輸入電壓為3.0v~4.2v,播撒速度為4L/min-1,可達(dá)8L,能夠便捷的與多項(xiàng)無(wú)人機(jī)進(jìn)行匹配,從而滲入到地面上機(jī)械難以到達(dá)的區(qū)域,能夠適應(yīng)多種水田綠肥品種的種植作業(yè)。
此項(xiàng)播撒裝置適用于對(duì)均勻度要求不高的水田綠肥作物粗播,缺點(diǎn)為在落種區(qū)域?yàn)閳A弧形,在同樣相鄰的兩種區(qū)域之間就很容易形成重播及漏播現(xiàn)象,播撒均勻度不高,且在作業(yè)過(guò)程中針對(duì)付款的調(diào)控較為困難。
撥桿式無(wú)人機(jī)播撒方式其應(yīng)用原理為采用電磁感應(yīng)定律,將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能,引用高速電機(jī)帶動(dòng)撥桿進(jìn)行播種作業(yè)。撥桿式無(wú)人機(jī)在播撒結(jié)構(gòu)方式上較為簡(jiǎn)單,其缺點(diǎn)在于缺少定量的播種結(jié)構(gòu),對(duì)使用不同的綠肥種子的適應(yīng)性程度不高。
氣力式無(wú)人機(jī)在結(jié)構(gòu)上主要由風(fēng)機(jī)、分流箱、排種槽輪及倒流通道組成。在工作運(yùn)行中主要經(jīng)過(guò)排種槽輪有效的調(diào)控種子的顆粒排量,由風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的高速氣流通過(guò)入風(fēng)口將種子顆粒吹到倒流的通道排出,對(duì)于種子播撒過(guò)程中的播撒量及運(yùn)動(dòng)軌跡有著一定的人為可控性。運(yùn)用氣力式無(wú)人機(jī)播撒裝置,能夠?qū)崿F(xiàn)排量隨著無(wú)人機(jī)前進(jìn)的速度變化而進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié),這種方式能夠有效地實(shí)現(xiàn)了播撒過(guò)程中的均勻性問(wèn)題,但在其飛行高度、倒流通道錐角及氣流出口尺寸等方面還有待進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化。
在綠肥的生產(chǎn)過(guò)程中,要對(duì)田間的作物加強(qiáng)管理,這對(duì)提高鮮草產(chǎn)量及根系固氮效果有著重要的促進(jìn)作用。目前,引用農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)技術(shù)在田間的管理工作中主要對(duì)農(nóng)情監(jiān)測(cè)、作物施肥、田間病蟲(chóng)的妨害等方面的應(yīng)用。
在田間管理環(huán)節(jié)中,針對(duì)農(nóng)情監(jiān)測(cè)工作運(yùn)用無(wú)人機(jī)同步搭載高清數(shù)碼攝像機(jī)、熱像儀、傳感器等相應(yīng)設(shè)備,從而可以獲取到低空分辨率遙感數(shù)據(jù),對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行軟件分析處理便可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理與解析,能夠有效地獲取到農(nóng)作物的葉面積數(shù)值及其產(chǎn)量,冠層溫度等一些農(nóng)情信息。運(yùn)用該項(xiàng)技術(shù)能夠?yàn)樘綄ぞG肥作物雨中及基因邊線管理規(guī)律提供幫助支持。
在水田綠肥生產(chǎn)過(guò)程中,不僅要對(duì)其進(jìn)行有效的種植,還要在管理工作上做到悉心呵護(hù),這樣才能夠有效地增加種植的產(chǎn)量。在豆科作物生產(chǎn)過(guò)程中如果缺少必要的氮肥將對(duì)降低其根系的固氮效應(yīng);油菜生長(zhǎng)過(guò)程中對(duì)磷素、硼素的反應(yīng)激烈,如果在其生長(zhǎng)過(guò)程中缺啥相應(yīng)的磷元素,則會(huì)出現(xiàn)減產(chǎn)的現(xiàn)象。使用無(wú)人機(jī)技術(shù)能夠?qū)ψ魑锶~片的正反面噴施肥液,在此過(guò)程中就需要根據(jù)實(shí)際產(chǎn)量要求調(diào)配好肥料的濃度及酸度,同時(shí)根據(jù)天氣氣候等因素選擇出合適的噴灑時(shí)間。另外在噴灑肥料的過(guò)程中可以適當(dāng)?shù)靥砑右恍┲鷦?,以此提高肥液在植物葉片之上的粘附力,從而有效地促進(jìn)植物對(duì)肥液進(jìn)行吸收。與傳統(tǒng)的人工操作相比較,運(yùn)用帶有導(dǎo)航的無(wú)人及操作技術(shù),在工作過(guò)程中每小時(shí)的工作量可以達(dá)到4hm2,在作業(yè)效率上是傳統(tǒng)人工的40倍以上,且在使用無(wú)人噴灑霧滴沉積在分布的均勻度方面也要明顯優(yōu)于人工,這在一定程度上能夠提高肥料的利用率,節(jié)省出了大量的生產(chǎn)成本,并且有效地杜絕了資源浪費(fèi)。
采用無(wú)人機(jī)種植技術(shù)在作業(yè)過(guò)程中較為方便,且在施藥中效率較高,對(duì)水、用藥量的要求較低,對(duì)生產(chǎn)作物的傷害較小,能夠很好地滿足施藥均勻性的要求。現(xiàn)在運(yùn)用植保無(wú)人機(jī)在經(jīng)歷過(guò)改良之后能夠?qū)θ缱显朴?、紅萍、水浮蓮等水田綠肥種植過(guò)程中的病蟲(chóng)進(jìn)行有效的防治,在對(duì)提高實(shí)際的防治效果上還應(yīng)該進(jìn)一步進(jìn)行探究。在此過(guò)程中,為深入了解帶有導(dǎo)航的單翼無(wú)人機(jī)及無(wú)自動(dòng)導(dǎo)航單旋翼無(wú)人機(jī)等多款田間管理無(wú)人機(jī),在作業(yè)的過(guò)程中將綠肥作層霧積分布的情況,在此建議將無(wú)人機(jī)運(yùn)用到油菜及蠶豆等綠肥作物的種植及田間病蟲(chóng)防治的工作中,針對(duì)各個(gè)機(jī)型在作物表層霧滴沉積的分布情況。通過(guò)有效的田間實(shí)驗(yàn)表明,具有自主導(dǎo)航性能的無(wú)人機(jī)在作業(yè)中,其對(duì)滴物的分布均勻要明顯優(yōu)于不具備自主導(dǎo)航的;單旋翼無(wú)人機(jī)噴灑滴物沉積的穿透性及噴灑的據(jù)運(yùn)行要好于多旋翼。對(duì)于小葉片、低桿的水田綠植作物在種植管理過(guò)程中更適應(yīng)于無(wú)人機(jī)進(jìn)行植保。這種深層次的原因與無(wú)人機(jī)飛行過(guò)程中形成的風(fēng)場(chǎng)有關(guān)系。在對(duì)低稈作物作業(yè)過(guò)程中,無(wú)人機(jī)旋翼所產(chǎn)生的下壓風(fēng)就能夠輕易地將葉子翻面,對(duì)葉片的正反面都能夠進(jìn)行噴灑著藥。同時(shí),在此過(guò)程中添加合適的助劑與適當(dāng)?shù)挠盟軌蛴行У卦鰪?qiáng)霧滴的穿透性,從而提高對(duì)病蟲(chóng)害的防治效果。
在過(guò)去的很長(zhǎng)一段時(shí)間里,我國(guó)的可耕地實(shí)際面積較差,環(huán)境污染問(wèn)題較為嚴(yán)重,產(chǎn)品質(zhì)量較低的問(wèn)題也越發(fā)凸顯。當(dāng)前針對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)及方式正在發(fā)生著深刻的變化。在當(dāng)前國(guó)家推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)背景下,發(fā)展綠肥生產(chǎn)結(jié)構(gòu)符合當(dāng)前的發(fā)展規(guī)劃。在過(guò)去的幾年時(shí)間里,農(nóng)用無(wú)人機(jī)在我國(guó)的實(shí)際發(fā)展運(yùn)用中取得了良好的成效,盡管如此,在綠肥生產(chǎn)領(lǐng)域及其他的主糧作物方面想比較仍舊有著較大的差異。這也正是體現(xiàn)出了農(nóng)用無(wú)人機(jī)技術(shù)在水田綠肥技術(shù)中有著良好的發(fā)展?jié)摿?。在之后發(fā)展水田綠肥無(wú)人機(jī)生產(chǎn)裝備中,需要注意以下幾項(xiàng)問(wèn)題:
我國(guó)當(dāng)前率眾種植品種較為繁多,且種植方式多種多樣,但是相應(yīng)的規(guī)?;N植少,且在分布區(qū)域上發(fā)展不均衡,對(duì)綠肥種植的帶動(dòng)性較差。采用無(wú)人機(jī)技術(shù)對(duì)水田綠肥生產(chǎn)領(lǐng)域的生產(chǎn)來(lái)說(shuō)還是個(gè)新的產(chǎn)業(yè),在實(shí)際工作過(guò)程中就需要更多的支持與宣傳,首先就可以從典型的綠田水肥作物進(jìn)行著手,在區(qū)域種植的選擇中就可以選取典型的水田區(qū)域種植地區(qū),有效的增大綠肥的種植面積。積極聯(lián)合當(dāng)?shù)氐牡胤秸c無(wú)人機(jī)研發(fā)企業(yè),積極引納農(nóng)業(yè)技術(shù)相關(guān)人員,與合作社進(jìn)行合作等方式,對(duì)無(wú)人機(jī)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)引入進(jìn)行大力地宣傳推廣,并依此形成一定的規(guī)模,擴(kuò)大影響,早日解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的各項(xiàng)難題。
在此項(xiàng)工作過(guò)程中要重點(diǎn)針對(duì)水田綠肥播種與生產(chǎn)環(huán)節(jié)中對(duì)無(wú)人機(jī)裝備的研究,在播種的環(huán)節(jié)中,可以從精量播種及提高播種的均勻度方面進(jìn)行考慮,以此研發(fā)出適應(yīng)多種綠肥水田無(wú)人機(jī)。在對(duì)水田綠肥的管理環(huán)節(jié)中,要能夠根據(jù)不同作物的生長(zhǎng)期限,病害的不同情況等方面選擇出適合的助品藥劑,對(duì)無(wú)人機(jī)的類型及作物噴灑作業(yè)的參數(shù)等方面進(jìn)行分析。
在當(dāng)前的水田綠肥生產(chǎn)環(huán)節(jié)下,要加強(qiáng)對(duì)農(nóng)用無(wú)人及裝備的技術(shù)研發(fā)的相關(guān)投入,對(duì)無(wú)人機(jī)的實(shí)際性能進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化。當(dāng)前無(wú)人機(jī)的飛行系統(tǒng)及平臺(tái)在應(yīng)用過(guò)程中已經(jīng)有了相應(yīng)的技術(shù)基礎(chǔ),但是在實(shí)際操作及生產(chǎn)作業(yè)效果上還存在一定的提升空間。在對(duì)農(nóng)用無(wú)人機(jī)的政策方面,由于農(nóng)用無(wú)人機(jī)在實(shí)際的應(yīng)用中主要是在中、低空域進(jìn)行作業(yè)。在此環(huán)節(jié)中建議要積極學(xué)習(xí)國(guó)外的經(jīng)驗(yàn),結(jié)合實(shí)際情況,制定出無(wú)人機(jī)操作人員的管理培訓(xùn)制度,健全當(dāng)前無(wú)人機(jī)飛行從業(yè)人員的職業(yè)能力與相應(yīng)的評(píng)價(jià)監(jiān)管體系。同時(shí)政府要協(xié)調(diào)無(wú)人機(jī)研發(fā)公司與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等多方面的社會(huì)生產(chǎn)力量,對(duì)行業(yè)發(fā)展采取明確的標(biāo)準(zhǔn),以便能夠積極促進(jìn)我國(guó)的農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)的生產(chǎn)鏈及行業(yè)的健康發(fā)展,為我國(guó)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展提供更多的政策上的保障。
以上對(duì)當(dāng)前農(nóng)用無(wú)人機(jī)應(yīng)用技術(shù)及相應(yīng)的成效進(jìn)行簡(jiǎn)單的闡述,具體在使用過(guò)程中要根據(jù)實(shí)際要求采取相應(yīng)的機(jī)型,以便促進(jìn)我國(guó)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新取得長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展。
農(nóng)村科學(xué)實(shí)驗(yàn)2021年28期