水稻無人機施肥技術要點及展望*

朱從樺 任丹華 歐陽裕元 李彬 黃海波 廖為 鄭家國 李旭毅¤

1.德陽市潤田水稻產業(yè)技術研發(fā)中心，四川德陽

2.四川省農業(yè)科學院作物研究所，四川成都

3.四川省農業(yè)機械化發(fā)展推廣中心，四川成都

4.四川飛防農業(yè)有限責任公司，四川德陽

5.涼山州布拖縣農業(yè)農村局，四川涼山

現(xiàn)代化農機裝備給水稻規(guī)模化生產增添了活力，為保障糧食安全起到關鍵作用[1]。近年來，農用無人機被廣泛應用于植保、播種、施肥、巡田等環(huán)節(jié)[2-4]，不僅大幅提高了作業(yè)效率，還降低了生產成本，“一機多用”成為了它的突出優(yōu)勢。分次施肥能夠顯著提高水稻產量，改善稻米品質[5]；然而農村勞動力大量向城鎮(zhèn)轉移，適齡勞動力越來越緊缺，水稻規(guī)?；a中迫切需要降低施肥勞動強度和用工成本，提高施肥規(guī)范性。隨著高負載農用無人機及配套精準噴灑技術的不斷進步，水稻無人機施肥技術應運而生，為水稻規(guī)?；?、分次精準施肥提供了新路徑。與此同時，通過稻田葉片氮含量無損診斷、無人機多光譜遙測、田間生長持續(xù)監(jiān)測等技術手段繪制施肥處方圖[6-8]，再由無人機開展變量施肥作業(yè)，將進一步減少肥料用量，提高肥料利用率，降低勞動強度，增加水稻產量。為此，本文將重點從作業(yè)機型、肥料要求、施肥準備、施肥作業(yè)、機具保養(yǎng)、安全保障等方面闡述水稻無人機施肥技術要點及其注意事項，以期為水稻無人機施肥技術規(guī)范化示范推廣提供支撐。

1 水稻無人機施肥技術優(yōu)勢及應用效果

1.1 安全高效，降低成本

無人機施肥過程中僅需搬運肥料、填裝肥料、更換電池等簡易操作，操作人員通過遙控器完成施肥作業(yè)（大部分可采用自主作業(yè)），可以最大限度避免直接接觸肥料，最大程度減少肥料對人體的危害；避免長時間在田間負重施肥，勞作強度大幅降低。無人機施肥作業(yè)效率可達1.5～3.0 hm2/h，是傳統(tǒng)人工施肥的10 倍以上，進一步降低了用工成本。

1.2 綠色低碳，節(jié)省肥料

施肥農用無人機以電力為主動力，是農業(yè)生產綠色低碳的優(yōu)選機具。根據(jù)水稻生育進程和養(yǎng)分吸收規(guī)律，配套稻田葉片氮含量無損診斷、無人機多光譜遙測、田間生長持續(xù)監(jiān)測等技術，無人機分次精準施肥能夠顯著提高肥料利用率，減少肥料用量，既能滿足稻株養(yǎng)分需求，實現(xiàn)高產，也能減少肥料損失帶來的環(huán)境污染，是實現(xiàn)現(xiàn)代農業(yè)低碳環(huán)保的有效措施。

1.3 簡單適用，易于推廣

水稻無人機施肥操作難度遠小于植保作業(yè)，作業(yè)時通過增加飛行高度來繞開田間障礙物，無論是平原還是丘陵區(qū)，操作人員都能夠采用自主避障作業(yè)，大幅降低操控難度。現(xiàn)有農用植保無人機基數(shù)較大，從業(yè)人員多且年輕，農機社會化服務主體僅需加購播撒裝置就能開展施肥作業(yè)。此外，水稻規(guī)?；a中追肥帶來的增產增收效果十分顯著，僅通過無人機追施分蘗肥和穗肥，每公頃節(jié)本增收就超過225 元，這些也為示范推廣水稻無人機施肥技術提供重要支撐。

2 水稻無人機施肥技術要點

2.1 作業(yè)機型

選擇正規(guī)廠家生產的農用無人機，購置配套離心拋撒或涵道氣吹型播撒器。無人機有效負載應超過20 kg，有效播撒幅寬不低于4.0 m，每公頃播種量誤差不超過3 kg，防水等級不低于IP7級。施肥無人機起飛直徑不超過3.0 m，高度不超過1.2 m，連續(xù)施肥作業(yè)不少于15 min，每分鐘顆粒肥播撒量不低于10 kg，液體噴施量不少于4 L，作業(yè)速度為4～8 m/s，作業(yè)高度2.0～12.0 m，具備自主作業(yè)、智能避障、漏堵報警、實時監(jiān)控、記錄軌跡等功能。

2.2 肥料要求

可以用于無人機施肥的通常有顆粒肥料和液體肥料。顆粒肥料直徑為0.5 mm～3.0 mm，顆粒度不小于90%，吸濕性較弱、無結塊、硬度不小于50 N。液體肥料應選擇能被水稻葉片吸收的全水溶性肥料，且能直接用于無人機噴施或加水稀釋后能夠適用于無人機噴施作業(yè)。

2.3 施肥準備

1) 準備肥料。顆粒肥料要清除顆粒肥中的結塊和雜物，將肥料填裝入裝載桶。液體肥料要根據(jù)液體肥料使用要求，配制成適宜濃度，再罐裝到桶內。

2) 檢查機具。起飛作業(yè)前檢查農用無人機及施肥器各組件情況，確保處于正常工作狀態(tài)，同時，調試通訊設備，確保農業(yè)無人機操控系統(tǒng)通訊順暢。

3) 作業(yè)方案。根據(jù)作業(yè)區(qū)域地形地貌、田塊大小和水稻施肥要求等，對作業(yè)區(qū)域進行飛行定位，規(guī)劃無人機航線和起降區(qū)域；采用全自動飛行作業(yè)的，還應提前規(guī)劃好航線、飛行速度、作業(yè)高度和起降點等。

4) 作業(yè)參數(shù)。按照播種要求，設置播種作業(yè)高度、飛行速度、安全距離、播撒量、轉盤轉速、風機轉速等參數(shù)。

5) 作業(yè)測試。操作人員對無人機進行不噴（撒）施模擬作業(yè)，校準流量和播撒量后再進行試噴（撒）施作業(yè)，試噴（撒）施合格后再進行大面積施肥作業(yè)。

6) 應急預案。制定突發(fā)情況的應急預案，確保人員和無人機安全；發(fā)生突發(fā)性故障時緊急迫降點必須遠離人群及住宅區(qū)。

2.4 施肥作業(yè)

作業(yè)人員操作無人機起飛，嚴格按照作業(yè)預案執(zhí)行。作業(yè)時應關閉手機及其他影響播種作業(yè)的電磁干擾設備；副手和安全員在適宜區(qū)域做好作業(yè)質量監(jiān)測和安全保障。

2.5 機具保養(yǎng)

施肥作業(yè)結束后，及時清潔無人機裝載桶、噴灑器，并按照農用無人機保養(yǎng)要求進行機具的日常保養(yǎng)。

2.6 安全保障

1）機具保險。無人機應具有符合播種作業(yè)服務的機損險和第三責任險。

2）人員要求。作業(yè)人員應包含無人機操作手、副手和安全員，施肥作業(yè)時全部人員應佩戴手套、口罩、安全帽、防眩光眼鏡、工作服；嚴禁在穿拖鞋、抽煙、酒后及身體不適狀態(tài)下開展播種作業(yè)。其中，無人機操作手應經(jīng)過農業(yè)航空技術培訓并獲得專業(yè)的培訓合格證，符合NY/T 1775 和AC-61-FS-2013-20 的要求，并掌握作物施肥專業(yè)知識；副手應熟悉作物施肥專業(yè)知識，熟悉農用無人機施肥作業(yè)要求，負責肥料準備與填裝；安全員則應負責在作業(yè)區(qū)域邊緣設置明顯的警告牌、警戒線以及禁止入內的警示標識，負責無人機施肥作業(yè)過程中安全保衛(wèi)工作，預防、處置無人機施肥作業(yè)的各種突發(fā)性故障，以確保人機安全和作業(yè)安全。

3）作業(yè)區(qū)域。作業(yè)區(qū)域應符合國家關于禁飛區(qū)域的規(guī)定，具備農用航空器起降的場地和適合施肥的飛行航線，無影響農用航空器安全飛行的樹木、建筑物、電線（桿）、高壓線塔等障礙物；作業(yè)區(qū)域邊緣應設置明顯的警告牌、警戒線以及禁止入內的警示標識。

4）環(huán)境要求。作業(yè)前應查詢作業(yè)區(qū)域氣象信息，包括溫濕度、風向、風速等；風力超過5 級禁止作業(yè)，降雨、冰雹時禁止作業(yè)，能見度低于無人機最適作業(yè)距離時禁止作業(yè)。施肥前應考慮光照、相對濕度、雨露等對作業(yè)質量的影響。

3 展望與思考

水稻無人機施肥也面臨一些亟需解決的問題。在現(xiàn)有農用航空器限制條件下，應開發(fā)出作業(yè)續(xù)航更久、負載更高、自主作業(yè)能力更強的農用無人機[9-10]，以提高施肥效率，現(xiàn)有20～30 kg級的農用無人機用于水稻追肥作業(yè)，飛一個架次僅能完成0.27～0.40 hm2，如果用于施底肥，僅能覆蓋0.03～0.04 hm2。目前，施肥無人機多以離心拋撒和涵道氣吹為主，離心式拋撒作業(yè)有效幅寬與顆粒肥密度、甩盤轉速、飛行高度密切相關，作業(yè)時較多的肥料顆粒會向側面偏移，進而影響施肥均勻性和準確性，容易導致漏噴、重噴；涵道氣吹有效幅寬與顆粒肥密度、風機轉速和飛行高度密切相關，作業(yè)時較多的肥料顆粒會集中于中心區(qū)域，容易導致漏噴，因此，開發(fā)出有效幅寬大且施肥精準的播撒器將成為進一步提高無人機施肥效果的關鍵。無人機撒施顆粒肥，顆粒肥料入土淺或直接落于地表，導致肥料利用效率不高，需要優(yōu)化肥水耦合技術；同時，還需要加強無人機稻田監(jiān)測遙感準確性攻關，進而繪制出更加準確的施肥處方圖。缺乏無人機配套的高效肥料及其助劑，施肥無人機負載提升是有天花板的，為兼顧“施肥效率和利用效果”，需要開發(fā)適應于無人機施用的濃縮型高效顆粒肥、水溶性更強的液體肥以及配套助劑。天氣因素會影響無人機飛行和作業(yè)，以及施肥效果。噴施液體肥，施用效果通常受液體肥料濃度、空氣濕度、空氣溫度等的影響，施用顆粒肥通常需要考慮葉面雨露和冠層稀密程度等。綜上所述，無人機施肥正在處于高速發(fā)展階段，但要真正實現(xiàn)大面積規(guī)范化使用，還需要不斷改進設備以及研發(fā)完善配套的高效肥料及農藝技術。