無人機(jī)施肥植保一體化技術(shù)的研究與探索

吳雄杰

（上海市農(nóng)業(yè)機(jī)械鑒定推廣站，上海市 201601）

0 引言

施肥和植保是水稻田間管理中兩個(gè)重要的作業(yè)環(huán)節(jié)，上海水稻施肥和植保時(shí)間主要集中在每年的6～9月份，高溫天氣居多。水稻種植后通常需要施肥3～4次，植保4～5次。目前，水稻機(jī)械施肥、植保技術(shù)模式比較單一，高性能農(nóng)機(jī)裝備還不夠多，技術(shù)含量不高，機(jī)械施肥和植保作業(yè)效率低、用工量大、勞動(dòng)強(qiáng)度高等現(xiàn)象仍存在。因此，亟須探索新型機(jī)械施肥植保技術(shù)，助推本市農(nóng)機(jī)裝備提檔升級(jí)，加快農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

1 目前全市水稻機(jī)械施肥和植保技術(shù)與裝備現(xiàn)狀

1.1 背負(fù)式噴粉噴霧機(jī)施肥技術(shù)

近幾年，小規(guī)模種植農(nóng)戶施肥使用的是背負(fù)式噴粉噴霧機(jī)，人工背負(fù)行走，噴霧機(jī)以汽油機(jī)為動(dòng)力，半人工半機(jī)械施肥。肥箱30 L左右，作業(yè)效率一般在0.33 hm2/h，作業(yè)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，施肥量波動(dòng)大，屬于粗放型作業(yè)。優(yōu)勢(shì)是施肥靈活，適用于水稻小規(guī)模種植面積。

1.2 人工擔(dān)架式噴霧機(jī)植保技術(shù)

人工擔(dān)架式噴霧機(jī)主要是由水泵和藥箱構(gòu)成，固定在移動(dòng)車上。由4～6人牽引水管在水稻田間前行，另外4～6人持水槍噴頭噴灑農(nóng)藥，屬于半人工半機(jī)械植保。作業(yè)效率一般在1.2 hm2/h。相較其他植保機(jī)械，作業(yè)效率偏低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，人工成本高，隨著農(nóng)業(yè)勞動(dòng)人口不斷老齡化，該模式的劣勢(shì)越來越明顯。

1.3 高地隙自走式植保車施肥與植保技術(shù)

該技術(shù)模式在原有高地隙自走式噴桿噴霧機(jī)上，加裝或改裝前置或后置小型離心式撒肥機(jī)，可實(shí)現(xiàn)機(jī)械施肥和植保作業(yè)，較其他技術(shù)模式有一定的作業(yè)優(yōu)勢(shì)。但自2016年引進(jìn)與試驗(yàn)以來，并未實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用推廣。

主要原因：一是高地隙自走式植保車在水稻田間駕駛操作復(fù)雜，同時(shí)在機(jī)具上連續(xù)添加肥料勞動(dòng)強(qiáng)度大。二是高地隙自走式植保車通常作業(yè)會(huì)壓出20 cm/次左右的泥溝，通常施肥作業(yè)3～4次/年，后續(xù)植保作業(yè)也會(huì)進(jìn)行4～5次。這樣高頻率的作業(yè)，造成很多犁底層逐漸另深，機(jī)械在田間無法連續(xù)作業(yè)。同時(shí)，許多農(nóng)戶對(duì)作業(yè)期間出現(xiàn)的壓苗、傷苗現(xiàn)象有一定擔(dān)憂和顧忌。因此，全程使用高地隙自走式植保車進(jìn)行施肥和植保作業(yè)技術(shù)應(yīng)用推廣難度大。

1.4 無人機(jī)施肥植保技術(shù)

無人機(jī)施肥植保是近兩年興起的一項(xiàng)新型智能化技術(shù)，是利用無人機(jī)的播撒系統(tǒng)和噴灑系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，進(jìn)行施肥和植保作業(yè)。隨著無人機(jī)技術(shù)不斷迭代升級(jí)，無人機(jī)的性能更加可靠和穩(wěn)定，作業(yè)效率高、勞動(dòng)強(qiáng)度輕等優(yōu)勢(shì)越來越明顯，應(yīng)用范圍也越來越廣。

2 無人機(jī)施肥植保一體化技術(shù)的試驗(yàn)研究

2.1 基本情況

為進(jìn)一步掌握無人機(jī)施肥植保一體化技術(shù)的生產(chǎn)適應(yīng)性情況，2022年7～9月份，本市以主流無人機(jī)機(jī)型大疆T40無人機(jī)施肥植保一體化技術(shù)為試驗(yàn)對(duì)象，進(jìn)行實(shí)測(cè)試驗(yàn)研究。無人機(jī)施肥植保一體化技術(shù)的試驗(yàn)基本情況見表1。

表1 無人機(jī)施肥植保一體化技術(shù)的試驗(yàn)基本情況

2.2 作業(yè)效率

經(jīng)實(shí)測(cè)計(jì)算，在預(yù)設(shè)施肥量25 kg/667m2的情況下，大疆T40無人機(jī)施肥作業(yè)效率為2.26 hm2/h。而常規(guī)背負(fù)式噴粉噴霧機(jī)在施肥量15 kg/667m2情況下作業(yè)效率為0.33 hm2/h，前者作業(yè)效率是后者的6.85倍，同時(shí)無人機(jī)施肥的單位時(shí)間內(nèi)施肥量可折算為847.25 kg/h，是常規(guī)背負(fù)式噴粉噴霧機(jī)單位時(shí)間內(nèi)施肥量75 kg/h的11.3倍。大疆T40無人機(jī)植保作業(yè)效率高達(dá)7.34 hm2/h，是人工擔(dān)架式噴霧機(jī)（10人模式）作業(yè)效率1.2 hm2/h的6.08倍，具體數(shù)據(jù)見表2。

表2 無人機(jī)施肥作業(yè)效率測(cè)算表

2.3 作業(yè)精準(zhǔn)程度

無人機(jī)施肥和植保作業(yè)期間飛行路徑均為自動(dòng)規(guī)劃。每次起始位置會(huì)自動(dòng)識(shí)別，無漏施、重施，無漏噴、重噴，飛行速度穩(wěn)定，施肥作業(yè)均勻性好，總體作業(yè)精準(zhǔn)度高。經(jīng)測(cè)算，稱重區(qū)總用肥量為887.5 kg，作業(yè)面積為2.28 hm2，實(shí)際平均施肥量為25.95 kg/667m2，與作業(yè)前設(shè)置的25 kg/667m2，僅存在3.8%的正偏差。測(cè)量藥劑用量區(qū)，總配制藥劑220 L，實(shí)際使用215.5 L，作業(yè)面積8.87 hm2，實(shí)際平均用水量為1.62 L/667m2，與作業(yè)前設(shè)置的1.65 L/667m2，僅存在1.3%的正偏差。

2.4 不同施肥植保機(jī)械作業(yè)特點(diǎn)對(duì)比

在無人機(jī)施肥和植保作業(yè)過程中，對(duì)比其他不同施肥植保機(jī)械的作業(yè)特點(diǎn)可發(fā)現(xiàn)，無人機(jī)植保操作人員只需2人，比人工擔(dān)架式噴霧機(jī)10人用工量顯著下降。勞動(dòng)強(qiáng)度明顯降低，作業(yè)條件適應(yīng)面廣，不受水稻株高、田塊泥土情況限制，作業(yè)效率成倍提高。同時(shí)，無人機(jī)施肥具備無人機(jī)植保上述特點(diǎn)之外，相比背負(fù)式噴粉噴霧機(jī)，作業(yè)效率更高，勞動(dòng)強(qiáng)度和用工量明顯下降，總體作業(yè)精準(zhǔn)程度高，相關(guān)跟蹤情況見表3。

表3 不同施肥植保機(jī)械作業(yè)特點(diǎn)對(duì)比

3 結(jié)語

以大疆T40無人機(jī)為代表的無人機(jī)施肥植保一體化技術(shù)是一項(xiàng)智能化程度高、一機(jī)多用、功能強(qiáng)大的新型農(nóng)機(jī)技術(shù)。相較常規(guī)施肥、植保技術(shù)模式，具有作業(yè)效率高、用工量、勞動(dòng)強(qiáng)度低、作業(yè)精準(zhǔn)度高等巨大優(yōu)勢(shì)，同時(shí)低空飛行作業(yè)，不受水稻長(zhǎng)勢(shì)、田間地勢(shì)等客觀條件影響，具有較大的適用范圍。其有望成為緩解水稻田間管理中施肥和植保作業(yè)中用工量和勞動(dòng)強(qiáng)度大等問題的重要農(nóng)機(jī)智能化產(chǎn)品。

隨著無人機(jī)產(chǎn)品不斷迭代升級(jí)，無人機(jī)性能大幅提升。近兩年，無人機(jī)施肥和植保技術(shù)日趨成熟，無人機(jī)施肥植保一體化技術(shù)在本市的應(yīng)用推廣趨勢(shì)強(qiáng)勁。這有利于加速本市農(nóng)機(jī)裝備的提檔升級(jí)，向智能化、自動(dòng)化、無人化等更高層次發(fā)展。