牡丹江市南拉古村水稻生产中无人机使用情况调研

孙振雨

(黑龙江省农业机械工程科学研究院牡丹江分院,黑龙江 牡丹江 157011)

0 引言

水稻是我国重要的粮食作物,我国有超过8.5亿人将大米作为主食。2020年,我国大米产量1.483亿t,消费量1.502亿t。水稻生产至关重要,关乎民生日常,更关乎国家安全。

水稻生产全程机械化是提高水稻生产能力的重要物质基础和技术手段,加快推进水稻生产全程机械化,对于减轻农民劳动强度,保证粮食安全具有重要意义[1]。

无人机作为新型水稻生产工具,逐渐应用于水稻的播种、施肥、喷药等作业,特点和优势明显。适应丘陵、山区、坡地等特殊作业环境;播种作业效率可达到0.2 hm2·h-1;喷药人员远离农药侵害;撒肥均匀可靠;无人机依靠电池提供动力,节能环保。

根据朱伯华等[2]以黄华占稻种进行对比试验结果显示,从综合来看理论产量高低顺序依次为机械精量穴播>机械抛秧>无人机直播>机械插秧>人工直播。

近年来,随着我国人口老龄化程度加重,农村劳动力短缺情况日益严峻,高效省力的无人机作业正逐渐被农户接受[3]。根据农户反馈,通过对无人机直播稻的合理化水肥药管理,其产量与常规机插秧水稻产量基本一致。

为记录无人机在水稻生产过程中的使用情况,对牡丹江市南拉古村农户使用无人机播种、撒肥、喷药作业情况进行了跟踪调研。

1 基本情况

1.1 农田基本情况

南拉古村隶属于牡丹江市西安区,位于牡丹江市城区西南10 km处,坐标N44.54°,E129.49°,地处N45°世界黄金黑土带,处于第二季温带(2 500～2 700 ℃),属中温带大陆性季风气候,年平均气温5.1 ℃。该村地势平坦,光照充足;近邻海浪河,水源充足,适宜进行水稻生产。

南拉古村主要农作物为水稻,水稻种植历史悠久,水稻生产水平较高,农户保证粮食自给自足的同时售卖稻谷获得利润。

1.2 农户基本情况

南拉古村水稻种植大户,2022年承包水田16 hm2种植水稻。2020年、2021年水稻种植方式为人工手撒直播,产量分别为7 500 kg·hm2和6 500 kg·hm2。

2 无人机使用情况

2.1 直播播种

农户2022年种植的16 hm2水稻全部采用无人机播种,如图1所示,雇用专业无人机及飞手播种,播种价格为2元·kg-1。2021年人工手撒播种价格为200元·(人·d)-1。

无人机于2022年5月11日5:00开始水稻直播作业,16:00结束,用时1 d。当日天气晴,微风,无降水。

图1 无人机直播作业

无人机为大疆T30植保无人机,作业方式为抛撒播种,单次装载稻种25 kg,作业高度2 m,作业飞行速度1 m·s-1,作业幅宽4.2 m;稻种为天育809,经干籽种衣剂拌种处理,播种量150 kg·hm-2;雇用无人机及飞手合计费用4 800元。

为保障水稻直播作业的均匀性,机手采用半量2次穿插播种方式,即先按照预定播种量的一半进行一次播种作业,如图2所示,随后再交叉进行一次播种作业,经过两次播种达到预定播种量。

2.2 撒施化肥

图2 半量播种

农户雇用大疆T30植保无人机及机手撒施化肥,价格为1元·kg-1,每次飞行载肥40 kg,大约可撒施0.15 hm2稻田,根据水稻长势情况调整撒肥量。

施用肥料为牡丰牌水稻专用颗粒肥,总养分≥35%。撒肥高度2.5 m,撒肥幅宽4.2 m,撒肥前进速度2 m·s-1,单次作业时间3 min,撒肥方式为逐行撒肥。

6月10日撒施化肥25 kg·hm-2,6月30日撒施化肥75 kg·hm-2。

2.3 喷洒农药

农户雇用极飞P20 2018款植保无人机及机手喷洒农药,价格为50元·飞次-1,每次飞行载荷18 L,喷洒稻田面积1 hm2,根据地块杂草多少情况调整喷洒面积,一般为0.5～1 km2·飞次-1。

喷洒高度2 m,喷洒幅宽4.3 m,喷洒前进速度4.4 m·s-1,单次作业时间7 min,喷洒方式为逐行喷洒。

6月2日喷洒氰氟草酯杀灭稗草;7月5日喷洒2甲·灭草松杀灭阔叶草;7月11日人工手动喷洒科美稗佬双草醚杀灭稻田田埂杂草;7月23日喷洒农药防稻瘟病同箱添加水溶肥,农药为拜耳产敌杀死(溴氰菊酯)、稳腾(肟菌·戊唑醇)、陶氏科迪华产己唑·稻瘟灵,水溶肥为拜耳产含氨基酸水溶肥料;8月8日喷洒拿敌稳防病除害。

2.4 管理要点

肥药管理做到适时、及时、适量。根据水稻生长周期及发育状况补充肥料,既保证满足水稻生长需要,又保证N、P、K搭配合理;应及时调节水层高度,注意补水和晒田。

施肥、喷药、除草有序进行,合理安排时间。施肥后要存水7 d,保证肥料被充分吸收,期间不要换水。

3 播种机具

采用大疆T30植保无人机直播作业。

3.1 机具基本参数

整机重量:36.5 kg(含电池);

可设置最大飞行半径:2 000 m;

最大作业飞行速度:7 m·s-1;

最大可承受风速:6 m·s-1;

外形尺寸:2 858 mm×2 685 mm×790 mm(机臂展开,桨叶展开);

播撒系统适用物料:0.5～5 mm干燥固态颗粒;

作业箱容积:40 L;

最大载重:40 kg;

播幅:7 m;

最大轴距:2 145 m;

旋翼数量:6个。

3.2 机具特点

T30为了更好地完成播种作业,对螺旋桨的转向进行了特别设计,采用3正向旋转3反向旋转的组合方案,如图3所示。这样的设计可以使旋转下压风场气流更加稳定,从而提高稻种掉落的均匀性,同时可以增大有效作业幅宽,提高播种作业效率。

图3 螺旋桨旋转方向示意图

4 播种前准备

4.1 地块的处理

无人机播种前对稻田地进行泡田、打浆、施底肥、打封闭药处理。

农户于4月24日引水泡田,水深10 cm,泡田7 d;5月2日打浆机打浆1遍,平地机平地1遍;打浆同时施封闭药丁草胺、施入底肥600 kg·hm-2(总养分≥42%);打浆结束后沉降7 d,保证水面高度约3 cm。

4.2 种子的处理

4.2.1 种子的选择

根据水稻生长周期和光照条件,稻种选用天育809。其株高90 cm左右,穗长20 cm左右,穗粒数130粒,千粒重27 g,生育日数140 d,属于长粒型普通粳稻。

4.2.2 种子的清选

对水稻种子进行清选,将残种、败种等剔除,以免因种子残破影响出苗情况;将稻秆、稻芒等挑出,以免堵塞播种通道。

4.2.3 种衣剂的选择

种衣剂选用火龙神细粮王(精甲·咯·嘧菌脂)。有效成分:咯菌腈含量0.6%,嘧菌脂含量3.6%,精甲霜灵1.8%;剂型:悬浮种衣剂;可防治水稻立枯病、恶苗病、绵腐病等病害。

4.2.4 拌种

采用干籽拌种衣剂的处理方式,每75 kg种子拌种衣剂1瓶(167 g)。将1瓶种衣剂兑水670 g稀释,形成种衣剂稀释溶液,将种衣剂稀释溶液倒入稻种搅拌均匀,静置24 h备用。

5 水稻种植方式对比

水稻不同种植方式对比情况如表1。通过表1可以看出,无人机直播作业环节少、用工省、效率高。

直播播种方式省去了机插秧建立大棚、育秧移苗环节;无人机直播播种时只需一名飞手和一名运送稻种人员,与插秧种植相比节约了起苗、运苗、上苗人员4人;无人机直播作业效率是前两者的6倍左右,大大缩短了播种时间,降低农户劳动强度,减少能源消耗,有利于保护环境。

表1 水稻种植方式对比

6 水稻无人机撒播技术难题及应对方法

6.1 技术难题

1)水稻无人机撒播的稻种为随机、无序分布,苗数较多,密度大且无序排布,不利于水稻田的通风透光[3]。

2)无人机直播方式为泥面撒播,稻种靠重力落于泥面表层,稻种入土浅,扎根浅,灌浆期易发生倒伏情况,影响水稻产量品质。

3)无人机直播方式受到一定的天气因素影响,特别是风速因素。较大的风速破坏种子播撒的均匀性,降低播种质量,影响产量。

6.2 应对方法

1)合理确定播种量,提高稻种播撒均匀性,确保田内通风透光。

2)播种结束后及时晒田,晒过的田块利于根系生长固定,抗倒伏能力加强;严格控制肥料的施氮量,氮肥施入过多,水稻秸秆变脆,容易倒伏;选择抗倒伏水稻品种;选择利于稻种扎根、促进根系发育的种衣剂。

3)选择相对良好天气作业,适时播种。