周遵喜，吳雄杰

（上海市農(nóng)業(yè)機械鑒定推廣站，上海市 201601）

0 引言

近幾年來，全市水稻全程機械化高水平發(fā)展，但隨著本市郊區(qū)城鎮(zhèn)快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)勞動人口銳減，在機械插秧、施肥、植保等作業(yè)環(huán)節(jié)上勞動強度仍偏大，用工成本逐年遞增，極大影響農(nóng)戶進(jìn)一步節(jié)本增效。因此，上海逐漸加大智能化農(nóng)機裝備的引進(jìn)與試驗力度，開展一系列的生產(chǎn)適應(yīng)性試驗，推動無人駕駛機插秧、施肥、飛防植保等新技術(shù)新裝備在水稻生產(chǎn)上的應(yīng)用，旨在緩解今后勞動力越來緊缺的突出矛盾。同時，加快全市農(nóng)機裝備升級轉(zhuǎn)型，向智能化、自動化更高層次發(fā)展，為全市打造水稻全程無人化作業(yè)的無人農(nóng)場奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

1 探索歷程

無人機飛防植保最初引進(jìn)與試驗始于2016年，首先是小面積范圍單次植保開展噴灑作業(yè)試驗。2017—2018年隨著主流品牌無人機機型不斷迭代更新，功能日趨強大和豐富，小面積范圍全程無人機飛防植保試驗，作業(yè)效率高、勞動強度輕等優(yōu)勢明顯，總體植保效果較好。2019—2020年無人機飛防植保逐步在全市郊區(qū)水稻統(tǒng)防統(tǒng)治中示范應(yīng)用開來，深受部分農(nóng)戶喜愛。2021年全市無人機飛防植保應(yīng)用發(fā)展勢頭良好，據(jù)不完全統(tǒng)計無人機飛防植保覆蓋面積達(dá)3.33萬hm2，占全市水稻總面積的近40%。

無人駕駛插秧機最初引進(jìn)與試驗始于2019年，在加裝豐疆智能導(dǎo)航系統(tǒng)的井關(guān)插秧機現(xiàn)場作業(yè)演示中，能夠?qū)崿F(xiàn)平穩(wěn)直線行走插秧作業(yè)，但自動掉頭轉(zhuǎn)彎并不順暢。2020年無人駕駛機插秧技術(shù)各項細(xì)節(jié)進(jìn)一步完善，豐疆智能、聯(lián)適導(dǎo)航等企業(yè)技術(shù)日趨成熟，可進(jìn)行大田機插秧生產(chǎn)適應(yīng)性試驗，經(jīng)測試作業(yè)效果較好，作業(yè)效率與常規(guī)機插秧相當(dāng)或略低，用工量減少1名操作人員，栽插整齊度明顯提升。2021年該項技術(shù)逐步開始向嘉定、松江、青浦等地區(qū)水稻生產(chǎn)中試驗示范。無人機施肥最初引進(jìn)與試驗始于2019年，最初用于低洼地區(qū)水稻無人機撒播試驗，隨著無人機功能強大和播撒器容量變大后，2021年逐步應(yīng)用到水稻追肥上，開展無人機施肥生產(chǎn)適應(yīng)性試驗。

2 2021年生產(chǎn)適應(yīng)性試驗

2.1 無人駕駛機插秧機

2.1.1 試驗概況

本次試驗于2021年6月7日在青浦區(qū)練塘鎮(zhèn)實施，插秧機為井關(guān)PZ80高速插秧機，無人駕駛系統(tǒng)為豐疆導(dǎo)航系統(tǒng)，采用北斗衛(wèi)星系統(tǒng)，其作業(yè)模式主要有無人駕駛模式和人工操作模式，可以自由切換。自動駕駛模式需提前定位打點，規(guī)劃矩形田塊的行走路線，可自動轉(zhuǎn)彎掉頭。無人駕駛機插秧作業(yè)面積超過1.33 hm2，測試田塊長190 m，寬14.2 m，作業(yè)面積0.27 hm2，重點測試和檢驗無人駕駛插秧機的性能穩(wěn)定性、作業(yè)效率及栽插質(zhì)量等。

2.1.2 試驗數(shù)據(jù)與分析

1）目前插秧機無人駕駛模式總體作業(yè)效率略低于人工駕駛模式，本次試驗中井關(guān)PZ80插秧機無人駕駛較人工駕駛?cè)套鳂I(yè)效率低15.2%。主要區(qū)別是無人駕駛作業(yè)前需進(jìn)行定位、收集周圍環(huán)境信息、根據(jù)環(huán)境參數(shù)規(guī)劃作業(yè)路徑等，增加了一定作業(yè)時間。栽插質(zhì)量方面，插秧機無人駕駛秧苗栽插整齊度明顯好于傳統(tǒng)人工駕駛；總體調(diào)頭交接行對行整齊度也明顯優(yōu)于傳統(tǒng)人工駕駛；漏插率無明顯區(qū)別，均在漏插標(biāo)準(zhǔn)5%范圍之內(nèi)。

2）操作人員及用工方面，無人駕駛插秧機只需1人在插秧機上負(fù)責(zé)補秧、應(yīng)對陷車等特殊情況切換人工駕駛模式脫困、常見故障處理和插秧機調(diào)整，比人工駕駛1人專職駕駛、1人負(fù)責(zé)補秧模式減少用工1名，勞動強度比專職駕駛?cè)藛T大幅度降低。以輔助補秧人員300元/天、機插秧3.33 hm2/天估算，無人駕駛機插秧技術(shù)平均可降低作業(yè)成本約6元/667m2。經(jīng)過近2年的多輪試驗，無人駕駛系統(tǒng)日趨成熟，在本次試驗中無機械故障，連續(xù)性作業(yè)順暢（表1）。

表1 無人駕駛插秧機與人工駕駛插秧機作業(yè)情況對比表

2.2 無人機施肥生產(chǎn)適應(yīng)性試驗

2.2.1 試驗概況

本次試驗于2021年8月18日在松江區(qū)葉榭鎮(zhèn)實施，無人機為大疆T30無人機，配套播撒器肥箱容量40 L，理論上載肥量35 kg/次，機身重36 kg（含電池），施肥量由播撒器開口角度與稱重器共同控制。主要作業(yè)參數(shù)為飛行高度3 m，飛行速度5 m/s，噴幅5 m，播撒轉(zhuǎn)速1 000 r/min，肥料為45%復(fù)合肥，硬質(zhì)圓粒型，設(shè)計10 kg/667m2穗肥，操作人員2名，測試作業(yè)面積為1.12 hm2。重點收集作業(yè)效率、施肥量偏差等重要農(nóng)機技術(shù)參數(shù)指標(biāo)，掌握無人機施肥在水稻生產(chǎn)中的適應(yīng)性情況。

2.2.2 試驗數(shù)據(jù)與分析

1）作業(yè)效率方面，經(jīng)計算大疆T30無人機播撒器施肥作業(yè)效率為1.46 hm2/h，是目前比較常見的背負(fù)式噴粉機施肥作業(yè)0.33 hm2/h的4倍以上。從主要操作環(huán)節(jié)時間分布來看，本次試驗中設(shè)備調(diào)整、人工加肥、撒肥作業(yè)用時占比幾乎均接近1/3，人工加肥1次/0.17hm2。試驗中，更換3次電池，更換電池1次/0.33hm2（表2）。

表2 無人機施肥主要操作環(huán)節(jié)時間分布表（min：s）

2）施肥量偏差方面，經(jīng)稱重，試驗總用肥量為135 kg，實際均施肥量為8.02 kg/667m2，與作業(yè)前設(shè)置的10 kg/667m2，存在20%的偏差。分析其原因主要是肥料種類不同，堆積密度也會不同，與播撒器設(shè)定的開口角度及稱重器存在一定偏差，需要在今后長期的施肥作業(yè)中不斷調(diào)整和摸索對應(yīng)的技術(shù)參數(shù)，最終實現(xiàn)精準(zhǔn)施肥。無人機技術(shù)日趨成熟，在本次試驗中無設(shè)備故障，連續(xù)性作業(yè)順暢。

2.2.3 無人機施肥主要優(yōu)勢

第一，全程作業(yè)效率高，勞動強度低，作業(yè)收費低。作業(yè)效率是常規(guī)背負(fù)式噴粉機的4倍以上，同樣是2人作業(yè)，無需水稻田中背負(fù)肥料行走，只需田頭操作無人機即可。據(jù)了解，無人機施肥常見的收費單價為30～40元/50kg，低于常規(guī)背負(fù)式噴粉機50元/50kg的收費單價。第二，低空飛行作業(yè)，不受水稻長勢、田間地勢等客觀條件影響，具有較大的適用范圍。第三，播撒器轉(zhuǎn)速高，施肥均勻度較高，肥料成傘狀拋撒過程中，有較大下沖力，較容易進(jìn)入水田淺層，避免肥料快速流失。

2.3 不同型號無人機飛防植保作業(yè)性能試驗

2.3.1 試驗概況

本次試驗于2021年8月18日在松江區(qū)葉榭鎮(zhèn)實施，無人機為大疆T30和T10無人機，藥箱容量分別是30 L、10 L，水稻處于孕穗期，使用藥劑為噻呋酰胺，防治對象為紋枯病，用藥量為20 ml/667m2，噴灑量1.2 L。作業(yè)時間為9：00～11：00，氣象數(shù)據(jù)為晴天，氣溫30℃，東南風(fēng)1～2級。通過無人機飛防植保作業(yè)性能試驗，著重掌握不同型號無人機在水稻飛防植保上的應(yīng)用情況，有利于全市郊區(qū)水稻高層次高性能機械化植保技術(shù)的進(jìn)一步應(yīng)用推廣。

2.3.2 試驗數(shù)據(jù)與分析

1）作業(yè)效率方面，經(jīng)計算T10無人機飛防植保作業(yè)效率為1.728 hm2/h；T30無人機飛防植保作業(yè)效率為5.72 hm2/h，是人工擔(dān)架式噴霧機作業(yè)效率1.2 hm2/h的4.75倍，是自走式高地縫噴桿噴霧機作業(yè)效率1.71 hm2/h的3.34倍。其中T10平均加農(nóng)藥1次/0.33hm2，更換1次電池/0.67hm2；T30平均加農(nóng)藥1次/hm2，更換電池1次/hm2（表3）。

表3 兩種型號無人機飛防植保主要操作環(huán)節(jié)時間分布表（min：s）

2）從兩種機型的定位來看，T10無人機每次統(tǒng)防統(tǒng)治（按3天計算）植保作業(yè)面積可達(dá)33.33次/hm2，更適合水稻種植規(guī)模6.67 hm2以下的農(nóng)戶使用，以自營水稻植保作業(yè)為主；由于本身機型小、重量輕，全程植保作業(yè)只需1人就可完成。而T30無人機每次統(tǒng)防統(tǒng)治（按3天計算）植保作業(yè)面積可達(dá)133.33次/hm2，更適合水稻種植規(guī)模6.67 hm2以上的農(nóng)戶或更大規(guī)模的合作社使用，在自營水稻植保作業(yè)的同時，還能對周邊農(nóng)戶提供植保作業(yè)服務(wù)。由于本身機型大、重量重，全程植保作業(yè)需要2人配合才能完成。

3 結(jié)語

隨著無人駕駛插秧機、農(nóng)業(yè)無人機等智能化農(nóng)機裝備在本市郊區(qū)水稻生產(chǎn)中不斷試驗示范，日趨成熟和完善，具有較好的應(yīng)用推廣價值，有利于緩解水稻機械插秧、施肥、植保作業(yè)環(huán)節(jié)中用工量和勞動強度大等勞動力緊缺矛盾，同時促進(jìn)本市農(nóng)機裝備的提檔升級，向智能化、自動化、無人化等更高層次發(fā)展。建議應(yīng)繼續(xù)加強無人駕駛機插秧、施肥、飛防植保等技術(shù)的試驗示范，加強技術(shù)宣傳，進(jìn)一步推動相關(guān)智能化農(nóng)機裝備在水稻生產(chǎn)中的應(yīng)用。同時，還應(yīng)加強各類操作技術(shù)培訓(xùn)，提高操作機手對無人駕駛、無人機飛行技術(shù)的認(rèn)知程度和操作能力，將智能化農(nóng)機裝備真正投入水稻生產(chǎn)中，為今后智慧農(nóng)業(yè)無人農(nóng)場提供技術(shù)支撐。