智能化農機裝備在水稻生產上的應用探索

周遵喜，吳雄杰

（上海市農業機械鑒定推廣站，上海市 201601）

0 引言

近幾年來，全市水稻全程機械化高水平發展，但隨著本市郊區城鎮快速發展，農業勞動人口銳減，在機械插秧、施肥、植保等作業環節上勞動強度仍偏大，用工成本逐年遞增，極大影響農戶進一步節本增效。因此，上海逐漸加大智能化農機裝備的引進與試驗力度，開展一系列的生產適應性試驗，推動無人駕駛機插秧、施肥、飛防植保等新技術新裝備在水稻生產上的應用，旨在緩解今后勞動力越來緊缺的突出矛盾。同時，加快全市農機裝備升級轉型，向智能化、自動化更高層次發展，為全市打造水稻全程無人化作業的無人農場奠定技術基礎。

1 探索歷程

無人機飛防植保最初引進與試驗始于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，作業效率高、勞動強度輕等優勢明顯，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水稻統防統治中示范應用開來，深受部分農戶喜愛。2021年全市無人機飛防植保應用發展勢頭良好，據不完全統計無人機飛防植保覆蓋面積達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與試驗始于2019年，在加裝豐疆智能導航系統的井關插秧機現場作業演示中，能夠實現平穩直線行走插秧作業，但自動掉頭轉彎并不順暢。2020年無人駕駛機插秧技術各項細節進一步完善，豐疆智能、聯適導航等企業技術日趨成熟，可進行大田機插秧生產適應性試驗，經測試作業效果較好，作業效率與常規機插秧相當或略低，用工量減少1名操作人員，栽插整齊度明顯提升。2021年該項技術逐步開始向嘉定、松江、青浦等地區水稻生產中試驗示范。無人機施肥最初引進與試驗始于2019年，最初用于低洼地區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年逐步應用到水稻追肥上，開展無人機施肥生產適應性試驗。

2 2021年生產適應性試驗

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日在青浦區練塘鎮實施，插秧機為井關PZ80高速插秧機，無人駕駛系統為豐疆導航系統，采用北斗衛星系統，其作業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，規劃矩形田塊的行走路線，可自動轉彎掉頭。無人駕駛機插秧作業面積超過1.33 hm2，測試田塊長190 m，寬14.2 m，作業面積0.27 hm2，重點測試和檢驗無人駕駛插秧機的性能穩定性、作業效率及栽插質量等。

2.1.2 試驗數據與分析

1）目前插秧機無人駕駛模式總體作業效率略低于人工駕駛模式，本次試驗中井關PZ80插秧機無人駕駛較人工駕駛全程作業效率低15.2%。主要區別是無人駕駛作業前需進行定位、收集周圍環境信息、根據環境參數規劃作業路徑等，增加了一定作業時間。栽插質量方面，插秧機無人駕駛秧苗栽插整齊度明顯好于傳統人工駕駛；總體調頭交接行對行整齊度也明顯優于傳統人工駕駛；漏插率無明顯區別，均在漏插標準5%范圍之內。

2）操作人員及用工方面，無人駕駛插秧機只需1人在插秧機上負責補秧、應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整，比人工駕駛1人專職駕駛、1人負責補秧模式減少用工1名，勞動強度比專職駕駛人員大幅度降低。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平均可降低作業成本約6元/667m2。經過近2年的多輪試驗，無人駕駛系統日趨成熟，在本次試驗中無機械故障，連續性作業順暢（表1）。

表1 無人駕駛插秧機與人工駕駛插秧機作業情況對比表

2.2 無人機施肥生產適應性試驗

2.2.1 試驗概況

本次試驗于2021年8月18日在松江區葉榭鎮實施，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。主要作業參數為飛行高度3 m，飛行速度5 m/s，噴幅5 m，播撒轉速1 000 r/min，肥料為45%復合肥，硬質圓粒型，設計10 kg/667m2穗肥，操作人員2名，測試作業面積為1.12 hm2。重點收集作業效率、施肥量偏差等重要農機技術參數指標，掌握無人機施肥在水稻生產中的適應性情況。

2.2.2 試驗數據與分析

1）作業效率方面，經計算大疆T30無人機播撒器施肥作業效率為1.46 hm2/h，是目前比較常見的背負式噴粉機施肥作業0.33 hm2/h的4倍以上。從主要操作環節時間分布來看，本次試驗中設備調整、人工加肥、撒肥作業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節時間分布表（min：s）

2）施肥量偏差方面，經稱重，試驗總用肥量為135 kg，實際均施肥量為8.02 kg/667m2，與作業前設置的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中不斷調整和摸索對應的技術參數，最終實現精準施肥。無人機技術日趨成熟，在本次試驗中無設備故障，連續性作業順暢。

2.2.3 無人機施肥主要優勢

第一，全程作業效率高，勞動強度低，作業收費低。作業效率是常規背負式噴粉機的4倍以上，同樣是2人作業，無需水稻田中背負肥料行走，只需田頭操作無人機即可。據了解，無人機施肥常見的收費單價為30～40元/50kg，低于常規背負式噴粉機50元/50kg的收費單價。第二，低空飛行作業，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日在松江區葉榭鎮實施，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。作業時間為9：00～11：00，氣象數據為晴天，氣溫30℃，東南風1～2級。通過無人機飛防植保作業性能試驗，著重掌握不同型號無人機在水稻飛防植保上的應用情況，有利于全市郊區水稻高層次高性能機械化植保技術的進一步應用推廣。

2.3.2 試驗數據與分析

1）作業效率方面，經計算T10無人機飛防植保作業效率為1.728 hm2/h；T30無人機飛防植保作業效率為5.72 hm2/h，是人工擔架式噴霧機作業效率1.2 hm2/h的4.75倍，是自走式高地縫噴桿噴霧機作業效率1.71 hm2/h的3.34倍。其中T10平均加農藥1次/0.33hm2，更換1次電池/0.67hm2；T30平均加農藥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節時間分布表（min：s）

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

3 結語

隨著無人駕駛插秧機、農業無人機等智能化農機裝備在本市郊區水稻生產中不斷試驗示范，日趨成熟和完善，具有較好的應用推廣價值，有利于緩解水稻機械插秧、施肥、植保作業環節中用工量和勞動強度大等勞動力緊缺矛盾，同時促進本市農機裝備的提檔升級，向智能化、自動化、無人化等更高層次發展。建議應繼續加強無人駕駛機插秧、施肥、飛防植保等技術的試驗示范，加強技術宣傳，進一步推動相關智能化農機裝備在水稻生產中的應用。同時，還應加強各類操作技術培訓，提高操作機手對無人駕駛、無人機飛行技術的認知程度和操作能力，將智能化農機裝備真正投入水稻生產中，為今后智慧農業無人農場提供技術支撐。