无人机在江汉平原冬油菜生产中的应用现状及展望

陈 曦，王世荣，王 平，甘国渝，邹家龙，周国胜，李燕丽，卢碧林，李继福*

（1.湿地生态与农业利用教育部工程研究中心/长江大学农学院，湖北荆州 434025；2.湖北领航现代农业服务有限公司，湖北荆州 434025；3.荆州市荆州区农业技术服务中心，湖北荆州 434025；4.荆州市农业技术推广中心，湖北荆州 434020）

冬油菜（Brassica campestrisL.）是世界上重要的油料作物之一，也是我国种植面积最大的冬季经济作物，主要分布在长江流域的稻作区[1]。冬油菜基本不与主粮争地，且有用地、养地的双重功效。因此，积极扩大南方冬油菜种植规模，充分利用冬闲田，不仅可增加油菜籽产量、保障食用油安全，还能提高冬季地表绿被覆盖度、保持水土资源和补充土壤有机质及养分[2-3]。近年来，农业航空应用技术，尤其是小型民用无人机作为实现农业现代化、推动乡村振兴的重要措施，受到各级政府、企业和农民的普遍重视[4-5]。小型民用无人机技术结合北斗导航系统、地理信息系统及大数据可视化系统，配合搭载的红外传感器和播种、施肥、喷药等一系列配套设备，可实现精准、高效的低空作业[6-7]。无人机的应用对南方冬闲田恢复和扩大冬油菜种植面积有着巨大的推动作用，在未来田间管理和节本增效方面有着巨大的发展潜力[8-9]。江汉平原作为湖北省冬油菜主产区（以荆州和荆门为主），常年种植规模达67 万hm2，占全省冬油菜播种面积的60%以上。该地区地势相对平坦、田块集中，农业合作社、种植大户发展迅速，有力推动了农业生产现代化和机械化[10]。笔者通过对农资服务公司、无人机销售服务公司、种植大户和农民合作社等主体单位进行实地调研，总结分析了当前江汉平原小型无人机在冬油菜生产上的应用现状及存在的问题，为无人机技术在冬油菜生产上的进一步发展应用提供参考依据。

1 江汉平原地区农用无人机类型

农用无人机是指用于农林植物播种、施肥、打药作业和动物养殖投料的无人驾驶飞机，由飞行平台（固定翼、单旋翼和多旋翼等）、导航飞控系统和不同载荷的作业模块构成，可通过手机、平板或者智能遥控器实现各种田间作业，以替代部分人工劳作，具有省时、省事、精准、节本、增效和对环境友好的优点。目前，江汉平原农用无人机集中在小型消费级无人机领域，以广州极飞科技、深圳大疆科技和珠海羽人公司生产的无人机为主，其中极飞科技无人机在江汉平原地区冬油菜的飞播、施肥和植保方面已积累了多年经验，市场占有率较高。本文对无人机在冬油菜生产上的应用现状分析也是基于极飞无人机的多年应用数据和经验。普通农用无人机价格在3 万～5 万元，市场使用主体是职业飞手、合作社、大户、农资经销商和农化服务公司。

2 农用无人机在冬油菜生产上的应用现状

2.1 油菜籽飞播

江汉平原冬油菜种植以中稻-冬油菜轮作模式为主，根据冬油菜种植方式和功能效用，分为3 种飞播方式：1）谷林套种飞播[11-12]，即在水稻机械收获前3～7 d，利用无人机飞播使油菜籽均匀洒落在水稻稻桩间隙地表，充分利用水稻收获期的土壤墒情（水分、温度、养分等）和茬口时间。江汉平原谷林套种飞播时间以9 月16 日至10 月6 日为宜，采用联合收割机收获水稻，稻草覆盖地表和施基肥，再用开沟机开沟覆土。这种方式下油菜生育期长、产量高，以收获油菜籽为主要目标，但受天气影响较大，尤其是降雨。水稻收获期长期干旱不利于墒情保持和油菜出苗，一般选择雨后或者雨前飞播最有利。2）稻后轮作飞播，即在水稻机械收获后飞播油菜籽。通常情况下，水稻收获后施基肥、旋耕整田，开沟，再飞播，油菜播种时间不迟于10 月16 日，否则将不利于后茬水稻种植。这种方式对天气要求不高，播种时间选择范围较广，但成本较高，以收获油菜籽为主要目标。3）稻后秋种飞播，这种方式同稻后轮作飞播，但主要目标不是收获油菜籽，而是作绿肥，即在油菜生物量最大时期进行翻压还田，为水稻季提供养分和提高土壤肥力。飞播时期选择范围最广，不迟于10 月30 日均可，因为11 月以后播种易受到低温和渍水双重影响，不利于出苗，且作绿肥飞播时对地块、天气、开沟等条件没有特别要求。3 种冬油菜飞播方式的播种量均为7.5～15 kg·hm-2，其中绿肥油菜播种量按高量计，并配以辅料如种肥等提高飞播效果。极飞科技的小型无人机载重15 kg，飞行时长5～6 min，单次油菜播种面积为0.67～0.80 hm2，飞速6～7 m·s-1；中型无人机载重40 kg，飞行时长7～8 min，单次油菜播种面积为1.33～1.67 hm2，飞速6～7 m·s-1。飞播播盘宽度为10～13 m，飞行高度为6 m，也可根据地块实际情况如障碍物等调节飞行高度。

2.2 肥料飞施

当前，限于无人机的作业效率和载重负荷，无人机在冬油菜上的肥料飞施以种肥和追肥为主，基肥施用为辅，但科学飞施基肥也是今后的一个重要发展方向。多年经验和调研结果表明，冬油菜飞播时与肥料配合使用效果最佳，一般认为播种量、肥料之比为(1∶2)～(1∶4)的效果和性价比最优。肥料以复合肥为主，颗粒尺寸不要求均一，大小混杂最好，可有效防止油菜籽在运输及飞播途中因机器震动出现分层现象。冬油菜以收获产量为目标，可以在蕾薹期追施氮肥（尿素）1 次，飞施颗粒尿素用量为150 kg·hm-2；油菜作绿肥的则不需要追肥。

2.3 植保飞防

采用无人机进行农作物植保飞防的技术已经比较成熟。表1 为江汉平原冬油菜“一促四防”用药常规方案，实际操作根据各地区的病害程度选择具体方案。防治关键期是苗期、展叶期和初花期，不仅要进行病虫害防治，还可根据需求、成本和效益合理添加生长调节剂和叶面肥。原则上，农药和水溶肥溶于水中稀释1 000倍；混配类型不超过3种；尽量减少施用可湿性粉剂以免堵塞喷头，做到现配现用。

表1 江汉平原冬油菜“一促四防”用药实施方案

3 农用无人机应用存在的问题

农用无人机在冬油菜种植过程中参与了播种、施肥和喷药等多个环节，有力推动了冬油菜精简化生产。但在无人机使用过程中也面临一些问题，主要有以下4 个方面：1）障碍物干扰。随着农田流转和集中，原本地界位置上存在的高大树木、电线杆、线缆等成为无人机飞控中的第一障碍因子，这些障碍物不仅影响无人机飞行安全，还影响飞行路线的优化和飞行高度，尤其对集中连片的农田影响最大，不易发现。2）插花田的干扰。插花田是指出于各种原因，农户不愿意发包出去影响连片种植的田块，这些田块的存在不利于无人机路线设置，徒增无人机转弯次数，从而增加能耗损失，降低飞行时长，影响飞播质量。3）天气因素干扰。江汉平原秋冬作物基本为雨养种植模式，受天气（大风、降雨和低温等）影响较大。尤其是近三年，气候变化频繁，如9 月下旬谷林套播期间长期干旱少雨，不利于冬油菜飞播出苗；10月中旬中稻收获后的连阴雨天气极易造成田间渍水和低温，导致不能及时播种或者出苗状况不佳。4）飞播配料选择的干扰。与水稻、大麦、小麦种子相比，油菜籽的颗粒较小，单位面积用种量低，因此要提高播种质量，需配合其他填充物料进行拌种飞播，可选择复合肥、单质肥、包衣剂、砂粒、硼肥伴侣等多种材料。综合江汉平原生产实际和油菜的养分需求，多配合施用复合肥，但复合肥种类、养分比例、颗粒机械组成和种/肥用量及其配比还没有最优方案，仍需要不断尝试和改进。此外，无人机飞施肥料虽然效率高，但不能解决肥料入土这一难点，肥料落在地表不仅影响植物对肥料的利用效率，还易造成养分挥发、流失和潜在的环境风险，这需要在今后找出解决办法。

4 展望

目前，主流的飞播无人机是通用型的，可以用来播种水稻、小麦、大麦和油菜籽。油菜飞播专用型无人机已有研制，但离市场应用还有一定差距[13]。市场占有率较高的无人机载重多为15 kg，作业时间不超过10 min，续航仍是限制无人机作业的最大障碍，因此改进电池材料、提高蓄电能力极为重要。同时，应积极采用新型复合材料，降低机身重量的同时增强机壳硬度，以增加载荷量和续航能力，提高单次作业效率。此外，针对各冬油菜生产区域的气候和种植模式差异，需要形成不同的操作规程，包括种子选择、田块要求、种肥选择、病虫害防治等，以利于合作社、种植大户和农资服务公司采用，推动冬油菜标准化种植。

针对农用无人机在冬油菜种植上面临的4大问题，找出相应的解决方案，这需要政府、行业协会、合作社和农户多方参与、共同努力。例如，在成片高标准农田建设中，政府或者行业是否应考虑线缆的优化布局和适当迁移，避免过多障碍物；行政村动员和鼓励插花田散户通过土地置换、积极流转等方式减少插花田，使田块更加完整，便于统一管理。针对气候多变和物料使用，无人机市场不仅需要硬件设备的支持，更应注重软件系统服务开发，搭建智慧服务平台，集合生产商、服务商和种植大户、合作社，将供给方和需求方紧密联系，完善冬油菜生产体系各个环节的工作，从而有力推动精简化生产。