智能化农机装备在水稻生产上的应用探索

周遵喜，吴雄杰

（上海市农业机械鉴定推广站，上海市 201601）

0 引言

近几年来，全市水稻全程机械化高水平发展，但随着本市郊区城镇快速发展，农业劳动人口锐减，在机械插秧、施肥、植保等作业环节上劳动强度仍偏大，用工成本逐年递增，极大影响农户进一步节本增效。因此，上海逐渐加大智能化农机装备的引进与试验力度，开展一系列的生产适应性试验，推动无人驾驶机插秧、施肥、飞防植保等新技术新装备在水稻生产上的应用，旨在缓解今后劳动力越来紧缺的突出矛盾。同时，加快全市农机装备升级转型，向智能化、自动化更高层次发展，为全市打造水稻全程无人化作业的无人农场奠定技术基础。

1 探索历程

无人机飞防植保最初引进与试验始于2016年，首先是小面积范围单次植保开展喷洒作业试验。2017—2018年随着主流品牌无人机机型不断迭代更新，功能日趋强大和丰富，小面积范围全程无人机飞防植保试验，作业效率高、劳动强度轻等优势明显，总体植保效果较好。2019—2020年无人机飞防植保逐步在全市郊区水稻统防统治中示范应用开来，深受部分农户喜爱。2021年全市无人机飞防植保应用发展势头良好，据不完全统计无人机飞防植保覆盖面积达3.33万hm2，占全市水稻总面积的近40%。

无人驾驶插秧机最初引进与试验始于2019年，在加装丰疆智能导航系统的井关插秧机现场作业演示中，能够实现平稳直线行走插秧作业，但自动掉头转弯并不顺畅。2020年无人驾驶机插秧技术各项细节进一步完善，丰疆智能、联适导航等企业技术日趋成熟，可进行大田机插秧生产适应性试验，经测试作业效果较好，作业效率与常规机插秧相当或略低，用工量减少1名操作人员，栽插整齐度明显提升。2021年该项技术逐步开始向嘉定、松江、青浦等地区水稻生产中试验示范。无人机施肥最初引进与试验始于2019年，最初用于低洼地区水稻无人机撒播试验，随着无人机功能强大和播撒器容量变大后，2021年逐步应用到水稻追肥上，开展无人机施肥生产适应性试验。

2 2021年生产适应性试验

2.1 无人驾驶机插秧机

2.1.1 试验概况

本次试验于2021年6月7日在青浦区练塘镇实施，插秧机为井关PZ80高速插秧机，无人驾驶系统为丰疆导航系统，采用北斗卫星系统，其作业模式主要有无人驾驶模式和人工操作模式，可以自由切换。自动驾驶模式需提前定位打点，规划矩形田块的行走路线，可自动转弯掉头。无人驾驶机插秧作业面积超过1.33 hm2，测试田块长190 m，宽14.2 m，作业面积0.27 hm2，重点测试和检验无人驾驶插秧机的性能稳定性、作业效率及栽插质量等。

2.1.2 试验数据与分析

1）目前插秧机无人驾驶模式总体作业效率略低于人工驾驶模式，本次试验中井关PZ80插秧机无人驾驶较人工驾驶全程作业效率低15.2%。主要区别是无人驾驶作业前需进行定位、收集周围环境信息、根据环境参数规划作业路径等，增加了一定作业时间。栽插质量方面，插秧机无人驾驶秧苗栽插整齐度明显好于传统人工驾驶；总体调头交接行对行整齐度也明显优于传统人工驾驶；漏插率无明显区别，均在漏插标准5%范围之内。

2）操作人员及用工方面，无人驾驶插秧机只需1人在插秧机上负责补秧、应对陷车等特殊情况切换人工驾驶模式脱困、常见故障处理和插秧机调整，比人工驾驶1人专职驾驶、1人负责补秧模式减少用工1名，劳动强度比专职驾驶人员大幅度降低。以辅助补秧人员300元/天、机插秧3.33 hm2/天估算，无人驾驶机插秧技术平均可降低作业成本约6元/667m2。经过近2年的多轮试验，无人驾驶系统日趋成熟，在本次试验中无机械故障，连续性作业顺畅（表1）。

表1 无人驾驶插秧机与人工驾驶插秧机作业情况对比表

2.2 无人机施肥生产适应性试验

2.2.1 试验概况

本次试验于2021年8月18日在松江区叶榭镇实施，无人机为大疆T30无人机，配套播撒器肥箱容量40 L，理论上载肥量35 kg/次，机身重36 kg（含电池），施肥量由播撒器开口角度与称重器共同控制。主要作业参数为飞行高度3 m，飞行速度5 m/s，喷幅5 m，播撒转速1 000 r/min，肥料为45%复合肥，硬质圆粒型，设计10 kg/667m2穗肥，操作人员2名，测试作业面积为1.12 hm2。重点收集作业效率、施肥量偏差等重要农机技术参数指标，掌握无人机施肥在水稻生产中的适应性情况。

2.2.2 试验数据与分析

1）作业效率方面，经计算大疆T30无人机播撒器施肥作业效率为1.46 hm2/h，是目前比较常见的背负式喷粉机施肥作业0.33 hm2/h的4倍以上。从主要操作环节时间分布来看，本次试验中设备调整、人工加肥、撒肥作业用时占比几乎均接近1/3，人工加肥1次/0.17hm2。试验中，更换3次电池，更换电池1次/0.33hm2（表2）。

表2 无人机施肥主要操作环节时间分布表（min：s）

2）施肥量偏差方面，经称重，试验总用肥量为135 kg，实际均施肥量为8.02 kg/667m2，与作业前设置的10 kg/667m2，存在20%的偏差。分析其原因主要是肥料种类不同，堆积密度也会不同，与播撒器设定的开口角度及称重器存在一定偏差，需要在今后长期的施肥作业中不断调整和摸索对应的技术参数，最终实现精准施肥。无人机技术日趋成熟，在本次试验中无设备故障，连续性作业顺畅。

2.2.3 无人机施肥主要优势

第一，全程作业效率高，劳动强度低，作业收费低。作业效率是常规背负式喷粉机的4倍以上，同样是2人作业，无需水稻田中背负肥料行走，只需田头操作无人机即可。据了解，无人机施肥常见的收费单价为30～40元/50kg，低于常规背负式喷粉机50元/50kg的收费单价。第二，低空飞行作业，不受水稻长势、田间地势等客观条件影响，具有较大的适用范围。第三，播撒器转速高，施肥均匀度较高，肥料成伞状抛撒过程中，有较大下冲力，较容易进入水田浅层，避免肥料快速流失。

2.3 不同型号无人机飞防植保作业性能试验

2.3.1 试验概况

本次试验于2021年8月18日在松江区叶榭镇实施，无人机为大疆T30和T10无人机，药箱容量分别是30 L、10 L，水稻处于孕穗期，使用药剂为噻呋酰胺，防治对象为纹枯病，用药量为20 ml/667m2，喷洒量1.2 L。作业时间为9：00～11：00，气象数据为晴天，气温30℃，东南风1～2级。通过无人机飞防植保作业性能试验，着重掌握不同型号无人机在水稻飞防植保上的应用情况，有利于全市郊区水稻高层次高性能机械化植保技术的进一步应用推广。

2.3.2 试验数据与分析

1）作业效率方面，经计算T10无人机飞防植保作业效率为1.728 hm2/h；T30无人机飞防植保作业效率为5.72 hm2/h，是人工担架式喷雾机作业效率1.2 hm2/h的4.75倍，是自走式高地缝喷杆喷雾机作业效率1.71 hm2/h的3.34倍。其中T10平均加农药1次/0.33hm2，更换1次电池/0.67hm2；T30平均加农药1次/hm2，更换电池1次/hm2（表3）。

表3 两种型号无人机飞防植保主要操作环节时间分布表（min：s）

2）从两种机型的定位来看，T10无人机每次统防统治（按3天计算）植保作业面积可达33.33次/hm2，更适合水稻种植规模6.67 hm2以下的农户使用，以自营水稻植保作业为主；由于本身机型小、重量轻，全程植保作业只需1人就可完成。而T30无人机每次统防统治（按3天计算）植保作业面积可达133.33次/hm2，更适合水稻种植规模6.67 hm2以上的农户或更大规模的合作社使用，在自营水稻植保作业的同时，还能对周边农户提供植保作业服务。由于本身机型大、重量重，全程植保作业需要2人配合才能完成。

3 结语

随着无人驾驶插秧机、农业无人机等智能化农机装备在本市郊区水稻生产中不断试验示范，日趋成熟和完善，具有较好的应用推广价值，有利于缓解水稻机械插秧、施肥、植保作业环节中用工量和劳动强度大等劳动力紧缺矛盾，同时促进本市农机装备的提档升级，向智能化、自动化、无人化等更高层次发展。建议应继续加强无人驾驶机插秧、施肥、飞防植保等技术的试验示范，加强技术宣传，进一步推动相关智能化农机装备在水稻生产中的应用。同时，还应加强各类操作技术培训，提高操作机手对无人驾驶、无人机飞行技术的认知程度和操作能力，将智能化农机装备真正投入水稻生产中，为今后智慧农业无人农场提供技术支撑。