多旋翼无人机辅助杂交水稻制种授粉效果研究

徐 杰王 攀李志全罗 燕杨海龙王 川李 培贾现文

（1.眉山市农业农村局 四川眉山 620020；2.眉山市东坡区农业农村局 四川眉山 620010；3.眉山市公安局 四川眉山 620020）

眉山市东坡区位于四川盆地成都平原西南边缘、岷江中游，年平均气温16.8℃，全年无霜期308~320 d，年平均降水量1 153.7 mm，有40多年杂交水稻制种历史，常年制种面积达3万亩，是国家级杂交水稻制种基地县。传统的人工杂交水稻种子生产在插秧和赶花授粉环节需要大量的季节性集中劳动力，近年来，劳动力逐年紧缺且用工成本高，严重制约了制种规模化生产。自2016年以来，眉山市东坡区开展了机插、机防、烘干等全程机械化技术试验研究和示范推广，杂交水稻制种生产在机耕、机防、机收、烘干等环节基本可实现机械化作业，但在机械化授粉环节存在短板，是制约杂交水稻制种全程机械化的主要瓶颈。2021年采用多旋翼无人机辅助授粉配套父母本大行比相间种植进行多点试验，研究最佳的授粉方式，以期为在大面积制种生产上得到推广应用，促进杂交水稻制种全程机械化发展。

1 材料与方法

1.1 植保无人机

选用六旋翼电动无人机，大疆T20植保无人机由眉山吉峰农机汽车贸易有限公司提供，外形尺寸2 509 mm×2 213 mm×732 mm（机臂展开、桨叶展开），作业满载20 kg，续航时间7.5 min。

1.2 参试制种组合

清香2A/R168、裕丰1A/R1625、川香29A/泰恢199、荃香9A/YR512、内香6A/泸恢103等5个参试组合。

1.3 试验地点

在眉山市东坡区复兴镇高塔村、红五星村、松江镇眉青村、修文镇英雄村和崇礼镇光华村共5个地点进行试验。

1.4 试验处理

参试制种5个组合，在每个试验地点种植一个组合，每个组合都按照表1处理方式分5个处理，每个处理种植8亩，每个组合种植面积为40亩。

表1 试验处理方式

参试的5个组合分别按照表2中的父本与母本种植密度进行栽插，各组合父本与母本的间距统一为30 cm。

表2 参试各组合种植密度

1.5 授粉方式

花期每日授粉次数：初、末花期每日授粉2~3次，盛花期每日授粉3~4次。无人机授粉随父本行顺行匀速飞行，飞行高度3.5 m左右[1]。对照田块采用传统人工竹竿赶花授粉。

1.6 考查内容与方法

1.6.1 杂交水稻种子大田平均亩产量成熟后，每个试验组合按照5个处理单独收割，分别烘干、全产称量、计算单产。

1.6.2 杂交水稻种子平均亩收益根据投入亲本、化肥、土地租金等成本和收获种子产量，分别测算每个试验地点、每个处理的平均亩收益。

2 结果与分析

2.1 大田亩产量比较分析

由表3可知，①内香6A/泸恢103组合无人机授粉组，父母本行比5∶24、飞行速度3.5 m/s的平均亩产量为193 kg，分别比父母本行比5∶24、飞行速度4.5 m/s的平均亩产量191 kg，父母本行比5∶20、飞行速度3.5 m/s的平均亩产量189 kg，父母本行比5∶20、4.5 m/s的平均亩产量184 kg，增加2 kg、4 kg、9 kg，增幅分别为1.0%、2.1%、4.9%；②清香2A/R168组合无人机授粉组，父母本行比5∶24、飞行速度3.5 m/s的平均亩产量为88.5 kg，分别比父母本行比5∶24、飞行速度4.5 m/s的平均亩产量84.3 kg，父母本行比5∶20、飞行速度3.5 m/s的平均亩产量83.2 kg，父母本行比5∶20、飞行速度4.5 m/s的平均亩产量80.1 kg，增加4.2 kg、5.3 kg、8.4 kg，增幅分别为5.0%、6.4%、10.5%；③川香29A/泰恢199组合无人机授粉组，父母本行比5∶24、飞行速度3.5 m/s的平均亩产量为115 kg，分别比父母本行比5∶24、飞行速度4.5 m/s的平均亩产量110 kg，父母本行比5∶20、飞行速度3.5 m/s的平均亩产量108 kg，父母本行比5∶20、分行速度4.5 m/s的平均亩产量102 kg，增加5 kg、7 kg、13 kg，增幅分别为4.5%、6.5%、12.7%；④荃香9A/YR512组合无人机授粉组，父母本行比5∶24、飞行速度3.5 m/s的平均亩产量为152 kg，分别比父母本行比5∶24、飞行速度4.5 m/s的平均亩产量151 kg，父母本行比5∶20、飞行速度3.5 m/s的平均亩产量149 kg，父母本行比5∶20、飞行速度4.5 m/s的平均亩产量148 kg，增加1 kg、3 kg、4 kg，增幅分别为0.7%、2.0%、2.7%；⑤裕丰1A/R1625组合无人机授粉组，父母本行比5∶24、飞行速度3.5 m/s的平均亩产量为85.4 kg，分别比父母本行比5∶24、飞行速度4.5 m/s的平均亩产量80.5 kg，父母本行比5∶20、飞行速度3.5 m/s的平均亩产量79 kg，父母本行比5∶20、飞行速度4.5 m/s的平均亩产量78.5 kg，增加4.9 kg、6.4 kg、6.9 kg，增幅分别为6.1%、8.1%、8.8%。

表3 不同行比、不同飞行速度多旋翼无人机辅助授粉的种子产量

试验结果表明，无人机授粉组父母本行比5∶24、无人机飞行高度3.5 m的授粉效果优于其他处理。其中，内香6A/泸恢103、荃香9A/YR512组合，父母本行比5∶24、飞行速度3.5 m/s的亩产量基本与父母本小行比的传统人工授粉方式相当。

2.2 平均亩收益比较分析

由表4可知，①内香6A/泸恢103组合无人机授粉组，父母本行比5∶24、飞行速度3.5 m/s分别比父母本行比5∶24、飞行速度4.5 m/s，父母本行比5∶20、飞行速度3.5 m/s和4.5 m/s平均亩增收33元、66.2元、186.9元；②清香2A/R168组合无人机授粉组，父母本行比5∶24、飞行速度3.5 m/s分别比父母本行比5∶24、飞行速度4.5 m/s，父母本行比5∶20、飞行速度3.5 m/s和4.5 m/s平均亩增收92元、95元、163元；③川香29A/泰恢199组合无人机授粉组，父母本行比5∶24、飞行速度3.5 m/s分别比父母本行比5∶24、飞行速度4.5 m/s，父母本行比5∶20、飞行速度3.5 m/s和4.5 m平均亩增收89.6元、128.7元、269元；④荃香9A/YR512组合无人机授粉组，父母本行比5∶24、飞行速度3.5 m/s分别比父母本行比5∶24、飞行速度4.5 m/s，父母本行比5∶20、飞行速度3.5 m/s和4.5 m/s平均亩增收19.4元、44.6元、64元；⑤裕丰1A/R1625组合无人机授粉组，父母本行比5∶24、飞行速度3.5 m/s分别比父母本行比5∶24、飞行速度4.5 m/s，父母本行比5∶20、飞行速度3.5 m/s和4.5 m/s平均亩增收108元、119元、130元。试验结果表明，5个组合无人机授粉组父母本行比5∶20、飞行速度3.5 m/s平均亩收益均高于父母本小行比的传统人工授粉方式。

表4 不同行比、不同飞行速度多旋翼无人机辅助授粉的平均亩收益

3 结论与讨论

王茂理等[2]的研究认为，单旋翼和多旋翼无人机均可用于杂交水稻制种辅助授粉，且最佳飞行速度为3～4 m/s。刘爱民等[3]开展单旋翼无人机辅助杂交水稻制种授粉研究结果表明，父母本行比6∶（40～60）时，无人机辅助授粉的结实率和产量可达到甚至高于人工辅助授粉。王沛等[4]的研究认为，多旋翼无人机由于多个旋翼之间风场形成侧向气流叠加效应，导致水平且垂直于飞行方向的风场宽度变窄，不能形成足够宽度的风场风速；单旋翼无人机风场风速更稳定、持续，不育系辅助授粉大多采用单旋翼无人机。由于多旋翼无人机具备飞行中能够悬停、机械性能稳定、操作简单等优势，笔者通过减少母本行厢宽的方式来弥补多旋翼无人机水平且垂直于飞行方向的风场宽度变窄的不足。通过多点多组合应用多旋翼无人机辅助杂交水稻制种授粉的试验结果表明，应用多旋翼无人机辅助授粉的制种产量可达到人工辅助授粉水平，且平均亩收益超过人工授粉方式，实现了父母本大行比相间种植，有利于父母本栽插、收割和田间管理的机械化作业，从而可以实现杂交水稻制种的全程机械化。