水稻无人机施肥技术要点及展望*

朱从桦 任丹华 欧阳裕元 李彬 黄海波 廖为 郑家国 李旭毅¤

1.德阳市润田水稻产业技术研发中心，四川德阳

2.四川省农业科学院作物研究所，四川成都

3.四川省农业机械化发展推广中心，四川成都

4.四川飞防农业有限责任公司，四川德阳

5.凉山州布拖县农业农村局，四川凉山

现代化农机装备给水稻规模化生产增添了活力，为保障粮食安全起到关键作用[1]。近年来，农用无人机被广泛应用于植保、播种、施肥、巡田等环节[2-4]，不仅大幅提高了作业效率，还降低了生产成本，“一机多用”成为了它的突出优势。分次施肥能够显著提高水稻产量，改善稻米品质[5]；然而农村劳动力大量向城镇转移，适龄劳动力越来越紧缺，水稻规模化生产中迫切需要降低施肥劳动强度和用工成本，提高施肥规范性。随着高负载农用无人机及配套精准喷洒技术的不断进步，水稻无人机施肥技术应运而生，为水稻规模化、分次精准施肥提供了新路径。与此同时，通过稻田叶片氮含量无损诊断、无人机多光谱遥测、田间生长持续监测等技术手段绘制施肥处方图[6-8]，再由无人机开展变量施肥作业，将进一步减少肥料用量，提高肥料利用率，降低劳动强度，增加水稻产量。为此，本文将重点从作业机型、肥料要求、施肥准备、施肥作业、机具保养、安全保障等方面阐述水稻无人机施肥技术要点及其注意事项，以期为水稻无人机施肥技术规范化示范推广提供支撑。

1 水稻无人机施肥技术优势及应用效果

1.1 安全高效，降低成本

无人机施肥过程中仅需搬运肥料、填装肥料、更换电池等简易操作，操作人员通过遥控器完成施肥作业（大部分可采用自主作业），可以最大限度避免直接接触肥料，最大程度减少肥料对人体的危害；避免长时间在田间负重施肥，劳作强度大幅降低。无人机施肥作业效率可达1.5～3.0 hm2/h，是传统人工施肥的10 倍以上，进一步降低了用工成本。

1.2 绿色低碳，节省肥料

施肥农用无人机以电力为主动力，是农业生产绿色低碳的优选机具。根据水稻生育进程和养分吸收规律，配套稻田叶片氮含量无损诊断、无人机多光谱遥测、田间生长持续监测等技术，无人机分次精准施肥能够显著提高肥料利用率，减少肥料用量，既能满足稻株养分需求，实现高产，也能减少肥料损失带来的环境污染，是实现现代农业低碳环保的有效措施。

1.3 简单适用，易于推广

水稻无人机施肥操作难度远小于植保作业，作业时通过增加飞行高度来绕开田间障碍物，无论是平原还是丘陵区，操作人员都能够采用自主避障作业，大幅降低操控难度。现有农用植保无人机基数较大，从业人员多且年轻，农机社会化服务主体仅需加购播撒装置就能开展施肥作业。此外，水稻规模化生产中追肥带来的增产增收效果十分显著，仅通过无人机追施分蘖肥和穗肥，每公顷节本增收就超过225 元，这些也为示范推广水稻无人机施肥技术提供重要支撑。

2 水稻无人机施肥技术要点

2.1 作业机型

选择正规厂家生产的农用无人机，购置配套离心抛撒或涵道气吹型播撒器。无人机有效负载应超过20 kg，有效播撒幅宽不低于4.0 m，每公顷播种量误差不超过3 kg，防水等级不低于IP7级。施肥无人机起飞直径不超过3.0 m，高度不超过1.2 m，连续施肥作业不少于15 min，每分钟颗粒肥播撒量不低于10 kg，液体喷施量不少于4 L，作业速度为4～8 m/s，作业高度2.0～12.0 m，具备自主作业、智能避障、漏堵报警、实时监控、记录轨迹等功能。

2.2 肥料要求

可以用于无人机施肥的通常有颗粒肥料和液体肥料。颗粒肥料直径为0.5 mm～3.0 mm，颗粒度不小于90%，吸湿性较弱、无结块、硬度不小于50 N。液体肥料应选择能被水稻叶片吸收的全水溶性肥料，且能直接用于无人机喷施或加水稀释后能够适用于无人机喷施作业。

2.3 施肥准备

1) 准备肥料。颗粒肥料要清除颗粒肥中的结块和杂物，将肥料填装入装载桶。液体肥料要根据液体肥料使用要求，配制成适宜浓度，再罐装到桶内。

2) 检查机具。起飞作业前检查农用无人机及施肥器各组件情况，确保处于正常工作状态，同时，调试通讯设备，确保农业无人机操控系统通讯顺畅。

3) 作业方案。根据作业区域地形地貌、田块大小和水稻施肥要求等，对作业区域进行飞行定位，规划无人机航线和起降区域；采用全自动飞行作业的，还应提前规划好航线、飞行速度、作业高度和起降点等。

4) 作业参数。按照播种要求，设置播种作业高度、飞行速度、安全距离、播撒量、转盘转速、风机转速等参数。

5) 作业测试。操作人员对无人机进行不喷（撒）施模拟作业，校准流量和播撒量后再进行试喷（撒）施作业，试喷（撒）施合格后再进行大面积施肥作业。

6) 应急预案。制定突发情况的应急预案，确保人员和无人机安全；发生突发性故障时紧急迫降点必须远离人群及住宅区。

2.4 施肥作业

作业人员操作无人机起飞，严格按照作业预案执行。作业时应关闭手机及其他影响播种作业的电磁干扰设备；副手和安全员在适宜区域做好作业质量监测和安全保障。

2.5 机具保养

施肥作业结束后，及时清洁无人机装载桶、喷洒器，并按照农用无人机保养要求进行机具的日常保养。

2.6 安全保障

1）机具保险。无人机应具有符合播种作业服务的机损险和第三责任险。

2）人员要求。作业人员应包含无人机操作手、副手和安全员，施肥作业时全部人员应佩戴手套、口罩、安全帽、防眩光眼镜、工作服；严禁在穿拖鞋、抽烟、酒后及身体不适状态下开展播种作业。其中，无人机操作手应经过农业航空技术培训并获得专业的培训合格证，符合NY/T 1775 和AC-61-FS-2013-20 的要求，并掌握作物施肥专业知识；副手应熟悉作物施肥专业知识，熟悉农用无人机施肥作业要求，负责肥料准备与填装；安全员则应负责在作业区域边缘设置明显的警告牌、警戒线以及禁止入内的警示标识，负责无人机施肥作业过程中安全保卫工作，预防、处置无人机施肥作业的各种突发性故障，以确保人机安全和作业安全。

3）作业区域。作业区域应符合国家关于禁飞区域的规定，具备农用航空器起降的场地和适合施肥的飞行航线，无影响农用航空器安全飞行的树木、建筑物、电线（杆）、高压线塔等障碍物；作业区域边缘应设置明显的警告牌、警戒线以及禁止入内的警示标识。

4）环境要求。作业前应查询作业区域气象信息，包括温湿度、风向、风速等；风力超过5 级禁止作业，降雨、冰雹时禁止作业，能见度低于无人机最适作业距离时禁止作业。施肥前应考虑光照、相对湿度、雨露等对作业质量的影响。

3 展望与思考

水稻无人机施肥也面临一些亟需解决的问题。在现有农用航空器限制条件下，应开发出作业续航更久、负载更高、自主作业能力更强的农用无人机[9-10]，以提高施肥效率，现有20～30 kg级的农用无人机用于水稻追肥作业，飞一个架次仅能完成0.27～0.40 hm2，如果用于施底肥，仅能覆盖0.03～0.04 hm2。目前，施肥无人机多以离心抛撒和涵道气吹为主，离心式抛撒作业有效幅宽与颗粒肥密度、甩盘转速、飞行高度密切相关，作业时较多的肥料颗粒会向侧面偏移，进而影响施肥均匀性和准确性，容易导致漏喷、重喷；涵道气吹有效幅宽与颗粒肥密度、风机转速和飞行高度密切相关，作业时较多的肥料颗粒会集中于中心区域，容易导致漏喷，因此，开发出有效幅宽大且施肥精准的播撒器将成为进一步提高无人机施肥效果的关键。无人机撒施颗粒肥，颗粒肥料入土浅或直接落于地表，导致肥料利用效率不高，需要优化肥水耦合技术；同时，还需要加强无人机稻田监测遥感准确性攻关，进而绘制出更加准确的施肥处方图。缺乏无人机配套的高效肥料及其助剂，施肥无人机负载提升是有天花板的，为兼顾“施肥效率和利用效果”，需要开发适应于无人机施用的浓缩型高效颗粒肥、水溶性更强的液体肥以及配套助剂。天气因素会影响无人机飞行和作业，以及施肥效果。喷施液体肥，施用效果通常受液体肥料浓度、空气湿度、空气温度等的影响，施用颗粒肥通常需要考虑叶面雨露和冠层稀密程度等。综上所述，无人机施肥正在处于高速发展阶段，但要真正实现大面积规范化使用，还需要不断改进设备以及研发完善配套的高效肥料及农艺技术。