无人机在农业机械精准施肥中的应用研究

印 珍

（马鞍山市雨山区向山镇政府，安徽 马鞍山 243031）

1 传统施肥与无人机施肥对比

1.1 传统施肥方法的局限性

传统农业施肥方法存在一系列局限性，这就激励了农业界寻求更为高效和精准的施肥解决方案，其中，无人机技术提供了较好的解决方案。传统施肥方法主要包括手工散布、拖拉机喷洒和飞机喷洒等，这些方法在农作物施肥过程中存在以下局限性：1）传统方法的施肥精度较低。手工施肥容易受到人工技能水平和疲劳的影响，难以实现精准施肥。而拖拉机和飞机喷洒的覆盖范围有限，无法根据不同地块的需求进行精细施肥。这导致了施肥浪费和不均匀施肥的问题，浪费了肥料资源并降低了施肥效果[1]。2）传统施肥方法的施肥时间和频率难以灵活调整。农作物的施肥需求随着生长阶段、气候和土壤条件的变化而变化，但传统方法通常难以及时调整施肥计划。这可能导致施肥不及时或过量施肥，会对农作物产量和质量产生负面影响。3）传统施肥方法对农民的劳动力需求较高。手工施肥需要大量的人工投入，拖拉机和飞机喷洒虽然减轻了体力劳动，但仍需要操作人员和大型设备的投入，增加了劳动成本和机械设备的维护成本。

1.2 无人机施肥的工作原理

无人机施肥技术的引入为解决传统施肥方法的局限性提供了新途径。无人机施肥的工作原理基于先进的航空技术和精密的传感器系统，其主要优势如下：1）无人机搭载高分辨率的多光谱和红外传感器。这些传感器可以在飞行中实时收集农田的数据，包括土壤质地、植被状态、湿度和气象条件等信息。2）基于传感器数据，无人机可以实时分析农田的施肥需求。它能够识别出不同地块的特点，包括哪些地方需要施肥，以及需要的施肥量。3）无人机携带精确的施肥设备，如喷雾器或粉剂散布器。实践证明，无人机可以精确喷洒或散布适量的肥料到目标地块上，可以实现精准施肥。

1.3 不同类型无人机在施肥中的应用

1）固定翼无人机：固定翼无人机适合于广阔的农田，可以在较短时间内覆盖大面积土地。它们通常搭载大容量的肥料箱，适合大面积作物如小麦、水稻等的施肥[2]。

2）多旋翼无人机：多旋翼无人机具有垂直起降和悬停能力，适合于小型或不规则形状的农田。它们可以更精确地施肥，适用于蔬菜、果树等需要细致施肥的作物。

3）固定翼垂直起降无人机：这种无人机结合了固定翼和多旋翼的特点，既能覆盖大面积的土地，又具有垂直起降的灵活性。它们适用于不同类型农田的施肥需求，具有广泛的应用潜力。

2 无人机施肥对施肥精准性的影响

2.1 空中遥感技术在施肥中的应用

1）多光谱传感器可以测量土壤和植被的光谱特性。通过分析这些特性，无人机可以确定土壤的养分水平和植被的健康状况。这为精确施肥提供了基础数据。2）红外传感器可以检测土壤的温度和湿度，以及植物的蒸腾率。这些信息对于施肥计划的制定和实施至关重要。无人机可以在飞行中实时收集数据，并将其与先前的地理信息系统（GIS）地图相结合，以确定施肥需求。通过将多光谱和红外传感器的数据与先前的土壤样本和气象数据相结合，无人机可以为每个农田地块生成详细的施肥建议。这使得施肥计划更加精细化和个性化，根据每个地块的实际需求进行施肥，最大程度地提高施肥精准性。

2.2 提高施肥的精准性

1）无人机在飞行过程中不断收集传感器数据，包括土壤养分水平、植被健康状况和气象条件等信息，这些数据被送回控制中心进行分析。2）控制中心使用实时数据与事先设定的施肥计划进行比对。根据实际情况，控制中心可以调整无人机上的施肥设备，以改变喷洒或散布的速度和量。3）无人机根据控制中心的指令实时调整施肥设备，确保每个地块都获得适量的肥料。这种实时调整保证了施肥的均匀性和准确性，提高了施肥的精准性[3]。通过实时调整施肥量，无人机可以适应不同地块的变化需求，应对气象突变和土壤异质性，实现了施肥的个性化和精准性。这有助于避免过量施肥和施肥浪费，同时促进了农作物的生长。

2.3 减少施肥浪费与提升资源效率

1）减少施肥浪费有助于节约肥料资源。无人机精确计算每个地块所需的施肥量，避免了过量施肥。这降低了肥料的使用量，节约了农业生产成本，并减轻了对有限资源的压力。2）资源效率的提升有益于保护环境。过量施肥不仅浪费了资源，还可能导致农田土壤和水体的污染。无人机施肥技术可以减少农田对化肥和农药的依赖，降低了农业对环境的不良影响，有助于实现环境友好型农业。3）提高资源效率还有助于农业的可持续发展。农业生产的可持续性需要在提高产量的同时减少资源浪费，这正是无人机施肥技术所能提供的[4]。

3 无人机施肥对农作物产量的影响

3.1 实地试验与数据分析

在试验中，选择了若干农田地块，其中一部分地块采用传统施肥方法，另一部分地块采用无人机施肥技术。在整个生长季节中多次施肥，以确保数据的准确性和可靠性。通过实地试验，本文收集了以下数据：农作物的生长状况、植被指数、叶面积指数、土壤养分水平和气象条件等。这些数据被用于分析施肥对农作物生长的影响以及无人机施肥技术的实际效果。数据分析表明，采用无人机施肥技术的农田地块相对于采用传统施肥方法的地块，农作物生长更好且产量更高[5]。无人机施肥地块的植被指数和叶面积指数均较高，表明作物生长更加茁壮。土壤养分维持得更好，有助于促进农作物的养分吸收。这些结果明确显示了无人机施肥对农作物产量的积极影响。

3.2 不同农作物的施肥效果比较

为了更深入地了解无人机施肥技术在不同农作物上的影响，本文进行了一项比较研究。选择了水稻、小麦和蔬菜等不同类型的农作物，分别采用无人机施肥和传统施肥方法，并对它们的产量和质量进行了比较。结果显示，无人机施肥技术在不同类型的农作物上都取得了显著的施肥效果。对于水稻和小麦等主要粮食作物，无人机施肥地块的产量相对较高，有助于提高粮食质量。对于蔬菜作物，如番茄、黄瓜和胡萝卜等，无人机施肥也表现出色，促进了蔬菜的快速生长和丰产。进一步分析发现，无人机施肥技术的优势在于其精准性和个性化。它可以根据每种作物的生长需求和生长周期进行施肥，确保每个地块都获得最佳的施肥量[6]。这为不同类型农作物的生长提供了定制化的支持，有助于最大程度地发挥它们的潜力。

3.3 施肥对农作物生长周期的影响

1）无人机施肥可以根据农作物的生长阶段进行精准施肥。2）施肥的精准性有助于缩短农作物的生长周期。过量施肥或不足施肥都可能导致农作物的生长受到限制，延长生长周期。而无人机施肥技术可以确保农作物始终处于最佳的养分状态，加快了生长速度，缩短了生长周期。3）通过减少施肥浪费，无人机施肥技术提高了农作物生长效率。农田地块接受了适量的施肥，减少了资源的浪费。

4 环境友好型施肥与可持续农业发展

4.1 减少化肥和农药使用的环境益处

1）减少化肥和农药的使用有助于降低农业对环境的负面影响。传统的施肥和农药使用方式常常导致水体污染、土壤侵蚀和生态系统破坏。而无人机施肥技术的精准性和个性化施肥能力可以减少化肥使用量，降低了这些负面影响。2）环境友好型施肥有助于维护土壤质量。过度的化肥和农药使用可能破坏土壤结构和微生物群落，降低土壤的肥力[7]。相比之下，无人机施肥技术可以确保施肥的精准性，避免了对土壤的不必要侵害，有助于保持土壤的健康和肥力。3）减少化肥和农药的使用也有助于保护生态平衡。农田周围的生态系统受益于减少了农药和化肥的流失，降低了生态系统的脆弱性。这有助于维持农业生产和自然生态的协调发展。

4.2 土壤保护和生态平衡的促进

1）环境友好型施肥有助于土壤保护。土壤是农业的基础，但过度的化肥和农药使用可能对土壤造成伤害。无人机施肥技术可以根据土壤养分水平和农作物需求精确施肥，避免了对土壤的不必要侵害。这有助于保护土壤的肥力和结构，维护了农田的可持续生产力。2）环境友好型施肥有助于生态平衡的促进。农田和周边生态系统之间的关系密切，农药和化肥的流失可能对生态系统造成危害。无人机施肥技术的精准施肥减少了农药和化肥的流失，有助于维护生态平衡，保护野生动植物的生存环境。3）土壤保护和生态平衡的促进有助于农业的可持续发展。可持续农业追求的是在提高产量的同时，保护环境和维持自然资源的可持续利用。环境友好型施肥技术与可持续农业原则相符，有助于农业生产的长期可持续发展。这不仅有利于农民的经济利益，还有助于社会和生态系统的可持续发展。

4.3 可持续农业的经济效益与社会价值

1）可持续农业通过提高资源利用效率和降低生产成本，实现了经济效益。环境友好型施肥技术减少了化肥和农药的使用，降低了农业生产的成本。农民可以节省用于购买化肥和农药的资金，并减少了施肥和农药施用所需的人力成本，提高了农业的经济效益。2）可持续农业具有社会价值。它有助于保障食品供应，提供了高质量和安全的农产品。环境友好型施肥技术提高了农产品的质量和产量，有助于满足不断增长的食品需求，维护食品安全[8]。减少化肥和农药的使用降低了农产品中农药残留的风险，保护了消费者的健康。

5 无人机施肥技术面临的挑战与前景

5.1 技术成熟度与设备成本问题

1）技术成熟度是一个重要问题。尽管无人机施肥技术在一些地区取得了成功，但其在不同农业环境和不同农作物上的适用性仍需进一步验证和改进。不同农田条件、气候变化和农作物特性可能导致施肥策略的差异，因此需要更多的研究和实验来优化技术，以确保其在不同情境下的有效性[9]。2）设备成本问题也是一个值得关注的挑战。无人机和相关设备的购买与维护成本可能较高，对小型农户造成了经济负担。解决这个问题的途径之一是通过技术创新和扩大生产规模来降低设备成本。

5.2 农民培训与技术推广

1）农民需要接受培训，以了解无人机施肥技术的基本原理和操作方法。他们需要学习如何操作无人机，如何设置施肥参数，以及如何解决常见的技术问题。培训课程应该针对不同程度的技术掌握情况提供，以确保农民能够充分理解和掌握相关知识。2）技术推广是将无人机施肥技术引入更广泛农业社区的关键步骤。农业部门和农民团体可以组织示范项目，展示技术的优势和效益[10]。

6 结论

综上所述，无人机在农业机械精准施肥中的应用具有巨大潜力。无人机施肥可以提高施肥的精准性和效率，有助于降低施肥量、减少环境污染，并最终促进农业的可持续发展。然而，无人机施肥技术仍面临着技术成熟度和成本问题、农民培训与技术推广以及数据安全和隐私保护等挑战。为了最大程度地发挥无人机施肥技术的优势，需要政府、农业部门和农业科研机构共同合作，加强技术研发和推广，确保其在农业领域的广泛应用，为可持续农业发展作出更大的贡献。