基于无人机的香榧人工授粉探析

周 剑

（宁国市林业事业发展中心，安徽 宁国 242300）

香榧的经济价值较高，其独特的生物学特性和授粉需求是林业研究的重要领域之一。香榧的成功授粉对其种子的产量和质量具有直接影响。实践中，由于香榧授粉机制的特殊性，传统人工授粉方法存在效率较低、劳动强度较大等问题。近年来，无人机技术快速发展，其在农林业中的应用前景广泛。在香榧人工授粉技术的研究中，相关研究者通过详细分析香榧的花粉传播方式和环境适应性，提出了多种提高授粉成功率的策略[1-3]。在无人机技术应用于农林业方面，无人机在作物监测、病虫害防治等方面的研究较多，展现了无人机在森林资源监测、林火预防和控制方面的潜力。在人工授粉领域，无人机不仅能够提高授粉效率，还可在复杂的地形和大面积林区中发挥重要作用[4-6]。鉴于此，本文探讨了基于无人机的香榧人工授粉技术，在分析香榧的生物学特性的基础上，分析了传统授粉方法的局限性以及无人机授粉的优势，以提高香榧人工授粉的效率和准确性，为无人机在林业方面的应用提供参考。

1 香榧的生物学特性与授粉需求

1.1 香榧的生物学特性

香榧作为一种落叶乔木，叶片呈长椭圆形，其生长习性特殊，偏好温暖湿润的气候和肥沃的土壤，在自然界分布相对集中，主要生长在山地或丘陵地区。香榧属于风媒授粉植物，雌雄异株。在自然条件下，风媒授粉依赖于天气条件和植株之间的空间分布，虽然可以节省植物吸引昆虫或其他动物授粉的能量成本，实践中其成功率受风速、风向、温度和湿度等多种因素影响[1]。香榧的种子经过授粉后通常需要较长的成熟期，这一生物学特性在一定程度上限制了其繁殖和扩散。此外，香榧的果实和种子也具有显著特点。香榧的果实为坚果，具有丰富的油脂和营养物质，是野生动物重要的食物来源，其食用和药用价值较高。香榧种子的发育周期较长，对其生存策略和人工培育均带来了一定挑战。

1.2 香榧人工授粉

香榧作为风媒授粉植物，其自然授粉过程依赖风力和风向等环境因素，因此授粉过程具有不确定性。自然条件下，风媒授粉的效率受限于气候变化和地理位置，尤其是在非自然分布区的人工种植环境中，自然授粉不稳定性更为明显。此外，由于香榧雌雄异株的特性，自然授粉还需要合适的雌雄植株比例和分布，以确保授粉成功。在实际的种植过程中，这些条件通常难以完全满足，从而影响了授粉效果和最终产量。鉴于自然授粉的局限性，人工授粉成为提高香榧授粉效率和产量的有效途径之一。人工授粉可以更精确地控制授粉时间和数量，从而提高授粉的成功率[2]。在商业化种植中，人工授粉可以在一定程度上克服自然授粉的不确定性，确保稳定产出。此外，人工授粉还能够自主选择优质的授粉源，提高种子的品质和生长潜力。

1.3 常见授粉方法

现有的香榧授粉方法在实际应用中存在一定的局限性。首先，该授粉方法依赖人工操作，需要一定劳动力参与，且由于授粉的技术性和细致性要求较高，操作者需要具备一定专业知识和技能。在实际操作过程中，由于人为因素差异，难以保证授粉的一致性和准确性，从而导致授粉效果波动，进而影响种子的结实率和果实的品质。其次，由于香榧是风媒授粉植物，其自然授粉过程受多种环境因素影响，在自然条件下，环境因素的不确定性使授粉过程具有较大偶然性。在传统人工授粉中，可以在一定程度上控制授粉时间和数量，但难以完全模拟自然授粉条件，因此在效果上通常难以完全满足种植的需求。此外，天气条件对传统授粉方法的影响尤为显著。例如，雨水和强风等不利天气可能导致授粉过程被中断，甚至影响授粉质量。最后，从成本效益角度考虑，传统授粉方法下劳动力成本逐渐上升，且授粉效率较低，难以适应现代农业生产发展需求。随着农业技术发展，尤其是无人机等现代化技术的应用，传统授粉方法局限性更加凸显。现代技术不仅能够在一定程度上提高授粉效率，还将降低人力成本，从而在更广泛的范围内提高香榧种植的经济效益。

2 基于无人机的香榧人工授粉优势

2.1 提高授粉效率与覆盖面积

一方面，无人机授粉技术能在短时间内覆盖广大种植面积，提高授粉效率。同时，无人机不仅能迅速飞越整个种植区域，还能精确地在各个植株之间进行授粉作业，提高生产效率。另一方面，在大规模香榧种植基地中，无人机能在有限时间内完成大面积授粉工作[3]，不仅可以降低人力成本，还能够优化生产流程。

2.2 提高花粉投放的精确度

在传统人工授粉过程中，花粉投放通常依赖人工操作，易导致花粉分布不均或者投放量过多或过少，影响授粉成功率和后续果实品质。无人机通过其传感器和算法，能够精确地计算出最佳花粉投放量和投放位置，使每个植株都能得到适量且高质量的花粉，从而提高授粉率。同时，通过无人机精确操作，农业生产者可以针对特定区域或特定种类植株进行针对性授粉，例如，在特定生长周期或环境条件下，部分植株可能需要更多花粉或选择更精确的授粉时间，而无人机则能够轻易地满足这些需求，从而优化资源配置，也为提升香榧的整体产量和品质提供了有力支持[4]。

2.3 增强授粉灵活性和适应性

在传统授粉方式中，天气状况、地形复杂度等环境因素会对授粉效率和成功率造成影响。实践中，由于无人机具有高度机动性和先进导航系统，即使在多变或恶劣的环境条件下，其也能保持稳定和高效的操作，例如，在风力过大或受雨水干扰情况下，无人机能通过内建传感器和算法来自动调整飞行参数和路径，确保花粉能精准投放到目标植株上，降低因环境变数导致的授粉失败风险，提高作业可靠性。同时，无人机的可编程性和智能化设计允许农业生产者或研究人员根据具体种植条件来定制授粉模式，如根据植株密度、花期时序差异以及其他生长因素来实施精细化的授粉策略。

3 基于无人机的香榧人工授粉操作步骤

3.1 地块选择与评估

在基于无人机的香榧人工授粉项目中，地块选择与评估是一项至关重要的前期工作。首先，依据多个地理和生态因素进行地块的初步选择，包括地形、土质和海拔等关键参数，同时须考虑无人机飞行安全性和授粉效率，选择的地块应具有较缓的坡度，土层深度不低于50 cm，并且确保土质疏松，以促进香榧树的生长和花粉的传播，海拔条件也应被纳入考量范畴，通常选择平均海拔200 m的低山地带。以上条件能够确保无人机在最佳生态环境过程中的高效授粉效率活动[5]。其次，在确定候选地块之后，进一步进行地块评估工作。要进行土层深度精确测量，以确保其满足至少50 cm 的土层深度标准，这不仅影响香榧树生长，还对无人机在低空飞行过程中的授粉效率具有直接影响。最后，详细分析土壤样本，技术人员应评估土质疏松度和营养成分，以预测和解释授粉成功率。此外，坡度测量会影响无人机飞行稳定性，因此须由专业地质评估团队进行测量和分析。以上信息不仅有助于无人机飞行路径规划，还能为后续科学管理提供参考。

3.2 无人机检查与种苗准备

在基于无人机的香榧人工授粉项目中，无人机检查与种苗准备至关重要。首先，无人机检查包括电池、全球定位系统（Global Positioning System，GPS）和载荷状态全面审查，应确保电池电量充足，避免由于电量不足而影响无人机的飞行时长和授粉质量。其次，GPS 模块需要精确和稳定，以确保无人机可以精确地导航到预定的授粉区域，同时，载荷状态也须符合技术规格，如花粉喷洒器的工作状态和载荷容量，均会直接影响授粉的成功率。其次，须开展种苗准备工作，选择种苗时，须使用优良品种接穗嫁接的容器嫁接苗，此种苗木通常具有更快的生长速度和更好的适应性。关于年龄和健康标准，选用的苗木应具有较高的苗龄，确保其根系和叶片均处于良好状态，同时容器必须保障完整无破损，以避免根系受损，苗木叶色应为浓绿，叶子硬实，手触时具有扎手感，顶芽饱满，且嫁接口须平整、牢固[6]。这一系列准备工作可将无人机和种苗调整到最佳状态，以确保接下来的授粉活动能够高效、准确并成功地进行。综合准备工作能够提高授粉效率，并为项目开展提供坚实基础。

3.3 飞行路径规划与授粉算法

为规划最优飞行路径，首先需要考虑香榧树冠高度和分布特点，利用地理信息系统（Geographic Information System，GIS）和远程感应技术，生成树冠三维模型，进而分析其空间分布与结构，以确保无人机能有效覆盖整个树冠，且每个花序都能得到足够的花粉。其次，路径规划需要考虑风速和风向等气象条件，否则会影响花粉传播效果和无人机飞行稳定性。此外，与飞行路径规划密切相关的是授粉算法的开发或选择。在实际应用中，采用图像识别算法来自动识别香榧花，该算法通常会利用深度学习或其他机器学习方法，对摄像头捕获到的图像进行分析，从而精确定位每一朵即将开放或已经开放的花朵。最后，应编写自动授粉程序来控制无人机，使其能准确地将花粉喷洒到目标花朵上。此外，需要设计一套有效程序，以确定何时启动花粉喷洒器、何时需要调整飞行高度或路径，以适应不同树冠的实际情况。

3.4 实地操作与数据收集

在经过地块选择、无人机与种苗准备以及飞行路径与授粉算法规划之后，将进入实地操作与数据收集阶段。首先，选择在示范区进行实地飞行。在飞行前，技术人员通过与地面站的无线连接，将预先编写的自动授粉程序上传到无人机飞控系统中。当无人机起飞，预设授粉程序自动启动，无人机按照事先规划的飞行路径高效、准确地对香榧花进行人工授粉。其次，数据收集同步开展。在无人机装配的多个传感器和摄像头的帮助下，可以实时监测飞行稳定性、电池电量和GPS定位精度等关键参数，收集授粉效果、覆盖范围等多维度数据[7]。以上数据可用于技术人员评估实地操作效果，还可以为未来更大规模、更高精度的授粉工作提供参考。最后，实时数据会被传送到地面站，分析软件会立即对数据进行初步分析，如果发现任何偏离预设条件的情况（如飞行不稳、授粉不均等），操作人员可以实时进行微调，以确保整个授粉过程能够按计划顺利进行。

综上所述，无人机技术的应用为香榧人工授粉带来了新的机遇。本文探讨了基于无人机的香榧人工授粉技术，在分析香榧的生物学特性基础上，分析了传统授粉方法的局限性以及无人机授粉的优势，以提高香榧人工授粉的效率和准确性，为无人机在林业方面的应用提供参考。