摘要：在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)進(jìn)程中，精準(zhǔn)施肥對水稻產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效、綠色發(fā)展意義重大。本研究圍繞輕型無人機(jī)于水稻生產(chǎn)的精準(zhǔn)施肥實(shí)踐，剖析其核心技術(shù)、作業(yè)流程與實(shí)踐效益。探究無人機(jī)如何憑借先進(jìn)傳感、精準(zhǔn)定位與智能調(diào)控，依水稻各生育期養(yǎng)分需求，實(shí)現(xiàn)肥料精準(zhǔn)投送，提升肥料利用率，降低環(huán)境負(fù)荷，并結(jié)合實(shí)例展現(xiàn)其在優(yōu)化田間管理、助力農(nóng)民增收等方面的卓越成效，為水稻精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)開拓新思路。關(guān)鍵詞：輕型無人機(jī)；水稻生產(chǎn)；精準(zhǔn)施肥；肥料利用率；農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水稻作為全球主要的糧食作物之一，其生產(chǎn)效率和產(chǎn)量對保障糧食安全具有重要意義。然而，傳統(tǒng)的施肥方式存在肥料利用率低、環(huán)境污染嚴(yán)重等問題，嚴(yán)重制約了水稻生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。隨著農(nóng)業(yè)科技的不斷進(jìn)步，輕型無人機(jī)技術(shù)逐漸應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，為水稻精準(zhǔn)施肥提供了新的解決方案。無人機(jī)施肥具有作業(yè)效率高、施肥均勻、減少化肥流失等優(yōu)勢，有助于實(shí)現(xiàn)水稻生產(chǎn)的節(jié)本增效和環(huán)境保護(hù)。本文旨在研究輕型無人機(jī)在水稻生產(chǎn)中的精準(zhǔn)施肥應(yīng)用，為水稻生產(chǎn)的現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型提供技術(shù)支持。1輕型無人機(jī)施肥系統(tǒng)構(gòu)成與技術(shù)原理1.1無人機(jī)硬件平臺輕型無人機(jī)作為整個施肥系統(tǒng)的飛行載體，通常具備小巧輕便、機(jī)動性強(qiáng)的特點(diǎn)，以便在復(fù)雜的水稻田間環(huán)境中靈活穿梭。其機(jī)體結(jié)構(gòu)采用高強(qiáng)度且輕質(zhì)的復(fù)合材料，如碳纖維等，既能確保飛行穩(wěn)定性，又能承載一定重量的肥料與設(shè)備。動力系統(tǒng)多由高效無刷電機(jī)搭配高性能鋰電池組構(gòu)成，無刷電機(jī)提供強(qiáng)勁動力，保障無人機(jī)在低空、低速飛行狀態(tài)下平穩(wěn)運(yùn)行，同時鋰電池組具備高能量密度，滿足長時間連續(xù)作業(yè)需求。飛行控制系統(tǒng)集成先進(jìn)的陀螺儀、加速度計(jì)與氣壓計(jì)等傳感器，實(shí)時感知無人機(jī)姿態(tài)、位置與高度信息，通過內(nèi)置智能算法精準(zhǔn)調(diào)控電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)自主起降、懸停、航線規(guī)劃與避障等功能，為精準(zhǔn)施肥作業(yè)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。1.2施肥裝置設(shè)計(jì)施肥裝置是實(shí)現(xiàn)肥料精準(zhǔn)投送的關(guān)鍵部件，依肥料形態(tài)不同設(shè)計(jì)各異。對于粉狀或顆粒狀肥料，常采用離心式撒播裝置，其核心為高速旋轉(zhuǎn)的圓盤，肥料在離心力作用下均勻甩出，撒播幅寬可依據(jù)飛行高度與圓盤轉(zhuǎn)速靈活調(diào)整，通過調(diào)節(jié)出料口大小精準(zhǔn)控制施肥量，誤差可控制在極小范圍內(nèi)；針對液體肥料，多運(yùn)用壓力式噴霧系統(tǒng)，由高壓泵將肥料溶液加壓，經(jīng)特制噴頭霧化后噴出，噴頭設(shè)計(jì)兼顧霧滴大小、噴射角度與分布均勻度，確保每一株水稻都能均勻受肥，同時，噴霧系統(tǒng)配備流量傳感器與電動調(diào)節(jié)閥，依預(yù)設(shè)施肥方案實(shí)時調(diào)控噴霧流量，適配水稻不同生長階段的養(yǎng)分需求。1.3精準(zhǔn)定位與變量施肥技術(shù)精準(zhǔn)定位技術(shù)依托全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（如GPS、北斗），無人機(jī)在飛行過程中接收多顆衛(wèi)星信號，實(shí)現(xiàn)厘米級定位精度，精確鎖定每塊水稻田邊界與內(nèi)部區(qū)域坐標(biāo)，結(jié)合預(yù)先測繪的田塊地圖，規(guī)劃最優(yōu)施肥航線，避免重復(fù)施肥或漏施。變量施肥技術(shù)則建立在對水稻生長狀況實(shí)時監(jiān)測基礎(chǔ)之上，無人機(jī)搭載多光譜相機(jī)、高光譜傳感器等設(shè)備，采集水稻冠層反射光譜，利用專業(yè)分析軟件解譯數(shù)據(jù)，反演水稻氮素含量、葉綠素水平等營養(yǎng)指標(biāo)，依此生成施肥處方圖，指導(dǎo)無人機(jī)在不同區(qū)域動態(tài)調(diào)整施肥量，做到因地制宜、按需施肥，最大限度提升肥料利用率，減少資源浪費(fèi)與環(huán)境污染[1]。2輕型無人機(jī)在水稻生產(chǎn)中的獨(dú)特優(yōu)勢2.1高效作業(yè)效能在水稻生產(chǎn)的繁忙時節(jié)，時間就是產(chǎn)量的保障，輕型無人機(jī)展現(xiàn)出卓越的高效作業(yè)能力。相較于傳統(tǒng)人工施肥，農(nóng)民需背負(fù)沉重肥料，逐行逐株進(jìn)行撒施，不僅勞動強(qiáng)度大，而且效率極為低下，一人一天僅能完成數(shù)畝稻田施肥任務(wù)。而輕型無人機(jī)憑借其靈活的機(jī)動性，能夠快速穿梭于廣闊稻田，不受田埂、溝渠等復(fù)雜地形阻礙，極大地縮短了施肥周期。以一個擁有千畝稻田的種植大戶為例，采用無人機(jī)施肥，僅需數(shù)天即可完成一輪作業(yè)，相比人工操作節(jié)省了大量時間，確保水稻在關(guān)鍵生育期能及時獲得養(yǎng)分補(bǔ)給，不誤農(nóng)時，為高產(chǎn)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。同時，無人機(jī)可在適宜的氣象條件下隨時起飛作業(yè)，無須像大型農(nóng)機(jī)具那樣等待田間土壤干燥等特定條件，進(jìn)一步提升了作業(yè)的靈活性與時效性，真正實(shí)現(xiàn)了與水稻生長節(jié)奏的精準(zhǔn)匹配。2.2精準(zhǔn)養(yǎng)分投遞水稻不同生長階段對養(yǎng)分需求各異，精準(zhǔn)施肥是實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的關(guān)鍵。輕型無人機(jī)搭載先進(jìn)的傳感器與智能控制系統(tǒng)，能夠精準(zhǔn)感知水稻生長態(tài)勢，為其量身定制施肥方案。在秧苗期，通過多光譜分析精準(zhǔn)判斷幼苗的養(yǎng)分吸收狀況，無人機(jī)可以將稀薄但富含氮、磷、鉀等關(guān)鍵元素的水溶肥均勻噴施，促進(jìn)根系茁壯成長；到了分蘗期，依據(jù)水稻分蘗動態(tài)監(jiān)測結(jié)果，對生長較弱區(qū)域精準(zhǔn)補(bǔ)施氮肥，激發(fā)分蘗潛能，使稻株群體結(jié)構(gòu)趨于合理。無人機(jī)的變量施肥技術(shù)，可根據(jù)田塊內(nèi)不同區(qū)域水稻的實(shí)際營養(yǎng)需求，在厘米級精度上調(diào)整施肥量，確保每一株水稻都能獲得恰到好處的養(yǎng)分供應(yīng)，避免肥料的過度施用造成浪費(fèi)及環(huán)境污染，肥料利用率相比傳統(tǒng)施肥方式大幅提升，真正做到把肥料用在“刀刃”上[2]。2.3優(yōu)化田間生態(tài)精準(zhǔn)施肥不僅關(guān)乎水稻產(chǎn)量，還對田間生態(tài)環(huán)境有著深遠(yuǎn)影響。傳統(tǒng)粗放式施肥易導(dǎo)致田間養(yǎng)分失衡，部分區(qū)域肥料積聚過多，滋生雜草、引發(fā)病蟲害，進(jìn)而迫使農(nóng)戶增加農(nóng)藥使用量，陷入惡性循環(huán)。輕型無人機(jī)實(shí)現(xiàn)的精準(zhǔn)施肥有效維持了田間養(yǎng)分的均勻與平衡，從源頭上減少了雜草因養(yǎng)分不均而瘋長的可能性，也降低了病蟲害的發(fā)病誘因。此外，無人機(jī)在低空飛行施肥過程中，其產(chǎn)生的微弱氣流擾動有利于田間空氣、水汽的交換，一定程度上改善了田間小氣候，為水稻生長營造了更為健康、穩(wěn)定的生態(tài)環(huán)境，助力水稻茁壯成長，減少外界不利因素干擾，保障稻米品質(zhì)穩(wěn)步提升。3輕型無人機(jī)適配水稻生長周期的施肥策略3.1基肥施用策略基肥作為水稻生長的根基，為整個生育期提供持久動力。在插秧前，需利用輕型無人機(jī)對稻田進(jìn)行全面的土壤肥力檢測，借助搭載的多光譜傳感器分析土壤中氮、磷、鉀及各種微量元素的含量，精準(zhǔn)定位肥力薄弱區(qū)域。對于這類區(qū)域，無人機(jī)選用顆粒均勻、緩釋性能好的有機(jī)肥或控釋肥進(jìn)行大面積均勻播撒。以南方常見的一季稻種植為例，在一些土壤有機(jī)質(zhì)含量較低的新開墾稻田，無人機(jī)依據(jù)檢測數(shù)據(jù)，將富含腐殖質(zhì)的有機(jī)肥按每平方米150克的量精準(zhǔn)投放，為后續(xù)水稻生長筑牢養(yǎng)分基礎(chǔ)。與此同時，基肥的施用量和肥料種類搭配要依據(jù)水稻品種特性進(jìn)行調(diào)整，如雜交稻前期生長旺盛，基肥中的氮肥比例可適當(dāng)降低，控制在總基肥量的30%左右，防止徒長，保障水稻早期穩(wěn)健生長，為高產(chǎn)架構(gòu)奠定基礎(chǔ)。3.2分蘗期追肥分蘗期是水稻構(gòu)建合理群體結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵階段，追肥時機(jī)與用量至關(guān)重要。分蘗初期，輕型無人機(jī)低空快速巡查稻田，憑借高清攝像頭與圖像識別技術(shù)，迅速定位分蘗不均的區(qū)域，針對生長緩慢、分蘗少的地段，精準(zhǔn)噴施高氮水溶肥，刺激水稻分蘗潛能，促使稻株盡快形成足夠的有效分蘗數(shù)。通常，按照每畝8千克的施肥量，采用細(xì)霧滴噴霧方式，確保肥料快速被吸收[3]。隨著分蘗進(jìn)程推進(jìn)至中后期，無人機(jī)再次依據(jù)實(shí)時監(jiān)測的水稻葉色、莖蘗數(shù)等指標(biāo)，微調(diào)施肥策略。若發(fā)現(xiàn)部分區(qū)域稻株有旺長跡象，立即減少氮肥施用量，將氮肥比例調(diào)至總追肥量的40%左右，增施鉀肥，鉀肥用量占總追肥量的30%左右，增強(qiáng)稻株抗倒伏能力；對于弱苗區(qū)，繼續(xù)補(bǔ)充氮肥，促進(jìn)平衡生長，確保整個稻田群體結(jié)構(gòu)整齊、健壯，向著高產(chǎn)方向穩(wěn)步邁進(jìn)。3.3孕穗抽穗關(guān)鍵期強(qiáng)化施肥孕穗抽穗期是水稻產(chǎn)量形成的決定性階段，對養(yǎng)分需求達(dá)到峰值。孕穗前，輕型無人機(jī)依據(jù)前期監(jiān)測積累的數(shù)據(jù)以及水稻品種的需肥特性，精心調(diào)配多元復(fù)合肥，著重添加硼、鋅等微量元素，低空、勻速地在稻田上空播撒。比如，對于常見的中晚熟水稻品種，調(diào)配的復(fù)合肥中氮、磷、鉀比例為1∶0.5∶1.2，微量元素硼、鋅含量分別為0.2%和0.1%，按每畝12千克的量低空、勻速播撒，助力幼穗分化，減少穎花退化風(fēng)險(xiǎn)，保障每穗粒數(shù)。進(jìn)入抽穗期，無人機(jī)針對葉色褪綠、光合作用減弱的區(qū)域，迅速噴施葉面肥，延長葉片光合壽命，為籽粒灌漿提供充足的物質(zhì)保障。一般葉面肥濃度控制在0.3%左右，間隔7天噴施一次，連續(xù)噴施3次，有效提升結(jié)實(shí)率與千粒重，確保水稻在這一關(guān)鍵時期養(yǎng)分無憂，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)豐收[4]。4輕型無人機(jī)精準(zhǔn)施肥的典型應(yīng)用范例剖析4.1安徽江淮之間和長江以南稻區(qū)實(shí)踐在安徽江淮之間和長江以南稻區(qū)，如安徽省桐城市，地形以丘陵為主，田塊較小，但傳統(tǒng)施肥方式存在效率低、肥料利用率不高等問題。為提升水稻生產(chǎn)效率，當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心引入了輕型無人機(jī)進(jìn)行精準(zhǔn)施肥。在水稻拔節(jié)期，無人機(jī)根據(jù)預(yù)設(shè)的施肥方案，按照每畝10～15千克的尿素用量，均勻撒施，確保水稻在關(guān)鍵生長期獲得充足的養(yǎng)分供應(yīng)。相比傳統(tǒng)人工施肥方式，無人機(jī)施肥不僅提高了作業(yè)效率，每天可完成150畝以上的施肥任務(wù)，而且施肥均勻度顯著提升，肥料利用率提高了15%～20%，有效促進(jìn)了水稻增產(chǎn)提質(zhì)。此外，無人機(jī)施肥減少了人工投入，每畝節(jié)省生產(chǎn)成本約50元，降低了勞動強(qiáng)度，推動了當(dāng)?shù)厮旧a(chǎn)的機(jī)械化、智能化進(jìn)程。據(jù)報(bào)道，桐城市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心在范崗鎮(zhèn)、新渡鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)建立了千畝化肥減量“三新技術(shù)”集成示范片，在水稻拔節(jié)期使用無人機(jī)追施配方肥，提高施肥質(zhì)量和田間肥效，促進(jìn)作物增產(chǎn)提質(zhì)。4.2東北單季稻區(qū)應(yīng)用在東北松嫩平原的廣袤單季稻區(qū)，土地平坦開闊，規(guī)模經(jīng)營優(yōu)勢明顯，但長生育期與寒冷氣候?qū)κ┓示珳?zhǔn)度要求極高。某大型農(nóng)場引入輕型無人機(jī)，依規(guī)?；飰K特點(diǎn)，優(yōu)化遠(yuǎn)程規(guī)劃、接力續(xù)航作業(yè)模式。插秧前，無人機(jī)利用熱成像與土壤檢測技術(shù)，精準(zhǔn)定位低溫冷漿田塊，對這類土壤肥力欠佳區(qū)域撒施有機(jī)肥，每畝用量200千克，改善土壤結(jié)構(gòu)，為水稻扎根蓄能。分蘗期，依據(jù)實(shí)時監(jiān)測的分蘗動態(tài)，無人機(jī)針對生長緩慢區(qū)域精準(zhǔn)補(bǔ)施氮肥，按每畝12千克微調(diào)施肥量，確保群體整齊。孕穗期，調(diào)配富含硼、鋅等微量元素的復(fù)合肥，按每畝15千克低空播撒，配合寒地水稻“前促、中控、后?！笔┓使?jié)奏，實(shí)現(xiàn)全程精準(zhǔn)管控。收獲時，水稻平均畝產(chǎn)量達(dá)600千克，米質(zhì)提升至國標(biāo)二級，出糙率提高3個百分點(diǎn)，憑借優(yōu)質(zhì)優(yōu)價，稻米打入高端市場，每斤售價比普通大米高出0.5元，帶動區(qū)域產(chǎn)業(yè)增值超百萬元，成為無人機(jī)助力東北單季稻邁向精準(zhǔn)、高效、優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)的典范。5輕型無人機(jī)精準(zhǔn)施肥推廣的挑戰(zhàn)與破局之道5.1技術(shù)普及瓶頸在水稻生產(chǎn)領(lǐng)域，推廣輕型無人機(jī)精準(zhǔn)施肥技術(shù)仍有不少困難。多數(shù)稻農(nóng)長期依循傳統(tǒng)施肥模式，對無人機(jī)技術(shù)陌生，操作技能近乎零基礎(chǔ)。無人機(jī)復(fù)雜的操控系統(tǒng)，涵蓋航線規(guī)劃、飛行參數(shù)調(diào)控及施肥裝置聯(lián)動，令習(xí)慣簡單農(nóng)具的稻農(nóng)望而卻步。尤其在南方水網(wǎng)交織、地形破碎的稻田，無人機(jī)起降與飛行難度頗高，需精準(zhǔn)避開田埂、電線桿等障礙。同時，成本高昂是另一大阻礙。適配稻田復(fù)雜環(huán)境的輕型無人機(jī)及配套施肥系統(tǒng)，購置需5萬～8萬元，遠(yuǎn)超普通農(nóng)戶承受力。且稻田高溫高濕或遇特殊氣候，無人機(jī)電池、元件損耗大，年均維護(hù)成本近8000元。為此，需專業(yè)團(tuán)隊(duì)深入稻區(qū)，依水稻生長周期開展實(shí)操培訓(xùn)；金融機(jī)構(gòu)推出設(shè)備租賃、分期付款等優(yōu)惠，降低使用門檻。5.2配套政策短板配套政策不完善，極大限制了無人機(jī)在水稻生產(chǎn)中的應(yīng)用。一方面，補(bǔ)貼政策缺乏精準(zhǔn)導(dǎo)向與足夠力度。當(dāng)下農(nóng)業(yè)補(bǔ)貼多側(cè)重傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)，針對水稻無人機(jī)精準(zhǔn)施肥設(shè)備的專項(xiàng)補(bǔ)貼少且零散，平均補(bǔ)貼僅占設(shè)備總價10%～15%，難以撬動稻農(nóng)購買意愿。另一方面，作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與監(jiān)管缺失。水稻不同生育階段對無人機(jī)施肥要求嚴(yán)格，分蘗期需低空精準(zhǔn)噴施氮肥，孕穗期要勻速寬幅播撒復(fù)合肥，然而現(xiàn)有政策未明確統(tǒng)一規(guī)范，致市場亂象叢生，部分地區(qū)肥料浪費(fèi)、燒苗或施肥不均，影響水稻產(chǎn)量、品質(zhì)。政府應(yīng)強(qiáng)化政策扶持，聚焦水稻生產(chǎn)，將補(bǔ)貼比例提至30%～40%，并按作業(yè)畝數(shù)給予補(bǔ)貼；聯(lián)合行業(yè)協(xié)會依水稻生育特性，制定精細(xì)作業(yè)規(guī)范與監(jiān)管制度，保障施肥精準(zhǔn)高效。5.3產(chǎn)業(yè)協(xié)同困境在水稻生產(chǎn)鏈中，無人機(jī)精準(zhǔn)施肥產(chǎn)業(yè)協(xié)同問題突出。無人機(jī)制造商側(cè)重飛行器性能提升，忽視稻田復(fù)雜環(huán)境對施肥精度的影響，如肥料受潮堵塞噴頭、撒播裝置適配差；肥料企業(yè)研發(fā)新品未考量無人機(jī)播撒特性，肥料顆粒、流動性與要求不符，影響施肥均勻度；農(nóng)技服務(wù)部門未有效銜接，技術(shù)指導(dǎo)脫離實(shí)際，難助稻農(nóng)解決現(xiàn)場問題。要破局，應(yīng)構(gòu)建圍繞水稻