楊 銳, 徐 翔, 王學(xué)貴*,, 貢常委, 張韞政,阮彥偉, 楊德斌, 楊旭東
(1. 四川農(nóng)業(yè)大學(xué) 無(wú)公害農(nóng)藥研究實(shí)驗(yàn)室,成都 611130;2. 四川省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳 植物保護(hù)站,成都 610041;3. 四川省崇州市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心 植物保護(hù)與植物檢疫站,四川 崇州 611230;4. 四川省邛崍市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局,四川 邛崍 611530)
在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,化學(xué)農(nóng)藥是防治作物病、蟲、草害的重要方法,但施藥器械與施藥技術(shù)發(fā)展較為緩慢,導(dǎo)致作物不同部位的霧滴沉積分布不均勻,達(dá)不到理想的防治效果,部分區(qū)域的農(nóng)藥利用率僅為20%~40%[1-3]。相比較于傳統(tǒng)施藥器械,自走式噴桿噴霧機(jī)具有噴灑質(zhì)量好、噴霧霧滴分布均勻、安全性好、作業(yè)效率高、防治效果好、節(jié)約成本、增效明顯等優(yōu)點(diǎn)[4],但在應(yīng)用中也存在噴頭和噴霧壓力等因素造成的霧滴分布不均勻等問(wèn)題。研究發(fā)現(xiàn),農(nóng)藥?kù)F滴粒徑、霧滴密度等因素對(duì)農(nóng)藥沉積利用率及防治效果有較大影響[5],其中霧滴粒徑是衡量噴霧藥液霧化程度和霧化質(zhì)量的重要指標(biāo)[6-8]。徐廣春等[9]發(fā)現(xiàn),較高的霧滴覆蓋率和沉積量可顯著提高農(nóng)藥的防治效果;崔麗等[10]研究發(fā)現(xiàn),霧滴密度在54、133和280個(gè)/cm2條件下,施用吡蟲啉7 d后,其對(duì)麥蚜的防治效果可分別達(dá)到88.1%、94.5%和96.5%。朱金文等[11]研究發(fā)現(xiàn),在相同施藥劑量下,霧滴體積中徑 (D50)在157.3 μm時(shí)沉積量最多;Douglas[12]探究了百草枯和敵草快在不同的霧滴粒徑下對(duì)除草效果的影響,結(jié)果表明,防治效果最佳的霧滴粒徑為400~500 μm;除此之外,噴灑農(nóng)藥時(shí)添加噴霧助劑可改善霧滴物理性質(zhì)、表面張力和粒徑分布,并增加霧滴在葉片的沉積量,提高農(nóng)藥利用率[13-14]。Butler等[15]研究發(fā)現(xiàn),添加助劑可改變不同類型噴頭噴霧的霧滴粒徑和霧滴速度;張瑞瑞等[16]研究發(fā)現(xiàn),添加助劑激健可使霧滴D50增加20.43%,粒徑分布相對(duì)跨度減小1.74%;Calitz等[17]研究表明,添加助劑可以提高農(nóng)藥在葡萄葉上的沉積量,從而降低葡萄灰霉病的發(fā)生率;楊石有等[18]研究發(fā)現(xiàn),蘆薈精油、有機(jī)硅助劑silwet408等5種助劑具有不同程度的增效作用。因此選擇適合的助劑對(duì)農(nóng)藥沉積利用率有重要意義。何玲等[19]研究了添加助劑及噴液量對(duì)植保無(wú)人機(jī)農(nóng)藥沉積分布的影響,發(fā)現(xiàn)添加1.0%的飛防助劑時(shí)農(nóng)藥沉積利用率最佳。在田間農(nóng)藥沉積利用率的測(cè)定過(guò)程中,因誘惑紅具有對(duì)光穩(wěn)定、不易水解、不與農(nóng)藥發(fā)生反應(yīng)等特性,通常被用作噴霧示蹤劑[20]。同時(shí),誘惑紅在作物和霧滴收集器 (濾紙、麥拉片) 上有較好的洗脫回收率,且對(duì)霧滴的物理性質(zhì)影響不顯著,不影響藥劑在靶標(biāo)上的沉積,對(duì)噴霧人員身體無(wú)影響[21-23]。因此,本研究以誘惑紅為示蹤劑,以240 g/L噻呋酰胺懸浮劑為供試農(nóng)藥,通過(guò)田間試驗(yàn)探明助劑、噴霧壓力及噴頭類型對(duì)農(nóng)藥沉積利用率、藥液霧化性能、霧滴分布均勻性等噴霧參數(shù)以及噻呋酰胺對(duì)水稻紋枯病防治效果的影響,篩選出適合自走式噴桿噴霧機(jī)的助劑、噴霧壓力及噴頭,旨在為農(nóng)藥減量減施提供理論依據(jù)。
噴霧器械:億豐丸山3WP-500CN自走式噴桿噴霧機(jī),黑龍江省吉億豐農(nóng)機(jī)有限公司;3WBD-16背負(fù)式電動(dòng)噴霧器,彩虹集團(tuán)成都彩虹塑膠有限公司。
供試噴頭:LICHENG-VP11003噴頭 (扇形110°噴頭,富錦市立興植保機(jī)械制造有限公司);ASJ-VP110015噴頭 (防漂移氣吸型壓力噴頭,德國(guó)ARGR公司);TEEJET-VP80015噴頭 (扇形80°噴頭,美國(guó)TEEJET公司)。
CMax Plus酶標(biāo)儀 (美谷分子儀器 (上海) 有限公司);V600掃描儀 (EPSON公司)。
試驗(yàn)藥劑:誘惑紅85,上海源葉生物科技有限公司;240 g/L噻呋酰胺懸浮劑 (240 g/L thifuramide SC),日本日產(chǎn)化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社。
噴霧助劑:紅太陽(yáng) (有機(jī)硅類),南京紅太陽(yáng)農(nóng)資連鎖集團(tuán)有限公司;倍力 (有機(jī)硅類),燕化永樂(lè) (樂(lè)亭) 生物科技有限公司;邁絲 (植物精油),北京廣源益農(nóng)化學(xué)有限責(zé)任公司;融透 (卵磷脂),武漢康科植保技術(shù)有限公司;印楝油 (植物精油),成都綠金生物科技有限公司;哈速騰(有機(jī)硅類),拜耳作物 (中國(guó)) 有限公司。
供試水稻Oryza sativa品種為龍兩優(yōu)-粵禾絲苗,于2019年5月26日播種,于2019年7月26日 (拔節(jié)期,長(zhǎng)勢(shì)良好) 施藥。試驗(yàn)設(shè)12個(gè)處理,每小區(qū)面積160 m2,3次重復(fù),以人工噴霧處理為對(duì)照。供試藥劑為240 g/L噻呋酰胺懸浮劑,施藥劑量為每處理3 mL。試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表1。施藥時(shí)平均氣溫26.9 ℃,風(fēng)速1.26 m/s。
1.2.1 藥液配制 用純凈水稀釋240 g/L噻呋酰胺懸浮劑,配成質(zhì)量濃度為150 mg/L的噴霧藥液,其中添加誘惑紅85的質(zhì)量濃度為3.125 g/L,根據(jù)助劑推薦使用量,每升藥液中添加助劑紅太陽(yáng)為0.26 mL,倍力為0.30 mL,邁絲為1.00 mL,融透為0.46 mL,印楝油為0.46 mL,哈速騰為0.94 mL。
1.2.2 施藥方法
自走式噴桿噴霧 (處理):將4.8 L置好的藥液加入藥箱,噴霧機(jī)行駛速率2.5 km/h,噴頭距離水稻植株頂部高度30 cm,單臂噴霧 (7個(gè)噴頭),單次噴霧面積為160 m2。
背負(fù)式電動(dòng)噴霧 (對(duì)照):將4.8 L配制好的藥液加入藥箱,在噴霧壓力0.5 MPa、噴霧流量1.739 L/min條件下使用單噴噴頭進(jìn)行人工噴霧。
田間作業(yè)路徑及布樣點(diǎn)見圖1。
1.3.1 霧滴參數(shù)測(cè)定
1.3.1.1 霧滴粒徑、霧滴覆蓋率、霧滴密度和霧滴估計(jì)沉積量測(cè)定 在一次噴霧中,將全部霧滴的體積從小到大順序累加,當(dāng)累加值等于全部霧滴體積的10%時(shí)所對(duì)應(yīng)的霧滴直徑為D10,當(dāng)其等于全部霧滴體積的50%時(shí)所對(duì)應(yīng)的霧滴直徑為D50(霧滴中徑,volume median diameter),當(dāng)其等于全部霧滴體積的90%時(shí)所對(duì)應(yīng)的霧滴直徑為D90。根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),農(nóng)業(yè)噴霧選擇霧滴中徑 (D50)作為噴霧霧滴霧化指標(biāo)。參照徐廣春等[9]的方法,收集不同條件下噴霧后風(fēng)干的相片紙,用塑封袋保存。經(jīng)掃描儀掃描后,用霧滴分析軟件Depositscan[24]分析相片紙上的霧滴粒徑 (μm)、霧滴覆蓋率 (%)、霧滴密度 (個(gè)/cm2) 和霧滴估計(jì)沉積量 (μL/cm2) 等參數(shù)。
1.3.1.2 霧滴尺寸分布跨度 (S值) 測(cè)定 根據(jù)1.3.1.1節(jié)中所得到的霧滴粒徑按公式 (1) 計(jì)算S值,其值表示霧滴直徑相對(duì)于體積中徑的范圍。一般而言,S值越大,代表霧滴粒徑范圍越大,發(fā)散性越大[25]。
1.3.1.3 霧滴分布均勻性測(cè)定 參照邱占奎等[20]的方法,制作標(biāo)準(zhǔn)曲線:準(zhǔn)確稱取0.150 g誘惑紅,溶于50 mL蒸餾水中,再梯度稀釋為1 500、750、375、187.5、93.75、46.875、23.438和11.719 mg/L系列誘惑紅標(biāo)準(zhǔn)溶液。用酶標(biāo)儀于514 nm波長(zhǎng)處測(cè)定其吸光度值,獲取誘惑紅標(biāo)準(zhǔn)曲線 (y= 0.010 5x+0.119 4,R2= 0.997 4)。用5 mL蒸餾水經(jīng)超聲波洗脫器洗脫麥卡片上的誘惑紅,用酶標(biāo)儀于514 nm波長(zhǎng)處測(cè)定其吸光度值,根據(jù)誘惑紅標(biāo)準(zhǔn)曲線,計(jì)算洗脫液中誘惑紅的沉積量,從而估算出藥液沉積量 (x)。參照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)[26],根據(jù)公式 (2) 和 (3)計(jì)算變異系數(shù) (CV),以評(píng)判霧滴分布均勻性,CV越小表示霧滴分布均勻性越好。
式中:CV為變異系數(shù);S為霧滴體積標(biāo)準(zhǔn)差;為霧滴體積平均值;n為處理數(shù);i為其中某個(gè)處理。
1.3.2 霧滴附著率測(cè)定 根據(jù)植保機(jī)械通用試驗(yàn)方法[27],在工作幅寬范圍內(nèi),隨機(jī)選取1行,每行均勻間隔選取10株,采用5級(jí)分級(jí)方法觀察并記錄所有葉片霧滴附著情況。分級(jí)標(biāo)準(zhǔn):0級(jí),無(wú)霧滴附著;1級(jí),霧滴附著面積為觀察面積的1/4以下 (如是觀察葉片,則為1/4的葉面積有霧滴附著,下同);2級(jí),霧滴附著面積為觀察面積的1/2以下;3級(jí),霧滴附著面積為觀察面積的3/4以下;4級(jí),全部附著霧滴。按公式 (4) 計(jì)算霧滴附著率。
式中:A為霧滴附著率;n為各級(jí)病葉數(shù)量;X為相對(duì)級(jí)數(shù)值;N為調(diào)查葉片數(shù)量。
1.3.3 農(nóng)藥沉積利用率測(cè)定 根據(jù)蘇小記等的方法[28],于試驗(yàn)結(jié)束30 min后,在試驗(yàn)區(qū)域隨機(jī)選擇5點(diǎn),每點(diǎn)取10株水稻,加入100 mL蒸餾水,振蕩洗滌10 min,保證誘惑紅完全洗脫。用酶標(biāo)儀于514 nm波長(zhǎng)處測(cè)定其吸光度值,根據(jù)誘惑紅標(biāo)準(zhǔn)曲線,計(jì)算洗滌液中誘惑紅的質(zhì)量濃度,通過(guò)洗滌的用水量得到單株水稻的誘惑紅實(shí)際沉積量 (g/cm2)。隨機(jī)選取10個(gè)1 m2的試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)的水稻植株數(shù),求出單株水稻所占面積,得到單株水稻的誘惑紅理論沉積量 (g/cm2)。根據(jù)公式 (5) 計(jì)算水稻田噴霧農(nóng)藥沉積利用率。
式中:U為農(nóng)藥沉積利用率;M為單株水稻的實(shí)際沉積量;N為單株水稻的理論沉積量。
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17980.20—2000進(jìn)行藥效調(diào)查[29]。于施藥后7 d采用對(duì)角線5點(diǎn)取樣,每點(diǎn)調(diào)查5叢水稻,共25叢,記錄總株數(shù)、病株數(shù)和病級(jí)數(shù),根據(jù)公式 (6) 和 (7) 計(jì)算病情指數(shù)和防效。水稻紋枯病分級(jí)標(biāo)準(zhǔn):0級(jí),全株無(wú)??;1級(jí),第4葉片及以下葉鞘、葉片發(fā)病 (以劍葉為第1葉片);3級(jí),第3葉片及以下葉鞘、葉片發(fā)??;5級(jí),第2葉片及以下葉鞘、葉片發(fā)病;7級(jí),劍葉葉片及以下葉鞘、葉片發(fā)??;9級(jí),全株發(fā)病,提早枯死。
式中:I為病情指數(shù);n為各級(jí)病葉數(shù);X為相對(duì)級(jí)數(shù)值;N為調(diào)查總株數(shù);P為防治效果;ICK為空白處理區(qū)施藥后病情指數(shù);ID為藥劑處理區(qū)施藥后病情指數(shù)。
根據(jù)谷物與豆類千粒重的測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)[30],于收獲前7 d對(duì)每個(gè)田塊進(jìn)行調(diào)查。采取5點(diǎn)取樣法,每點(diǎn)取樣1兜水稻進(jìn)行行距、蔸距、分蘗數(shù)、實(shí)粒數(shù)、癟粒數(shù)、千粒重測(cè)量,得到理論產(chǎn)量。
采用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),采用IBM SPSS Statistics 23進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。
由表2可知:采用TEEJET-VP80015噴頭,在噴霧壓力0.4 MPa下,添加不同助劑對(duì)霧滴分布均勻性有不同影響,其中添加哈速騰后霧滴分布均勻性顯著高于添加其他助劑;在未添加助劑條件下,隨噴霧壓力升高,霧滴分布均勻性得到提高,但差異不顯著;在未添加助劑及噴霧壓力為0.4 MPa條件下,采用不同噴頭對(duì)霧滴分布均勻性影響差異顯著,其中以LICHENG-VP11003噴頭效果最好。
結(jié)果 (圖2) 表明:自走式噴桿噴霧機(jī)霧滴分布及霧滴粒徑等參數(shù)明顯優(yōu)于人工噴霧;不同助劑和噴頭類型對(duì)霧滴參數(shù)影響較大,而噴霧壓力影響較小。
由表2可知,采用TEEJET-VP80015噴頭,在噴霧壓力為0.4 MPa條件下,添加不同類型助劑對(duì)霧滴粒徑及霧滴覆蓋率的影響差異不顯著,但對(duì)霧滴密度、估計(jì)沉積量和分布跨度S值的影響差異顯著。其中添加邁絲后霧滴密度顯著高于其他助劑;添加哈速騰后霧滴估計(jì)沉積量顯著高于添加其他助劑。采用TEEJET-VP80015噴頭,在未添加助劑條件下,改變噴霧壓力僅對(duì)霧滴分布跨度S值影響差異顯著 (F= 3.915,P= 0.039 < 0.05),其中以0.6 MPa噴霧壓力下S值最高,達(dá)到1.18,顯著高于其他處理。在未添加助劑、噴霧壓力為0.4 MPa條件下,不同噴頭對(duì)霧滴粒徑D10、D50及分布跨度S值影響差異不顯著,對(duì)霧滴粒徑D90及霧滴密度影響差異顯著,其中ASJ-VP110015噴頭D90顯著低于其他兩種噴頭;TEEJET-VP80015與ASJ-VP110015噴頭的霧滴密度顯著高于LICHENGVP11003;不同噴頭對(duì)霧滴覆蓋率、估計(jì)沉積量影響差異顯著,其中LICHENG-VP11003噴頭處理的霧滴覆蓋率、霧滴估計(jì)沉積量顯著高于其他兩種噴頭。
表2 不同助劑、噴霧壓力及噴頭類型對(duì)霧滴性能與霧化效果的影響Table 2 Effects of different auxiliaries, spray pressures, spray nozzles on the performance and atomization quality of deposition droplets
由表3可知,采用TEEJET-VP80015噴頭,在噴霧壓力0.4 MPa條件下,添加助劑對(duì)霧滴附著率的影響差異不顯著;采用TEEJET-VP80015噴頭,在未添加助劑條件下,不同壓力對(duì)霧滴附著率的影響差異顯著,且隨壓力升高霧滴附著率增大;在未添加助劑、噴霧壓力為0.4 MPa條件下,不同噴頭對(duì)霧滴附著率影響差異不顯著。
由表3可知,采用TEEJET-VP80015噴頭,在噴霧壓力0.4 MPa下,添加不同助劑對(duì)農(nóng)藥沉積利用率的影響差異顯著,其中以哈速騰和邁絲效果顯著高于其他助劑;采用TEEJET-VP80015噴頭,在未添加助劑條件下,隨著噴霧壓力升高,農(nóng)藥沉積利用率提升明顯,各處理間差異顯著;在未添加助劑及噴霧壓力為0.4 MPa條件下,采用不同類型噴頭對(duì)農(nóng)藥沉積利用率影響差異顯著,其中以LICHENG-VP11003噴頭效果最好。
表3 不同助劑、噴霧壓力和噴頭對(duì)霧滴附著率與農(nóng)藥沉積利用率的影響Table 3 Effects of different auxiliaries, pressures and nozzles on the adherence rate of droplets and the utilization rate of pesticide deposition
由圖3可知,采用TEEJET-VP80015噴頭,在噴霧壓力為0.4 MPa條件下,添加助劑邁絲的防效顯著高于添加其他助劑;采用TEEJET-VP80015噴頭,在未添加助劑條件下,增大噴霧壓力可顯著提高防效,在0.4、0.6 MPa處理下防效分別達(dá)到86.27%和88.67%;在未添加助劑、噴霧壓力為0.4 MPa條件下,采用不同噴頭施藥各處理間差異不顯著。
由圖4可知,采用TEEJET-VP80015噴頭,在噴霧壓力為0.4 MPa條件下,添加不同助劑對(duì)水稻產(chǎn)量的影響差異顯著,其中添加紅太陽(yáng)對(duì)水稻產(chǎn)量的影響顯著低于添加其他助劑;采用TEEJET-VP80015噴頭,在未添加助劑條件下,改變噴霧壓力對(duì)水稻產(chǎn)量的影響以及在未添加助劑、噴霧壓力為0.4 MPa條件下,采用不同類型噴頭施藥對(duì)水稻產(chǎn)量的影響各處理間無(wú)顯著差異。
由表4可知,在噴霧壓力0.4 MPa、TEEJETVP80015噴頭條件下,自走式噴桿噴霧機(jī)施藥時(shí)的農(nóng)藥沉積利用率和霧滴附著率均顯著高于人工噴霧,變異系數(shù)顯著低于人工噴霧,霧滴分布均勻性更佳,采用240 g/L噻呋酰胺懸浮劑對(duì)水稻紋枯病的防治效果及對(duì)水稻產(chǎn)量的影響顯著高于人工噴霧。
表4 自走式噴桿噴霧機(jī)與人工噴霧比較Table 4 Comparison between self-propelled boom sprayer and artificial spray
在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,植物保護(hù)發(fā)揮著重要作用,而植保作業(yè)的方法與質(zhì)量也對(duì)作物產(chǎn)量有較大影響。根據(jù)卞麗娜等[31]的研究,在大規(guī)模的植保作業(yè)需求中,自走式噴桿噴霧機(jī)作業(yè)效率顯著高于擔(dān)架式噴霧機(jī)與背負(fù)式噴霧機(jī),且作業(yè)成本更低。雖然近幾年自走式噴桿噴霧機(jī)的發(fā)展迅速,但對(duì)其提高噴霧效果和噴霧參數(shù)的研究較少。
石伶俐等[14]研究發(fā)現(xiàn),添加助劑后水稻葉片上霧滴沉積量是對(duì)照組的8倍。張靖等[32]研究表明,噴霧助劑可以使霧滴與葉片表面之間的表面張力與接觸角減小,從而提高藥劑的潤(rùn)濕展布和吸收,增大與靶標(biāo)的吸附,提高防治效果。本研究結(jié)果表明,添加助劑對(duì)霧滴分布均勻性和霧滴密度均有一定的影響,其中添加助劑哈速騰效果顯著,這與王金鳳[33]的研究結(jié)果一致。添加助劑哈速騰后藥液估計(jì)沉積量和理論覆蓋率高于其他處理,同時(shí)藥液附著率亦較高,防治效果顯著,這與袁會(huì)珠[34]的研究結(jié)果一致。根據(jù)張靖[35]的研究,油性助劑對(duì)植物表面更具親和性,而有機(jī)硅類助劑在降低表面張力和接觸角上優(yōu)于油性助劑;在本研究中,防治效果顯著增加的邁絲屬于油性助劑,而添加同樣屬于油性助劑的印楝油,防效變化則不顯著,可能是由于添加量未達(dá)到其本身的臨界膠束濃度 (CMC) 所致。根據(jù)王斌等[36]的研究,潤(rùn)濕持留能力不是影響助劑增效作用的唯一原因,因此其效果不佳。
噴頭是霧滴霧化的關(guān)鍵部位,對(duì)霧滴的附著、分布均勻性及沉積效果均有顯著影響[37-39]。祁力鈞等[40]研究發(fā)現(xiàn),噴頭類型對(duì)霧滴分布均勻性的影響顯著,噴霧壓力的影響則不顯著。本研究發(fā)現(xiàn),改變噴霧壓力對(duì)霧滴分布均勻性的影響不大,但不同噴頭對(duì)霧滴分布均勻性的影響差異顯著,這與王璐等[41]的研究結(jié)果一致。在采用不同噴頭時(shí),霧滴品質(zhì)屬于中等等級(jí)時(shí),藥液在葉片上滯留效果較好[25],本研究中,根據(jù)霧滴D50發(fā)現(xiàn),LICHENG-VP11003噴頭的霧滴粒徑大于其余兩種噴頭所形成的霧滴粒徑,使沉積量更高,這可能是由于在收集卡片時(shí)霧滴未風(fēng)干導(dǎo)致霧滴重合,掃描時(shí)無(wú)法識(shí)別,但需要進(jìn)一步研究證實(shí)。
通過(guò)分析發(fā)現(xiàn),添加噴霧助劑邁絲并采用LICHENG-VP11003噴頭可顯著提高自走式噴桿噴霧機(jī)的噴霧效果;由于在噴霧壓力為0.6 MPa條件下,噴頭與噴桿結(jié)合處有藥液流失,因此在進(jìn)行噴霧時(shí)噴霧壓力選擇0.4 MPa效果較佳。同時(shí),在施藥時(shí)添加助劑可以提高藥液對(duì)靶沉積作用,其作用機(jī)理有待后續(xù)試驗(yàn)進(jìn)一步研究;此外,本研究中發(fā)現(xiàn),3種噴頭間的噴霧效果差異較大,其性能比較還需進(jìn)一步研究。