胡紅巖, 陳宇楠, 宋賢鵬, 馬亞杰, 劉青梅,王 丹, 單永潘, 馬 艷*,

(1. 中國農(nóng)業(yè)科學院 棉花研究所/棉花生物學國家重點實驗室，河南 安陽 455000；2. 奎屯華棉農(nóng)業(yè)科技有限公司，新疆 奎屯 833200；3. 安陽縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，河南 安陽 455000)

近年來，利用植保無人飛機(unmanned aerial vehicle, UAV)施藥成為農(nóng)作物病蟲害防治的重要手段[1]。采用植保無人飛機施藥具有作業(yè)效率高、機動靈活、用水量少等諸多特點，在應(yīng)對勞動力資源缺乏、人工成本高及病蟲害突發(fā)等問題方面具有不可替代的優(yōu)勢[2-3]。大量航空作業(yè)研究結(jié)果證明，植保無人飛機的作業(yè)效果除與作業(yè)壓力、噴霧量、作業(yè)高度、霧滴粒徑和霧滴沉積性能等因素有關(guān)外，還受到藥劑和助劑類型等的影響[4-8]。

植保無人飛機在棉田的應(yīng)用主要集中在脫葉劑噴施方面，如Xin 等[9]分別采用TJ-30 型電動六旋翼和3WQF120-12 型油動單旋翼植保無人飛機噴施脫葉劑，研究了施藥量及噴霧量對棉花脫葉效果的影響。Meng 等[10]和Chen 等[11]研究了不同噴霧量對植保無人飛機噴施脫葉劑效果的影響。結(jié)果表明，噴霧量影響藥液在棉花冠層的穿透性，隨著噴霧量的增加，棉花下部冠層的霧滴沉積量增加，穿透性增強。Xiao 等[12]研究了助劑對脫葉效果的影響，認為添加倍達通、農(nóng)健飛和邁飛等助劑可增加脫葉劑在棉花冠層的沉積，提高對棉花的脫葉和催熟效果。上述研究表明，棉田棉花生長中后期采用植保無人飛機噴施棉花脫葉劑，霧滴在棉花冠層穿透性強、沉積分布均勻，而且作業(yè)效果好。

目前采用植保無人飛機噴施脫葉劑的技術(shù)已相對成熟，但有關(guān)其在棉花病蟲害防治方面的報道尚少。在棉花生長中期，Lou 等[13]和陳曉等[14]分別研究了作業(yè)參數(shù)和助劑類型對植保無人飛機噴霧霧滴沉積分布及棉蚜防治效果的影響。棉花苗期植株矮小、葉面積指數(shù)小，地面裸露較多，如何能使農(nóng)藥霧滴均勻有效地沉積到棉花植株上，對于提高棉花病蟲害的防治效果具有重要意義。張亞林等[15]、王喆等[16]和吳金龍等[17]報道了不同類型殺蟲劑及其施藥量對植保無人飛機噴霧防治棉蚜效果的影響。本課題組前期針對3WQF120-12油動單旋翼植保無人飛機開展了噴霧量對霧滴沉積分布效果影響的研究，發(fā)現(xiàn)噴霧量為15.0 L/hm2時的霧滴沉積效果優(yōu)于12.0 L/hm2[18]，在此基礎(chǔ)上，本研究針對MG-1P 型電動多旋翼植保無人飛機開展了噴霧量及助劑對棉花上霧滴沉積分布、藥液利用率及棉蚜防治效果的影響，旨在為棉花苗期植保無人飛機施藥參數(shù)優(yōu)化及助劑篩選提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 儀器設(shè)備 植保無人飛機為大疆創(chuàng)新科技有限公司生產(chǎn)的MG-1P 型電動多旋翼農(nóng)業(yè)植保機，主要性能參數(shù)如表1 所示。人工背負式噴霧器為西班牙沒得比 (Matabi) 16 型背負式電動噴霧器，由西班牙GOiZPER 噴霧器有限公司生產(chǎn)。Bio-tek SynergyHT 型酶標儀由美國伯騰儀器有限公司生產(chǎn)。

表1 兩種施藥器械主要性能參數(shù)Table 1 Main parameters and performance indexes of two sprayers

1.1.2 試驗地情況 試驗地選在中國農(nóng)業(yè)科學院棉花研究所試驗農(nóng)場 (河南省安陽縣)。棉花品種為中棉所79，2020 年4 月24 日播種，種植密度為5.5 萬株/hm2，行距0.8 m。在棉花苗期施藥，棉花平均株高為10.0 cm。施藥期間平均環(huán)境風速為1.8 m/s，溫度為30.8 ℃，相對濕度為36.9%。

1.1.3 供試藥劑 5%啶蟲脒乳油 (acetamiprid 5%EC)，由安陽全豐生物科技有限公司提供。YS-09 助劑，由安陽全豐生物科技有限公司提供；倍達通 (Beidatong) 助劑，由河北明順農(nóng)業(yè)科技有限公司提供。參照Lou 等[17]的方法，采用食品染色劑誘惑紅作為霧滴沉積分布的指示劑，誘惑紅由西安依諾進出口貿(mào)易有限公司生產(chǎn)；以2 cm × 3 cm的白色銅版紙為霧滴采集卡，由市場購買。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設(shè)計與處理 試驗設(shè)計如表2 所示，共設(shè)置5 個不同的植保無人飛機施藥處理，設(shè)1 個背負式電動噴霧器施藥處理，另設(shè)1 個空白對照。處理1～3 為不同噴霧量處理，處理4 和5 為22.5 L/hm2噴霧量條件下分別添加體積分數(shù)1%的YS09 和倍達通助劑處理。

表2 試驗設(shè)計Table 2 Test design

供試5%啶蟲脒乳油用水稀釋，每處理啶蟲脒有效成分用量為30 g/hm2。植保無人飛機作業(yè)高度1.5 m，作業(yè)速度3 m/s，作業(yè)噴幅3.3 m，采用德國 LECHLER 公司的LU120-015s 型號噴頭進行噴霧，通過調(diào)節(jié)噴頭數(shù)量及噴頭流量的方式來實現(xiàn)不同噴霧量，對處理1 關(guān)閉2 個噴頭，采用2 個對稱分布的噴頭進行噴霧，噴頭流量為0.9 L/min，其他處理均采用4 個噴頭，噴霧量為22.5和30.0 L/hm2時噴頭流量分別為1.3 和1.8 L/min。

試驗小區(qū)設(shè)置如圖1-A 所示，植保無人飛機作業(yè)小區(qū)長50.0 m，寬16.8 m，背負式電動噴霧器施藥及空白對照小區(qū)長25.0 m，寬16.8 m。每個試驗小區(qū)之間設(shè)置4.0 m 寬隔離帶，每處理設(shè)置3 個重復。為評估不同處理的霧滴沉積分布特性，各處理藥液中添加有效成分為150.0 g/hm2的誘惑紅作為指示劑。兩種施藥器械作業(yè)情況如圖1-B和1-C 所示。

圖1 棉田施藥作業(yè)及采樣點布置示意圖Fig. 1 The diagram of spraying test and sampling site layouts

1.2.2 噴霧霧滴沉積分布測定 在植保無人飛機噴霧小區(qū)內(nèi)設(shè)3 排霧滴采集卡作為3 次重復，每排間距為10 m，橫向間隔1 m 設(shè)10 個采樣點 (圖1-A)。以銅版紙為霧滴采樣卡，如圖2 所示，在每個采樣點選取臨近的2 株棉花，在其中1 株棉花子葉的正面布設(shè)1 張銅版紙，另1 株在子葉背面布設(shè)1 張銅版紙。植保無人飛機作業(yè)完成后，待銅版紙上的霧滴自然風干后收集銅版紙，收集的銅版紙掃描后用Image J 圖像分析軟件進行分析，分析霧滴密度、霧滴覆蓋率等霧滴沉積分布參數(shù)。

圖2 霧滴采集卡布置Fig. 2 Droplet collection card layouts

1.2.3 農(nóng)藥利用率測定 參照石鑫等[19]的方法，噴霧結(jié)束后，在測試小區(qū)內(nèi)隨機10 點取樣，每點取1 株棉花，放入自封袋中。用20 mL 蒸餾水洗脫，洗脫液用0.45 μm 水系過濾膜過濾后留取5 mL，用酶標儀測定誘惑紅的質(zhì)量濃度。以誘惑紅的利用率代表農(nóng)藥利用率，按公式 (1) 計算。以農(nóng)藥利用率的變異系數(shù)衡量無人飛機噴灑的均勻性，變異系數(shù)越小表示藥液沉積越均勻，按公式(2) 計算。

式中：PE為農(nóng)藥利用率；Cdil為洗滌液中誘惑紅的質(zhì)量濃度；Vdil為洗滌液總體積；Ncon為小區(qū)棉花株數(shù)；Dall為誘惑紅施用總量。CV為變異系數(shù)；S為標準差；Xˉ為農(nóng)藥利用率平均值。

1.2.4 對棉蚜的防治效果調(diào)查 每小區(qū)隨機5 點取樣，每點固定標記12 株有蚜蟲的棉花，施藥前調(diào)查各處理區(qū)蚜蟲基數(shù)，分別于施藥后1、3 和7 d 跟蹤調(diào)查各處理區(qū)蚜蟲的活蟲數(shù)，按公式 (3)計算各處理對棉花蚜蟲的防治效果。

式中：CE為防治效果；Bc為空白對照區(qū)藥前活蟲數(shù)；At為藥劑處理區(qū)藥后活蟲數(shù)；Ac為空白對照區(qū)藥后活蟲數(shù)；Bt為藥劑處理區(qū)藥前活蟲數(shù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗調(diào)查數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2016 進行整理，通過SPSS 20.0 單因素方差分析的方式，選擇Duncan 氏新復極差法進行差異顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同噴霧量對霧滴沉積分布的影響

不同噴霧量處理后的霧滴密度結(jié)果如圖3-A所示：對于棉花葉片正面，30.0 L/hm2的噴霧處理時霧滴密度顯著高于其他兩個噴霧量處理；15.0 和22.5 L/hm2兩個處理間差異不顯著。對于棉花葉片背面，噴霧量為15.0 L/hm2時的霧滴密度最低，且低于葉片正面的霧滴密度；但隨著噴霧量增加，霧滴密度顯著增加，且均高于正面的霧滴密度；當噴霧量為30 L/hm2時霧滴密度最高，達58.04 個/cm2。

圖3 噴霧量對棉花葉片上霧滴密度 (A) 和霧滴覆蓋率 (B) 的影響Fig. 3 Effects of different spray volumes on droplet density (A) and droplet coverage (B) on cotton leaves

霧滴覆蓋率結(jié)果 (圖3-B) 顯示，噴霧量為15.0 和22.5 L/hm2時，棉花葉片正面的霧滴覆蓋率分別為4.37%和4.80%，顯著低于30.0 L/hm2的處理 (6.44%)。噴霧量為15.0 L/hm2時，葉片背面的霧滴覆蓋率為2.31%，噴霧量提高至22.5 和30.0 L/hm2時，霧滴覆蓋率提高至4.62%和6.34%，分別提高了1 倍和1.7 倍。

2.2 不同助劑對霧滴沉積分布的影響

由圖4 可以看出：在22.5 L/hm2的噴霧量下，與未添加助劑的處理1 相比，添加YS09 和倍達通助劑的處理2 和處理4 在葉片背面的霧滴密度分別提高了3.33 和3.84 個/cm2，但3 個處理之間差異不顯著，在葉片正面的霧滴密度差異也不大。添加YS09 和倍達通助劑的處理在葉片背面的霧滴覆蓋率分別提高了1.16%和1.59%，3 個處理之間差異不顯著，葉片正面的霧滴覆蓋率差異也不顯著。

圖4 助劑對棉花葉片上霧滴密度(A)和覆蓋率 (B) 的影響Fig. 4 Effects of different adjuvants on droplet density(A) and droplet coverage (B) on cotton leaves

2.3 不同噴霧量對農(nóng)藥利用率的影響

結(jié)果如表3 所示，低噴霧量處理 (15.0 L/hm2)的農(nóng)藥利用率僅為3.53%，隨著噴霧量的增加，利用率有所提高。噴霧量增加至30.0 L/hm2時，利用率提高至4.00%。3 個處理之間農(nóng)藥利用率差異不大，均低于背負式電動噴霧器施藥處理。植保無人飛機噴霧處理與背負式電動噴霧器施藥處理農(nóng)藥利用率的變異系數(shù)相差不大。

表3 不同噴霧量處理的農(nóng)藥利用率Table 3 Pesticide utilization of different spray volume treatments

2.4 不同助劑對農(nóng)藥利用率的影響

結(jié)果如表4 所示，添加YS09 對藥液的利用率影響不大，添加倍達通后利用率提高了0.48%，但3 個處理之間利用率及變異系數(shù)差異不大，表明添加這兩種助劑對提高藥液的農(nóng)藥利用率效果不明顯。

表4 不同助劑處理的農(nóng)藥利用率Table 4 Pesticide utilization of different adjuvant treatments

2.5 噴霧量對棉蚜防治效果的影響

由表5 可看出：施藥后1 d，各處理對棉蚜表現(xiàn)出較好的防治效果，噴霧量為15.0～30.0 L/hm2的植保無人飛機處理對棉蚜的防效在69.28%～77.29%之間；藥后3 d 防效達到84.18%～88.06%，3 個處理之間差異不顯著，但均顯著低于背負式電動噴霧器施藥處理；藥后7 d，各處理對棉蚜的防效上升，3 個植保無人飛機處理與背負式電動噴霧器噴施啶蟲脒對棉蚜的防效均達到96%以上，各處理之間差異不顯著。由此可以看出，無人飛機在15.0、22.5 和30.0 L/hm23 個噴霧量下噴施5%啶蟲脒乳油對蚜蟲均能達到較好的防治效果。

表5 噴霧量對棉蚜防效的影響Table 5 Effect of spray volumes on control efficacy of cotton aphids

2.6 助劑對棉蚜防治效果的影響

由表6 可以看出：施藥后1 d，在5%啶蟲脒乳油中添加YS09 和倍達通助劑處理的防效分別為86.26% 和84.40%，與未添加助劑的對照相比，分別提高了 9.34%和7.48%；藥后3 d，添加2 種助劑的處理對棉蚜的防效達到94%以上，顯著高于未添加助劑的處理。藥后7 d，各處理對棉蚜的防效上升，均達到99%以上。

表6 助劑對棉蚜防效的影響Table 6 Effect of adjuvants on control efficacy of cotton aphids

3 討論與結(jié)論

施藥器械的質(zhì)量、噴霧技術(shù)直接影響化學農(nóng)藥的有效利用率及對害蟲的防治效果[19]。作為一種新型的高效植保施藥器械，植保無人飛機已經(jīng)逐漸被廣泛認可，棉田植保無人飛機施藥日益增多。為探索適合棉花苗期植保無人飛機噴霧作業(yè)的施藥參數(shù)，本研究開展了不同噴霧量和添加不同助劑的植保無人飛機噴霧比對試驗。從霧滴沉積分布結(jié)果來看，植保無人飛機在不同噴霧量下作業(yè)時霧滴在棉花葉片正面和背面的沉積有明顯差異。在噴霧量為15.0 和22.5 L/hm2時，葉片正面的霧滴密度和覆蓋率差異不明顯，但當噴霧量增加到30.0 L/hm2時，葉片正面的霧滴密度和覆蓋率顯著提高。在3 個噴霧量范圍內(nèi)，葉片背面的霧滴密度和覆蓋率隨著噴霧量的增加有明顯的上升趨勢。前期研究采用3WQF120-12 油動單旋翼植保無人飛機在棉花苗期進行噴霧試驗，結(jié)果顯示：在低噴霧量 (12.0 L/hm2) 條件下，霧滴在棉花葉片背面上的沉積密度小于高噴霧量處理(15.0 L/hm2)[18]，表明植保無人飛機噴霧量影響霧滴的沉積分布。本研究采用MG-1P 型電動多旋翼植保無人飛機作業(yè)結(jié)果與之前研究結(jié)果類似。Wang 等[4]研究了植保無人飛機不同噴霧量對小麥田霧滴沉積分布的影響，認為低噴霧量 (9.0 L/hm2)處理的霧滴密度和覆蓋率低于中噴霧量 (16.8 L/hm2)和高噴霧量 (28.1 L/hm2) 處理?？梢?，噴霧量是影響植保無人飛機噴霧霧滴在作物上沉積分布的重要因素。另外，為使總噴霧量滿足試驗要求，本研究中15.0 L/hm2的噴霧量處理采用了2 個噴頭進行噴霧，而22.5 和30.0 L/hm2處理采用了4 個噴頭噴霧，噴頭數(shù)量的減少也可能是造成15.0 L/hm2處理霧滴密度及覆蓋率低的原因之一。

助劑試驗結(jié)果表明，在噴霧量相同的情況下，添加YS09 和倍達通助劑對霧滴在棉花葉片上的沉積分布無顯著影響。本研究結(jié)果與王明等[8]在蘋果樹上開展的倍達通對植保無人飛機噴霧霧滴沉積的影響試驗結(jié)果一致。在棉花生長中期，陳曉等[14]研究了包括倍達通在內(nèi)的3 種噴霧助劑對植保無人飛機在棉花上噴霧霧滴沉積分布的影響，認為不同類型的助劑對棉花葉片上的霧滴沉積影響不同，添加倍達通可顯著增加棉花葉片正面的霧滴沉積，而對葉片背面霧滴沉積無顯著影響。韓鵬等[20]在柑橘樹上開展了助劑對植保無人飛機噴霧霧滴沉積分布影響的研究，結(jié)果表明，在藥液中添加1%的倍達通助劑可有效提高柑橘葉片上的霧滴沉積。可見，助劑對霧滴沉積分布的影響不僅與助劑類型及用量有關(guān)，還與作物的種類、生育期及長勢等有很大關(guān)系。

目前我國農(nóng)藥利用率普遍偏低，人工背負式噴霧器施藥的農(nóng)藥利用率在10%～30%之間。研究認為，農(nóng)藥利用率與施藥器械、施藥技術(shù)、藥劑類型、作物生育期、植株冠層結(jié)構(gòu)及環(huán)境因素有很大的關(guān)系，在作物苗期施藥的農(nóng)藥利用率低于其他生育期[21-22]。從農(nóng)藥利用率結(jié)果來看，植保無人飛機噴霧處理的農(nóng)藥利用率低于背負式電動噴霧器噴霧處理，增加噴霧量或添加助劑對棉花上的農(nóng)藥利用率無顯著影響。這可能與兩種施藥器械的噴霧方式有很大關(guān)系，棉花苗期棉花植株矮小，棉花行間間距較大，葉面積指數(shù) (leaf area indexes，LAI) 僅為0.1 左右，植保無人飛機噴霧屬于全覆蓋式噴霧，大量藥液沉積在裸露的地表上，使植株上的沉積量偏低；由于棉花蚜蟲主要在葉片背面危害，為提高防治效果，采用背負式電動噴霧器進行人工噴霧時噴桿在棉花植株下方3～5 cm 的位置噴頭向上進行噴霧 (圖2)，因此，背負式電動噴霧器施藥屬于定向噴霧，藥液在植株上有較好的沉積，利用率高于植保無人飛機噴霧處理。另外，植保無人飛機屬于低空低量噴霧，相對于地面植保機械，霧滴沉積更容易受到環(huán)境因素的影響而發(fā)生飄移或蒸發(fā)[23]，這也可能是造成植保無人飛機施藥的農(nóng)藥利用率偏低的原因之一。本研究中，植保無人飛機施藥的農(nóng)藥利用率不足5%，如何提高棉花苗期施藥的農(nóng)藥利用率，是當前植物保護工作中值得關(guān)注的問題。

農(nóng)藥在植株上的沉積及利用率直接影響著對害蟲的防治效果，本研究中植保無人飛機處理的利用率低于背負式電動噴霧器施藥處理，導致藥后1 和3 d 的防效低于背負式電動噴霧器施藥處理。但是采用傳統(tǒng)方式施藥作業(yè)效率較低，采用背負式電動噴霧器進行人工噴霧日作業(yè)面積為0.5～1.0 hm2，而植保無人飛機施藥每小時作業(yè)效率可達2.67～5.33 hm2，日作業(yè)面積在20～40 hm2，可見植保無人飛機的作業(yè)效率是背負式電動噴霧器效率的幾十倍。從成本上看，采用背負式噴霧器施藥人工成本為300～375 元/hm2，采用植保無人飛機施藥作業(yè)費為150～225 元/hm2，每公頃可節(jié)約150 元人工成本。植保無人飛機施藥技術(shù)的推廣和應(yīng)用，可以很好地解決傳統(tǒng)施藥器械作業(yè)效率低、人工成本高等現(xiàn)實問題，為棉農(nóng)節(jié)約生產(chǎn)成本。

研究表明，在植保無人飛機作業(yè)過程中添加助劑可有效減少霧滴的漂移，提高藥液在作物上的沉積及對害蟲的防治效果，對于農(nóng)藥的減施增效具有重要意義[8]。劉曉慧等[24]對比分析了多旋翼植保無人飛機與背負式電動噴霧器防治煙草棉鈴蟲Helicoverpa armigera的應(yīng)用效果，發(fā)現(xiàn)添加1 mL/L 的倍達通助劑或提高20%用藥量，可提高植保無人飛機施藥對棉鈴蟲的防治效果，達到與背負式噴霧器施藥相同的防治效果。本研究結(jié)果表明，植保無人飛機處理添加YS09 和倍達通兩種助劑，雖然對藥液沉積和利用率影響不顯著，但提高了藥后1 和3 d 對棉蚜的防效，達到背負式電動噴霧器施藥水平。田間調(diào)查過程中發(fā)現(xiàn)，在蚜蟲發(fā)生后期棉蚜天敵數(shù)量有所上升，天敵的捕食對蚜蟲的化學防治起到了補充作用，這可能是各噴霧處理在施藥后7 d 的防效沒有顯著差異的原因之一。另外，在棉花苗期植保無人飛機噴霧量在15.0 L/hm2時藥后3 d 對棉蚜的防效已經(jīng)可以達到84%以上，但是此時葉片背面的霧滴密度和覆蓋率較低，棉花苗期棉蚜習慣聚集于棉花葉片背部，當田間蟲量較大時，應(yīng)適當提高噴霧量以增加葉片背面上的霧滴沉積量，進一步提高對蚜蟲的防治效果。

綜上可知，噴霧量和助劑是影響植保無人飛機作業(yè)效果的重要因素，在田間實際噴霧過程中，應(yīng)根據(jù)作物生育期、種植密度、長勢及田間害蟲發(fā)生情況等選擇合適的噴霧量，適時添加助劑，從而提高對害蟲的防治效果。