徐敏 周晴晴 楊榮明 徐憶菲 高蘋(píng)

摘要

為闡明不同氣象條件對(duì)植保無(wú)人飛機(jī)防治赤霉病過(guò)程中冠層霧滴沉積的影響規(guī)律，采用大疆T40四軸八旋翼植保無(wú)人飛機(jī)在不同麥區(qū)進(jìn)行噴霧施藥處理，利用誘惑紅示蹤劑、聚酯卡、水敏紙等采集霧滴，計(jì)算霧滴沉積量和覆蓋率，并對(duì)實(shí)時(shí)記錄的田間氣象條件進(jìn)行分級(jí)，其中溫度分為A1（10℃≤T＜20℃）、A2（20℃≤T＜30℃）、A3（30℃≤T＜40℃）等級(jí)，相對(duì)濕度分為B1（30%≤RH＜50%）、B2（50%≤RH＜70%）、B3（70%≤RH＜90%）等級(jí)，風(fēng)速分為C1（0?m/s≤V＜1.6?m/s）、C2（1.6?m/s≤V＜3.4?m/s）、C3（3.4?m/s≤V＜5.5?m/s）等級(jí)。應(yīng)用方差分析、主效應(yīng)多重比較等統(tǒng)計(jì)方法，揭示不同氣象等級(jí)組合條件對(duì)霧滴沉積量和覆蓋率的影響趨勢(shì)，并基于氣象因子構(gòu)建沉積量和覆蓋率的預(yù)報(bào)模型。結(jié)果表明：溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)速對(duì)霧滴沉積量的有利程度按等級(jí)排序分別為：A1≥A2＞A3、B3＞B2＞B1、C1≥C2＞C3。不同氣象等級(jí)對(duì)覆蓋率的影響規(guī)律與對(duì)沉積量的影響規(guī)律基本一致，其中相對(duì)濕度對(duì)霧滴覆蓋率和沉積量影響顯著，溫度和風(fēng)速的交互作用對(duì)覆蓋率也具有顯著影響?；跉庀笠蜃訕?gòu)建的冠層上層霧滴沉積量和覆蓋率預(yù)報(bào)模型準(zhǔn)確率分別為88.15%、82.82%，均方根誤差分別為0.030?μL/cm2、1.33%，具有較高的可信度，可應(yīng)用于植保飛防氣象預(yù)報(bào)服務(wù)。研究結(jié)果對(duì)植保無(wú)人飛機(jī)適時(shí)開(kāi)展藥劑噴灑作業(yè)、提高防治效果、減輕農(nóng)藥對(duì)農(nóng)田生態(tài)環(huán)境的污染具有參考作用。

關(guān)鍵詞

氣象條件;?植保無(wú)人飛機(jī);?沉積量;?覆蓋率

中圖分類號(hào)：

S?435.121.45

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：?A

DOI：?10.16688/j.zwbh.2023451

Analysis?of?meteorological?factors?affecting?the?droplets?deposition?in?the?prevention?and?control?of?wheat?scab?by?unmanned?aerial?vehicle?and?construction?of?deposition?prediction?models

XU?Min1，2*，?ZHOU?Qingqing3，?YANG?Rongming4，?XU?Yifei1，?GAO?Ping1，2

（1.?Climate?Center?of?Jiangsu?Province，?Nanjing?210019，?China;?2.?Jintan?National?Climate?Observatory，

Changzhou?213200，?China;?3.?Nanjing?Agricultural?Mechanization?Research?Institute，?Ministry?of?Agriculture

and?Rural?Affairs，?Nanjing?210014，?China;?4.?Plant?Protection?and?Plant?Quarantine?Station?of

Jiangsu?Province，?Nanjing?210036，?China）

Abstract

To?clarify?the?influence?of?different?meteorological?conditions?on?droplets?deposition?within?the?canopy?in?the?prevention?and?control?of?wheat?scab?by?unmanned?aerial?vehicle?（UAV），?the?Dajiang?T40?fouraxis?eightrotor?UAV?was?used?to?spray?fungicides?solution?in?the?different?wheat?areas.?The?deposition?amount?and?coverage?rate?of?fungicide?droplets?were?collected?and?calculated?using?allure?red?tracer，?polyester?card，?watersensitive?paper，?etc.?Field?meteorological?factors?were?recorded?in?realtime?and?categorized?as?follows：?temperatures?were?classified?as?A1?（10℃≤T＜20℃），?A2?（20℃≤T＜30℃），?A3?（30℃≤T＜40℃）;?relative?humidity?was?classified?as?B1?（30%≤RH＜50%），?B2?（50%≤RH＜70%），?B3?（70%≤RH＜90%）;?wind?speed?was?classified?as?C1?（0?m/s≤V＜1.6?m/s），?C2?（1.6?m/s≤V＜3.4?m/s），?and?C3?（3.4?m/s≤V＜5.5?m/s）.?Statistical?methods?such?as?analysis?of?variance?and?multiple?comparisons?of?main?effects?were?used?to?uncover?the?trends?in?the?impact?of?different?combinations?of?meteorological?levels?on?droplets?deposition?and?coverage?rate.?Prediction?models?for?deposition?amount?and?coverage?rate?were?constructed?based?on?meteorological?factors.?The?results?showed?that?the?favorable?order?of?different?temperatures，?relative?humidity，?and?wind?speed?levels?on?droplets?deposition?was?A1≥A2>A3，?B3>B2>B1，?C1≥C2>C3，?respectively.?The?influence?of?different?meteorological?levels?on?coverage?rate?and?deposition?was?basically?consistent，?with?relative?humidity?having?a?significant?impact?on?droplets?coverage?rate?and?deposition，?and?the?interaction?between?temperature?and?wind?speed?also?imposed?a?significant?impact?on?coverage?rate.?The?accuracies?of?the?upperlayer?droplets?deposition?amount?and?coverage?rate?predicted?by?the?models?constructed?based?on?meteorological?factors?were?88.15%，?82.82%，?with?a?root?mean?square?error?of?0.030?μL/cm2?and?1.33%，?respectively.?These?models?demonstrate?high?reliability?and?can?be?applied?to?meteorological?forecasting?services?for?plant?protection?using?UAV.?These?research?findings?provide?valuable?guidance?for?the?timely?fungicide?spraying?operations?by?UAV?for?plant?protection，?enhancing?prevention?and?control?effects?and?reducing?fungicide?pollution?in?the?agricultural?ecological?environment.

Key?words

meteorological?conditions;?unmanned?aerial?vehicle?for?plant?protection;?droplets?deposition;?coverage?rate

近年來(lái)，植保無(wú)人飛機(jī)發(fā)展迅速，與傳統(tǒng)的手動(dòng)噴藥和地面動(dòng)力機(jī)械噴藥方式相比，植保無(wú)人飛機(jī)低空噴灑農(nóng)藥具有作業(yè)效率高、噴霧均勻、不傷農(nóng)作物等優(yōu)點(diǎn)，更重要的是可以有效減少農(nóng)藥的使用次數(shù)及使用量，提高農(nóng)藥有效利用率，減輕農(nóng)藥對(duì)農(nóng)田生態(tài)環(huán)境的污染，目前已經(jīng)成為農(nóng)作物病蟲(chóng)害防治的首選施藥方式，是一項(xiàng)適應(yīng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、現(xiàn)代植保需求的重要新型技術(shù)［1］。據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)機(jī)械化管理司統(tǒng)計(jì)，2021年我國(guó)植保無(wú)人飛機(jī)保有量97?931架，同比增長(zhǎng)39.22%，在植保機(jī)械中的占比越來(lái)越大［2］。

植保無(wú)人飛機(jī)的施藥效果會(huì)受到作業(yè)參數(shù)、環(huán)境因子等一系列條件的影響［3］。在作業(yè)參數(shù)優(yōu)化方面，針對(duì)不同防治對(duì)象不少學(xué)者利用植保無(wú)人飛機(jī)進(jìn)行田間施藥試驗(yàn)，以沉積率和沉積變異系數(shù)等作為評(píng)估指標(biāo)，研究了不同作業(yè)參數(shù)、不同機(jī)型下霧滴沉積分布規(guī)律及與作物冠層間的互作關(guān)系和農(nóng)藥防治效果，為確定合理的飛行高度、作業(yè)速度、有效噴幅、噴液量、助劑類型等參數(shù)奠定了扎實(shí)的基礎(chǔ)。如：陳盛德等［4］研究了飛行高度和飛行速度等參數(shù)對(duì)水稻葉片上霧滴沉積分布的影響;陳奕璇等［5］詳細(xì)比較了單旋翼、四旋翼、六旋翼無(wú)人飛機(jī)與3種地面植保機(jī)械噴施霧滴在水稻冠層的沉積分布及對(duì)稻縱卷葉螟Cnaphalocrocis?medinalis防治效果的差異;蒙艷華等［6］對(duì)無(wú)人飛機(jī)防治小麥蚜蟲(chóng)的作業(yè)高度、作業(yè)速度和噴施流量等參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化;秦維彩等［7］研究了無(wú)人飛機(jī)橫向噴灑幅度等參數(shù)對(duì)玉米冠層霧滴沉積分布的影響;Richardon等［8］研究了多旋翼無(wú)人飛機(jī)噴嘴位置、釋放高度、液滴大小等參數(shù)對(duì)噴霧沉積均勻性的影響;陳曉等［9］采用大疆MG1P型電動(dòng)四旋翼植保無(wú)人飛機(jī)在棉花生長(zhǎng)中期進(jìn)行噴霧施藥，探討了添加不同助劑對(duì)農(nóng)藥?kù)F滴在棉花植株葉片上沉積分布的影響。在環(huán)境因子影響方面，主要集中在氣象條件對(duì)作業(yè)安全、風(fēng)場(chǎng)對(duì)霧滴漂移、溫度對(duì)農(nóng)藥蒸發(fā)等的影響研究，如：梅玲［10］

初步探討了風(fēng)、氣溫、降水、能見(jiàn)度、雷電和低云

對(duì)植保無(wú)人飛機(jī)

飛行作業(yè)的影響;符海霸等［11］利用計(jì)算流體力學(xué)方法仿真模擬了多旋翼無(wú)人飛機(jī)前、中、后螺旋槳噴灑區(qū)域風(fēng)場(chǎng)下無(wú)人機(jī)旋翼旋向和噴頭位置對(duì)有效噴幅的影響;盛輝［12］研究得出側(cè)風(fēng)風(fēng)速與霧滴漂移距離明顯相關(guān)，當(dāng)側(cè)風(fēng)達(dá)2.3?m/s時(shí)，霧滴飄移距離可達(dá)3.35?m;溫度影響農(nóng)藥蒸發(fā)早有研究，王軍［13］采用總量平衡法計(jì)算得到在水稻和棉花田采用飛機(jī)噴灑農(nóng)藥，因氣象條件、霧滴大小等因素的影響，藥液蒸發(fā)百分率分別為34.2%和24.7%。

由此可見(jiàn)，目前研究報(bào)道主要集中于植保無(wú)人飛機(jī)作業(yè)參數(shù)、噴霧性能、霧滴沉積和對(duì)病蟲(chóng)害防治效果等方面，對(duì)溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)速等不同氣象等級(jí)組合條件下植保無(wú)人飛機(jī)霧滴沉積分布和覆蓋率特征差異尚缺乏深入研究。

赤霉?。ú≡篎usarium?graminearum）是威脅小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的重大流行性病害，2020年被列入國(guó)家一類農(nóng)作物病蟲(chóng)害名錄，該病流行頻率高，對(duì)防治技術(shù)要求高。為此，筆者開(kāi)展植保無(wú)人飛機(jī)防治赤霉病藥劑的噴灑試驗(yàn)，研究不同氣象等級(jí)組合條件下，植株不同冠層高度霧滴沉積量和覆蓋率的分布特征及冠層上層霧滴分布規(guī)律，并基于氣象因子構(gòu)建霧滴沉積量和覆蓋率的預(yù)報(bào)模型，以期為提高植保無(wú)人飛機(jī)防治赤霉病施藥質(zhì)量提供科學(xué)依據(jù)。

1?材料與方法

1.1?試驗(yàn)地點(diǎn)

由于江蘇赤霉病發(fā)生區(qū)域主要位于淮河以南地區(qū)［14］，因此在蘇南、蘇中地區(qū)選取試驗(yàn)點(diǎn)，具體為：江蘇省蘇州市望亭鎮(zhèn)、南京市六合區(qū)和揚(yáng)州市寶應(yīng)區(qū)。冬小麥種植區(qū)地勢(shì)平坦，主要病害為赤霉病，進(jìn)入開(kāi)花期的小麥株（莖）數(shù)百分率≥10%、≥80%時(shí)分別為始花期、盛花期，這兩個(gè)時(shí)期是小麥赤霉病最佳防治期［1516］。為確保防治效果，根據(jù)試驗(yàn)田塊小麥實(shí)際生育進(jìn)程，在3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的小麥?zhǔn)蓟ㄆ?、盛花期分別進(jìn)行無(wú)人飛機(jī)噴灑農(nóng)藥。望亭鎮(zhèn)試驗(yàn)點(diǎn)種植品種是‘鎮(zhèn)麥12號(hào)，飛機(jī)播撒，15?kg/667m2，種植密度341穗/m2;六合區(qū)試驗(yàn)點(diǎn)種植品種是‘鎮(zhèn)麥9號(hào)，機(jī)條播，25?kg/667m2，種植密度589穗/m2;寶應(yīng)縣試驗(yàn)點(diǎn)種植品種是‘揚(yáng)麥25號(hào)，機(jī)條播，26?kg/667m2，種植密度615穗/m2。

1.2?試驗(yàn)機(jī)具、觀測(cè)儀器及藥劑

1.2.1?試驗(yàn)機(jī)具

采用大疆T40四軸八旋翼植保無(wú)人飛機(jī)（圖1），機(jī)具參數(shù)為：空機(jī)質(zhì)量38?kg，額定起飛質(zhì)量78?kg，工作狀態(tài)下外形尺寸2?800?mm×3?150?mm×820?mm，主旋翼8個(gè)，直徑1?380?mm，藥液箱額定容量40?L，離心霧化式噴頭2個(gè)，磁力傳動(dòng)葉輪泵2個(gè)，液泵最大流量為6?L/min，沿噴幅方向最遠(yuǎn)噴頭間距1?480?mm，電池容量30?000?mAh。設(shè)置的作業(yè)參數(shù)為：飛行高度2?m，飛行速度?6?m/s，施藥量2?L/667m2，噴幅6?m，粒徑為中等霧滴。粒徑劃分標(biāo)準(zhǔn)參照美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《ANSI/ASAE?S572.1?Spray?Nozzle?Classification?by?Droplet?Spectra》。

1.2.2?觀測(cè)儀器

氣象觀測(cè)儀器：設(shè)置Watch?dog地面氣象站和Kestrel?2900ET氣象儀

觀測(cè)植保無(wú)人飛機(jī)作業(yè)架次時(shí)間段內(nèi)的田間風(fēng)速、溫度、相對(duì)濕度。

采樣頻率分別為1次/min和12次/min，觀測(cè)儀器距地面約1.5?m，水平放置在三腳架上，安裝風(fēng)向標(biāo)，可測(cè)試任意風(fēng)向的風(fēng)速。

2種氣象觀測(cè)儀器在望亭鎮(zhèn)和六合區(qū)進(jìn)行同步觀測(cè)，對(duì)比發(fā)現(xiàn)：對(duì)于溫度和相對(duì)濕度的測(cè)量，2種氣象觀測(cè)儀器的數(shù)值基本重合，兩者最大相對(duì)誤差為6.12%;對(duì)于風(fēng)速的測(cè)量，Watch?dog地面氣象站的觀測(cè)數(shù)值普遍小于Kestrel?2900ET氣象儀觀測(cè)值，而且在風(fēng)速較大時(shí)明顯偏小，這與觀測(cè)儀器的采樣頻率密切相關(guān)，而風(fēng)速在近地層具有顯著的陣性特點(diǎn)，觀測(cè)儀器采樣頻率越高越能捕捉到風(fēng)速的陣性變化特點(diǎn)，而Watch?dog地面氣象站采樣頻率僅1次/min，可見(jiàn)在風(fēng)速觀測(cè)方面，Watch?dog地面氣象站觀測(cè)精度明顯低于Kestrel?2900ET氣象儀。因此，本試驗(yàn)選用Kestrel?2900ET氣象儀采集的田間氣象數(shù)據(jù)。

其他試驗(yàn)儀器：可見(jiàn)光分光光度計(jì)（722N型，上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司），用于測(cè)定從聚酯卡上洗脫過(guò)濾后的誘惑紅溶液的吸光度;掃描儀（9000F，日本佳能公司），用于掃描樣本點(diǎn)紙卡上的霧滴圖像。

1.2.3?藥劑和試紙

小麥?zhǔn)蓟ㄆ谑褂玫某嗝共》乐嗡巹┦?0%丙硫菌唑·戊唑醇懸浮劑（溧陽(yáng)中南化工有限公司），施用量40?mL/667m2;小麥?zhǔn)⒒ㄆ谑褂玫乃巹┦?8%氰烯·戊唑醇懸浮劑（江蘇省農(nóng)藥研究所股份有限公司），施用量50?mL/667m2。按噴灑面積取農(nóng)藥和水，加入純度為85%的誘惑紅示蹤劑，配制成濃度為2.5?g/L的誘惑紅示蹤劑混合液作為噴灑介質(zhì)。在小麥冠層頂部和植株底部布置聚酯卡，用于測(cè)試農(nóng)藥的沉積量;在植株的上層和中間部位布置紙卡（水敏紙），用于測(cè)試噴霧穿透性。注意上、中、下層不要遮擋，采樣點(diǎn)布置如圖2所示。水敏紙尺寸為76?mm×76?mm，聚酯卡直徑為90?mm。

1.3?試驗(yàn)設(shè)置

1.3.1?作業(yè)時(shí)間設(shè)定

為了對(duì)比分析不同氣象條件下，植保無(wú)人飛機(jī)噴灑農(nóng)藥后霧滴在小麥冠層的沉積分布特征，需設(shè)定不同的作業(yè)時(shí)間，通過(guò)觀測(cè)試驗(yàn)地點(diǎn)的氣象日變化特征，選取典型的植保無(wú)人飛機(jī)作業(yè)時(shí)間段。2023年4月8日－10日蘇州市望亭鎮(zhèn)均無(wú)降水，根據(jù)當(dāng)?shù)刈詣?dòng)氣象觀測(cè)站逐小時(shí)氣象數(shù)據(jù)（圖3），可見(jiàn)風(fēng)速、溫度、相對(duì)濕度呈現(xiàn)出明顯的日變化特征，5：00－7：00，風(fēng)速較小，溫度最低、相對(duì)濕度最大;7：00－14：00，風(fēng)速逐漸增大達(dá)到局部峰值，溫度逐漸升高，相對(duì)濕度逐漸減小;14：00-16：00，風(fēng)速略微下降，溫度升至峰值，相對(duì)濕度降至谷值;16：00－24：00，風(fēng)速無(wú)規(guī)律變化，溫度逐漸降低，相對(duì)濕度逐漸增大。

因此，根據(jù)無(wú)降水條件下風(fēng)速、溫度、相對(duì)濕度的日變化特征，選取風(fēng)速、溫度低，濕度高的早晨（9：00之前），溫度高、濕度低的傍晚（16：00前后），其他3個(gè)試驗(yàn)時(shí)間段根據(jù)實(shí)際氣象條件進(jìn)行選擇，相鄰兩組試驗(yàn)需間隔1～3?h，盡可能使氣象條件不重復(fù)，并且在作業(yè)前，根據(jù)天氣預(yù)報(bào)，結(jié)合小麥生育進(jìn)程，選取合適的無(wú)雨天氣進(jìn)行作業(yè)，且藥后24?h內(nèi)無(wú)降雨。

1.3.2?采樣方法設(shè)定

每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)設(shè)置5個(gè)試驗(yàn)小區(qū)，在望亭鎮(zhèn)、六合區(qū)、寶應(yīng)縣試驗(yàn)小區(qū)，根據(jù)設(shè)定好的作業(yè)時(shí)間段，植保無(wú)人飛機(jī)共開(kāi)展噴霧作業(yè)23次。按照《NY/T?32132018?植保無(wú)人飛機(jī)?質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》［17］，每作業(yè)1次，重復(fù)采樣3次，每個(gè)重復(fù)設(shè)置6個(gè)采樣點(diǎn)，則共計(jì)414個(gè)采樣點(diǎn)，采樣方案如圖4所示。植保無(wú)人飛機(jī)噴灑作業(yè)完成后，依次收集樣本，密封避光保存，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

1.4?試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算方法

1.4.1?霧滴沉積量的計(jì)算

將所有采樣點(diǎn)的聚酯卡樣本逐一放入一定量清水中充分浸泡，使聚酯卡上的誘惑紅完全溶出，然后用可見(jiàn)光分光光度計(jì)在波長(zhǎng)504?nm處測(cè)定洗出溶液的吸光度，根據(jù)誘惑紅標(biāo)樣的“濃度吸光度”標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算出洗脫液中誘惑紅的濃度［18］，最后根據(jù)公式（1）計(jì)算出聚酯卡單位面積上的噴霧沉積量［19］。

βdep=（ρsmpl－ρblk）×Fcal×Vdiiρspray×Acol×1?000（1）

式中：βdep為單位面積霧滴沉積量，μL/cm2;ρsmpl為樣本洗脫液濃度，mg/L;ρblk為空白樣本洗脫液濃度，mg/L;Fcal為校準(zhǔn)系數(shù)（等于回收率的倒數(shù)），聚酯卡為1;Vdii為用于洗脫樣本的液體體積，mL;ρspray為噴灑母液誘惑紅的濃度，mg/L;Acol為聚酯卡的面積，cm2。

通過(guò)計(jì)算單位面積上的沉積量和單位面積上的噴灑量的比例關(guān)系，可得到噴灑沉積率。

βdepr=βdep×105βv×100%（2）

式中：βdepr為噴灑沉積率，%;βv為噴灑量，L/hm2。

1.4.2?霧滴覆蓋率的計(jì)算

用掃描儀掃描所有采樣點(diǎn)紙卡樣本上的霧滴圖

像，通過(guò)圖像處理軟件DepositScan進(jìn)行分析［20］，計(jì)算出紙卡上的霧滴覆蓋率，根據(jù)公式（3）計(jì)算出每個(gè)重復(fù)的平均覆蓋率。

d=1n∑ni=1di（3）

式中：d是某個(gè)重復(fù)的平均覆蓋率，di是第i個(gè)采樣點(diǎn)紙卡上的覆蓋率，i是采樣點(diǎn)序號(hào)，n是采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)。

1.4.3?數(shù)據(jù)處理和模型構(gòu)建

應(yīng)用?SAS?9.2統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)試驗(yàn)觀測(cè)資料進(jìn)行處理，分析不同氣象條件下的霧滴沉積量和覆蓋率分布特征;通過(guò)計(jì)算方差、主效應(yīng)多重比較，將氣象要素作為預(yù)報(bào)因子，采用非線性回歸方法構(gòu)建冠層上層霧滴沉積量和覆蓋率的預(yù)報(bào)模型，并通過(guò)計(jì)算相關(guān)系數(shù)和均方根誤差對(duì)預(yù)報(bào)模型進(jìn)行擬合檢驗(yàn)。

1.5?氣象條件等級(jí)劃分

由于田間氣象條件是實(shí)時(shí)變化的，為方便試驗(yàn)執(zhí)行和結(jié)果統(tǒng)計(jì)，按照?qǐng)F(tuán)標(biāo)《TCMSA?00212021民用無(wú)人機(jī)作業(yè)氣象條件等級(jí)·植保》，將溫度（代碼為A）、相對(duì)濕度（代碼為B）、風(fēng)速（代碼為C）劃分為3個(gè)等級(jí)（表1）。所有試驗(yàn)點(diǎn)23次作業(yè)時(shí)間，每次作業(yè)時(shí)段內(nèi)的氣溫平均值、相對(duì)濕度平均值、最大風(fēng)速及對(duì)應(yīng)的氣象等級(jí)組合詳見(jiàn)表2。

2?結(jié)果與分析

2.1?不同氣象條件下的霧滴沉積量和覆蓋率分布特征

霧滴沉積量對(duì)防治效果具有重要影響。從圖5可見(jiàn)，植保無(wú)人飛機(jī)進(jìn)行藥劑噴灑后，不同氣象等級(jí)組合條件下，霧滴沉積量存在差異，小麥冠層上層的霧滴沉積量明顯高于底層沉積量。23次作業(yè)中，上層沉積量在0.112～0.234?μL/cm2之間、平均0.182?μL/cm2，底層沉積量在0.007～0.044?μL/cm2之間、平均0.022?μL/cm2;沉積量最低值0.112?μL/cm2發(fā)生在六合區(qū)，作業(yè)時(shí)段為對(duì)應(yīng)的氣象等級(jí)組合為A3B1C2，即平均氣溫32.8℃（所有作業(yè)時(shí)段內(nèi)最高值）、相對(duì)濕度47.9%（所有作業(yè)時(shí)段內(nèi)第二低值）、最大風(fēng)速3.0?m/s，說(shuō)明溫度高、濕度低不利于農(nóng)藥在植物冠層頂部的沉積;沉積量最高值0.234?μL/cm2發(fā)生在寶應(yīng)縣，作業(yè)時(shí)段為17：00：05—17：03：06，對(duì)應(yīng)的氣象等級(jí)組合為A2B2C2，即平均氣溫20.4℃、相對(duì)濕度62.1%、最大風(fēng)速2.5?m/s，說(shuō)明溫度和濕度均適宜的情況下，農(nóng)藥在植物冠層頂部的沉積較好。霧滴沉積量存在區(qū)域差異，望亭鎮(zhèn)、六合區(qū)、寶應(yīng)縣上層霧滴沉積量平均值分別是0.155、0.162、0.213?μL/cm2，底層霧滴沉積量平均值分別是0.030、0.010、0.024?μL/cm2，這可能與植株密度、作業(yè)日期、天氣條件、作業(yè)人員操作水平等不同有關(guān)。噴灑沉積率與上層的沉積量基本呈正相關(guān)關(guān)系，上層沉積量高則意味著沉積率也高，噴灑沉積率在37.32%～78.45%之間，平均61.06%。

霧滴覆蓋率也是表征植保無(wú)人飛機(jī)噴灑效果的一個(gè)重要指標(biāo)。從圖6可見(jiàn)，不同氣象等級(jí)組合條件下，霧滴覆蓋率存在差異，小麥冠層上層的霧滴覆蓋率明顯高于中層。23次作業(yè)中，上層覆蓋率在4.27%～10.90%之間、平均6.32%，中層覆蓋率在0.51%～2.38%之間、平均1.27%;上層覆蓋率與上層沉積量之間有較好的相關(guān)關(guān)系，覆蓋率高意味著沉積量也高，反之亦然，上層最低覆蓋率4.27%對(duì)應(yīng)較低的上層沉積量0.131?μL/cm2，上層最高覆蓋率10.90%對(duì)應(yīng)較高的上層沉積量0.219?μL/cm2;最高覆蓋率10.90%發(fā)生在寶應(yīng)縣，對(duì)應(yīng)的氣象等級(jí)組合是A1B3C1，即平均氣溫18.7℃、相對(duì)濕度86.8%、最大風(fēng)速0.0?m/s，說(shuō)明氣溫適宜、濕度大、無(wú)風(fēng)利于農(nóng)藥在植物冠層頂部的覆蓋;霧滴覆蓋率也存在區(qū)域差異，望亭鎮(zhèn)、六合區(qū)、寶應(yīng)縣上層霧滴覆蓋率平均值分別是5.96%、4.81%、7.33%，中層霧滴覆蓋率平均值分別是1.52%、0.88%、1.35%。穿透率是中層覆蓋率與上層覆蓋率的比值，在9.96%～31.56%之間，平均19.95%，穿透率低說(shuō)明上層覆蓋率大。

2.2?氣象條件對(duì)冠層上層霧滴沉積量和覆蓋率的影響規(guī)律

采用GLM（general?linear?model）方差分析法［2122］對(duì)溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)速及兩兩交互作用下沉積量和覆蓋率的影響進(jìn)行方差分析。從表3可見(jiàn)，對(duì)于沉積量，相對(duì)濕度的均方差和F值均明顯大于其他氣象因子，對(duì)應(yīng)的P值＜0.000?1，表明相對(duì)濕度對(duì)冠層上層霧滴沉積量具有極顯著影響;對(duì)于覆蓋率，溫度和風(fēng)速交互作用、相對(duì)濕度兩者對(duì)應(yīng)的P值分別為0.014、0.022，均小于0.05，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，表明溫度和風(fēng)速的交互作用、相對(duì)濕度對(duì)霧滴覆蓋率有顯著影響。

為甄別出不同氣象等級(jí)條件對(duì)霧滴沉積量和覆蓋率影響的差異性，首先分別計(jì)算不同溫度等級(jí)（A1、A2、A3）、相對(duì)濕度等級(jí)（B1、B2、B3）、風(fēng)速等級(jí)（C1、C2、C3）下冠層上層沉積量的平均值和上層溫度?Temperature5.382.69F2，55=1.380.2640.001?30.000?7F2，55=0.89?0.418

相對(duì)濕度?Relative?humidity15.957.97F2，55=4.090.0220.017?90.008?9F2，55=12.05＜0.000?1

風(fēng)速?Wind?speed0.230.12F2，55=0.060.9420.003?40.001?7F2，55=2.270.113

溫度×相對(duì)濕度?Temperature×relative?humidity0.650.32F2，55=0.170.8480.008?70.004?3F2，55=0.580.561

溫度×風(fēng)速?Temperature×wind?speed17.998.99F2，55=4.610.0140.002?60.001?3F2，55=1.740.185

相對(duì)濕度×風(fēng)速?Relative?humidity×wind?speed12.924.31F3，55=2.210.0980.003?10.001?0F3，55=1.400.253

誤差?Error107.323.970.041?00.002?0

覆蓋率的平均值，然后采用SNK（StudentNewmanKeuls）方法［23］對(duì)平均值進(jìn)行主效應(yīng)多重比較。從表4可見(jiàn)，當(dāng)溫度處于A1、A2等級(jí)，即10℃≤溫度<30℃時(shí)，對(duì)霧滴沉積量

3）基于相對(duì)濕度、風(fēng)速、溫度構(gòu)建的冠層上層霧滴沉積量和覆蓋率預(yù)報(bào)模型均具有較高的可信度，模擬值與實(shí)際值的相關(guān)系數(shù)分別為0.658、0.574，分別通過(guò)了0.001、0.005顯著性檢驗(yàn)，均方根誤差分別為0.030?μL/cm2、1.33%，準(zhǔn)確率分別為88.15%、82.82%，可為選定最佳的噴灑作業(yè)時(shí)間提供技術(shù)指導(dǎo)。

以上不同氣象等級(jí)對(duì)霧滴沉積分布有利程度差異性分析結(jié)果表明，相對(duì)濕度對(duì)植株冠層的沉積量和覆蓋率均有顯著影響，尤其沉積量對(duì)相對(duì)濕度更敏感，當(dāng)70%≤相對(duì)濕度<90%時(shí)，利于霧滴沉積在冠層頂部，30%≤相對(duì)濕度<70%時(shí)，濕度越低越不利于霧滴沉積在冠層頂部。這與林圳鑫［24］采用植保無(wú)人機(jī)在風(fēng)洞進(jìn)行作業(yè)的試驗(yàn)結(jié)果較為一致，即濕度條件對(duì)霧滴覆蓋度、沉積量等的影響較大，即當(dāng)溫度設(shè)定在24℃時(shí)，霧滴覆蓋度、沉積量會(huì)隨著環(huán)境濕度的升高而增大。對(duì)于氣溫，以上研究表明，氣溫超過(guò)30℃則對(duì)沉積不利，會(huì)導(dǎo)致沉積量下降，當(dāng)10℃≤氣溫<30℃時(shí)，利于霧滴沉積在冠層頂部。該結(jié)論也再次證明了《TCMSA?0021-2021?民用無(wú)人機(jī)作業(yè)氣象條件等級(jí)·植?！分幸?guī)定的民用無(wú)人機(jī)植保作業(yè)氣溫影響等級(jí)劃分的合理性，即當(dāng)氣溫在10～30℃時(shí)作業(yè)條件等級(jí)為一般至適宜，當(dāng)氣溫在30～35℃時(shí)較不宜作業(yè)，當(dāng)氣溫超過(guò)35℃時(shí)則不適宜作業(yè)。但也有研究表明，在特定的試驗(yàn)環(huán)境條件下，溫度條件對(duì)霧滴覆蓋度、沉積量的影響不顯著［24］。風(fēng)速是影響無(wú)人機(jī)安全飛行和噴灑作業(yè)中最重要的氣象因素，如果作業(yè)地點(diǎn)的風(fēng)速過(guò)大，首先會(huì)對(duì)無(wú)人機(jī)的飛行時(shí)間和飛行安全有影響，其次最主要的是易導(dǎo)致藥液不能完全噴灑到作業(yè)區(qū)域，甚至可能導(dǎo)致藥液漂移到其他耕地或魚(yú)塘等，產(chǎn)生藥害。另外，局地的風(fēng)切變對(duì)植保無(wú)人飛機(jī)安全飛行也有很大的威脅。本試驗(yàn)結(jié)果表明，無(wú)風(fēng)或微風(fēng)條件非常利于霧滴覆蓋在冠層頂部，風(fēng)速越大越不利于霧滴覆蓋在冠層頂部，由于此次試驗(yàn)時(shí)段內(nèi)風(fēng)力條件基本都在3級(jí)以內(nèi)，所以未對(duì)風(fēng)速超過(guò)3級(jí)的情況開(kāi)展影響分析。由此可見(jiàn)，利用植保無(wú)人飛機(jī)開(kāi)展飛防作業(yè)，氣象條件是無(wú)法忽視的必要因素。

基于氣象因子構(gòu)建的植株冠層上層沉積量和覆蓋率預(yù)報(bào)模型均具有較好的可信度，沉積量預(yù)報(bào)模型的精度高于覆蓋率預(yù)報(bào)模型的精度，這可能是濕度過(guò)大時(shí)紙卡受潮，導(dǎo)致霧滴的擴(kuò)散系數(shù)增大，使得覆蓋率檢測(cè)值不夠準(zhǔn)確而引起。隨著數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的快速發(fā)展，基于精細(xì)化智能網(wǎng)格預(yù)報(bào)，可提前5～7?d獲取相對(duì)濕度、風(fēng)速、溫度的預(yù)報(bào)值，從而預(yù)估出相應(yīng)田塊所在區(qū)域內(nèi)的霧滴沉積量和覆蓋率，可為選定最佳的噴灑作業(yè)時(shí)間提供科學(xué)依據(jù)。在病害防治適宜窗口期內(nèi)，根據(jù)天氣預(yù)報(bào)，提前選定合適的氣象條件進(jìn)行植保無(wú)人飛機(jī)噴灑作業(yè)，有助于提高農(nóng)藥利用率和防治效果，尤其在濕度較低的區(qū)域作業(yè)，應(yīng)避免在高溫低濕風(fēng)速大的時(shí)段作業(yè)，以降低霧滴的蒸發(fā)和飄移。

由于赤霉病的防治需要在特定生育期選取無(wú)雨天氣進(jìn)行作業(yè)，且藥后24?h內(nèi)無(wú)降雨，作業(yè)窗口時(shí)間較短，此次試驗(yàn)觀測(cè)數(shù)據(jù)有限，全部用于冠層上層霧滴沉積量和覆蓋率預(yù)報(bào)模型的構(gòu)建，后續(xù)需繼續(xù)進(jìn)行植保無(wú)人飛機(jī)赤霉病噴霧防治試驗(yàn)，獲取更多的觀測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)預(yù)報(bào)模型作進(jìn)一步的驗(yàn)證。另外，此次試驗(yàn)，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T?157962011《小麥赤霉病測(cè)報(bào)技術(shù)規(guī)范》中赤霉病防效調(diào)查方法，在小麥臘熟期（收割前10～15?d），每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)調(diào)查5個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)調(diào)查500株，按病穗部位占整穗的比例分為0～4級(jí)，并記錄各級(jí)的穗數(shù)，發(fā)現(xiàn)3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的赤霉病等級(jí)均較低，發(fā)病很輕，由于2023年江蘇整個(gè)淮河以南地區(qū)小麥赤霉病發(fā)病均較輕，所以此次試驗(yàn)，針對(duì)不同氣象條件下的植保無(wú)人飛機(jī)赤霉病防治效果方面未能進(jìn)行比較。

綜上可知，基于以上研究得出的不同氣象等級(jí)組合條件對(duì)冠層上層霧滴沉積量和覆蓋率的影響規(guī)律及基于氣象因子構(gòu)建的上層霧滴沉積量和覆蓋率的預(yù)報(bào)模型，利用氣象部門(mén)未來(lái)1～7?d精細(xì)化數(shù)值天氣預(yù)報(bào)，可提前預(yù)報(bào)出無(wú)人飛機(jī)飛防的適宜氣象條件及估算出農(nóng)藥的沉積量和覆蓋率，對(duì)適期開(kāi)展無(wú)人機(jī)植保飛防具有科學(xué)指導(dǎo)作用。通過(guò)精準(zhǔn)防治，將提高藥效、減少藥量，符合《“十四五”全國(guó)種植業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中持續(xù)推進(jìn)農(nóng)藥減量增效的要求，對(duì)生態(tài)文明建設(shè)具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

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