小型無人機(jī)低空噴灑在玉米田的霧滴沉積分布及對玉米螟的防治效果初探

高圓圓， 張玉濤， 趙酉城， 李學(xué)輝， 楊代斌， 袁會(huì)珠＊

（1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所，農(nóng)業(yè)部作物有害生物綜合治理綜合性重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193；2.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，哈爾濱 150030；3.廣西田園生化股份有限公司，南寧 530007）

玉米螟屬于典型的鉆蛀性害蟲，寄主植物達(dá)60多種，主要為害玉米、高粱、谷子和棉花等，其中玉米受害減產(chǎn)最重［1］。近年來，玉米螟為害呈現(xiàn)逐年加重趨勢。我國對玉米螟的化學(xué)防治做了大量的研究工作，針對其在夏玉米上發(fā)生量大、發(fā)生期長、幼蟲為害部位分散的二代和三代玉米螟，采取噴霧方式，即可殺蟲又可殺卵，效果理想［2］。玉米田施藥技術(shù)主要包括人工施藥和機(jī)械施藥，由于玉米植株郁閉高大，操作人員進(jìn)入玉米田后期噴霧作業(yè)非常困難；采用地面高桿噴霧機(jī)械噴霧，需要對玉米種植方式進(jìn)行改善，在地頭預(yù)留噴霧機(jī)行走道，并且需要增加玉米行間距，這樣才能便于噴霧機(jī)的田間噴霧作業(yè)。調(diào)查表明，玉米生長中后期，除在玉米螟尤為嚴(yán)重的區(qū)域進(jìn)行人工或機(jī)械局部施藥外，基本在玉米生長后期不施藥，缺乏適用于玉米的施藥機(jī)械是種植戶在玉米生長中后期不施藥的主要原因［3］。

隨著航空工業(yè)的發(fā)展，航空植保機(jī)械也得到了快速的發(fā)展。1911年，德國林務(wù)官阿爾福萊德·齊梅爾曼首先創(chuàng)意，利用飛機(jī)噴灑農(nóng)藥用于防治害蟲，保護(hù)森林，開創(chuàng)了農(nóng)用航空施藥工作。隨后，農(nóng)用航空在新西蘭、澳大利亞、英國、美國等國也逐步得到應(yīng)用與推廣［4］。1974年，我國開始利用農(nóng)運(yùn)5型農(nóng)用運(yùn)輸機(jī)進(jìn)行航空超低容量噴霧，但受我國管理體制、機(jī)制、政策和空管等問題的約束以及我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)發(fā)展方式的影響，我國航空施藥技術(shù)發(fā)展緩慢。現(xiàn)在全世界已有農(nóng)用飛機(jī)2萬多架，我國僅有200多架。航空施藥具有效率高、效果好、立體性強(qiáng)、不損傷作物、勞動(dòng)強(qiáng)度低、一機(jī)多用等優(yōu)點(diǎn)［5］。近年來，小型無人機(jī)在我國得到了快速發(fā)展，在航拍、監(jiān)測等民用方面發(fā)揮了重要作用，因其外形尺寸小，重量輕，操控靈活，小型無人機(jī)非常適合于中小田塊的病蟲害防治或是大田塊內(nèi)局部的精準(zhǔn)施藥等［6］。本文首次研究了Af－811小型無人機(jī)超低量噴霧質(zhì)量及對玉米螟的防治效果，以期為小型無人機(jī)噴霧技術(shù)的進(jìn)一步優(yōu)化提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 供試藥劑和指示劑

42%毒死蜱乳油（EC）、10%毒死蜱超低容量液劑（UL）、水分蒸發(fā)抑制劑（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所配制）。

1.1.2 試驗(yàn)儀器

Af－811小型無人機(jī)（廣西田園生化股份有限公司提供），噴頭類型：轉(zhuǎn)盤式離心霧化噴頭（山東衛(wèi)士），噴頭個(gè)數(shù)：4個(gè)；東方紅3WX－280G型自走式高稈作物噴桿噴霧機(jī)（北京豐茂植保機(jī)械有限公司），美國Teejet噴頭體，TP11003VP噴嘴；風(fēng)速儀（北京中西遠(yuǎn)大科技有限公司）；溫濕度儀（深圳市華圖電氣有限公司）；霧滴測試卡（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所）。

1.1.3 試驗(yàn)條件

噴霧時(shí)間：2012年8月11日；

試驗(yàn)地點(diǎn)：河南新鄉(xiāng)七里營中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所新鄉(xiāng)科研中試基地；

環(huán)境溫度：30.5℃；

環(huán)境濕度：51.5%；

空氣流速：1～1.5m／s；

試驗(yàn)對象：玉米；

作物生長期：抽穗期（作物高250cm左右）；

防治對象：玉米螟；

無人 機(jī) 飛 行 速 度：18km／h（5m／s），流 量：1 L／min；

東方紅3WX－280G型自走式高稈作物噴桿噴霧機(jī)行走速度：0.67km／h，流量：3L／min。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 霧滴沉積密度與玉米螟防效的關(guān)系

1.2.1.1 霧滴密度的測定

在進(jìn)行田間小區(qū)試驗(yàn)時(shí)，通過改變飛行高度或噴灑不同劑型的藥劑，使各小區(qū)玉米植株上形成不同的覆蓋密度。噴霧開始前，在每小區(qū)隨機(jī)布放霧滴測試卡；噴霧結(jié)束后，計(jì)數(shù)紙卡上每平方厘米的霧滴數(shù)，即為霧滴覆蓋密度（個(gè)／cm2）［7］。

1.2.1.2 玉米螟防治效果的調(diào)查方法

試驗(yàn)前，室內(nèi)培養(yǎng)玉米螟卵塊。噴霧前，待卵發(fā)育至黑頭期，將卵接在玉米花絲上，每株接一塊，每小區(qū)隨機(jī)接100株并逐株標(biāo)記。待卵孵化后，噴霧。施藥7d后進(jìn)行調(diào)查，記錄百株玉米植株上的玉米螟活蟲數(shù)，用公式（1）計(jì)算防治效果，利用Excel數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

1.2.2 無人機(jī)飛行高度對玉米冠層霧滴沉積分布和玉米螟防效的影響

噴霧開始前，分別在試驗(yàn)處理區(qū)與噴霧帶相垂直的線上，采用霧滴測試卡從噴幅中心線分別向兩邊每行布1株，共15株，每株分別布在玉米第一片葉（上部）、第三片葉（中部）、第五片葉（下部）及雌穗上，用曲別針夾于葉片的正反兩面。試驗(yàn)時(shí)，無人機(jī)飛行速度為5m／s，飛行高度（無人機(jī)距玉米植株頂部的高度）共設(shè)1、2.5、4m3個(gè)處理，藥劑處理及編號詳情見表1的處理1、2、3，設(shè)空白對照，每處理重復(fù)3次，隨機(jī)區(qū)組排列，試驗(yàn)小區(qū)面積1000m2（100m×10m），小區(qū)之間留出10m的保護(hù)區(qū)。待霧滴沉降完畢后取回測試卡，放入自封袋內(nèi)帶回實(shí)驗(yàn)室，用1.2.1.1節(jié)方法檢測霧滴密度。玉米螟防治效果的調(diào)查按照1.2.1.2節(jié)的方法，調(diào)查處理1、2、3及空白對照區(qū)的百株活蟲數(shù)，用公式（1）計(jì)算防效。

1.2.3 農(nóng)藥劑型對無人機(jī)噴灑霧滴沉積分布及玉米螟防治效果的影響

試驗(yàn)時(shí)，無人機(jī)飛行速度為5m／s，飛行高度為2.5m，藥劑處理及編號詳情見表1的處理2、4、5、6，4個(gè)處理的單位面積有效成分用量相同，藥劑劑型及處理方式不同。處理2噴灑藥劑為10%毒死蜱超低容量液劑；處理4為42%毒死蜱乳油，用水稀釋；處理5和處理6為42%毒死蜱乳油，用水＋不同用量的水分蒸發(fā)抑制劑稀釋。噴霧前，按照1.2.2節(jié)的方法布卡，噴霧后，按照1.2.1節(jié)的方法檢測霧滴密度及調(diào)查藥效。

1.2.4 無人機(jī)低容量噴霧與噴桿噴霧機(jī)常量噴霧對玉米螟防效的比較

試驗(yàn)時(shí)，Af－811小型無人機(jī)飛行速度為18km／h（5m／s），飛行高度為2.5m，流量為1L／min；東方紅3WX－280G型自走式高稈作物噴桿噴霧機(jī)行走速度為0.67km／h，流量為3L／min。藥劑處理及編號詳情見表1的處理4、7，處理4為42%毒死蜱乳油，用水稀釋3.2倍，制劑用量為0.1L／667m2，施藥液量為0.42L／667m2；處理7為42%毒死蜱乳油，用水稀釋300倍，制劑用量為0.1L／667m2，施藥液量為30L／667m2。玉米螟防治效果的調(diào)查按照1.2.1.2節(jié)的方法，調(diào)查處理2、7及空白對照區(qū)的百株活蟲數(shù)，用公式（1）計(jì)算防效。

2 結(jié)果與分析

2.1 小型無人機(jī)低空噴霧霧滴在玉米冠層不同部位的沉積分布

由圖1可看出，飛行高度越低時(shí)霧滴在玉米作物上的沉積密度越大，飛行高度為1m時(shí)平均沉積密度最大，第一片葉、第三片葉、第五片葉及雌穗四個(gè)部位的最大平均沉積密度分別為18.3、26.2、22.1、17.5個(gè)／cm2，飛行高度為2.5m 時(shí)沉積密度次之，第一片葉、第三片葉、第五片葉及雌穗四個(gè)部位的最大平均沉積密度分別為16.1、22.7、19.3、15.6個(gè)／cm2，而飛行高度為4m時(shí)沉積密度最小，第一片葉、第三片葉、第五片葉及雌穗四個(gè)部位的最大平均沉積密度分別為14.6、19.1、16.8個(gè)、13.2個(gè)／cm2；同一高度，玉米作物不同部位的霧滴沉積狀況有差異：第三片葉（中部）＞第五片葉（下部）＞第一片葉（上部）＞雌穗；葉片正面和反面的霧滴沉積密度有明顯差異，正面霧滴密度是反面的10倍左右，反面幾乎很少有霧滴，這不利于防治葉片背面的害蟲。

圖1 不同飛行高度下無人機(jī)噴灑毒死蜱UL在玉米冠層的霧滴沉積分布狀況Fig.1 Deposition and distributions of spray droplets inside corn canopy at different flying height of UAV spraying chlorpyrifos UL

2.2 不同飛行高度下，霧滴在玉米冠層的沉積分布及對玉米螟的防效

由圖2可知，單個(gè)小區(qū)飛行單個(gè)航線時(shí)3個(gè)飛行高度中，對玉米螟防效最好的是飛行高度為2.5m時(shí)，達(dá)到80.7%；飛行高度為1m條件下霧滴沉積密度最大，但防治效果卻最差，對玉米螟的平均防效只有74.4%，分析原因是單個(gè)小區(qū)飛行單個(gè)航線時(shí)，飛行高度越低，噴幅越窄，雖然整體的平均霧滴密度較大，但大部分霧滴都集中沉積在小區(qū)中部，而小區(qū)內(nèi)的邊緣區(qū)域霧滴沉積較少或無霧滴，從而影響整個(gè)小區(qū)的平均防效；而飛行高度越高，霧滴在降落過程中越容易隨風(fēng)飄移，雖然噴幅變寬，但霧滴沉積密度變低，防治效果不理想。

2.3 無人機(jī)噴灑不同農(nóng)藥劑型，霧滴在玉米冠層的沉積分布及對玉米螟的防效

由圖3可知，飛行工作參數(shù)一致時(shí)，Af－811小型無人機(jī)噴灑不同劑型的毒死蜱對玉米螟的效果有差異，其中毒死蜱超低容量液劑的霧滴沉積密度最大，雌穗的平均霧滴密度達(dá)到15.6個(gè)／cm2，防效最好達(dá)到了80.7%；毒死蜱乳油加水稀釋的處理霧滴沉積密度最小，其防效也最差，平均防效只有69.1%；毒死蜱乳油加水稀釋后添加助劑的效果比只加水稍好一些，但還是比毒死蜱超低容量液劑的效果稍差。

2.4 無人機(jī)低空超低容量噴霧與地面常量噴霧對玉米螟防效的比較

由表1可知，處理4和處理7所用劑型及藥劑處理方式均相同，采用Af－811型小型無人直升機(jī)噴施時(shí)的防效為69.1%，采用東方紅3WX－280G型自走式高稈作物噴桿噴霧機(jī)噴施時(shí)防效達(dá)到了90.0%，明顯高于無人機(jī)；處理2中，將毒死蜱乳油換成毒死蜱超低容量液劑后，雖仍比自走式高稈作物噴桿噴霧機(jī)稍差，但防效已明顯增加，達(dá)到了80.7%。

表1 不同噴霧方式噴灑不同劑型毒死蜱對玉米螟的防效Table 1 The control effects of different chlorpyrifos formulations on the corn borer using different spray methods

3 結(jié)論與討論

本文初次在玉米作物上應(yīng)用Af－811小型無人機(jī)噴施不同劑型的毒死蜱防治玉米螟，為確定無人機(jī)的工作參數(shù)及探索適用于無人機(jī)施藥的藥劑劑型提供理論指導(dǎo)。試驗(yàn)表明，飛行速度為5m／s，試驗(yàn)設(shè)定的3個(gè)飛行高度中，以離植株頂部高度為2.5m時(shí)的防治效果最好，飛行高度既不能過高也不能過低，過高時(shí)，影響防治效果；過低時(shí)，影響作業(yè)效率。而同一飛行高度，霧滴在玉米植株不同部位的沉積密度，第三片葉（中部）＞第五片葉（下部）＞第一片葉（上部）＞雌穗，并不是我們想象中的第一片葉（上部）最多，分析原因是由于第一片葉與植株莖稈的夾角較小與地面幾乎呈垂直角度，因而導(dǎo)致霧滴不能很好地沉積到葉片上，而雌穗位于作物下部且位于葉片內(nèi)部，因而沉積效果稍差一些。在無人機(jī)施藥過程中，除飛行高度外，施藥所用劑型也是影響霧滴漂移的重要因素。試驗(yàn)表明，飛行工作參數(shù)一致時(shí)，毒死蜱超低容量液劑（UL）對玉米螟的防治效果最好，但國內(nèi)主要的劑型都是水溶性的，若選用超低容量劑作為無人機(jī)施藥的專用劑型就會(huì)限制無人機(jī)施藥目前的發(fā)展，試驗(yàn)證明在毒死蜱乳油中添加一種抑制水分蒸發(fā)的助劑雖防效不如毒死蜱超低容量液劑，但與不添加助劑的處理相比，霧滴沉積密度及防效明顯增大，這說明添加水分蒸發(fā)抑制劑能夠起到減少霧滴漂移的作用，因而研制一種能夠抑制水分蒸發(fā)的制劑是探索適用于無人機(jī)施藥劑型的重要方向。本次試驗(yàn)中，小型無人機(jī)的飛行速度為5m／s，流量為1L／min，施藥液量為0.42L／667m2，處理667m2需要25s，而東方紅3WX－280G型自走式高稈作物噴桿噴霧機(jī)的行走速度為0.67km／h，流量為3L／min，施藥液量為30L／667m2，處理667m2需要10min，兩者相比，小型無人機(jī)更省工、省時(shí)、省水，但從防效上看，無人機(jī)的噴霧技術(shù)還需要進(jìn)一步優(yōu)化。

藥物防治是確保農(nóng)業(yè)穩(wěn)產(chǎn)增收的重要措施。隨著科技的進(jìn)步，人們對施藥機(jī)械和施藥技術(shù)提出了更高的要求，即不僅能有效防治病蟲害，還要盡量節(jié)約資源，降低環(huán)境污染，減少作物農(nóng)藥殘留，保護(hù)操作人員的安全。航空施藥機(jī)械效率高、效果好、立體性強(qiáng)、不損傷作物、勞動(dòng)強(qiáng)度低，是玉米中后期機(jī)械化施藥的理想機(jī)具，更是解決玉米施藥難、保證玉米產(chǎn)業(yè)健康、快速發(fā)展的關(guān)鍵。與固定翼飛機(jī)、有人直升機(jī)、動(dòng)力三角翼及滑翔傘等有人駕駛的飛機(jī)相比，小型無人直升機(jī)更具有優(yōu)勢［8－10］。它不需要跑道，可在田間地頭隨時(shí)起降加油、加藥，減少無效作用時(shí)間、節(jié)約成本；爬升率大，轉(zhuǎn)彎半徑小，可在空中垂直上下飛行、懸停、掉頭，機(jī)動(dòng)靈活，方便在地形復(fù)雜地帶作業(yè)；使用簡便、維護(hù)簡單，自動(dòng)化程度高，作業(yè)機(jī)組人員相對較少，操作者可遠(yuǎn)距離操作，安全、便利、勞動(dòng)強(qiáng)度低。

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