多旋翼無人機施藥防治甘蔗綿蚜的研究

龔恒亮，孫東磊，陳立君，盧穎林，趙歡歡，安玉興

多旋翼無人機施藥防治甘蔗綿蚜的研究

龔恒亮，孫東磊，陳立君，盧穎林，趙歡歡，安玉興*

(廣東省生物工程研究所(廣州甘蔗糖業研究所)，廣東省甘蔗改良與生物煉制重點實驗室，廣州 510316)

本文報道了應用多旋翼無人機噴施農藥防治甘蔗綿蚜CeratovacunalanigeraZehntner大爆發的研究。作者根據甘蔗綿蚜大爆發的特點，應用多旋翼無人機進行飛防試驗；并根據多旋翼無人機施藥特點，自行研究了2種微膠囊殺蟲劑ALV-1501和ALV-1502，以及2種噴霧助劑SPA-01和SPA-02，進行防治蚜蟲試驗。試驗結果顯示：ALV-1501劑量2.25 L/hm2，藥后1 d防治效果為60.02%，藥后5 d為54.14%，ALV-1502劑量2.1 L/hm2，藥后1 d和5 d的防治效果分別為76.35%和81.35%。ALV-1501中分別添加0.6 L/hm2SPA-01和SPA-02，防治效果分別比單用提高1.42-1.47倍和1.16-1.45倍；ALV-1502中分別添加0.6 L/hm2SPA-01和SPA-02，防治效果分別比單用時提高1.23-1.25倍和1.15-1.16倍。3 m/s、5 m/s和8 m/s 3個飛行速度試驗，對綿蚜的防治效果分別為：99.72%-99.97%、81.6%-99.81%和63.52%-68.77%。

多旋翼無人機；甘蔗；綿蚜；藥劑；噴霧助劑

多旋翼無人機航空植保技術是近幾年來發展起來的。它是農業機械化在空中的發展和延伸，用飛機化作業，是現代化大農業應具有的重要特征和標志之一，是農業生產應用中的一項高新技術。多旋翼無人機是由4、6、8、18、24 等旋翼組成的系列飛行器為載體，攜帶藥箱和霧化噴頭進行空中噴灑農藥的新型航空植保機械，是代替人工、地面機械實現高效率施藥的一種設備。多旋翼無人機施藥具有高效、節水、優質、全能、安全和便利等優點(張炳功，2014)。

在國外，農用航空植保最早起源于美國。1918年，美國第一次用飛機噴撒農藥殺滅棉蟲，開創了農業航空的歷史(薛新宇等，2008)。到上世紀50年代，為農業而設計的專用和多用途農業飛機相繼出現。目前，農業航空較發達的國家主要有美國、俄羅斯、澳大利亞、加拿大、巴西、日本、韓國等國家，其中美國、俄羅斯、澳大利亞、加拿大、巴西等國家由于戶耕地面積較大，普遍采用有人駕駛固定翼飛機作業，而日本、韓國等國家屬于戶均耕地面積較小，而普遍采用微小型無人機作業(周志艷等，2014)。在我國，農用航空植保技術是開展最早的飛機作業項目，1951年5月22日，軍委民航局派出一架C-46型飛機在廣州市上空執行了蚊蠅化滅飛行任務，標志著我國農用航空植保事業的誕生(王乃天，1989)。航空噴霧與地面噴霧作業相比有著高效、靈活、快速、突擊性強等特點，在航空植保、航空施肥和衛生防疫等領域顯示了不可替代的作用。如今，我國每年使用飛機噴霧防治農作物病蟲害面積達70多萬hm2，防治草原蟲害面積54-70萬hm2，小麥葉面施肥140多萬hm2(李長江，2009)。但是，應該說，在2010年之前，我國的航空植保還主要停留于森林、草原、大型農場等大面積種植區，對于一家一戶種植模式的廣大農村應用極少。

近幾年，隨著我國經濟的飛速發展和市場化進程的加快，農村勞動力減少和老齡化問題加劇，農業人工成本激增。在農業品價格中，勞動力成本所占比例遠高于國外水平，因此實現農業機械化，以機械手替換人手已成為我國農業生產的重大變革之一。而就當前農作物生產過程病蟲草害防治作業仍以手工、半機械化操作，已很難滿足農業生產的需要。大力發展和推廣農用航空植保技術是解決我國農業勞動力不足的重要手段。多旋翼無人機的發展為我國廣大農戶打開了方便之門。航空植保技術正以其集成度高、裝備先進、防控效果好、防治成本低，以及專業化的統防統治可有效控制病蟲害爆發成災，在現代農業生產中越來越多地得到關注與應用。隨著我國農用航空產業的興起，航空植保將乘勢而躍。在相關制度及配套核心技術不斷完善的情況下，中國農業航空植保必將得到健康、有序和高速發展，有利于實現農業病蟲害統防統治，實現精準作業，極大地提速中國現代農業的進程。農業部專家對中國航空植保技術的需求情況進行的預測表明，中國農業航空產業是一個尚未真正啟動的大產業，未來中國農業航空市場的需求將會有爆發性增長，拉動新增機型投入將達到465億元以上。

甘蔗綿蚜CeratovacunalanigeraZehntner是甘蔗地上部普遍發生的一種重要害蟲。綿蚜1年可發生約20個世代，無翅成蚜聚集于蔗葉中脈兩側，刺吸汁液，致使蔗葉枯黃，并排泄蜜露，誘發煤煙病，降低葉片的光合作用。受害嚴重的甘蔗生長萎縮，導致產量降低，糖分下降。留作種苗發芽率低，留作宿根發株率差。綿蚜的暴發與當年的氣候因素密切相關。當氣候溫暖干燥時，易引起綿蚜大面積暴發，當高溫高濕，雨水多而分布均勻時，蚜群數量低，蚜蟲為害輕(安玉興等，2010)。

2014年秋-2015年春季，由于廣東地區干旱少雨、溫度適中，甘蔗綿蚜在湛江遂溪一種苗基地秋繁甘蔗上呈大面積爆發性危害，若不能及時消除綿蚜的為害，可能危及整片甘蔗種苗，給繁種企業帶來重大損失。作者及時應用航空植保技術，用多旋翼無人機進行噴霧作業，及時撲滅了蚜害。并根據多旋翼無人機施藥特點，對開發的2種無人機專用殺蟲制劑和噴霧助劑進行了試驗研究。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 藥劑

ALV-1501、ALV-1502微膠囊混配制劑以及噴霧助劑SPA-01和SPA-02，由廣州甘蔗糖業研究所研制。ALV-1501和ALV-1502使用劑量分別為2.25 L/hm2和2.1 L/hm2，SPA-01和SPA-02用量均為0.6 L/hm2。

1.1.2 施藥器械

多旋翼無人機(TJ-10)，由重慶金泰航空工業有限公司生產。多旋翼無人機載重量為10 kg/架次，霧化噴頭為懸掛式，懸掛于兩側的藥桿上，每側懸掛3個噴頭，噴幅為6 m。噴頭為德國ST110-01型，孔徑0.01 mm，壓力0.4 MPa，5-10滴/cm2(清水)。多旋翼無人機由地面控制站操控，飛行速度0-10 m/s。

1.1.3 作物

甘蔗：夏秋植，用于繁殖種苗。施藥時甘蔗植株高2.0 m以上。

1.1.4 防治對象

甘蔗綿蚜CeratovacunalanigeraZehntner：試驗地綿蚜處于暴發狀態，田間有蚜株數約占70%以上。蔗株中上部葉片布滿蚜蟲，部分葉片因蚜蟲為害發黃，下部葉片發生煤煙病。甘蔗生長衰弱，葉色暗淡。

1.2 試驗設計

1.2.1 藥劑試驗

采用隨機區組排列法。試驗設ALV-1501、ALV-1501+SPA-01、ALV-1501+SPA-02、ALV-1502、ALV-1502+SPA-01、ALV-1502+SPA-02和CK(空白對照)共7個處理，每處理重復3次，21個小區，每小區面積300 m2，小區間設6 m隔離帶。

1.2.2 飛控速度試驗

采用隨機區組排列法。試驗設3 m/s、5 m/s和8 m/s共3個飛行速度梯次，噴施藥劑分別為ALV-1501+SPA-01和ALV-1502+SPA-01共6個處理，每處理重復3次，18個小區，每小區面積300 m2，小區間設6 m隔離帶。

2.2.3 施藥方法

采用多旋翼無人機噴霧。將藥劑按劑量兌水稀釋后裝入無人機藥箱中，啟動無人機并升至距蔗株上空約1 m高處，啟動噴霧裝置，當噴頭噴出的霧滴均勻一致后開始按預設的飛控速度進行噴霧。

1.2.4 施藥時間及次數

于2015年3月19日噴霧，共噴藥1次。

1.3 調查方法、時間及次數

1.3.1 調查方法

每小區調查20株甘蔗，每株標記一張中等蚜量的中部葉片，統計整張葉片的蚜蟲數。為避免處理間的相互干擾，調查點盡量選在小區中心的位置。

1.3.2 調查時間和次數

藥前調查蟲口基數，藥劑及助劑試驗分別于藥后1 d和5 d調查殘留蟲口數，飛控速度試驗均于藥后5 d調查殘留蟲口數。

1.3.3 藥效計算方法

藥效按(1)、(2)式計算：

(1)

(2)

式中，R：蟲口減退率；c0：藥前蟲口基數，頭；c1：藥后活蟲數，頭；P：防治效果(%)；r1：處理區蟲口減退率(%)；r0：對照區蟲口減退率(%)。

1.3.4 統計分析

所有試驗數據采用SPSS進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 藥劑及添加噴霧助劑對甘蔗綿蚜的防治效果

ALV-1501和ALV-1502兩種藥劑及其分別添加噴霧助劑SPA-01和SPA-02飛防試驗結果見表1和圖1。

試驗數據顯示：通過對6個藥劑處理噴藥后1 d與5 d觀察數據比較，除ALV-1501外，其余5個處理對綿蚜的防治效果均為藥后5 d好于1 d。而在6個試驗處理中，以ALV-1502+SPA-01表現最佳，藥后1 d蟲口減退率達99.57%，防治效果為99.59%，藥后5 d蟲口減退率和防治效果分別為99.98%和99.98%；其次為ALV-1502+SPA-02，藥后1 d蟲口減退率和防治效果分別為87.52%和88.16%，藥后5 d分別為94.38%和94.99%，ALV-1501在6個處理中表現最差，藥后1 d蟲口減退率和防治效果分別僅為58.81%和60.02%，藥后5 d分別為48.51%和45.14%；另外三個處理ALV-1501+SPA-01、ALV-1502和ALV-1501+SPA-02則分別位列第3、第4和第5。

Duncan’s新復極差法對藥后1 d防治效果的統計分析結果顯示，ALV-1502+SPA-01處理與其他5個處理之間在防治效果上存在顯著差異；ALV-1502+SPA-02處理與ALV1501+SPA-01處理之間無顯著差異，但兩者與ALV-1501+SPA-02、ALV-1502和ALV-1501+SPA-02和ALV-1501三個處理之間存在顯著差異；ALV-1501+SPA-02處理和ALV-1502處理之間無顯著差異，但兩者與ALV-1501之間有顯著差異。藥后5 d的統計分析結果顯示，ALV-1502+SPA-01、ALV-1502+SPA-02和ALV1501+SPA-01三個處理之間無顯著差異，但三者與ALV-1502、ALV-1501+SPA-02和均存在差異顯著性；ALV-1502與ALV-1501+SPA-02差異不顯著，但二者與ALV-1501具有顯著差異，見表1和圖1。

2.2 兩種噴霧助劑對藥劑的增效作用試驗

將SPA-01和SPA-02以每hm2用量0.6 L(約4%藥液量)分別添加到ALV-1501和ALV-1502的稀釋液中，噴霧飛行時速為5 m/s。試驗數據分析顯示，噴霧助劑對藥劑的防治效果有明顯的促進作用，但不同助劑其增效作用有所差異。如在ALV-1501加入SPA-01，防治效果由單用時的54.14%-60.02%提高到85.47%-92.88%，增效比值達1.42-1.47，而在ALV-1501中加入SPA-02，防治效果由單用時54.14%-60.02%提高到69.67%-78.72%，增效比值為1.16-1.45；同樣在ALV-1502中加入SPA-01，防治效果由76.35%-81.35%提高到95.95%-99.98%，增效比值為1.23-1.25，加入SPA-02時，防治效果由單用時的76.35%-81.35%提高到88.16%-94.99%，增效比值為1.15-1.16。見表2和圖2。

圖1 不同試驗處理對綿蚜的防治效果Fig.1 Control efficacy of different treatment against Ceratovacuna lanigera Zehntner注： A，微膠囊殺蟲劑ALV-1501；B，微膠囊殺蟲劑ALV-1501+噴霧助劑SPA-01；C，微膠囊殺蟲劑ALV-1501+噴霧助劑SPA-02；D，微膠囊殺蟲劑ALV-1502；E，微膠囊殺蟲劑ALV-1502+噴霧助劑SPA-01；F，微膠囊殺蟲劑ALV-1502+噴霧助劑SPA-02。Note: A, Microcapsule ALV-1501; B, Microcapsule ALV-1501+ Spaying additive SPA-01; C, Microcapsule ALV-1501+ Spaying additive SPA-02; D, Microcapsule ALV-1502; E, Microcapsule ALV-1502+ Spaying additive SPA-01; F, Microcapsule ALV-1502+ Spaying additive SPA-02.

表1 航空專用殺蟲劑及噴霧助劑防治甘蔗綿蚜試驗結果Table 1 Control test result of aeronautical fixed insecticide and spaying additive against Ceratovacuna lanigera Zehntner

注：多旋翼無人機飛行速度為5 m/s。Note: The flying speed of multi-rotor aircraft is 5 m/s.

表2 噴霧助劑對藥劑防治效果的影響Table 2 Effect of spaying additive on insecticide efficacy

圖2 不同助劑(SPA-01、SPA-02)對微膠囊殺蟲劑(ALV-1501、ALV-1502)的增效作用Fig.2 Synergistic effect of spaying additive(SPA-01、SPA-02) on microcapsules (ALV-1501、ALV-1502)

2.3 不同飛行速度對噴施效果的影響

為探索多旋翼無人飛機噴霧時的飛行速度與藥劑防效之間的關系，以研究噴霧時的最佳飛行速度，設計了3 m/s、5 m/s和8 m/s三個梯次的試驗，結果見表3和圖3。

圖3 不同飛行速度對噴施效果的影響Fig.3 Effect of different flying speed on control efficacy注：ALV-1501、ALV-1502：微膠囊殺蟲劑；SPA-01、SPA-02：噴霧助劑。Note: ALV-1501, ALV-1502: Microcapsule; SPA-01, SPA-02: Spaying additive.

從表中數據可以看出，飛行速度與藥劑藥效之間存在一定的負相關，即噴霧時飛行速度愈快，防治效果愈差，且參試的ALV-1501+SPA-01和ALV-1502+ SPA-01兩種藥劑均符合這一趨勢。以3 m/s噴霧時，防治效果可達99.72%-99.97%，5 m/s時防治效果為81.6%-99.81%，8 m/s時，防治效果僅有63.52%-68.77%。統計分析結果顯示，對于ALV-1501+SPA-01，3 m/s的防治效果顯著優于5 m/s和8 m/s的防治效果，5 m/s的防治效果又顯著優于8 m/s的防治效果。對于ALV-1502+SPA-01，3 m/s與5 m/s之間在防治效果上無顯著差異，而與8 m/s存在顯著差異。從上述試驗結果可以認為，無人機噴霧時的飛行速度3 m/s和5 m/s均可選，且以3 m/s的效果更好些，但從無人飛機的工作效果和成本核算考慮，甘蔗綿蚜的防治選擇5 m/s的飛行速度已能達到較理想的防治效果。

表3 多旋翼無人機飛行速度對防治效果的影響Table 3 Effect of flying speed on control efficacy

3 討論與結論

3.1 二種藥劑的防治效果以及2種噴霧助劑對藥劑的增效作用

從本次試驗結果可以看到：ALV-1502對綿蚜的防治效果明顯優于ALV-1501。在ALV-1502藥后1 d和5 d的防治效果分別比ALV-1501藥后1 d和5 d的防治效果提高22.21%和21.33%(見表1和圖1)。噴霧助劑能明顯改善多旋翼無人機的噴霧效果。如在ALV-1501中添加SPA-01時比不添加助劑的噴霧效果提高1.42-1.72倍，添加SPA-02比不添加時的效果提高1.16-1.45倍；同樣在ALV-1502中分別加入SPA-01和SPA-02比不添加時的噴霧效果分別提高1.23-1.25倍和1.15-1.16倍，且從SPA-01的增效效果比SPA-02的效果更好(見表2和圖2)。

因此，根據試驗結果，防治甘蔗綿蚜的藥劑與噴霧助劑的最佳組合為ALV-1502 +SPA-01。

3.2 飛行速度明顯影響飛防效果

在3種不同飛行控制速度中，以3 m/s飛防效果最佳，其次為5 m/s，而8 m/s為最差。從效率與作業成本綜合考慮，本次試驗中，噴霧時的無人機飛行速度以5 m/s為宜。

3.3 噴霧助劑在航空噴霧中的重要性

與傳統的噴霧方式不同，無人機噴霧屬于超低容量噴霧。由于航空植保的超低容量噴霧，農藥用量小，藥劑濃度高，防治效果好，環境污染小等優點，是目前最先進的農藥使用技術(曾強，2015)。航空噴霧用藥液量7.5-15 L/hm2，僅為傳統噴液量的1/60-1/30，噴灑霧滴直徑為80 μm左右，因此，在航空噴灑時，應盡量選用適于超低容量噴灑的農藥劑型和制劑，以提高農藥的利用率(朱傳銀等，2014)。從本試驗結果可以看到，在無人機飛防作業中，選擇藥劑種類固然重要，選用適當的噴霧助劑亦非常重要，可有效提高藥劑的飛防效果，最大限度地減少用藥成本，提高作業效率。由于飛機的飛行速度快，藥液釋放位點距作物冠層較高，受風力、溫度、空氣濕度等因素影響大，其飄移、蒸騰損失較大，造成用藥浪費和對環境的污染。據測定表明，在以水作稀釋劑進行航空噴霧作業時，約占總噴施量60%的藥液在沉降過程中被揮發掉或飄移到作業區域以外的地方，只有約25%的藥液沉積到作物植株上。通過在航空噴液中加入某種助劑的方法，可改變噴液的黏度、表面張力、揮發度等性質，有利于藥液霧化的均勻性和霧滴沉降，減少飄移，改善藥液在作物植株表面的展著性、提高附著率和滲透性(簡捷等，1997)。

3.4 多旋翼無人機植保在甘蔗作物上的發展前景

甘蔗屬于熱帶、亞熱帶高稈作物，植株高大，行間密閉，中后期很難進行農事操作，長期以來，由于缺乏有效的作業機械，一直無法解決甘蔗中后期病蟲害防控問題，給甘蔗生產和蔗農的豐產豐收帶來很大影響。無人機航空植保技術的發展，通過飛行平臺(固定翼、單旋翼、多旋翼)加裝噴灑機構，通過地面遙控、導航、定位等技術，使無人飛機飛臨蔗田上空噴施農藥，能夠很好地解決甘蔗中后期病蟲害防治的問題，且省工省時省力，突擊能力強。甘蔗種植區域又位于丘陵、坡地，地形復雜多變，種植模式多為一家一戶式的，面積小，作業面小，因此，大型直升機亦艱以在蔗區發揮有效作用。由于多旋翼無人機具有可折疊、垂直起降、輕巧、靈活、可懸停、對作業環境和場地要求低、易操控等優點，非常適合甘蔗種植區域的立地環境，因此，多旋翼無人機航空植保的發展和介入，必將改變我國傳統的甘蔗植保作業模式和手段，極大地提升我國甘蔗病蟲害防控水平和效率，該項技術的推廣也才可能從真正意義上實現甘蔗有害生物的統防統治工作。

應用多旋翼無人機實施農藥噴霧是最廣泛和最有效的作業方式，較傳統的背負式或半機械噴霧效果提高50-80倍。但是，由于影響多旋翼無人機噴霧效果的因素很多，如害蟲種類、藥劑種類、劑型、助劑以及無人機種類、作業環境、操控手素質，等等，因此，在無人機噴施作業時，應根據當時當地的作業環境進行多因素試驗，在獲得可信的數據后，制定最優的作業條件，達到事半功倍的效果。

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Application of multi-rotor aircraft as sprayer for chemical control ofCeratovacunalanigeraZehntner

GONG Heng-Liang, SUN Dong-Lei, CHEN Li-Jun, LU Ying-Lin, ZHAO Huan-Huan, AN Yu-Xing*

(Gongdong Provincial Bioengineering Institute (Guangzhou Sugarcane Industry Research Institute), Guangzhou Key Lab of Sugarcane Improvement & Biorefinery, Guangzhou 510316, China)

Application of multi-rotor aircraft as chemical sprayer to controlCeratovacunalanigerawas conducted.2 types of microcapsules, ALV-1501 and ALV-1502, and 2 spaying additives, SPA-01 and SPA-02, were designed according to the specific feature of the aircraft, and control test was conducted for sugarcane wooly aphid.The result showed ALV-1501 with application rate of 2.25 L/hm2would bring efficacy of 60.02% one day after spraying and 54.14% five days after spraying.Efficacy of 76.35% and 81.35% was obtained for ALV-1502 with application rate of 2.1 L/hm2one day or five days after spraying respectively.ALV-1501 added with SPA-01 or SPA-02 at the rate of 0.6 L/hm2would increase efficacy 1.42-1.47 times and 1.16-1.45 times respectively.1.23-1.25 and 1.15-1.16 times in efficacy would be obtained for ALV-1502 adding the same amount of SPA-01 or SPA-02 respectively.The efficacies when running the aircraft at 3 different speed, i.e.3, 5 and 8 m/s, were 99.72%-99.97%, 81.6%-99.81% and 63.52%-68.77% respectively.

Multi-rotor aircraft; sugarcane; wooly aphid; farm chemical; additive

龔恒亮，孫東磊，陳立君，等.多旋翼無人機施藥防治甘蔗綿蚜的研究[J].環境昆蟲學報，2017,39(3):687-693.

中央農業科技成果轉化資金項目(2014GB2E000042)；國家現代農業產業體系專項資金(CARS-20-2-1)

龔恒亮，男，1959年生，高級農藝師，E-mail: ghl59505@163.com

*通訊作者Author for correspondence, E-mail: yanxing888@126.com

Received: 2016-04-06; 接受日期Accepted: 2016-05-27

Q968.1;S433.39

A

1674-0858(2017)03-687-07