不同施藥機具在小麥生長中后期噴霧效果比較

陳 曉，龔 艷，張 曉，王 果，陳 偉，劉德江

(農業部南京農業機械化研究所，江蘇南京 210014)

我國是農業大國，植物保護是農業生產中必不可少的一項活動，其中噴灑化學農藥是進行病蟲草害防治最為經濟、快速的手段[1]。但由于目前施藥方法的局限性，大部分農藥并沒有發揮作用。據農業部數據統計，2015年我國水稻、玉米、小麥3大糧食作物農藥利用率為36.6%，比2013年提高1.6百分點。雖然農藥利用率有提高，但與歐美發達國家相比，我國的農藥利用率仍然偏低，既浪費了大量的人力物力，又由于大部分的農藥流失到土壤、地下水中，造成環境污染，破壞生態平衡[2]。因此，選擇適應作物種植模式、種植階段的植保機械至關重要。

我國是世界上小麥產量最高、消費量最大的國家。其中，小麥的種植面積占我國糧食作物總面積的22%左右，在我國糧食安全戰略中處于非常重要的地位[3-5]。在不同的小麥生長階段所對應的病蟲害不同，但由于農民本身植保機具品種單一，不能滿足麥田中不同時期，不同病蟲害的防治的要求，導致作業效率降低，不能適應不同地區的要求[6]。在小麥生長的中后期，即孕穗至揚花期以及灌漿期，都是多種病蟲害的高峰期。目前在小麥病蟲害防治中主要用到的植保機械主要有背負式手動噴霧器、背負式電動噴霧器、背負式噴霧噴粉機、自走式噴桿噴霧機、單旋翼無人航空施藥裝備、多旋翼無人航空施藥裝備等[7]，但適用于小麥中后期病蟲害防治的植保機具須要進一步進行試驗研究。因此，針對目前在小麥病蟲害防治中應用較多的植保機械進行田間試驗，通過對比不用機具在小麥不同部位的霧滴分布規律以及藥液沉積量，篩選出適用于小麥生長中后期病蟲害防治的施藥技術與裝備，并為進一步研究適用于小麥等矮稈旱地作物生長中后期病蟲害防治的施藥技術裝備提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗基地位于陜西省三原縣新型施藥機械推廣項目示范區以及河南省蘭考縣。試驗時小麥株高為50～60 cm。

施藥機具主要有自走式旱田作物噴桿噴霧機3WX-400G型、單旋翼無人航空施藥裝備3WQF80-10型、多旋翼無人航空施藥裝備3WTXC8-5型、自走式水旱兩用噴桿噴霧機3WSH-1000型、自走式噴桿噴霧機3WX-1200G、手動噴霧機3WBS-16A、背負式噴霧噴粉機3W-18。

主要儀器有V5100可見光分光光度計(上海元析儀器有限公司)、DT321S空氣溫濕度計、KA31風速儀、電子秤、皮尺、移液器、φ110 mm圓盤濾紙、76 mm×76 mm便簽紙。

噴霧試劑主要有5%誘惑紅(浙江吉高德色素科技有限公司)水溶液。

1.2 試驗設計

根據不同試驗機具的噴幅，在噴幅范圍內每隔1 m或 2 m 選定1株小麥作為采樣點。在每個采樣點上分4層布樣(紙卡布樣為3層，濾紙布樣的第4層在地面，主要是為了通過測定地面的沉積量來確定地面流失)，分別為小麥穗部、小麥旗葉、小麥倒二葉、地面。在布樣時應保證各層紙卡、濾紙之間不存在遮擋或干涉。在機具前進方向上間隔5 m選取1行小麥，共選取3行，按照相同的方式進行布樣，作為試驗的3次重復。具體布樣方案見圖1。第1組重復的布樣點在距離機具起始位置25～30 m處，以保證機具在到達采樣點時工況穩定。試驗結束，待采樣點上的紙卡與濾紙干燥后，進行收集并用自封袋密封。

對采集到的霧滴樣本進行分析處理。(1)藥液沉積率測定。將濾紙放入培養皿中，加入20 mL清水浸泡3～4 h，確保濾紙上的誘惑紅充分溶解于水中，用移液器吸取濾紙洗滌液注入玻璃比色皿中，放入分光光度計中測定溶液的吸光度，根據在分光光度計上配置的誘惑紅標準曲線換算出試驗靶標上誘惑紅示蹤劑的沉積量，將沉積量數據導入Excel軟件，對機具噴福范圍內的霧滴沉積情況進行分析；(2)對霧滴覆蓋率進行測定。用相機拍攝試驗過程中靶標物上的紙卡，將其導入霧滴圖像分析軟件中進行分析計算，得到在每個采樣點上紙卡的覆蓋率，將數據結果導入Excel軟件，對機具噴幅范圍內的霧滴覆蓋狀況進行分析。

2 結果與分析

2.1 不同施藥機具霧滴覆蓋率比較

2.1.1 霧滴覆蓋率 農藥的霧滴粒徑大小、覆蓋密度以及覆蓋的均勻性都會對藥效發揮有顯著影響[8]。通過拍攝采樣點上的紙卡，對紙卡進行分析所測定霧滴的覆蓋率可以確定噴霧效果的均勻性。采樣點上的紙卡情況如圖2所示。

圖3為各個施藥機具在其噴幅范圍內的霧滴覆蓋率變化曲線。其中，對單旋翼、多旋翼的無人機施藥裝備進行有助劑與無助劑的覆蓋率比較。

2.1.2 霧滴覆蓋率結果分析 由圖3可知，各個試驗機具在小麥植株上的藥液沉積量均呈自上而下遞減的趨勢。由表1可看出，3WSH-1000型在下層、中層的變異系數較小，分別為0.25、0.29，因此其作業效果在小麥下部以及中部較好，但其在上層的覆蓋率為 19.51% 比3WX-1200G的35.13%與3WX-400G的 42.19% 都少；而3WX-400G在上層的變異系數最小，為 0.21，所以其在上層的作業效果較好。

由表2可知，無人機施藥機具的平均覆蓋率與自走式噴桿噴霧機相比，無人機施藥機具的覆蓋率偏低，變異系數較大。3WSH-1000自走式噴桿噴霧機在上層覆蓋率最低，為19.51%，變異系數為0.43；而單旋翼無人機在有助劑的在上層作業效果最好，其覆蓋率為7.689%，變異系數為0.744。綜合考慮，自走式噴桿噴霧機的霧滴覆蓋率較無人機好一些。但是在有助劑的情況下，多旋翼與單旋翼無人機的覆蓋率都有所改善。手動噴霧機覆蓋率的平均值為22.45%，變異系數為 0.50。背負式噴霧噴粉機覆蓋率平均值為1.55%，變異系數為0.84。綜合比較上述幾種施藥機具，在小麥生長的中后期采用自走式噴桿噴霧機與無人機航空施藥裝備的防治效果優于手動噴霧器與背負式噴霧噴粉機。

2.2 不同施藥機具沉積量比較

2.1.1 霧滴沉積量 在對霧滴沉積量進行試驗時，在1株樣本上分別布4層濾紙，與紙卡相比，多了地面1層，主要是為了測定施藥機具在噴灑農藥的過程中流失到地面上的藥液量。由于布樣的差異，所以在對數據處理時，對自走式噴桿噴霧機采用了折線圖形式，無人機采用了柱狀圖形式。

2.2.2 霧滴沉積量結果分析 結合圖4，由表3可以看出，各個試驗機具(除單旋翼加助劑外)在小麥植株上的藥液沉積量均呈自上而下遞減的趨勢。3WSH-1000的平均沉積量由上部的204.74 ng/cm2降為102.40 ng/cm2； 3WX-1200G的平均沉積量由上部的425.50 ng/cm2降為113.70 ng/cm2；3WX-400G的平均沉積量由上部的875.70 ng/cm2降為 93.60 ng/cm2。在3種噴桿噴霧機中3WX-1200G的噴霧均勻性較好，在小麥植株上的沉積優于其他2個噴桿噴霧機，可能是因為3WX-1200G的霧滴較細，更容易在葉片沉積。

表1 不同自走式噴桿噴霧機施藥機具平均覆蓋率

由表4可以看出，各個試驗機具在小麥植株上的藥液沉積量均呈自上而下遞減的趨勢。與自走式噴桿噴霧機相比，無人機施藥機具在小麥植株上的藥液沉積量優勢明顯，尤其在植株的上部，無論有無助劑在小麥植株的上部，無人機的沉積量均>1 000 ng/cm2。在無人機施藥裝備作業時，添加助劑能明顯增加藥液在小麥中下部的沉積量，如多旋翼飛機的底部沉積量由372.1 ng/cm2增加為451.9 ng/cm2；單旋翼底部的沉積量由63.3 ng/cm2增加到473.6 ng/cm2。但無人機施藥機具的變異系數整體偏大，所以在對小麥病蟲害的防治效果上可能并不理想。

表2 不同無人機施藥機具平均覆蓋率

表3 不同自走式施藥機具平均沉積量

由圖5可以看出，除手動噴霧機以及電動噴霧機以外，其他機型(除單旋翼外)在小麥植株上的沉積分布呈明顯的自上而下減少的趨勢。其原因為手動噴霧機與電動噴霧機中有人為因素的影響，其施藥過程本身為上下噴施。綜合比較發現，彌霧機在小麥生長中后期的防治效果最差，可能是由于霧滴的粒徑太細，導致藥液流失；自走式噴桿噴霧機在小麥植株中下層的沉積量變化比較平穩，變異系數小于無人機，其原因可能是無人機作業時產生的旋翼氣流對霧滴的沉降產生了部分干擾[9-10]。由表5(蘭考縣植保站提供的防效數據)可以看出，自走式噴桿噴霧機的防治效果最佳，在施藥后7 d，防效可達95%及其以上，其中3WX-1200G的防效最佳，在施藥后 7 d 防效可達到99%；手動噴霧機的防效最差，施藥后7 d僅為77%；無人機的防效在施藥后7 d達到82%。分析其原因可能是由于無人機的變異系數較大，其穿透性相對于噴桿噴霧機較弱，對于防止中下部的病蟲害不利。

表4 不同無人機施藥機具平均沉積量

表5 不同施藥機具防治效果對比

3 結論

通過對比試驗機具發現，自走式噴桿噴霧機與無人機施藥裝備在小麥生長中后期的防治效果明顯優于手動噴霧機、背負式噴霧噴粉機、背負式電動噴霧機等小型施藥機具。各個機具的變異系數由大到小依次為背負式噴霧噴粉機、手動噴霧機、無人機施藥裝備、自走式噴桿噴霧機。各個試驗機具在小麥植株上的霧滴覆蓋率以及霧滴沉積量均是呈自上而下遞減的趨勢，其中背負式噴霧噴粉機的霧滴覆蓋率最低(平均值為1.55%)。3WX-1200G自走式噴桿噴霧機采用了變量技術，其噴霧量可以根據機具的行走速度進行調節，實現了定量噴霧，但與3WSH-1000、3WX-400G相比，其霧滴的覆蓋率與沉積量并沒有明顯的變化，所以變量作業時對小麥植株的藥液沉積分布并無明顯影響。無人機施藥裝備作業時，添加助劑可以改善霧滴在小麥中下部的覆蓋率以及沉積分布，減少霧滴的飄移，在小麥生長中后期有利于病蟲害的防治。但無人機施藥裝備的變異系數較大，所以對小麥病蟲害的防治效果有待進一步研究。

通過試驗比較，在小麥生長中后期自走式噴桿噴霧機在小麥植株的中下層霧滴覆蓋率與沉積量變化平穩，均勻性較好，變異系數小，適合作業。但不同的自走式噴桿噴霧機對小麥的種植規格有要求，因此在種植小麥時應與施藥機具相對應。