植保無人機噴施草銨膦在葉菜田清園滅茬中的效果

郭文磊， 馮 莉， 張泰劼， 田興山

(廣東省農業科學院植物保護研究所/廣東省植物保護新技術重點實驗室，廣東廣州 510640)

廣東省是我國重要的蔬菜生產大省，以葉菜類生產為主，其種植面積和產量均占本省蔬菜總種植面積和產量的50%左右，其生長周期短，復種指數高[1]。廣東省熱帶、亞熱帶的氣候特點為農作物生產提供了豐富的光、熱及水資源，因此在人均耕地面積有限的情況下，該地區的葉菜田通常連作，1年內種植多茬[2]。

葉菜類蔬菜在收獲后，會留下大量殘茬，且高溫高濕的氣候易導致雜草迅速滋生[3]。因此，農民通常噴施滅生性除草劑進行清園滅茬處理，待殘茬和雜草死亡后翻耕，為下茬播種做準備。目前，背負式噴霧器、農用噴霧機等是菜田清園中最常用的噴霧器械，該類器械用水量大，費時費力，且有時進地作業較為困難。近年來，植保無人機行業發展迅速，利用無人機搭載噴霧系統，通過手持控制設備進行遠距離遙控作業，不僅克服了人工噴霧勞動強度大、效率低，地面噴霧機進地困難等問題，還具有噴灑效果好、無人駕駛、地塊適應性強、安全系數高、省水省藥等優點[4]。近年來，隨著草甘膦抗性雜草的蔓延，以及百草枯退出市場，草銨膦用量逐漸上升，成為菜田清園中最為依賴的除草劑。目前，植保無人機在我國仍處于推廣應用階段，主要用于噴灑殺蟲劑或殺菌劑[5-6]，尚未見在規模化菜場噴施草銨膦等滅生性除草劑進行清園處理的報道。因此，本研究在廣東省廣州市花都區一規模化菜場開展試驗，對植保無人機霧滴沉積分布及飄移情況進行研究，并比較植保無人機與常規農用噴霧器噴施草銨膦對葉菜殘茬及主要雜草的防除效果，以期為植保無人機在葉菜田清園滅茬中的應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于廣東省廣州市花都區花山鎮永豐菜場(23.47°N、113.24°E)，該菜場總面積約為 8.6 hm2，長期種植菜心[BrassicarapaL. var.chinensis(L.) Kitam.]、芥藍(BrassicaoleraceaL. var.albifloraKuntze)2種葉菜類蔬菜。試驗地地勢平坦，土壤類型為沙壤土，pH值為 5.0，有機質含量為2.7%。施藥時蔬菜已收獲，除菜心、芥藍殘茬外，還包括酸模葉蓼(PolygonumlapathifoliumL.)、鱧腸(EcliptaprostrataL.)、牛筋草[Eleusineindica(L.) Gaertn]、稗[Echinochloacrusgalli(L.) Beauv.]、碎米莎草(CyperusiriaL.)等雜草，株高在20～80 cm 之間，多處于生長旺盛期。

1.2 施藥器械及藥劑

施藥器械為P20 2018款植保無人機(廣州極飛科技有限公司)，噴頭類型為轉盤式離心噴頭；3WBD-20 型背負式電動噴霧器(廣東省博羅縣東田實業有限公司)，噴頭類型為液力扇形噴頭(型號為TeeJet 11002)。

供試藥劑：200 g/L草銨膦水劑，購自永農生物科學有限公司；農博士低容量施藥專用助劑，購自廣西田園生化股份有限公司。

1.3 試驗設計

本試驗中，無人機飛行速度為3 m/s，飛行高度距植物冠層1.5 m，噴幅為3.0 m。P20 2018款植保無人機藥箱容積為7.5 L，每次飛行作業面積為 3 000～5 000 m2；人工噴霧處理小區面積為200 m2。試驗共設6個處理，具體見表1。每個處理3次重復，不同小區間邊界間隔10 m，隨機區組排列。施藥時間為2018年4月11日，天氣多云，溫度為22～29 ℃，風速為0.0～0.5 m/s，適合進行噴霧作業。

1.4 調查方法

1.4.1 植保無人機霧滴沉積分布調查 P20 2018款植保無人機具有4個旋翼，在旋轉過程中會推動空氣流動導致在植物冠層形成獨特的旋翼下壓風場。本試驗為驗證P20 2018款植保無人機的噴霧效果，按照倒置“W”9點取樣法在試驗小區內設置樣點，每個樣點選取2株植物，分別用回形針將水敏紙(26 mm×76 mm)固定在葉片的正面和背面，飛行完成后取回水敏紙，拍照并利用Image J軟件統計水敏紙上霧滴的分布情況。

1.4.2 植保無人機霧滴飄移情況調查 分別在離無人機飛行邊界垂直距離2.5、5.0、7.5 m處的地面上放置水敏紙，飛行完成后取回水敏紙，拍照并利用Image J軟件統計水敏紙上霧滴的分布情況。

表1 試驗藥劑處理及噴霧相關參數Table 1 Herbicide treatments and the associated spraying parameters

注：處理A、處理B、處理C及處理D中加入體積分數為4%的低容量施藥專用助劑。

1.4.3 雜草防效調查 共調查3次，分別在施藥后3 d(2018年4月14日)、7 d(2018年4月18日)、14 d(2018年4月25日)進行。藥后3 d采用估計值調查法。藥后7、14 d采用絕對數調查法，每個試驗小區均按照倒置“W”9點取樣法隨機調查9個樣點，每個樣點為1.0 m2，調查各處理區內存活雜草株數，藥后14 d在調查雜草株數的同時調查鮮質量防效。參照農藥田間藥效試驗準則(一)[7]中關于除草劑防治非耕地雜草的方法進行試驗，按下列公式進行防效計算：

式中：PT為藥劑處理區殘存活草株數(鮮質量)；CK為空白對照區活草株數(鮮質量)。

1.4.4 統計分析 使用DPS(v7.05版)軟件對數據進行處理，采用鄧肯氏新復極差法對數據進行統計分析，評價不同試驗處理對葉菜田雜草的防除效果。

2 結果與分析

2.1 植保無人機霧滴沉積分布及飄移情況

由表2可知，P20 2018款植保無人機噴霧霧滴不僅可以沉積分布在葉片正面，還可沉積在葉片反面。噴液量對霧滴沉積密度影響較大，而草銨膦用量對霧滴沉積密度無明顯影響。噴液量為15.0 L/hm2時，藥劑處理區霧滴總沉積密度為44.8～46.1個/cm2；噴液量為22.5 L/hm2時，藥劑處理區霧滴總沉積密度為59.7～60.7個/cm2。距離飛行邊界2.5 m處，葉片正反面霧滴總沉積密度為3.0～4.3個/cm2；距離飛行邊界5.0 m處，葉片正反面霧滴總沉積密度為1.0～1.4個/cm2；距離飛行邊界7.5 m處未發現有霧滴沉積。

表2 植保無人機噴霧霧滴在葉片正面和反面的沉積分布情況Table 2 Droplet distribution of the plant protection UAV on front and back of leaves

注：同列數據后不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。下表同。

2.2 雜草防效調查

施藥后3 d對雜草及葉菜殘茬生長情況進行觀察發現，與空白對照區相比，藥劑處理區的鱧腸、酸模葉蓼等闊葉草已明顯失水萎蔫，牛筋草、稗草等禾本科雜草葉片已枯死、莖稈發黃，碎米莎草已褪綠失色，菜心葉片邊緣已褪綠干枯、莖稈略發黃，芥藍葉片已枯死脫落，莖稈仍呈淡綠色。其中，處理C和處理D的雜草及葉菜殘茬受害癥狀較為明顯，草銨膦在同等劑量下，不同噴霧方式及噴液量處理未觀察到明顯差異。

施藥后7 d，藥劑處理區雜草已基本死亡，由表3可知，不同處理對禾本科雜草、闊葉雜草及莎草的株防效均高于90%，對菜心及芥藍殘茬的株防效在75.8%～92.4%之間，略低于對雜草的株防效，這可能與蔬菜殘茬生物量較大有關。當草銨膦有效成分用量相同時，不同噴霧方式及噴液量處理對總草的防除效果未表現出顯著性差異。用P20 2018款植保無人機施藥，當草銨膦用量為 1 500 g a.i./hm2、噴液量為15.0、22.5 L/hm2時，對總草的株防效分別達93.9%、94.3%，但兩者未表現出顯著性差異。

表3 施藥后7 d不同處理對雜草及葉菜殘茬的株防效Table 3 Plant control effect of weeds and leafy vegetable stubbles 7 days after treatment

由表4可知，施藥后14 d，各處理對雜草和葉菜殘茬的株防效均有所提高，說明草銨膦具有較好的持效性。當草銨膦用量為1 500 g a.i./hm2時(處理C和處理D)，利用植保無人機噴霧，對雜草的株防效在96.7%～100.0%之間，對葉菜殘茬的株防效在91.6%～97.8%之間，總體株防效高于97.0%。當草銨膦用量為750 g a.i./hm2時，對雜草和葉菜殘茬也有較好的防除效果，處理A、處理B和處理E的總體株防效分別為94.2%、94.7%、94.3%。施藥后14 d，有些雜草和葉菜殘茬植株雖未死亡，但生長受到抑制，導致生物量偏低，因此不同處理的鮮質量防效較株防效略有提高(表5)。總體來看，同等施藥劑量下不同施藥方式及噴液量處理對雜草和葉菜殘茬的株防效和鮮質量防效均無顯著性差異。

表4 施藥后14 d不同處理對雜草及葉菜殘茬的株防效Table 4 Plant control effect of weeds and leafy vegetable stubbles 14 days after treatment

表5 施藥后14 d不同處理對雜草及葉菜殘茬的鮮質量防效Table 5 Fresh weight control effect of weeds and leafy vegetable stubbles 14 days after treatment

3 結論與討論

本試驗結果表明，當P20 2018款植保無人機飛行速度為3 m/s、高度為1.5 m(距植物冠層)、噴液量為15.0～22.5 L/hm2、草銨膦有效成分用量為750～1 500 g a.i./hm2時，藥劑處理區霧滴總沉積密度可達44.8～60.7個/cm2，在飛行邊界5.0 m處霧滴飄移量極少，上述處理對葉菜田常見雜草及葉菜殘茬具有優良的防效，建議植株較大時使用高劑量處理。同等施藥劑量下，不同施藥方式及噴液量處理對雜草或葉菜殘茬的株防效和鮮質量防效均無顯著性差異，P20 2018款植保無人機可用于葉菜田清園處理。

P20 2018款植保無人機具有4個轉盤式離心噴頭，產生的霧滴直徑為95～135 μm[8]，且噴頭均位于螺旋槳電機正下方中心位置，旋翼風場穩定，不存在擾流現象，能夠讓藥液穿透作物冠層到達植株莖基部，從而使藥液在整個植株生長空間內均勻分布，有利于更好地發揮藥效。施藥過程中應注意無人機與植物冠層之間的距離，根據植株高度合理調整飛行高度，避免因飛行高度過低導致相鄰噴頭總噴幅變窄，從而產生漏噴現象。旋翼風場的存在增強了霧滴的穿透性，使其分布更為均勻，有助于減少藥液飄移。實際應用中，若施藥區域周圍有其他尚未收獲的蔬菜，為避免霧滴飄移可能造成的對蔬菜品質的影響，建議在施藥時留出5.0 m以上的空間，或對相鄰蔬菜進行臨時遮擋。

截至2016年，我國植保無人機保有量為4 890架，2017年保有量已達8 393架[9]。然而，目前我國航空植保作業面積僅占耕地總面積的1.65%，不僅遠低于美國、日本等發達國家，與世界平均水平也有較大的差距[9-10]。目前，利用植保無人機進行噴霧在我國仍處于經驗積累階段，植保無人機噴施滅生性除草劑進行菜田清園處理鮮有報道。安徽太和縣植保植檢站利用轉盤式離心噴頭無人機對4 hm2小麥田進行除草作業，施藥后40 d對闊葉雜草的株防效仍達85.2%以上，小麥生長后期株防效和鮮質量防效均達100.0%，防治效果顯著[8]。朱德慧利用高壓霧化噴頭無人機在麥田開展化學除草示范試驗，結果表明，應用植保無人機在小麥田進行化學除草是可行的，選擇安全性高的除草劑，不僅可以保證除草效果，還對小麥生長安全，具有顯著的增產效果[11]。

植保無人機因采用液力噴頭或轉盤式離心噴頭，可實現超低量噴霧，具有顯著的節水效果。目前，植保無人機噴液量一般在7.5～15.0 L/hm2之間，用水量僅為傳統人工噴霧設備的1/60～1/30[12]。然而實際應用中，植保無人機噴液量須根據具體藥劑而定，并非越低越好。蘭波等評價了植保無人機超低容量噴霧對水稻紋枯病的防治效果，結果表明，防治效果與噴液量呈正相關關系[13]。李運超研究表明，利用植保無人機噴施5%精喹禾靈乳油(噴液量為9.0～12.0 L/hm2)可有效防除大豆田1年生禾本科雜草，防除效果與背負式電動噴霧器(噴液量為450 L/hm2)相當[14]。

總體來看，植保無人機具有傳統施藥機械無可比擬的多種優勢，在農村勞動力減少、耕地逐漸規模化經營的新形勢下，具有廣闊的發展空間，將助力實現精準、智能、高效的農事操作。但目前植保無人機行業還存在很多的問題和不足，如超低量噴霧專用的農藥制劑及無人機植保服務專業人才仍十分缺乏，無人機電池續航能力有待提高，植保無人機國家及行業標準有待制定等[15-16]。另外，相對于噴施殺蟲劑和殺菌劑，利用無人機噴施除草劑具有一定的特殊性，尤其是噴施滅生性除草劑時須特別注意可能對周圍作物帶來的飄移藥害。例如，2016年湖南益陽某農戶利用植保無人機噴施草甘膦、2甲4氯鈉、高效氟吡甲禾靈等除草劑，結果周邊其他農戶所種植的蓮藕、水稻等作物均遭受了不同程度的藥害[17]。因此，利用植保無人機進行除草劑噴霧作業，不僅應提高無人機的定位精度，做到不重噴、不漏噴，還應選擇同一作物連片種植的區域，盡量在無風天氣施藥，減少霧滴飄移可能產生的藥害，未來須針對不同地區、不同作物、不同防治對象開展更多的田間試驗，總結經驗，完善管理辦法，以促進植保無人機低劑量噴霧技術在雜草防治中的應用。