植保無人機噴施對玉米田土壤處理除草劑的減量效應(yīng)

岳德成 姜延軍 李青梅 柳建偉 史廣亮 韓菊紅 牛樹君 賈春虹

摘要在隴東旱塬條件下，以40%乙·莠SE為指示除草劑，測定了植保無人機噴施對玉米田土壤處理除草劑的減量效應(yīng)。結(jié)果表明：通過植保無人機噴施，40%乙·莠SE的控草效果隨施藥量的減少呈逐漸降低的趨勢，玉米果穗有效長度、果穗粗、穗粒數(shù)、百粒重、產(chǎn)量及純收益均隨施藥量的減少呈先增后降的態(tài)勢，當施用量降至2400mL/hm²，即較推薦用量（4500mL/hm²）減少用藥46.67%時，對藜、狗尾草和總草的株防效仍分別高達93.31%、65.51%和86.40%，鮮重防效分別高達99.12%、78.61%和93.44%;對玉米穗部性狀、產(chǎn)量及純收益的影響程度亦降至較低或最低，其產(chǎn)量較人工除草和背負式噴霧器以藥劑常用量噴施分別減產(chǎn)0.17%和增產(chǎn)5.61%，其純收益較人工除草和背負式噴霧器以藥劑常用量噴施分別增加652.08元/hnl2和1076.85元/hm²。可見，植保無人機噴施對玉米田土壤處理除草劑的減量效應(yīng)顯著，具有大面積推廣應(yīng)用的價值。

關(guān)鍵詞玉米田;植保無人機;土壤處理除草劑;減量效應(yīng)

中圖分類號：S451.22，S251文獻標識碼：B DOI：10.16688/j.zwbh.2018167

玉米是我國主要的糧食與飼料作物，穩(wěn)定其種植規(guī)模、提高單產(chǎn)對于確保國家糧食安全、推動畜牧產(chǎn)業(yè)發(fā)展和增加農(nóng)民收入都具有十分重要的意義。雜草的發(fā)生與危害對玉米產(chǎn)量及其種植效益有十分明顯的影響。化學(xué)防除依然是大面積控制玉米田草害最主要的手段，但現(xiàn)有的除草劑噴施器械較為落后。傳統(tǒng)的人工背負式噴藥和行走式機械噴霧仍占主導(dǎo)地位，分別占到化防總面積的60%以上和38%。這兩種施藥方式均存在用藥量大、藥劑利用率低、施藥質(zhì)量差、工作效率低下、施藥者接觸農(nóng)藥幾率大等問題，由此帶來的環(huán)境污染、作物藥害、施藥者健康受威脅和勞動強度大等已備受社會關(guān)注。研發(fā)、引進和推廣經(jīng)濟、安全、高效的雜草化學(xué)防除技術(shù)及其裝備是玉米產(chǎn)業(yè)發(fā)展中亟待解決的問題。植保無人機是目前最為先進的農(nóng)業(yè)航空施藥器械，具有噴灑效果好、噴霧效率高、適用性好、安全系數(shù)高（人藥、人機分離）、作物損傷小以及顯著減少農(nóng)藥施用量等優(yōu)點，美國、日本等為代表的發(fā)達國家早有廣泛應(yīng)用并已具備完善的航空施藥作業(yè)規(guī)范、農(nóng)業(yè)航空組織體系和齊全的施藥配套部件，其作業(yè)面積已占到作物種植面積的50%以上，幾乎涉及所有作物種類，其中美國以固定翼飛機為主，旋翼飛機直升機為輔，日本則以微、小型的植保無人機為主。近年來，國內(nèi)的航空植保產(chǎn)業(yè)也呈迅猛發(fā)展態(tài)勢，自從國內(nèi)第一架植保無人機于2010年誕生以來，在黑龍江、內(nèi)蒙古、新疆、河南等糧食作物主產(chǎn)區(qū)已被大面積應(yīng)用于小麥、玉米、果樹等糧經(jīng)作物田的農(nóng)藥噴施。全國性的無人機植保展示也層出不窮。相關(guān)行政主管部門陸續(xù)出臺配套的扶持和引導(dǎo)性政策，科研推廣機構(gòu)紛紛加入其研發(fā)、應(yīng)用和推廣之中，一些專門的植保服務(wù)機構(gòu)也相繼成立。隨著人力成本的不斷提高、農(nóng)村勞動力的顯著減少和人們對良好生態(tài)環(huán)境需求的不斷提高，國內(nèi)對高科技的農(nóng)用植保無人機的需求日益迫切。植保無人機必將成為我國農(nóng)藥精準、減量施用的重要途徑。

但植保無人機在我國的研究和應(yīng)用才剛剛起步，其本身的機械性能、作業(yè)參數(shù)和配套的藥劑及其劑型等還有待深化研究，植保作業(yè)面積也不足3%。現(xiàn)有研究多側(cè)重于航空噴施作業(yè)參數(shù)對霧滴沉積分布特性的影響等方面，而且所涉及的作物、有害生物及藥劑種類還很狹窄，有關(guān)其對玉米田除草劑特別是土壤處理除草劑減量效應(yīng)的研究幾乎為空白。為此，筆者以40%乙·莠SE為玉米田土壤處理除草劑的代表性品種，于2017年度試驗測定了植保無人機在不同施藥劑量下的噴施效果，以期為玉米田土壤處理除草劑減量施用提供有效途徑。

1材料與方法

1.1試驗區(qū)概況

試驗于2017年布設(shè)在平?jīng)鍪修r(nóng)業(yè)科學(xué)院高平試驗站（35°17'26.63"N，107°29'43.83"E），該站所在地海拔1360m，年降水量511.2mm，年蒸發(fā)量1466.55mm。秋季多雨，冬季干燥，春季至初夏少雨多風(fēng)。“十年九旱”是該地區(qū)典型的氣候特點。試驗地地塊平整，地力均勻，黃土層厚度80～100m，田問持水率21.3%，pH 8.1，有機質(zhì)6.65g/kg，土壤質(zhì)地中壤土，土粒中黏粒占33.65%，前茬高梁;田內(nèi)雜草分布均勻，其主要種類有藜Chenopodiumalbum L_、狗尾草Setaria viridis（L.）Beauv.、反枝莧Amaranthus retro flexus L、鐵莧菜Acalyphaaustralis L、打碗花Calystegia hederacea Wall.exRoxb.、水棘針Amethystea caerulea L.等，以藜和狗尾草占絕對優(yōu)勢。

1.2試驗材料

參試除草劑為40%乙·莠懸乳劑（SE），由河北宣化農(nóng)藥有限責(zé)任公司生產(chǎn);植保無人機型號為大疆MG-1，搭載4個噴頭，噴頭型號XR11001，霧化粒徑130～250um，由甘肅天翼航空科技有限責(zé)任公司提供;背負式靜電噴霧器型號為3WJD-18，工作壓力0.15～0.4MPa，由山東衛(wèi)士植保機械有限公司生產(chǎn);玉米品種為‘先玉335，由美國先鋒良種國際有限公司育成。

1.3試驗設(shè)計

試驗設(shè)置6個噴施除草劑處理，另設(shè)空白對照和人工除草處理，詳見表1。處理隨機排列，重復(fù)3次，小區(qū)面積204m²（6mX 34m）。

4月下旬（4月21日），依次整地、施肥（尿素300kg/hm²、磷酸二銨225kg/hm²）、旋地和劃分小區(qū)，各小區(qū)問預(yù)留3m的隔離帶;隨后，采用點播器等行距點播玉米，行距50cm，穴距34cm，每穴播2粒，玉米4葉1心期（5月18日），每穴選留1株健壯植株。播后翌日，按設(shè)計的除草劑施用劑量和噴霧器械種類將除草劑均勻噴施到相應(yīng)小區(qū)的土壤表面，植保無人機沿小區(qū)長邊所指方向飛行，飛行高度60cm，飛行速度3.4m/s，噴幅3m，噴霧量為30kg/hm²;背負式噴霧器噴霧量為450kg/hm²。施藥當日晴天，最高氣溫26.2℃，相對濕度62%，風(fēng)力小于3級。人工除草處理區(qū)采取人工方法及時拔除雜草，使之在玉米全生育期始終處于無雜草危害狀態(tài);空白對照區(qū)的雜草任其自然生長。其他管理同大田。

1.4測定項目與方法

1.4.1除草效果調(diào)查

玉米大喇叭口期（6月15日），每小區(qū)斜對角線3點取樣，樣點面積0.25m²，同一小區(qū)3樣點的所有雜草拔出后混合裝入同一個塑料袋，室內(nèi)分別記載藜、狗尾草及其他雜草的株數(shù)并分別稱取其鮮重。

株防效=[（空白對照區(qū)雜草株數(shù)一除草劑處理區(qū)雜草株數(shù)）/空白對照區(qū)雜草株數(shù)]×100%;

鮮重防效=[（空白對照區(qū)雜草鮮重-除草劑處理區(qū)雜草鮮重）/空白對照區(qū)雜草鮮重]×100%。

1.4.2玉米產(chǎn)量及其性狀測定

玉米成熟后，每小區(qū)在其中間2行選取3點，每點隨機收獲10株玉米，共收獲30株，收獲面積5.1m²，其果穗裝入同一網(wǎng)袋并掛牌標記。曬場內(nèi)曬干后，每小區(qū)隨機選取20個果穗，測定果穗粗、果穗有效長度（果穗實際結(jié)實部分的長度）和穗粒數(shù);之后，按小區(qū)脫粒計產(chǎn)，每小區(qū)隨機選取500粒玉米籽粒稱重。

1.5數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

利用Excel 2007和DPS 7.05統(tǒng)計軟件分析處理數(shù)據(jù)，用Duncans氏新復(fù)極差法比較處理問差異顯著性。

2結(jié)果與分析

2.1對雜草的防除效果

由表2看出，采用植保無人機噴施時，40%乙·莠SE以3300mL/hm²用藥量對藜、狗尾草及總草的株防效和鮮重防效以及2850mL/hm²用量對藜和總草的株防效和鮮重防效均在90%以上，或極顯著高于背負式噴霧器以3300mL/hm²噴施（P<0.01），或與之相當（P>0.05，下同）;2400mL/hm²用藥量的控草效果較為理想，對藜的株防效與背負式噴霧器以3300mL/hm²噴施無顯著差異，對總草的鮮重防效極顯著高于背負式噴霧器以3300mL/hm²噴施，對藜的鮮重防效、對狗尾草的株防效和鮮重防效及對總草的株防效雖極顯著低于背負式噴霧器以3300mL/hm²噴施，但仍分別達到99.12%、65.5l%、78.61%和86.40%;1950mL/hm²用藥量的控草作用較差，對藜、狗尾草的株防效和鮮重防效及對總草的株防效極顯著低于背負式噴霧器以3300mL/hm²用藥量噴施，僅對總草的鮮重防效極顯著高于背負式噴霧器以3300mL/hm²噴施;1500mL/hm²用藥量對藜、狗尾草和總草的株防效僅分別為39.52%、15.41%和38.87%，鮮重防效僅分別為54.92%、27.79%和42.33%，均極顯著低于背負式噴霧器以3300mL/hm²用藥量噴施。可見，土壤處理除草劑40%乙·莠SE采用植保無人機噴施，其施用量在2400mL/hm²及以上時有較好的控草效果。

2.2玉米穗部性狀表現(xiàn)

由表3看出，40%乙·莠SE采用植保無人機噴施，玉米果穗有效長度、果穗直徑、穗粒數(shù)和百粒重均隨藥劑施用量的減少呈“先增后降”的態(tài)勢。其中果穗有效長度以3300、2850和2400mL/hm²用藥量下的較大，極顯著大于1950和1500mL/hm²用藥量，但與人工除草及背負式噴霧器以3300mL/hm²用藥量噴施無顯著差異;果穗直徑以3300、2850、2400和1950mL/hm²用藥量下的稍大且相互問無顯著差異，與人工除草及背負式噴霧器以3300mL/hm²用藥量噴施相比較亦無顯著差異;穗粒數(shù)和百粒重以2400mL/hm²用藥量下的顯著或極顯著高于其他用藥量，也顯著或圾顯著高于背負式噴霧器以3300mL/hm²用藥量噴施，但與人工除草處理無顯著差異。可見，40%乙·莠SE采用植保無人機噴施，玉米穗部性狀以2400mL/hm²施藥量的較為優(yōu)異。

2.3玉米產(chǎn)量及收益表現(xiàn)

收益核算中玉米價格為1.70元/kg成本核算中，40%乙·莠SE價格為28.57元/L，植保無人機和背負式噴霧器噴藥人工費分別為150.00和300.00元/hm²，人工除草費900.00元/hm²，玉米種子、化肥、旋耕地、播種、追肥培土、收獲至入庫等生產(chǎn)性投入各處理均相等，依次為900.00、l 230.00、1500、375.00、675.00和1950.00元/hm²。具體核算結(jié)果詳見表4。

由表4可知，40%乙·莠SE采用植保無人機噴施，3300mL/hm²施藥量下的玉米產(chǎn)量與背負式噴霧器相同用藥量噴施無顯著差異，但極顯著低于人工除草，其純收益與背負式噴霧器噴施相當，但明顯低于人工除草;2850和2400mL/hm²施藥量下的玉米產(chǎn)量極顯著高于背負式噴霧器以3300mL/hm²用藥量噴施，與人工除草無顯著差異，其純收益明顯高于背負式噴霧器以3300mL/hm²用藥量噴施及人工除草，2400mL/hm²施藥量下的產(chǎn)量和純收益最高;1950和1500mL/hm²施藥量下的玉米產(chǎn)量極顯著低于背負式噴霧器以3300mL/hm²用藥量噴施及人工除草，其純收益明顯低于背負式噴霧器以3300mL/hm²用藥量噴施及人工除草。

可見，40%乙·莠SE采用植保無人機噴施，玉米的產(chǎn)量和純收益均隨藥劑施用量的減少呈先增后降的態(tài)勢，以2400mL/hm²施藥量下的最高，其產(chǎn)量較人工除草和背負式噴霧器以3300mL/hm²施藥量噴施分別減產(chǎn)0.17%和增產(chǎn)5.61%，其純收益較人工除草和背負式噴霧器以3300mL/hm²劑量噴施分別增加652.08元/hm²和1076.85元/hm²。

3討論

土壤處理除草劑是廣泛應(yīng)用于玉米田的一類重要除草劑，噴灑時霧滴的大小、分布均勻性、沉降密度等對其作用效應(yīng)有明顯影響。研發(fā)、引進和推廣先進的噴霧器械是提高噴霧質(zhì)量最有效的途徑。植保無人機田問作業(yè)時，其旋翼向下產(chǎn)生巨大氣流，將藥液下壓至靶標對象（土壤表面或植物表面），其霧滴細勻、穿透力強、飄移量小、沉降均勻、沉降密度大，加之作業(yè)全程由GPS導(dǎo)航并自動規(guī)劃航線，減少或避免漏噴、重噴現(xiàn)象，從而可大幅度提高藥劑的利用率和防治效果，減少藥害發(fā)生幾率，降低施藥劑量，是目前最為先進的農(nóng)藥噴灑器械。近年來，植保無人機也開始應(yīng)用于玉米田農(nóng)藥噴施，并被證明是切實可行的，但有關(guān)其在玉米田除草劑噴施方面的研究缺乏報道。本研究旨在揭示植保無人機在玉米田土壤處理除草劑噴施中的應(yīng)用價值，其結(jié)果表明：利用植保無人機噴施土壤處理除草劑能夠充分發(fā)揮除草劑的控草效應(yīng)，并可顯著降低除草劑的施用量。參試除草劑40%乙·莠SE噴施后，其控草效果隨施藥量的減少呈逐漸降低的態(tài)勢，玉米果穗的有效長度、果穗粗、穗粒數(shù)、百粒重、產(chǎn)量及純收益均隨藥劑施用量的減少呈先增后降的態(tài)勢，施藥量降至2400mL/hm²時的效果最好，對雜草仍有較好的控制效果，對玉米穗部性狀的影響降至較小或最小，并可取得較高的產(chǎn)量和純收益，繼續(xù)降低施藥量則引起控草效果明顯下降、玉米穗部性狀明顯變劣、玉米產(chǎn)量及收益顯著降低。分析其原因，主要是因為除草劑作用下的玉米生長發(fā)育狀況不但受除草劑本身的影響，還與存活下來的雜草的持續(xù)危害有關(guān)，當除草劑施用量較大時，雖對雜草有理想的控制作用，明顯減輕甚至避免了雜草的危害，但也加重了除草劑對玉米生長發(fā)育的影響;當除草劑施用量適宜時，不但可起到有效控制雜草危害的作用，還可降低除草劑的藥害水平，從而最大限度地減輕了對玉米農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量及收益的影響;當除草劑施用量較小時，雖然減輕甚至避免了除草劑對玉米的負面作用，但控草效果明顯下降，存活下來的雜草對玉米生長發(fā)育仍有一定影響。

天氣狀況、土壤理化性狀、無人機飛行參數(shù)等對土壤處理除草劑的作用效應(yīng)和植保無人機的作業(yè)質(zhì)量均有明顯影響。土壤中黏粒比例大、有機質(zhì)含量高和土壤干旱等狀況下，除草劑被土壤吸附的可能性大，不利其藥效發(fā)揮;風(fēng)力超過3級、飛行高度超過一定限度，霧滴飄移流失較多，尤其是在土壤處理除草劑噴施期，作物和雜草尚未出苗，土壤表面完全裸露，霧滴不能被有效“攔截”，飄移現(xiàn)象更為嚴重。霧滴飄移加大了相鄰作物受藥害的風(fēng)險，嚴重影響霧滴沉降的有效性和均勻性;土壤整地質(zhì)量較差時，地面不平整、土塊較大、前茬作物根茬殘留量較大，對霧滴沉降的有效性及其分布的均勻性也會產(chǎn)生明顯影響;噴霧量和助劑對植保無人機作業(yè)效果亦有明顯影響，現(xiàn)有研究認為，利用植保無人機噴施農(nóng)藥時，宜將噴霧量掌握在7.5～15kg/hm²，并在藥液中添加“邁飛”、“烈鷹”、“百美達”等飛防專用助劑可充分發(fā)揮藥劑的作用效應(yīng)、顯著降低藥劑的施用量。隴東旱塬區(qū)玉米播種期，往往多風(fēng)少雨，氣候干旱，適度降低機飛高度和增加噴霧量是有效減少霧滴飄移損失，提高霧滴在土壤表面的沉降密度和分布均一性的主要措施，筆者觀察認為，該地區(qū)的機飛高度（距離地面高度）宜控制在0.5～0.8m，噴霧量（兌水量）宜提高至30kg/hm²左右。

綜上表明，利用植保無人機噴施土壤處理除草劑，對雜草的控制效果較好，對玉米的生長發(fā)育無明顯影響，對藥劑的減量效應(yīng)顯著，是玉米生產(chǎn)上值得推廣應(yīng)用的經(jīng)濟、安全、高效的除草劑噴施新技術(shù)。為了確保植保無人機的噴施效果，實際應(yīng)用中還要做到以下四點，一要掌握適宜的氣候和土壤環(huán)境;二要掌握適宜的作業(yè)參數(shù);三要采取必要的抗飄移措施，如藥液中添加適量的飛防助劑等;四要盡可能地提高整地質(zhì)量并搞好田園衛(wèi)生。

4結(jié)論

農(nóng)藥減量施用是改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境、推進農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的重要抓手之一，也是植保無人機應(yīng)用價值之所在。本研究表明，在隴東旱塬條件下，植保無人機噴施對玉米田土壤處理除草劑的減量效應(yīng)明顯，參試除草劑40%乙·莠SE的施用劑量可降至2400mL/hm²，較推薦施用量4500mL/hm²減少用藥46.67%。該施藥量下，對雜草仍可起到較好的控制效果，對玉米的穗部性狀、產(chǎn)量及其純收益的影響可降至較小或最小。可見，植保無人機噴施是大幅度減少玉米田土壤處理除草劑施用量的有效手段，具有大面積推廣應(yīng)用的價值。