茶園應(yīng)用植保無人飛機(jī)的可行性評價(jià)

楚博，羅逢健，羅宗秀，劉巖，樓正云，陳華才，蔡曉明*

茶園應(yīng)用植保無人飛機(jī)的可行性評價(jià)

楚博1，羅逢健1，羅宗秀1，劉巖1，樓正云1，陳華才2，蔡曉明1*

1. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全研究中心，浙江 杭州 310008；2. 中國計(jì)量大學(xué)，浙江 杭州 310018

為評估植保無人飛機(jī)在茶園應(yīng)用的可行性，在茶園測試了無人飛機(jī)施藥的霧滴沉積分布、對小貫小綠葉蟬（）防治效果，以及6種農(nóng)藥在茶葉中殘留量。結(jié)果表明，供試的無人飛機(jī)噴霧噴頭、飛防助劑對無人飛機(jī)噴霧的霧滴沉積分布影響不顯著。無人飛機(jī)施藥的霧滴大小、霧滴密度、沉積量等均優(yōu)于背負(fù)式電動噴霧器，但無人飛機(jī)施藥的均勻性較差。常規(guī)用水量下，其藥液沉積量的變異系數(shù)是常規(guī)背負(fù)式電動噴霧器的2.40倍。相同用藥量、常規(guī)用水量下，無人飛機(jī)噴施蟲螨腈對小貫小綠葉蟬的防效與背負(fù)式電動噴霧器相當(dāng)。但當(dāng)無人飛機(jī)作業(yè)用藥量減少25%后，防效顯著降低，僅為背負(fù)式電動噴霧器施藥的58.70%。相同用藥量、常規(guī)用水量下，無人飛機(jī)噴施蟲螨腈、溴氰菊酯、茚蟲威等6種化學(xué)農(nóng)藥后7?d，干茶中的農(nóng)藥殘留量是背負(fù)式電動噴霧器施藥1.20~2.44倍。鑒于無人飛機(jī)施藥可顯著提高茶葉中農(nóng)藥殘留水平，茶園中推廣、應(yīng)用無人飛機(jī)施藥應(yīng)需謹(jǐn)慎。

植保無人機(jī)；茶園；沉積分布；防治效果；農(nóng)藥殘留

我國茶園常見害蟲200多種，常見病害約50種。每年由于病蟲害引起的茶葉減產(chǎn)高達(dá)10%~20%[1]。為保證我國茶葉正常生產(chǎn)，噴施農(nóng)藥對茶園病蟲害進(jìn)行防治是必須措施。目前，我國茶園農(nóng)藥施用主要依靠人工噴施。但是隨著我國經(jīng)濟(jì)社會不斷發(fā)展和城鎮(zhèn)化建設(shè)不斷推進(jìn)，越來越多農(nóng)村勞動力涌入城市，使得農(nóng)村勞動力日益老化和短缺，造成了茶園有害生物不能得到及時有效防治的局面，嚴(yán)重影響我國茶產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。因此，發(fā)展工作效率高、人力投入少、處理面積大為特征的高功效、輕簡化農(nóng)藥施用技術(shù)成為緩解我國茶園病蟲草害防治壓力、推動茶產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的迫切需求。

無人飛機(jī)施藥是新型的施藥技術(shù)，切合了我國目前茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展對節(jié)省勞動力的需求。作為農(nóng)用航空作業(yè)的重要代表之一，植保無人飛機(jī)作業(yè)效率高，每天每架作業(yè)面積可達(dá)40?hm2，遠(yuǎn)高于人工施藥的作業(yè)效率[2-3]。2017年河南安陽，400多架植保無人飛機(jī)，歷時13?d完成6.67萬hm2小麥的統(tǒng)防統(tǒng)治作業(yè)，成為當(dāng)時植保界的熱點(diǎn)事件。隨著植保無人飛機(jī)硬件設(shè)備和飛控系統(tǒng)的快速發(fā)展，對植保無人飛機(jī)的操控更為智能和簡便[4]，與此同時，與植保無人飛機(jī)相匹配的施藥技術(shù)也在行業(yè)需求的推動下得到了快速發(fā)展[5]。近年來，在中國農(nóng)林生產(chǎn)上使用植保無人飛機(jī)進(jìn)行防治的面積實(shí)現(xiàn)了突飛猛進(jìn)的擴(kuò)大。截至2018年，中國植保無人飛機(jī)防治面積約為0.18億hm2，無人飛機(jī)保有量上升至3萬架[6]。對于重要農(nóng)作物病蟲害如稻縱卷葉螟、水稻紋枯病、小麥蚜蟲、玉米黏蟲等的防治效果均在80%以上，在各地病蟲害防控中發(fā)揮了重要作用[7]。

近幾年，在茶園無人飛機(jī)噴藥的應(yīng)用也逐漸興起。與常規(guī)背負(fù)式施藥裝備不同，無人飛機(jī)施藥是一種低容量高濃度的低空施藥方式。這勢必會對防效、茶葉農(nóng)藥殘留量等產(chǎn)生影響。茶葉作為一款健康的飲品，控制農(nóng)藥殘留至關(guān)重要，但這些方面目前鮮有研究。本文通過與常規(guī)背負(fù)式電動噴霧器對比，對無人飛機(jī)施藥的霧滴沉積分布、防效、農(nóng)藥殘留等進(jìn)行了研究，以期對茶園應(yīng)用植保無人飛機(jī)可行性進(jìn)行評價(jià)。

1 材料方法

1.1 施藥器械、試驗(yàn)試劑和藥劑

試驗(yàn)用植保無人飛機(jī)：啟飛A16型無人飛機(jī)，由杭州啟飛智能科技有限公司提供。其外形尺寸（長×寬×高）為1?200?mm×1?191?mm×555?mm，最大載藥量為16?L，噴幅為3~6?m。可根據(jù)需要快速切換噴頭類型。供試壓力噴頭型號為KZ 8006，離心噴頭型號為PT 2.0。噴頭噴霧壓力為0.58?MPa。流量大小為1~8?L·min-1，隨作業(yè)用水量調(diào)節(jié)。其中用水量為60?L·hm-2時，噴頭流量為2?L·min-1。根據(jù)目前普遍的作業(yè)方式，試驗(yàn)中無人飛機(jī)自主、順茶行飛行。單趟飛行覆蓋1.5個茶行，飛行速度3~4?m·s-1。作業(yè)前噴施清水試飛，確定一定用水量下無人飛機(jī)作業(yè)可覆蓋整個試驗(yàn)小區(qū)。飛行高度除飛防助劑試驗(yàn)為3~3.5?m外，其他試驗(yàn)均為2?m。背負(fù)式電動噴霧器為浙江濛花噴霧器有限公司MH-D16-3A型電動噴霧器，配錐形壓力噴頭。試驗(yàn)于2019年9月進(jìn)行，試驗(yàn)過程中，天氣晴，溫度約29℃，風(fēng)速在1~1.5?m·s-1。

試驗(yàn)儀器：風(fēng)速儀，希瑪儀器儀表有限公司；Varioskan? LUX多功能酶標(biāo)儀，賽默飛世爾科技（中國）有限公司；霧滴測試卡，瑞士先正達(dá)作物保護(hù)公司；氣相色譜配電子捕獲檢測器（Agilent 6890N），美國安捷倫公司；超高液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜檢測器（ACQUITY UPLCH-Class-Vevo TQ-SMicro），美國Waters公司；烘箱，上海森新實(shí)驗(yàn)儀器有限公司。

農(nóng)藥示蹤劑：85%誘惑紅（上海阿拉丁生化科技股份有限公司）。

飛防助劑：標(biāo)普農(nóng)業(yè)飛防專用助劑（河南標(biāo)普農(nóng)業(yè)科技有限公司）、倍達(dá)通飛防專用助劑（河北明順農(nóng)業(yè)科技有限公司），有效成分均為甲基化植物油。

為保證飲茶者健康，水溶性高的化學(xué)農(nóng)藥不建議在茶園使用[8]，因此供試藥劑主要為低水溶性農(nóng)藥。供試農(nóng)藥為：240?g·L-1蟲螨腈懸浮劑（巴斯夫歐洲公司）；5.7%氟氯氰菊酯乳油（浙江威爾達(dá)化工有限公司）；30%茚蟲威水分散粒劑（浙江威爾達(dá)化工有限公司）；25?g·L-1聯(lián)苯菊酯乳油（蘇州福美實(shí)植物保護(hù)劑有限公司)；2.5%溴氰菊酯乳油[拜耳作物科學(xué)（中國）有限公司]；70%吡蟲啉可濕性粉劑（拜耳作物科學(xué)有限公司）。

1.2 試驗(yàn)對象、作物品種

試驗(yàn)地為浙江省紹興市平水鎮(zhèn)玉龍茶場機(jī)采茶園。茶樹品種為藪北種，株高約1?m左右，壟寬1.3?m，壟間距0.5?m。栽培及肥水管理?xiàng)l件均一致。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.1 植保無人飛機(jī)不同噴頭噴霧效果比較

設(shè)2個處理，分別為壓力噴頭、離心噴頭。用水量為60?L·hm-2，噴施誘惑紅（510?g·hm-2，有效成分）。每個處理3次重復(fù)，重復(fù)小區(qū)為9行30?m長茶行，小區(qū)間隔6行茶行。測定霧滴粒徑、密度與沉積量。

1.3.2 飛防助劑對無人飛機(jī)噴霧效果的影響

設(shè)3個處理，分別為標(biāo)普農(nóng)業(yè)飛防專用助劑、倍達(dá)通飛防專用助劑、對照（無助劑，僅噴施誘惑紅）。助劑添加量為噴液量的2%（體積比）。無人飛機(jī)作業(yè)配備壓力噴頭，噴施誘惑紅（510?g·hm-2，有效成分），作業(yè)用水量為60?L·hm-2。每個處理3個重復(fù)，田間布局同1.3.1章節(jié)。測定霧滴粒徑、密度與沉積量。誘惑紅穩(wěn)定較好,測定方便，洗脫回收率較高，且對人體安全，故用誘惑紅代替農(nóng)藥可方便地測定田間霧滴沉積分布情況[9-10]。

1.3.3 不同用水量對無人飛機(jī)噴霧效果的影響

為測定用水量對無人飛機(jī)噴霧效果影響，設(shè)置3個處理，分別為30、60、150?L·hm-2。其中，60?L·hm-2為目前茶園飛防作業(yè)的常規(guī)用水量。以背負(fù)式電動噴霧器作業(yè)為對照，并設(shè)置2個處理，分別為150?L·hm-2及常規(guī)用水量675?L·hm-2。無人飛機(jī)作業(yè)配備壓力噴頭，噴施誘惑紅（510?g·hm-2，有效成分）。每個處理3個重復(fù)，田間布局同1.3.1章節(jié)。測定霧滴粒徑、密度與沉積量。

1.3.4 無人飛機(jī)不同用水量、施藥量對防治效果的影響

測定無人飛機(jī)施藥量、用水量對防治效果的影響，并以背負(fù)式電動噴霧器作業(yè)為對照。試驗(yàn)處理詳見表1。

供試害蟲為小貫小綠葉蟬（Matsuda）。試驗(yàn)藥劑為24%蟲螨腈懸浮劑。無人飛機(jī)設(shè)3個施藥劑量，分別為常規(guī)藥量（背負(fù)式噴霧器田間防治推薦劑量）、常規(guī)藥量的75%、常規(guī)藥量的1.25倍；用水量設(shè)3個處理，分別為30、60、150?L·hm-2。無人飛機(jī)作業(yè)配備壓力噴頭。每個處理3個重復(fù)，重復(fù)田間布局同1.3.1。調(diào)查小貫小綠葉蟬防效。

表1 不同試驗(yàn)處理

1.3.5 不同施藥器械的農(nóng)藥殘留比較

設(shè)2個處理，分別為無人飛機(jī)作業(yè)、背負(fù)式電動噴霧器作業(yè)。無人飛機(jī)作業(yè)配備壓力噴頭，用水量為60?L·hm-2。背負(fù)式電動噴霧器噴施用水量為675?L·hm-2。兩種施藥器械用藥量相同，為生產(chǎn)上常用劑量。按有效成分計(jì)算，用量為：240?g·L-1蟲螨腈懸浮劑，151.20?g·hm-2；70%吡蟲啉可濕性粉劑，42.00?g·hm-2；5.7%氟氯氰菊酯乳油，25.65?g·hm-2；30%茚蟲威水分散粒劑，54.00?g·hm-2；25?g·L-1聯(lián)苯菊酯乳油，52.50?g·hm-2；2.5%溴氰菊酯乳油，11.25?g·hm-2。無人飛機(jī)作業(yè)小區(qū)為9行30?m長茶行，背負(fù)式電動噴霧器作業(yè)小區(qū)為5行15?m長茶行。兩處理小區(qū)間隔6行茶行。噴施前，在兩個處理小區(qū)茶棚上層均勻采集400?g一芽三葉茶葉樣品作為本底樣品。噴施后7?d，在各小區(qū)均勻選取9個取樣點(diǎn)，每個取樣點(diǎn)采集200?g一芽三葉茶葉樣品，共采集1.8?kg，做好標(biāo)記后帶回實(shí)驗(yàn)室待測。

1.4 試驗(yàn)方法

1.4.1 霧滴粒徑、密度分布檢測

無人飛機(jī)在重復(fù)小區(qū)中的第1、3、5、7、9行茶行的正上方飛行。試驗(yàn)前，在重復(fù)小區(qū)的第1、3、6行的5、15、25?m處布置霧滴測試卡。每重復(fù)小區(qū)共計(jì)9個布置點(diǎn)。每個布置點(diǎn)分別在茶棚冠層葉片正面、背面及內(nèi)層葉片正面（茶棚中間，距茶樹冠層頂端10~15?cm）布置3張霧滴測試卡。噴霧結(jié)束后，收取霧滴測試卡裝入自封袋并放入干燥劑。帶回實(shí)驗(yàn)室后掃描，并用Deposit scan軟件處理分析霧滴粒徑、密度。

1.4.2 誘惑紅沉積量檢測

在霧滴測試卡布置點(diǎn)附近的茶棚上層，摘取5片成熟葉，放入3號自封袋（100?mm×70?mm×0.08?mm）中。帶回實(shí)驗(yàn)室后，向自封袋中加入5?mL蒸餾水，振蕩洗滌10?min，洗脫葉片上沉積的誘惑紅。配制系列濃度梯度誘惑紅標(biāo)準(zhǔn)溶液，利用酶標(biāo)儀在513?nm波長下測定，并制作標(biāo)準(zhǔn)曲線。測定葉片洗脫液中誘惑紅吸收值，利用標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算誘惑紅質(zhì)量。掃描洗脫葉片，利用Deposit scan軟件計(jì)算葉面積。誘惑紅質(zhì)量與葉面積相除，得到單位葉面積誘惑紅沉積量。

1.4.3 防治效果調(diào)查

防效調(diào)查參考GB/T 17980.56—2004農(nóng)藥田間藥效試驗(yàn)準(zhǔn)則（二）第56部分：殺蟲劑防治茶樹葉蟬。分別在施藥前3?d和施藥后7?d，每重復(fù)小區(qū)隨機(jī)調(diào)查統(tǒng)計(jì)100個芽下第2片嫩葉上的若蟲數(shù)。以清水處理校正后的若蟲蟲口減退率作為評價(jià)防治效果的指標(biāo)。

蟲口減退率=（施藥前蟲數(shù)－施藥后蟲數(shù)）/施藥前蟲數(shù)×100%

防治效果=（處理區(qū)蟲口減退率－空白對照區(qū)蟲口減退率）/（1－空白對照區(qū)蟲口減退率）×樣品制備及農(nóng)藥殘留測定×100%

茶鮮葉樣品，在100℃烘2?h，制成干茶樣品。混勻后，按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5009.146—2008，GB/T 23200.13—2016測定農(nóng)藥殘留。

1.5 數(shù)據(jù)采集及分析

Deposit scan軟件處理分析，按照文獻(xiàn)[11]的方法，得出霧滴粒徑、密度。霧滴密度、誘惑紅沉積量、防治效果等數(shù)據(jù)用Excel 2010計(jì)算，采用SPSS 19.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并用GraphPad Prism 7作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 噴頭、助劑、用水量對無人飛機(jī)噴霧效果的影響

無人飛機(jī)配備壓力噴頭，霧滴體積中徑為156.33?μm；配備離心噴頭，霧滴體積中徑為126.95?μm。用水量相同時，兩種噴頭作業(yè)后，茶棚冠層葉片正面、葉背以及茶棚內(nèi)層的霧滴沉積密度、茶棚冠層誘惑紅沉積量、噴霧均勻性等均相似（表2）。供試的兩種助劑均能增加霧滴體積中徑，略微增加茶棚冠層葉背霧滴沉積密度，但對茶棚冠層誘惑紅沉積量、噴霧均勻性等影響不顯著（表3）。用水量增加，霧滴密度、茶棚冠層誘惑紅沉積量均顯著增加，噴霧均勻性明顯改善（表4）。用水量分別為30、60、150?L·hm-2時，茶棚冠層誘惑紅沉積量分別為(6.71±0.31)、(8.05±0.29)、(11.54±0.23)?μg·cm-2，不同采樣點(diǎn)沉積量變異系數(shù)分別為0.75、0.56、0.37。

表2 無人飛機(jī)不同噴頭的霧滴沉積分布

注：數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤，同列數(shù)據(jù)后不同小寫英文字母表示在0.05水平上單因素方差分析差異顯著。下同

Note: Average ± standard error, different lowercase in the same column meant significance difference (<0.05). The same as follow

表3 飛防助劑對無人飛機(jī)噴霧霧滴沉積分布的影響

表4 不同用水量對無人飛機(jī)噴霧霧滴沉積分布的影響

2.2 無人飛機(jī)與常規(guī)施藥器械噴霧效果比較

背負(fù)式電動噴霧器的霧滴體積中徑為220.48?μm，明顯大于無人飛機(jī)的霧滴（表4）。用水量相同（150?L·hm-2）時，無人飛機(jī)作業(yè)后的茶棚冠層誘惑紅沉積量、變異系數(shù)均高于背負(fù)式電動噴霧器，但兩者差異不顯著。無人飛機(jī)作業(yè)后的茶棚冠層葉表、葉背的霧滴沉積密度均顯著高于背負(fù)式電動噴霧器，特別是葉背。但在常規(guī)用水量下，即：無人飛機(jī)，60?L·hm-2；背負(fù)式電動噴霧器，675?L·hm-2時，無人飛機(jī)作業(yè)后茶樹冠層誘惑紅沉積量顯著高于背負(fù)式電動噴霧器，是背負(fù)式電動噴霧器的1.94倍。但其噴霧均勻性較背負(fù)式電動噴霧器差。不同采樣點(diǎn)誘惑紅沉積量變異系數(shù)是背負(fù)式電動噴霧器的2.43倍。

2.3 無人飛機(jī)與常規(guī)施藥器械的防治效果比較

相同用藥量下（240?g·L-1蟲螨腈懸浮劑，151.20?g·hm-2），無人飛機(jī)作業(yè)對小貫小綠葉蟬的防效可隨用水量增加而增加。用水量30?L·hm-2時，藥后3?d防效48.30%，顯著低于60?L·hm-2和150?L·hm-2的防效。但60?L·hm-2和150?L·hm-2的防效差異不顯著，分別為72.27%、76.25%，并與相同用藥量的背負(fù)式電動噴霧器相似（圖1）。藥后7?d與之類似。

相同用水量下（60?L·hm-2），無人飛機(jī)作業(yè)對小貫小綠葉蟬的防效可隨用藥量增加而增加。0.75倍的常規(guī)用藥量時（240?g·L-1蟲螨腈懸浮劑，113.40?g·hm-2），藥后3?d的防效為43.20%，顯著低于常規(guī)用藥量和1.25倍常規(guī)藥量的防效。但常規(guī)用藥量和1.25倍常規(guī)藥量的防效差異不顯著，分別為75.68%和76.25%，并與相同用藥量的背負(fù)式電動噴霧器相似（圖1）。藥后7?d與之類似。

2.4 無人飛機(jī)與常規(guī)施藥器械農(nóng)藥殘留的比較

常規(guī)用水量下，噴施相同用量的6種化學(xué)藥劑，無人飛機(jī)作業(yè)后7?d，干茶中的農(nóng)藥殘留量均高于背負(fù)式電動噴霧器（表5），且為1.20~2.44倍。其中無人飛機(jī)噴施的氟氯氰菊酯，殘留量超我國規(guī)定的茶葉中殘留最大限量標(biāo)準(zhǔn)（1?mg·kg-1），而背負(fù)式電動噴霧器未超標(biāo)。

注：A：無人飛機(jī)，151.20?g·hm-2蟲螨腈，30?L·hm-2水；B：無人飛機(jī)，113.40?g·hm-2蟲螨腈，60?L·hm-2水；C：無人飛機(jī)，151.21?g·hm-2蟲螨腈，60 L·hm-2水；D：無人飛機(jī)，189.00?g·hm-2蟲螨腈，60?L·hm-2水；E：背負(fù)式電動噴霧器，151.21?g·hm-2蟲螨腈，150?L·hm-2水；F：背負(fù)式電動噴霧器，151.21?g·hm-2蟲螨腈，675?L·hm-2水。數(shù)值為平均值+標(biāo)準(zhǔn)誤，不同小寫英文字母表示在0.05水平上單因素方差分析差異顯著

表5 無人飛機(jī)與常規(guī)施藥器械施藥后7天干茶中農(nóng)藥殘留量的比較

3 討論

農(nóng)藥噴霧時的霧滴沉積結(jié)構(gòu)，即霧滴大小、霧滴密度及藥液濃度，對防效具有顯著影響。較細(xì)的霧滴能增加農(nóng)藥接觸靶標(biāo)的機(jī)率，覆蓋也更加均勻[12-13]；同時農(nóng)藥霧滴的殺傷半徑遠(yuǎn)大于其本身半徑，因此霧滴覆蓋密度達(dá)到一定數(shù)量即可獲得理想的藥效，不必將葉片全部噴濕噴透[11,14]。本研究顯示，供試無人飛機(jī)無論配備壓力噴頭還是離心噴頭，霧滴體積中徑均為背負(fù)式電動噴霧器的58%~75%。且當(dāng)用水量相同時（150?L·hm-2），無人飛機(jī)噴霧的霧滴密度高于背負(fù)式電動噴霧器。同時，無人飛機(jī)噴霧在下壓風(fēng)場的作用下，可顯著提高茶棚冠層葉背的著液量。這都說明無人飛機(jī)的噴霧效果要優(yōu)于背負(fù)式電動噴霧器，這與前人報(bào)道相一致[15-18]。由于背負(fù)式電動噴霧器用水量大，藥液易流失。因此常規(guī)用水量下，無人飛機(jī)（用水量為60?L·hm-2）作業(yè)后，誘惑紅沉積量顯著高于背負(fù)式電動噴霧器（用水量為675?L·hm-2）。可見，無人飛機(jī)作業(yè)的農(nóng)藥利用率要高于背負(fù)式電動噴霧器。王明等[15]研究顯示，無人飛機(jī)在茶園作業(yè)農(nóng)藥利用率為49.30%~58.20%，而常規(guī)的背負(fù)式噴霧器農(nóng)藥利用率則約為35%，印證了以上結(jié)論。此外，助劑可增加無人飛機(jī)霧滴的沉積和穿透[19-21]。本研究顯示，供試助劑可增加無人飛機(jī)霧滴體積中徑，減少霧滴密度，這與劉迎等[19]的結(jié)果相一致。但本研究中助劑未顯著增加無人飛機(jī)噴霧的沉積和穿透，這可能與無人飛機(jī)飛行高度稍低，未充分發(fā)揮助劑的作用有關(guān)。

由于無人飛機(jī)噴霧霧滴沉積分布受飛行高度、飛行速度、噴施流量等作業(yè)參數(shù)以及風(fēng)速、溫度等外部環(huán)境影響較大，因此施藥均勻性較常規(guī)背負(fù)式噴霧器差[7,22-23]。本研究顯示，常規(guī)用水量下，無人飛機(jī)噴霧（60?L·hm-2）不同采樣點(diǎn)誘惑紅沉積量變異系數(shù)是背負(fù)式電動噴霧器（675?L·hm-2）的2.40倍，且其均勻性可隨用水量增加明顯提升。施藥均勻性對防治效果影響較大[7]。用藥量相同時，無人飛機(jī)在30?L·hm-2用水量下的防治效果顯著低于60?L·hm-2和150?L·hm-2用水量的防效。與之相似，盡管無人飛機(jī)噴霧的農(nóng)藥利用率優(yōu)于背負(fù)式電動噴霧器，但當(dāng)農(nóng)藥用量減少25%時，其防效顯著低于背負(fù)式電動噴霧器。所以，雖然無人飛機(jī)施藥的霧滴大小、密度、農(nóng)藥利用率等方面優(yōu)于背負(fù)式噴霧器，但由于其施藥均勻度與背負(fù)式噴霧器差距較大，因此不能達(dá)到農(nóng)藥減施的目的[15,24]。無人飛機(jī)施藥對其他茶園病蟲害的防治效果還需進(jìn)一步驗(yàn)證。

由于無人飛機(jī)不能減少施藥量，且農(nóng)藥利用率又高，導(dǎo)致無人飛機(jī)作業(yè)后，作物上有較高的農(nóng)藥殘留[25]。本研究顯示，噴施相同量的6種化學(xué)藥劑，無人飛機(jī)作業(yè)后干茶中的農(nóng)藥殘留量是背負(fù)式電動噴霧器的1.20~2.44倍，并且無人飛機(jī)噴施的氟氯氰菊酯超過國家農(nóng)藥殘留最大限量標(biāo)準(zhǔn)，而背負(fù)式電動噴霧器未超標(biāo)。相較于小麥、水稻等大田作物，茶葉有其特殊性，農(nóng)藥噴施不當(dāng)易造成農(nóng)藥殘留問題。茶葉的特殊性在于[26-27]：（1）茶樹收獲部位與農(nóng)藥噴施部位相同，多為葉薄質(zhì)軟的嫩芽嫩葉，其單位重量的表面積遠(yuǎn)大于谷物、水果果實(shí)等。因此相同施藥劑量下，沉積在茶葉嫩梢表面的藥量遠(yuǎn)比其他作物多。（2）茶葉施藥后采收安全間隔期的要求要比明其他作物更加嚴(yán)格。茶樹幼嫩芽葉是大多病蟲害危害部位，且茶葉全年多次采收。而小麥、水稻等作物在施藥和采收間有一個果實(shí)成熟的過程，這一過程中大多數(shù)農(nóng)藥可以降低到一個安全的水平。（3）采下的幼嫩芽葉不加洗滌直接加工。通常2?kg鮮葉生產(chǎn)0.5?kg干茶，因此干茶中農(nóng)藥殘留濃度更高。基于以上原因，農(nóng)藥利用率高但又不能減少施藥量的無人飛機(jī)噴霧，容易造成茶葉農(nóng)藥殘留問題，特別是對那些殘留限量標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格又不能快速降解的農(nóng)藥。

此外，茶園推廣、應(yīng)用無人飛機(jī)施藥應(yīng)當(dāng)謹(jǐn)慎。由于無人飛機(jī)是低容量高濃度噴霧、茶樹幼嫩芽葉多在茶棚冠層，因此選擇藥劑或施藥時間不當(dāng)，易產(chǎn)生藥害；且噴施藥液大多沉積在茶棚冠層，無人飛機(jī)施藥對危害茶樹老葉、成葉的病蟲害，可能防效較差；同時，無人飛機(jī)施藥霧滴會有漂移，若藥劑選擇不當(dāng)，對桑蠶、蜜蜂、水產(chǎn)等周邊農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可能存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。

無人飛機(jī)施藥省工、省時的特點(diǎn)切合了我國茶產(chǎn)業(yè)目前發(fā)展的需求。為進(jìn)一步發(fā)揮無人飛機(jī)施藥的優(yōu)勢、完善目前暴露出的不足，今后這方面的研究和工作應(yīng)特別加強(qiáng)、注意以下5個方面：（1）建立無人飛機(jī)施藥品種清單。由于無人飛機(jī)噴施的藥液濃度高，且施藥后干茶中的殘留也高。因此，需從防治效果好、對茶樹安全、最大殘留限量標(biāo)準(zhǔn)相對寬松等幾方面篩選，建立無人飛機(jī)施藥品種清單。（2）加強(qiáng)茶園無人飛機(jī)施藥安全采收間隔期研究。由于相同藥量下，無人飛機(jī)施藥的沉積量較大，因此采收安全間隔期也應(yīng)較常規(guī)噴霧器長。目前我國沒有一種農(nóng)藥明確規(guī)定了茶園無人飛機(jī)施藥的安全采收間隔期。建議農(nóng)藥登記管理時，對擬在茶樹上登記的農(nóng)藥，增加無人飛機(jī)施藥試驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上提出無人飛機(jī)施藥條件下的安全采收間隔期。（3）進(jìn)一步改進(jìn)、完善無人飛機(jī)和噴嘴設(shè)計(jì)，提高施藥均勻性。在保證農(nóng)藥利用率的前提下，通過提高無人飛機(jī)施藥的均勻性，達(dá)到農(nóng)藥減施的目的，降低茶葉質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)。（4）加快無人飛機(jī)專用藥劑的研制[7]。日本、韓國針對植保無人飛機(jī)低容量噴霧的特點(diǎn)，研制了適合的專用藥劑，并且需要經(jīng)過藥效、殘留評價(jià)試驗(yàn)后，才能進(jìn)入大田應(yīng)用。目前，我國茶園植保無人飛機(jī)所使用的農(nóng)藥均為常規(guī)噴霧使用的藥劑，并不完全適合無人飛機(jī)。（5）建立茶園植保無人飛機(jī)施藥標(biāo)準(zhǔn)與安全監(jiān)管體系[7,28]。應(yīng)針對植保無人飛機(jī)的安全技術(shù)要求、施藥環(huán)節(jié)的操作規(guī)范、植保無人飛機(jī)使用的監(jiān)管方法等，制定、構(gòu)建完善的標(biāo)準(zhǔn)與安全監(jiān)管體系。

致謝：感謝杭州啟飛智能科技有限公司在試驗(yàn)用無人飛機(jī)方面提供的支持，以及華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院陳盛德博士在試驗(yàn)中提供的建議和幫助。

[1] 陳宗懋. 無公害茶葉生產(chǎn)中的病蟲綜合防治[J]. 植保技術(shù)與推廣, 2001, 21(9): 38-40. Chen Z M. Integrated control of diseases and pests in the production of pollution-free tea [J]. Plant Protection Technology and Extension, 2001, 21(9): 38-40.

[2] 金書琴, 張斌. 無人機(jī)噴防的優(yōu)勢、問題和推廣建議[J]. 農(nóng)藥科學(xué)與管理, 2019, 40(10): 15-20. Jin S Q, Zhang B. Investigation on unmanned aerial vehicle in plant protection: advantages, problems and suggestions [J]. Pesticide Science and Administration, 2019, 40(10): 15-20.

[3] 許姍姍, 郭蕭, 彭萍, 等. 幾種噴霧器在茶園中的使用性能與效果對比研究[J]. 西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2012, 25(6): 2311-2315. Xu S S, Guo X, Peng P, et al. Comparison on performances of several knapsack sprayers in tea garden [J]. Southwest China Journal of Agricultural Sciences, 2012, 25(6): 2311-2315.

[4] Xue X, Lan Y, Sun Z, et al. Develop an unmanned aerial vehicle based automatic aerial spraying system [J]. Computers Electronics in Agriculture, 2016, 128: 58-66.

[5] 田志偉, 薛新宇, 李林, 等. 植保無人機(jī)施藥技術(shù)研究現(xiàn)狀與展望[J]. 中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào), 2019, 40(1): 37-45. Tian Z W, Xue X Y, Li L, et al. Research status and prospects of spraying tecmology of plant-protection unmanned aerial vehicle [J]. Journal of Chinese Agricultural Mechanization, 2019, 40(1): 37-45.

[6] 閆曉靜, 楊代斌, 薛新宇, 等. 中國農(nóng)藥應(yīng)用工藝學(xué)20年的理論研究與技術(shù)概述[J]. 農(nóng)藥學(xué)學(xué)報(bào), 2019, 21(5/6): 908-920. Yan X J, Yang D B, Xue X Y, et al. Overview in theories and technologies for pesticide application in China during the last two decades [J]. Chinese Journal of Pesticide Science, 2019, 21(5/6): 908-920.

[7] 袁會珠, 薛新宇, 閆曉靜, 等. 植保無人飛機(jī)低空低容量噴霧技術(shù)應(yīng)用與展望[J]. 植物保護(hù), 2018, 44(5): 157-163, 185. Yuan H Z, Xue X Y, Yan X J, et al. Applications and prospects in the unmanned aerial system for low-altitude and low-volume spray in crop protection [J]. Plant Protection. 2018, 44(5): 157-163, 185.

[8] 陳宗懋, 蔡曉明, 周利, 等. 中國茶園有害生物防控40年[J]. 中國茶葉, 2020, 42(1): 1-8. Chen Z M, Cai X M, Zhou L, et al. Developments on tea plant pest control in past 40 years in China [J]. China Tea. 2020, 42(1): 1-8.

[9] 邱占奎, 袁會珠, 樓少巍, 等. 水溶性染色劑誘惑紅和麗春紅-G作為農(nóng)藥沉積分布的示蹤劑研究[J]. 農(nóng)藥, 2007, 46(5): 323-325, 337. Qiu Z K, Yuan H Z, Lou S W, et al. The research of water soluble dyes of allura red and ponceau-G as tracers for determing pesticide spray distribution [J]. Agrochemicals, 2007, 46(5): 323-325, 337.

[10] Cao L D, Cao C, Wang Y, et al. Visual determination of potential dermal and inhalation exposure using allura red as an environmentally friendly pesticide surrogate [J]. ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2017, 5(5): 3882-3889.

[11] Zhu H, Masoud S, Robert D. A portable scanning system for evaluation of spray deposit distribution [J]. Electronics in Agriculture, 2011, 76(1): 38-43.

[12] Reed J T, Smith D B. Droplet size and spray volume effects on insecticide deposit and mortality of heliothine (Lepidoptera: Noctuidae) larvae in cotton [J]. Journal of Economic Entomology, 2001, 94(3): 640-647.

[13] 蘭玉彬, 彭瑾, 金濟(jì). 農(nóng)藥噴霧粒徑的研究現(xiàn)狀與發(fā)展[J]. 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2016, 37(6): 1-9. Lan Y B, Peng J, Jin J. Research status and development of pesticide spraying droplet size [J]. Journal of South China Agricultural University. 2016, 37(6): 1-9.

[14] 袁會珠, 王國賓. 霧滴大小和覆蓋密度與農(nóng)藥防治效果的關(guān)系[J]. 植物保護(hù), 2015, 41(6): 9-16. Yuan H Z, Wang G B. Effects of droplet size and deposition density on field efficacy of pesticides [J]. Plant Protection, 2015, 41(6): 9-16.

[15] 王明, 王希, 何玲, 等. 植保無人機(jī)低空低容量噴霧在茶園的霧滴沉積分布及對茶小綠葉蟬的防治效果[J]. 植物保護(hù), 2019, 45(1): 62-68. Wang M, Wang X, He L, et al. Deposition distribution of pesticide droplets over the tea canopy and control efficiency againstsprayed by unmanned aerial vehicle (UAV) [J]. Plant Protection, 2019, 45(1): 62-68.

[16] 高圓圓, 張玉濤, 趙酉城, 等. 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[J]. 植物保護(hù), 2013, 39(2): 152-157. Gao Y Y, Zhang Y T, Zhao Y C, et al. Primary studies on spray droplet distribution and control effects o aerial spraying using unmanned aerial vehicle (UAV) against the corn borer [J]. Plant Protection, 2013, 39(2): 152-157.

[17] 高圓圓, 張玉濤, 張寧, 等. 小型無人機(jī)低空噴灑在小麥田的霧滴沉積分布及對小麥吸漿蟲的防治效果初探[J]. 作物雜志, 2013 (2): 139-142. Gao Y Y, Zhang Y T, Zhang N, et al. Primary studies on spray droplets distribution and control effects of aerial spraying using unmanned aerial vehicle (UAV) against wheat midge [J]. Crops, 2013(2): 139-142.

[18] Qin W C, Qiu B J, Xue X Y, et al. Droplet deposition and control effect of insecticides sprayed with an unmanned aerial vehicle against plant hoppers [J]. Crop Protection, 2016, 85: 79-88.

[19] 劉迎, 潘波, 姜蕾, 等. 添加飛防助劑對無人機(jī)防治水稻病害的影響[J]. 農(nóng)藥, 2018, 4(57): 299-301. Liu Y, Pan B, Jiang L, et al. Influence of adding adjuvants for aviation plant protection on control efficacy of rice disease using unmanned aerial vehicle [J]. Agrochemicals, 2018, 4(57): 299-301.

[20] 王明, 陳奕璇, 蘇小計(jì), 等. 添加助劑對植保無人飛機(jī)低容量噴霧在矮化密植蘋果園中霧滴沉積分布及蘋果黃蚜防治效果的影響[J]. 植物保護(hù)學(xué)報(bào), 2019, 46(6): 1316-1323. Wang M, Chen Y X, Su X J, et al. Effects of adjuvants in low volume spraying by unmanned aerial vehicle on the depositon distribution of pesticide droplets and control effiency againstin apple orchards of high-density dwarfing cultivation pattern [J]. Journal of Plant Protection, 2019, 46(6): 1316-1323.

[21] 何玲, 王國賓, 胡韜, 等. 噴霧助劑及施液量對植保無人機(jī)噴霧霧滴在水稻冠層沉積分布的影響[J]. 植物保護(hù)學(xué)報(bào), 2017, 44(6): 1046-1052. He L, Wang G B, Hu T, et al. influences of spray adjuvants and spray volume on the droplet deposition distribution with unmanned aeriaal vehicle (UAV) spraying on rice [J]. Journal of Plant Protection, 2017, 44(6): 1046-1052.

[22] 王昌陵, 宋堅(jiān)利, 何雄奎, 等. 植保無人機(jī)飛行參數(shù)對施藥霧滴沉積分布特性的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2017, 23(33): 109-116. Wang C L, Song J L, He X K, et al. Effect of flight parameters on distribution characteristics of pesticide spraying droplets deposition of plant-protection unmanned aerial vehicle [J]. Transactions of the Chinese Society of agricultural Engineering, 2017, 23(33): 109-116.

[23] 陳盛德, 蘭玉彬, 周志艷, 等. 小型植保無人機(jī)噴霧參數(shù)對橘樹冠層霧滴沉積分布的影響[J]. 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2017, 38(5): 97-102. Chen S D, Lan Y B, Zhou Z Y, et al. Effects of spraying parameters of small plant protection UAV on droplets deposition distribution in citrus canopy [J]. Journal of South China Agricultural University, 2017, 38(5): 97-102.

[24] 蘇小記, 王雅麗, 魏靜, 等. 9種植保機(jī)械防治小麥穗蚜的農(nóng)藥沉積率與效果比較[J]. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2018, 27(1): 149-154. Su X J, Wang Y L, Wei J, et al. Pesticide deposition percentage and contorl effect of nine kinds of corp protection machineries against wheat aphid [J]. Acta Agriculturae Boreali-Occidentalis Sinica, 2018, 27(1): 149-154.

[25] 劉春來, 聶思橋, 劉照清, 等. 兩種施藥器械對水稻中吡蚜酮?dú)埩袅坑绊懷芯縖J]. 農(nóng)藥科學(xué)與管理, 2020, 41(2): 25-30. Liu C L, Nie S Q, Liu Z Q, et al. Study on the residues of pymetrozine in rice under two different spray equipment [J]. Pest Science and Administration, 2020, 41(2): 25-30.

[26] 陳宗懋. 茶葉中的農(nóng)藥殘留最高允許限量（MRL）[J]. 農(nóng)藥科學(xué)與管理, 1992(4): 1-5. Chen Z M. Pesticides maximum residue limit (MRL) in tea [J]. Pest Science and Administration, 1992(4): 1-5.

[27] 高萬君, 張永志, 童蒙蒙, 等.茶園常用除草劑田間藥效試驗(yàn)與殘留動態(tài)[J]. 茶葉科學(xué), 2019, 39(5): 587-594. Gao W J, Zhang Y Z, Tong M M, et al. Weeds control effect and residues of several herbicides in tea gardens [J]. Journal of Tea Science, 2019, 39(5): 587-594.

[28] 肖強(qiáng), 王志博, 郭華偉. 植保無人機(jī)在茶園的應(yīng)用與發(fā)展前景[J]. 中國茶葉, 2019, 41(4): 16-18. Xiao Q, Wang Z B, Guo H W. The application and development prospects of plant protection drones in tea gardens [J]. China Tea, 2019, 41(4): 16-18.

Feasibility Evaluation of the Appilcation of Unmanned Aerial Vehicle for Tea Plant Protection

CHU Bo1, LUO Fengjian1, LUO Zongxiu1, LIU Yan1, LOU Zhengyun1, CHEN Huacai2, CAI Xiaoming1*

1. Tea Research Institute of Chinese Academy of Agricultural Sciences, Hangzhou 310008, China; 2. China Jiliang University, Hangzhou 310018, China

In order to evaluate the feasibility of unmanned aerial vehicle (UAV) for tea plant protection, the droplet deposition distribution,control effect on small green leafhoppers (), and pesticide residues between UAV and knapsack electric sprayer (KES) were tested and compared. The results show that nozzles and adjuvants of UAV had little effect on droplet deposition distribution. The droplet size, droplet density and droplet deposition of UAV were better than those of KES, but the uniformity of droplet deposition was worse. The coefficient of variation of droplet deposition by UAV was 2.44 times higher than that by KES with common spraying-water volumes. With the same amount of chlorfenapyr and common spraying-water volumes, the control efficacy to tea leafhopper by UAV was similar with that by KES. However, when the dosage of chlorfenapyr was reduced by 25%, the control efficacy by UAV was significantly declined. Under the same dosage and regular water consumption, the pesticide residues of 6 pesticides, including chlorfenapyr, deltamethrin, indoxacarb sprayed by UAV were 1.20-2.44 times higher than those by KES. Since significantly increasing the pesticide residues in tea, the application of UAV for tea plant protection should be treated with caution.

unmanned aerial vehicle, tea garden, droplet deposition distribution, control efficacy, pesticide residue

S571.1

A

1000-369X(2021)02-203-10

2020-05-18

2020-06-24

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2016YFD0200900）、浙江重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2019C02033）、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-19）、浙江省農(nóng)業(yè)重大技術(shù)協(xié)同推廣計(jì)劃（2020XTTGCY01-02）

楚博，男，碩士研究生，主要從事茶樹害蟲化學(xué)生態(tài)學(xué)方面研究，chubo907@163.com。*通信作者：cxm_d@tricaas.com

（責(zé)任編輯：趙鋒）