不同飛行高度對植保無人機霧滴沉積分布和水稻病蟲防效的影響

蒲頗 伍亞瓊 馬利 楊德斌 徐應杰 張偉

摘要 通過大田試驗，評價不同飛行高度對大疆MG-1S植保無人機霧滴沉積分布及水稻病蟲害防治效果的影響。結果表明，在3個飛行高度下，植保無人機施藥處理的霧滴覆蓋密度為（18.20±0.67）～（28.60±2.37）個/cm.2，沉積量為（7.53±0.23）～（11.20±1.86）L/hm.2。不同處理下水稻二化螟和水稻紋枯病的防治效果為85.8%～93.1%、89.7%～94.7%。不同飛行高度對植保無人機施藥的霧滴覆蓋密度和沉積量的影響存在差異，但對沉積量影響不顯著。結合飛行作業質量技術指標和防治效果，植保無人機施藥防治水稻病蟲的優選作業高度為2.0～2.5 m。

關鍵詞 植保無人機;霧滴覆蓋密度;沉積量;水稻病蟲害;防治效果

中圖分類號 S252.+.3文獻標識碼 A文章編號 0517-6611（2021）07-0154-03

Abstract Field experiments were conducted to evaluate the effects of different flight altitudes on distribution characteristics of pesticide spraying droplets deposition and control efficiency against the pest of rice by MG1S UAV. The results showed that at the three flight altitudes， the droplet density ranged from （18.20±0.67） to （28.60±2.37）ind/cm.2， the deposit rate ranged from （7.53±0.23） to （11.20±1.86） L/hm.2. The control efficiency against Chilo suppressalis and Rhizoctonia solani under different treatments was 85.8%-93.1% and 89.7%-94.7% respectively. The results showed that different flight altitudes had different effects on the droplet density and deposit rate of UAV. In addition to the significant effect on the droplet density under different flight altitudes， the deposit rate had no significant effects. Combined with the quality indexes of UAV and control efficiency， the preferred flight altitude of UAV was 2.0-2.5 m.

Key words UAV;Droplet density;Deposit rate;Pest of rice;Control efficiency

作者簡介 蒲頗（1988—），男，四川成都人，農藝師，碩士，從事農作物病蟲害監測與防治研究。

水稻（Oryza sativa L.）是四川最主要的糧食作物，常年種植面積190萬hm.2以上[1]。四川稻區屬亞熱帶季風氣候，氣候溫暖濕潤，水稻病蟲害常發重發，常年發生面積400萬hm.2以上，主要有二化螟（Chilo suppressalis）、白背飛虱（Sogatella furcifera）、三化螟（Tryporyza incertulas）、稻縱卷葉螟（Cnaphalocrocis medinalis）、稻瘟病（Pyricularia grisea）、稻曲病（Ustilaginoidea oryzae）、水稻紋枯病（Rhizoctonia solani）等[2]。目前，普遍采用背負式機動噴霧器等大容量、大霧滴“淋洗式”技術噴施化學農藥對水稻病蟲害進行防治，藥液流失嚴重，農藥利用率低，對農業生產環境造成了嚴重威脅[3]。不合理使用農藥造成的土壤污染問題越來越受到人們的重視，趙其國[4]和陳印軍等[5]研究發現，全國受農藥污染的農田土壤超過930萬hm.2。2015年農業部提出到2020年農藥零增長行動計劃[6]，迫切需要高效施藥機械，改進精準施藥技術，以適應新階段提高農藥利用率、建立綠色農業的需要[7-8]。農用植保無人機應用于農作物病蟲害防治，在省工省力的同時也大大降低了環境污染，正逐漸成為現代農業農事的亮點與突破點[9]。據不完全統計，2019年四川省植保無人機保有量1 160余架，作業面積49.3萬hm.2以上。植保無人機的推廣應用，對于四川省農藥利用率和施藥作業效率的提升發揮了重要作用，為實現農藥使用量零增長目標作出了貢獻[3，10]。在應用過程中，不同噴霧因子對農藥霧滴沉積分布特性影響很大，前人也作了研究[11-20]，但多以研究無人機飛行作業質量技術指標為重點，少有結合水稻病蟲害防治效果，綜合優選飛行參數。筆者以大疆MG-1S植保無人機和四川稻區水稻病蟲害為研究對象，研究了不同飛行高度對藥液沉積分布特性和二化螟、紋枯病等稻田主要病蟲害防效的影響，以期為指導植保無人機應用于防治水稻病蟲害提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗藥械為大疆MG-1S型農用植保無人機（深圳市大疆創新科技有限公司），華盛泰山3W-15A背負式機動噴霧機（山東華盛中天機械集團股份有限公司）。

試驗藥劑為10%阿維·氟酰胺懸浮劑，75%肟菌·戊唑醇水分散粒劑（拜耳股份公司）。

試驗設備為PH-Ⅱ-C手持式氣象站，V700N霧滴沉積分析系統，DZ-650實時霧滴沉積監測系統，水敏紙。

1.2 試驗設計

共設5個處理，具體見表1。處理①～③為不同飛行高度下植保無人機施藥處理，處理④為背負式機動噴霧機施藥處理，處理⑤為對照區，試驗小區面積1 200 m.2（20 m×60 m）。

1.3 試驗方法

1.3.1 霧滴測試卡布置。

分別在處理①～③中設置3條長度為10 m的取樣帶（即3個重復），在每條取樣帶上間隔0.5 m設1個采樣點，在水稻劍葉葉片布置1張水敏紙。每個處理區選定1條采樣線，將實時霧滴沉積監測傳感器裝置固定在采樣片的位置。噴霧結束后收取水敏紙并裝入自封袋備用[19，21]（圖1）。

1.3.2 霧滴覆蓋調查。

利用光學顯微鏡、實時霧滴沉積監測系統和霧滴沉積分析軟件，按式（1）和式（2）計算平均覆蓋密度及其變異系數[22]。

=ki=1niSN（1）

CV1=（X.2i）-（Xi）.2/NN-1×100（2）

式中，為霧滴平均覆蓋密度，單位為個/cm.2;ni為第i個樣片的霧滴個數;S為樣片測量面積，單位為cm.2;N為樣片總數;CV1為平均覆蓋密度的變異系數。

1.3.3 霧滴沉積調查。

利用霧滴沉積分析軟件測定霧滴數值中值直徑和體積中值直徑，按式（3）和式（4）計算平均沉積量及其變異系數[21]。

式中，為平均沉積量，單位為L/hm.2;Di為第i個樣片的沉積量，單位為L/hm.2;N為樣片總數;CV2為沉積量的變異系數。

1.3.4 防治效果調查。

于藥后21 d，采用五點取樣法，每點選取20叢，調查統計水稻螟蟲的枯心（白穗）數和稻瘟病、稻曲病、紋枯病等主要病害的病株（葉）數，按式（5）、（6）和（7）計算枯心（白穗）率、病情指數以及防效[23-25]。

枯心（白穗）率=調查枯心（白穗）數調查總數×100%（5）

病情指數=各級病株（葉）數×相對級數值調查總數×9×100（6）

防治效果=CK-PTCK×100%（7）

式中，CK為對照區藥后枯心（白穗）率或病情指數;PT為處理區藥后枯心（白穗）率或病情指數。

1.3.5 安全性調查。

于藥后7、14和21 d目測各處理對水稻的安全性，主要觀察處理區水稻葉色、株高等生長指標。

1.4 數據處理

試驗數據采用WPS 2016進行統計分析。用鄧肯氏新復極差法（DMRT）進行差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 不同飛行高度對霧滴覆蓋密度和沉積率的影響

由表2可知，霧滴覆蓋密度隨飛行高度的增加而逐漸增加，為（18.20±0.67）～（28.60±2.37）個/cm.2，變異系數為（39.1±1.26）%～（66.0±1.12）%;沉積量隨飛行高度的增加，表現為先增加后減少，為（7.53±0.23）～（11.20±1.86）L/hm.2，變異系數為（60.6±8.29）%～（78.1±4.75）%。單因素方差分析結果表明，飛行高度顯著影響植保無人機施藥的霧滴覆蓋密度（F=9.98，df=2，P<0.05），其中，處理①與處理③之間存在顯著差異（P=0.010 4），其余處理間差異不顯著;飛行高度對沉積量（F=2.58，df=2，P=0.155）無顯著影響。

霧滴覆蓋密度變異系數和沉積量變異系數表示霧滴分布的離散程度，在一定程度上反映了霧滴的分布均勻度。在2.0～3.0 m高度內，飛行高度增加，霧滴覆蓋密度變異系數和沉積量變異系數逐漸減小，說明飛行高度增加可以減小霧滴覆蓋和沉積的離散程度，提高霧滴分布的均勻性。

2.2 不同飛行高度對水稻病蟲防效的影響

因該試驗田塊三化螟、稻縱卷葉螟等水稻螟蟲和稻瘟病、稻曲病等水稻病害零星發生為害，沒有達到防治指標，故僅對水稻二化螟和水稻紋枯病進行分析。由表3可知，施藥后21 d，植保無人機施藥防治水稻二化螟的枯心率為0.296%～0.609%，防效為85.8%～93.1%;傳統背負式機動噴霧機施藥處理的枯心率為0.348%，防效為91.9%。

植保無人機施藥防治水稻紋枯病的病情指數為0.499～0.968，防效為89.7%～94.7%;傳統背負式機動噴霧機施藥處理的病情指數為0.522，防效為94.5%。

2.3 水稻安全性

試驗期間，未觀察到水稻藥害癥狀出現，未見對其他生物有明顯影響。

3 結論與討論

該研究屬于低空低容量飛行噴霧。該研究結果表明，無人機產生的向下氣流能夠使藥液在水稻植株的不同部位附著，飛防處理的各項作業質量技術指標符合MH/T 1002.1—2016要求[22]。

藥劑沉積分布試驗結果表明，霧滴覆蓋密度隨著飛行高度增加而顯著增加，在飛行高度為2 m時，霧滴覆蓋密度最小，這與前人研究結果不一致[11-12，15-17]，可能與飛行作業時風速變化有關（處理①：2.4 m/s，處理②：04 m/s，處理③：13 m/s），陳盛德等[12]和曾愛軍等[26]的研究結果證實了風場對航空噴霧的霧滴沉積分布有很大影響。在該試驗中，隨著無人機飛行高度的增加，霧滴覆蓋密度變異系數和沉積量變異系數總體表現逐漸減小，說明飛行高度的增加可以使霧滴沉積分布的離散程度減小，提高了霧滴沉積分布均勻性，這與王昌陵等[15]研究結果一致。但前人研究發現飛行高度的變化在影響沉積分布均勻性的同時也與霧滴漂移性質相關，高度過高時反而會減弱下旋氣流對霧滴的下壓作用，加重霧滴飄失，降低農藥利用率[13]。

防效試驗結果表明，植保無人機飛防處理對水稻二化螟和水稻紋枯病的防治效果分別為85.8%～93.1%、89.7%～94.7%，傳統背負式機動噴霧機的防效分別為91.9%、945%，飛防處理與傳統地面施藥處理防效差別不大，表明植保無人機應用于防治水稻病蟲害是可靠的。袁會珠等[27]研究發現，飛防處理中單位面積一定量的霧滴密度和沉積量即可產生良好的防治效果，因此，采用大容量、淋洗式噴霧是對資源的浪費，也增加了環境污染。結合該研究飛行作業質量技術指標和防治效果，植保無人機施藥防治水稻病蟲的優選作業高度為2.0～2.5 m。

該研究僅針對不同飛行高度下植保無人機的霧滴沉積分布特性及水稻主要病蟲防效進行了研究，至于其他飛行參數如飛行速度以及外部風場，不同農藥劑型、不同農藥助劑等因子對植保無人機在防治水稻病蟲的影響，飛行作業質量技術指標與病蟲防效間的關系等還有待進一步研究。

參考文獻

[1] 周虹.四川省水稻產業現狀及發展對策[J].四川農業科技，2015（9）：46-48.

[2] 盧代華，王劍，伏榮桃，等.水稻穗期主要病蟲害防治技術要點[J].四川農業科技，2015（11）：31-32.

[3] 袁會珠，郭永旺，薛新宇，等.植保無人機的推廣應用對于提高我國農藥利用率的作用[J].農業工程技術，2018，38（9）：46-50.

[4] 趙其國.土壤污染與安全健康：以經濟快速發展地區為例[C]//第四次全國土壤生物和生物化學學術研討會論文集.廣州：廣東省科學技術協會科技交流部，2007.

[5] 陳印軍，方琳娜，楊俊彥.我國農田土壤污染狀況及防治對策[J].中國農業資源與區劃，2014，35（4）：1-5，19.

[6] 農業部.關于印發《到2020年化肥使用量零增長行動方案》和《到2020年農藥使用量零增長行動方案》的通知[A/OL].（2015-02-17）[2020-06-02].http：∥www.moa.gov.cn/ztzl/mywrfz/gzgh/201509/t20150914_4827907.html.

[7] 尹勇，封傳紅，張偉，等.四川省推進農藥減量控害行動的思考[J].中國植保導刊，2015，35（10）：79-82.

[8] 邵振潤，郭永旺.我國施藥機械與施藥技術現狀及對策[J].植物保護，2006，32（2）：5-8.

[9] 蘭玉彬，王國賓.中國植保無人機的行業發展概況和發展前景[J].農業工程技術，2018，38（9）：17-27.

[10] 張翠翠，潘業田，易春燕，等.淺談四川省植保無人機的應用現狀[J].四川農業科技，2019（10）：38-39.

[11] 高圓圓，張玉濤，趙酉城，等.小型無人機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，2013，39（2）：152-157.

[12] 陳盛德，蘭玉彬，李繼宇，等.小型無人直升機噴霧參數對雜交水稻冠層霧滴沉積分布的影響[J].農業工程學報，2016，32（17）：40-46.

[13] 王昌陵，何雄奎，王瀟楠，等.基于空間質量平衡法的植保無人機施藥霧滴沉積分布特性測試[J].農業工程學報，2016，32（24）：89-97.

[14] 王瀟楠，何雄奎，王昌陵，等.油動單旋翼植保無人機霧滴飄移分布特性[J].農業工程學報，2017，33（1）：117-123.

[15] 王昌陵，宋堅利，何雄奎，等.植保無人機飛行參數對施藥霧滴沉積分布特性的影響[J].農業工程學報，2017，33（23）：109-116.

[16] 趙冰梅，丁麗麗，張強，等.電動多旋翼植保無人機低容量噴霧防治玉米三點斑葉蟬的應用研究[J].植物保護，2018，44（1）：186-189.

[17] 王明，王希，何玲，等.植保無人機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，2019，45（1）：62-68，87.

[18] 岳德成，姜延軍，李青梅，等.植保無人機噴施對玉米田土壤處理除草劑的減量效應[J].植物保護，2019，45（2）：193-198.

[19] 高興祥，李美，李健，等.不同噴霧因子對植保無人飛機防除小麥田雜草效果的影響[J].農藥學學報，2020，22（2）：340-346.

[20] 董云哲，李君興，史云天，等.植保無人機旋翼對霧滴分布的影響試驗研究[J].安徽農業科學，2016，44（13）：297-298.

[21] 中國民用航空局.中華人民共和國民用航空行業標準 農用飛機噴灑設備性能檢測規范：MH/T 1031—2010[S].北京：中國標準出版社，2010：11.

[22] 中國民用航空局.中華人民共和國民用航空行業標準 航空噴施設備的噴施率和分布模式測定：MH/T 1040—2011[S].北京：中國標準出版社，2011：11.

[23] 中國民用航空局.中華人民共和國民用航空行業標準 農業航空作業質量技術指標 第1部分：噴灑作業：MH/T 1002.1—2016[S].北京：中國標準出版社，2016：9.

[24] 國家質量技術監督局.中華人民共和國國家標準 農藥 田間藥效試驗準則（一） 殺蟲劑防治水稻鱗翅目鉆蛀性害蟲：GB/T 17980.1—2000[S].北京：中國標準出版社，2000：1.

[25] 國家質量技術監督局.中華人民共和國國家標準 農藥 田間藥效試驗準則（一） 殺菌劑防治水稻紋枯病：GB/T 17980.20—2000[S].北京：中國標準出版社，2000：20.

[26] 曾愛軍，王昌陵，宋堅利，等.風洞環境下噴頭及助劑對植保無人飛機噴霧飄移性的影響[J].農藥學學報，2020，22（2）：315-323.

[27] 袁會珠，王國賓.霧滴大小和覆蓋密度與農藥防治效果的關系[J].植物保護，2015，41（6）：9-16.