植保無人機飛防助劑的篩選及其性能評價

宋睿 沈國清 張永濤 唐飛龍 吳仁銘 馬云良 張乃昌

摘要：?無人機植保飛防技術因其省工、省時和省水等優勢在中國多種農作物上推廣應用。然而，在飛防作業過程中，農藥霧滴的飄移和蒸發會造成藥效降低、環境污染和作物藥害等問題。本研究以70%吡蚜酮可濕性粉劑為試驗藥劑，采用液滴接觸角分析、蒸發測定和霧滴檢測等方法，研究5種表面活性劑及其不同添加量對農藥藥液潤濕性、防蒸發性及沉積性能影響，結果表明，添加2.0%（質量分數）陰離子型表面活性劑AS-1的藥液性能最優。在此基礎上，進一步開展AS-1與多糖類化合物GD復配及其性能評價研究。結果表明，將2.0%（質量分數）AS-1與0.2%（質量分數）GD復配制備成飛防助劑TAB78，添加于5種水稻常用農藥藥液，與未添加助劑的空白藥液相比，添加飛防助劑TAB78的農藥液滴接觸角降低、霧滴蒸發時間延長、沉積覆蓋率和沉積密度提高。采用安飛易M6-AG型無人機進行農藥田間飛防噴霧試驗，向水稻常用農藥中添加TAB78后，藥液覆蓋率及沉積密度顯著提高。

關鍵詞：?植保無人機;飛防助劑;潤濕性;防蒸發性;沉積效果

中圖分類號：?S482??文獻標識碼：?A??文章編號：?1000-4440（2021）02-0333-07

Abstract：?Aerial spray control technology based on unmanned aerial vehicles （UAVs） for plant protection have been promoted and applied in many crops in China for its advantages such as saving labor， time and water.?However， in the process of aerial spray control， the drift and evaporation of pesticide droplets will result in problems such as reduced efficacy of pesticide， environmental pollution and phytotoxicity.?In this study， pymetrozine 70% wettable powder （WP） was taken as the research object， and the methods of contact angle of droplets analysis， evaporability detection and droplets detection were adopted to study the effect of five surfactants and their additive amounts on wettability， preventing evaporability and deposition performance of pesticide solution.?The results showed that pesticide solution adding 2.0% （mass fraction） anionic surfactant AS-1 was the best in performance.?On this basis， further studies on the compounding of AS-1 and polysaccharide GD and its performance evaluation were carried out.?The results showed that， after preparing spray adjuvant TAB78 by compounding 2.0% （mass fraction） AS-1 and 0.2% （mass fraction） GD， it was added into five common pesticide solutions for rice.?Compared with the blank solution without adjuvant， the pesticide solutions adding spray adjuvant TAB78 showed the characteristics such as the reduced contact angles of pesticide droplets， the extended evaporation time， the increased coverage rate and density of deposition.?Anfeiyi M6-AG UAV was used in field spray control experiments of pesticides.?It showed that coverage rate and deposition density of pesticide solutions increased after adding TAB78 into the common pesticides used for rice.

Key words：?unmanned aerial vehicle（UAV） plant protection;spray adjuvant;wettability;prevent evaporability;deposition effect

近年來，中國植保無人機飛防作業的應用發展迅速。研究結果表明，在穩定控制飛行高度和速度等飛行參數的情況下，飛防藥劑的理化性質與霧化性能是影響藥效的直接因素[1]。與常規地面噴霧施藥相比，植保無人機作業高度高、霧滴從噴頭到靶標距離遠，施藥更容易產生飄移，而添加飛防助劑具有減少飄移、增加藥液沉積和提高飛防藥效的作用[2-4]。劉迎等[5]報道了在使用植保無人機噴施75%的肟菌·戊唑醇水分散粒劑和20%噻菌銅懸浮劑時，飛防助劑的添加能夠增加藥液潤濕面積和霧滴覆蓋率，提高飛防藥效。高賽超等[6]利用風洞試驗研究了3種飛防助劑對植保無人機噴霧防治柑橘木虱的影響，發現通過添加倍達通、806和Y-20079等助劑，可減少霧滴的飄移。陳曉等[7]研究發現，在進行22%氟啶蟲胺腈懸浮劑飛防作業時，添加ND-800飛防助劑可有效提高棉花葉片背面的霧滴沉積密度。

水稻是中國種植面積第二大的糧食作物，隨著水稻種植的產業化，植保無人機在水稻病蟲害防治上的應用前景十分廣闊[8-9]。本研究以吡蚜酮等5種水稻常用農藥為研究對象，采用液滴接觸角分析、蒸發測定和霧滴檢測等方法，在研究不同表面活性劑及添加比例對吡蚜酮噴霧霧滴潤濕性、防蒸發性及沉積效果影響的基礎上，開展水稻飛防助劑篩選及其性能評價研究，并在田間條件下，進行了農藥無人機飛防噴霧試驗，以期為推動水稻飛防助劑的研究提供參考。

1?材料與方法

1.1?試劑

陰離子型表面活性劑AS-1、AS-2（國藥集團化學試劑有限公司產品），非離子型表面活性劑A105、T60、TX-10[桑達化工（南通）有限公司產品]，多糖類化合物GD（上海源葉生物科技有限公司產品），市售飛防專用助劑（深圳雨燕智能科技服務有限公司產品）。

1.2?藥劑

70%吡蚜酮可濕性粉劑、25%噻嗪酮懸浮劑、4%阿維菌素·啶蟲脒微乳劑、20%啶蟲脒可濕性粉劑購自深圳諾普信農化股份有限公司，每1 hm2推薦用量分別為135～180 g、300～450 ml、225～375 ml、120～180 g;14%甲維·茚蟲威懸浮劑購自江蘇長青生物科技有限公司，每1 hm2推薦用量為150～300 ml;32.5%苯甲·嘧菌酯懸浮劑購自湖南長青潤慷寶農化有限公司，每1 hm2推薦用量為450～600 g。

1.3?儀器與設備

電子天平（梅特勒-托利多儀器有限公司產品），載玻片（江蘇飛舟玻塑有限公司產品），0.1～2.5 μl移液槍（賽默飛世爾科技有限公司產品），計時器（深圳市銘霞創貿易有限公司產品），DSA100接觸角測定儀（德國KRUSS公司產品），3S電池、8 mm水管、管內走水高壓噴頭、植保機無刷水泵（駿化綠植農業有限公司產品，噴頭及泵頭參數見表1與表2），手持風速儀[優利德科技（中國）股份有限公司產品]，霧滴檢測卡（云南斌靜農業科技發展有限公司產品），Lide300掃描儀[佳能（中國）有限公司]，25 mm PPR聚丙烯管（HDRF諸暨市宏潤商貿有限公司產品），M6-AG型植保無人機（安飛易無人機服務中心提供）。

1.4?飛防噴霧液的制備

根據產品使用說明中的推薦用量，稀釋供試農藥。按比例添加飛防助劑，按照推薦量添加市售飛防助劑，混勻后即獲得飛防噴霧液。

1.5?飛防助劑性能測試

1.5.1?潤濕性測試?采用躺滴法[10]，設置測試溫度為25 ℃，選擇靜態接觸角測定模式，在接觸角分析儀（DSA100）操作臺上，放置水稻葉片作為測定基底（水稻品種：青角307）。測試時，將飛防噴霧液注入滴液器，待儀器穩定后，操作軟件控制液滴滴落，記錄相應的接觸角數值，每次滴定液體積設定為5 μl，每組試驗重復3次，取平均值。

1.5.2?防蒸發性能測試?用0.1～2.5 μl移液槍準確吸取1.0 μl藥液，垂直懸滴，無初速度地滴在水稻葉片上，當液滴完全離開移液槍槍頭時開始計時，液滴完全蒸發時停止計時，記錄液滴在25 ℃和70%相對濕度條件下完全蒸發所需時間，每組試驗重復3次，取平均值作為蒸發時間[11-12]。

1.5.3?沉積性能測試?采用水敏紙圖像分析法，進行沉積性能測試[13-14]。霧滴檢測卡是一種水敏紙，在接觸霧滴后會由黃色變為藍色，運用軟件進行處理后，可以計算檢測卡上沉積的霧滴數量及覆蓋率，進而顯示出沉積效果。

圖1展示了室內沉積性能測試的設計及布點示意圖。選取平整的0.5 m×3.0 m的樣方，均勻設置12個采樣點，每個采樣點處設置不同高度（30 cm、50 cm、80 cm）的細桿，分別對應模擬藥液在作物植株低、中、高3個沉積位置。將檢測卡固定在細桿頂部，顯色面水平朝上。

噴施時使用無人機噴頭，噴頭流量為0.8 L/min，噴液量為30 L/hm2。噴施過程中噴頭頂部距離地面1.5 m，噴幅夾角為110°，噴灑方向垂直向下。噴頭的移動方向與樣方的長中軸線（圖1中箭頭方向）平行，移動速度為1 m/s。噴灑結束后等待15 min，待霧滴檢測卡完全干燥后，利用掃描儀將檢測卡導入電腦，使用霧滴分析軟件，進行霧滴覆蓋率及沉積密度分析，試驗重復3次。

1.5.4?田間試驗?田間試驗在上海市奉賢區進行，當天風向為東北風，風速為0.3 m/s。作業過程中使用安飛易無人機服務中心提供的M6-AG型植保無人機，配備4個VP110-015噴頭，其噴頭壓力為0.35 MPa，噴幅為3.0 m，總流量為0.82 L/min，噴液量為30 L/hm2，飛行高度距水稻葉尖1.5 m，飛行速度為3.3 m/s。大田試驗中無人機作業情況及采樣布點如圖2所示。隨機選取一塊水稻田，設置3個小區，每個小區長30.0 m，寬12.0 m，面積為360 m2，共21個采樣點，每個采樣點分別放置40 cm、70 cm和100 cm 3個高度的PPR管，并用夾子將霧滴檢測卡固定在管頂部，顯色一面水平朝上[15-16]。噴施結束后，將完全干燥的霧滴檢測卡取下，進行后續分析。

2?結果與分析

2.1?不同表面活性劑及其添加量對農藥藥液潤濕性的影響

70%吡蚜酮可濕性粉劑用水稀釋100倍后，分別加入質量分數為0.1%～2.5%的AS-1、AS-2、TX-10、A105及T60，未加任何表面活性劑的吡蚜酮藥液作為空白藥液對照，使用DSA100接觸角分析儀測定每組藥液接觸角。

如圖3所示，添加了質量分數為0.1%～2.5% 的AS-1、AS-2、TX-10、A105和T60的農藥藥液平均接觸角分別為25.5°、34.2°、44.1°、53.1°及56.8°，比未加任何表面活性劑的吡蚜酮藥液（空白藥液對照）分別減小了62.8%、50.2%、35.8%、22.7%及17.3%，表明這5種表面活性劑均可提高農藥藥液的潤濕性，其中，添加AS-1的藥液平均接觸角下降最多，達到62.8%。添加量對藥液接觸角影響的研究結果表明，隨著AS-1添加量的增加，藥液接觸角呈現先下降后上升的趨勢，添加量為1.0%（質量分數）時藥液接觸角最小，為16.7°，潤濕性提高了75.7%。

2.2?不同表面活性劑及其添加量對農藥藥液防蒸發性的影響

圖4中顯示了不同添加量的AS-1、AS-2、TX-10、A105和T60對農藥藥液蒸發時間的影響，空白對照組為未加任何表面活性劑的吡蚜酮藥液。由圖4可見，與空白藥液和其他表面活性劑相比，添加AS-1、AS-2和A105能夠顯著延長藥液蒸發時間，提高農藥藥液防蒸發性。其中，在添加質量分數為1.0%、1.5%和2.0%的AS-1、AS-2與A105時，藥液蒸發時間比對照延長18.9%～41.5%。T60在添加量為1.0%、1.5%和2.0%（質量分數）時，蒸發時間分別延長1.8%～16.7%，而TX-10的添加則縮短了藥液蒸發時間。

2.3?不同表面活性劑及其添加量對農藥藥液沉積性能的影響

農藥霧滴在靶標作物葉面的覆蓋和沉積性能是影響農藥有效利用的關鍵，也是關系農業生態環境安全的重要因素[17]。為進一步明確表面活性劑種類及其添加量對農藥藥液覆蓋率和沉積密度的影響，選擇質量分數為1.0%、1.5%和2.0% 3個添加量，根據方法1.5.3所述的方法開展室內噴施試驗，測定吡蚜酮藥液在水稻葉片上的沉積覆蓋率和沉積密度，結果如圖5所示。從圖5中可以看出，與空白藥液對照相比，添加AS-1、AS-2、TX-10、A105和T60均能顯著提高藥液的沉積覆蓋率和沉積密度。其中，添加2.0%（質量分數）AS-1藥液的沉積覆蓋率和沉積密度最高，分別為22.5%和1 cm2 272.5個。

為進一步提高藥液沉積效果，開展多糖類化合物GD與2.0%（質量分數）AS-1復配對藥液沉積覆蓋率及沉積密度的影響研究，結果如表3所示。由表3可見，隨著GD添加量的增加，添加GD與2.0%（質量分數）AS-1復配助劑的藥液沉積覆蓋率及沉積密度呈先升高后降低的趨勢。復配助劑中，GD添加量為0.2%（質量分數）時，藥液覆蓋率和沉積密度均達到最高，分別為32.1%和1 cm2 305.9個，與空白藥液對照相比，提高了435.0%與165.3%;與單獨添加2%（質量分數）AS-1相比，提高了42.7%與12.3%。

圖6展示了添加2.0%（質量分數）AS-1與0.2%（質量分數）GD的復配助劑（命名為TAB78）的藥液與空白藥液對照的檢測卡對比圖。圖6中可見，噴施含有TAB78的藥液時，霧滴檢測卡上藍色液滴的覆蓋面積和沉積密度明顯高于空白藥液對照。對其潤濕性和防蒸發性的研究結果表明，添加TAB78的藥液接觸角、蒸發時間分別為15.4°和1 284 s。分別比空白藥液對照的接觸角降低77.6%，蒸發時間延長51.4%。與單一表面活性劑（圖3、圖4）相比，添加TAB78的藥液接觸角降低了7.6%～73.5%、蒸發時間延長了6.9%～164.7%。

2.4?添加TAB78的稻田常用農藥藥液的潤濕、防蒸發以及沉積效果

為驗證TAB78飛防助劑對水稻常用農藥的應用效果，選取了70%吡蚜酮可濕性粉劑、25%噻嗪酮懸浮劑、4%阿維菌素·啶蟲脒微乳劑、20%啶蟲脒可濕性粉劑、14%甲維·茚蟲威懸浮劑+32.5%苯甲·嘧菌酯懸浮劑復配農藥為研究對象，對添加TAB78后的農藥藥液進行潤濕、防蒸發以及沉積效果測試，結果如圖7所示。

由圖7可見，添加TAB78后，與空白藥液對照相比，25%噻嗪酮懸浮劑、4%阿維菌素·啶蟲脒微乳劑、20%啶蟲脒可濕性粉劑、14%甲維·茚蟲威懸浮劑+32.5%苯甲·嘧菌酯懸浮劑復配農藥的藥液接觸角分別下降了77.5%、59.1%、42.7%、59.2%和67.7%，平均下降61.2%;蒸發時間分別延長51.4%、39.8%、94.6%、62.3%和22.3%，平均延長54.1%;沉積覆蓋率分別提高4.3倍、1.0倍、2.1倍、1.2倍和0.9倍，平均提高1.9倍;沉積密度分別提高1.7倍、0.7倍、0.4倍、0.4倍和0.9倍，平均提高0.8倍。表明TAB78的添加均可顯著提高稻田常用農藥藥液的潤濕、防蒸發及沉積效果。

2.5?添加TAB78的稻田常用農藥藥液在水稻植株上的沉積覆蓋率和沉積密度

選取14%甲維·茚蟲威懸浮劑+32.5%苯甲·嘧菌酯懸浮劑復配農藥為研究對象，研究農藥藥液中分別加入TAB78和市售飛防助劑的田間噴霧效果。圖8為使用安飛易M6-AG型植保無人機在稻田噴施時，水稻株上（100 cm）、中（70 cm）和下（40 cm）3個部位處藥液霧滴的覆蓋率和沉積密度。

由圖8可見，添加2.2%（質量分數）TAB78飛防助劑的藥液在水稻植株低、中、高3個部位的覆蓋率分別為4.7%、7.1%和13.3%，分別比空白藥液對照提高3.1倍、2.1倍和2.4倍，比市售飛防助劑提高51.9%、56.1%和77.0%;沉積密度分別為1 cm2 325.9個、351.4個和407.5個，分別比空白藥液對照提高1.7倍、1.1倍和0.7倍，比市售飛防助劑提高12.1%、11.3%和8.4%。不同植株高度藥液覆蓋率和沉積密度比較結果表明，水稻植株上部農藥藥液的沉積覆蓋率及密度高于下部，主要原因是水稻葉片的遮擋導致農藥霧滴難以沉積到位置較低的葉片上。

3?討論

本研究采用室內與田間試驗相結合的方法，通過測定農藥液滴接觸角、蒸發時間、沉積覆蓋率及沉積密度，研究5種表面活性劑及其添加量對吡蚜酮藥液潤濕性、防蒸發性和沉積效果影響，結果表明，按2.0%（質量分數）添加陰離子型表面活性劑AS-1的藥液沉積覆蓋率和沉積密度最高，分別為22.5%和1 cm2 272.5個。室內試驗結果表明，按2.2%（質量分數）添加量，在水稻常用農藥70%吡蚜酮可濕性粉劑、25%噻嗪酮懸浮劑、4%阿維菌素·啶蟲脒微乳劑、20%啶蟲脒可濕性粉劑、14%甲維·茚蟲威懸浮劑+32.5%苯甲·嘧菌酯懸浮劑中加入TAB78后，藥液接觸角顯著降低，蒸發時間、沉積覆蓋率和沉積密度明顯提高。田間飛防噴霧試驗結果表明，添加TAB78飛防助劑的藥液在水稻植株上的沉積覆蓋率和沉積密度均優于市售飛防助劑。

飛防助劑的種類及其添加量是影響噴霧藥液潤濕性、防蒸發性和沉積效果的重要因素，選用合適的飛防助劑對于提高噴霧藥液的抗飄移性和作物表面的沉積量具有重要作用。已有研究結果表明，使用無人機進行噴霧作業時，藥液霧滴粒徑較小，在有風和高溫環境條件下容易發生飄移和蒸發，導致農藥藥液損失，造成環境污染。向農藥噴霧藥液中添加飛防助劑后，助劑中表面活性劑分子在氣-液界面定向排列，形成界面膜，使農藥液滴的表面張力降低，液滴與作物表面的接觸角減小，潤濕性提高[18-19]。周召路等[20]的研究結果表明，表面活性劑可與農藥溶液相互作用形成一定的自組裝結構，并將水分子束縛在結構內，從而減緩霧滴蒸發。在噴霧霧滴沉積研究方面，Lan等[21]通過田間試驗發現，助劑的添加能夠改變噴霧霧滴的性能，例如霧滴大小、沉積性能等，進而提高其覆蓋率與沉積密度;何玲等[22]提出噴霧助劑的使用會增加霧滴在水稻冠層的沉積分布。本研究結果表明，水稻生長期進行無人機噴霧作業時，在農藥藥液中添加復配飛防助劑TAB78，能夠有效提高噴霧藥液的潤濕性、防蒸發性和沉積效果，增加藥液的有效持留，減少蒸發和漂移損失，從而達到提高飛防藥劑沉積效果，確保飛防藥效的目的。有關飛防助劑TAB78優化農藥液滴潤濕性、抗蒸發性和沉積性能的科學機理還有待進一步研究。

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（責任編輯：陳海霞）