多旋翼植保無人機與常規(guī)噴施縮節(jié)胺對棉花生長調(diào)控效應(yīng)比較

趙 靜，辛 芳，周月婷，趙昌榮，韓小強，劉 政，林克劍,3，付 威

(1.新疆農(nóng)墾科學(xué)院植物保護研究所，新疆石河子 832000；2.新疆綠洲農(nóng)業(yè)病蟲害治理與植保資源利用自治區(qū)高校重點實驗室/石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院，新疆石河子 832002；3.植物病蟲害生物學(xué)國家重點實驗室/中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護研究所，北京 100193；4.石河子大學(xué)機械電氣工程學(xué)院，新疆石河子 832002)

0 引 言

【研究意義】2017年新疆種植棉花196.31萬公頃，棉花總產(chǎn)408.2萬噸，占全國棉花產(chǎn)量的67%，新疆已成為我國最大的棉花生產(chǎn)基地[1]。當(dāng)前新疆兵團及地方機采棉植保作業(yè)多使用地面機械牽引的噴桿式噴霧機進行，其作業(yè)過程中會導(dǎo)致碾壓棉株、撞擊棉鈴、拽拉棉枝、撞落已吐絮棉花等問題，降低了棉花的產(chǎn)量與品質(zhì)，成為制約兵團棉花產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效的瓶頸問題和技術(shù)難題[2]。植保無人機是以輕小型無人機為載體，搭載上農(nóng)藥噴霧設(shè)備，引入全球定位系統(tǒng)(GPS)和地理信息系統(tǒng)(GIS)，以“云服務(wù)、大數(shù)據(jù)”為技術(shù)背景，實現(xiàn)精準(zhǔn)化植保作業(yè)[3-5]，提高了航空植保作業(yè)的質(zhì)量，有效提高農(nóng)藥的利用率，可實現(xiàn)農(nóng)藥的減量、精確、高效、合理的使用，既促進資源高效和提質(zhì)增效，又有利于農(nóng)產(chǎn)品安全和環(huán)境保護[6]?！厩叭搜芯窟M展】棉花具有無限生長的特性，營養(yǎng)生長和生殖生長并進時間長，若在生育期雨水過多，會造成植株營養(yǎng)生長過旺，抑制了生殖生長，造成蕾鈴大量脫落，降低棉花產(chǎn)量和品質(zhì)[7]?？s節(jié)胺(1,1-dimethyl-piperidiniuchloride, DPC)是一種抑制型的植物生長調(diào)節(jié)劑，通過調(diào)節(jié)植株體內(nèi)的內(nèi)源激素(如ABA、IAA、CTK、GA等)的含量，延緩植物的營養(yǎng)生長，抑制頂芽生長，促進生殖器官的發(fā)育[8]。棉花應(yīng)用DPC后，葉片加厚、葉綠素的含量增加，進而提高葉片光合速率，并抑制棉株主莖生長，縮短植株節(jié)間長度，塑造較為理想的株型，促進產(chǎn)量器官的發(fā)育，增加結(jié)鈴數(shù)[9,10]。DPC在控制棉花黃萎病、抑制棉蚜種群等植株抗逆能力方面也具有一定作用[11-14]?；瘜W(xué)封頂容易造成棉花株高調(diào)控差異明顯，進而影響棉花產(chǎn)量[15]。DPC能夠使棉花開花期提前，單株成鈴的速度加快，中下部棉鈴成鈴率提高，早期蕾鈴脫落率減少，進而提高棉花產(chǎn)量[16]。【本研究切入點】植保無人機在新疆棉花病蟲害防治、脫葉劑噴施作業(yè)中已有較多研究，取得了良好的經(jīng)濟效益和生態(tài)效益[17-21]。針對植保無人機噴施棉花DPC對棉花生長調(diào)控效應(yīng)等方面尚屬空白。研究植保無人機在棉花化控作業(yè)中的應(yīng)用?！緮M解決的關(guān)鍵問題】通過JT-30多旋翼植保無人機噴施DPC作業(yè)，研究植保無人機作業(yè)對棉花株高、果枝臺數(shù)、果枝長度、節(jié)間距等的影響，分析塑造高效個體和群體，協(xié)調(diào)好營養(yǎng)生長和生殖生長的關(guān)系，為植保無人機在棉花化控作業(yè)的應(yīng)用提供指導(dǎo)，為降低農(nóng)藥使用量和棉花產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2017年在新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團第八師石河子市北泉鎮(zhèn)(石總場)三分場四連進行(E85.809, N44.665)，試驗地多年種植棉花，土壤肥力中等。2017年4月22日播種，2017年4月23日出苗水，棉花品種為新陸早64號，機采棉種植模式，一膜六行，行距為66 cm+10 cm，密度1.3×104株/667 m2，膜下滴灌，一膜2管。該試驗棉田采用膜下滴灌技術(shù)，施肥、灌水等田間管理措施與大田一致，其施肥方式采用隨水滴灌施肥，2017年7月1日實施人工打頂。試驗地棉花生長整齊，生理期一致，各處理施肥水平、灌溉和常規(guī)DPC應(yīng)用時間及劑量一致。

98%甲哌鎓可溶性粉劑，南通金陵農(nóng)化有限公司。

供試藥械為JT-30型多旋翼電動植保無人機(UAV)，新疆疆天航空科技有限公司生產(chǎn)，采用空心圓錐噴頭，單個噴頭流量680 mL/min，共6個噴頭；噴幅6 m，有效載荷30 kg。對照藥械為3W-1000Y型噴桿式噴霧機，北京豐茂植保機械有限公司生產(chǎn)。圖1，表1

圖1 JT-30 UAV及其飛控平臺
Fig.1 Flight control platform of JT-30 UAV

表1 JT-30 UAV和3W-1000Y的主要參數(shù)
Table 1 Characteristic parameters of the JT-30 UAV and 3W-1000Y

參數(shù)Parameters植保無人機JT-30 UAV噴桿式噴霧機3W-1000Y旋翼 Rotor六旋翼 (直徑76.5 cm)-動力類型 Power type電動懸掛式噴頭類型 Nozzle type空心圓錐噴頭扇形噴頭噴頭數(shù)量 Number of nozzles636工作壓力 Working pressure0.3 MPa0.2-0.4 MPa噴幅 Spray width6 m18 m作業(yè)高度 Working height2 m0.5流量(單個噴頭) Flow(single nozzle)680 mL/min1 580 mL/min作業(yè)速度 Working speed5 m/s0.8-1.0 m/s載藥量 Drug loading30 L1 000 L自重 Self weight24 kg-無載荷運行時間 No load running time35 min-噴霧類型 Spray type低容量高濃度高容量低濃度

1.2 方 法

1.2.1 試驗設(shè)計

試驗設(shè)3個處理，其中植保無人機噴藥處理面積26 667 m2；地面機車噴藥處理面積26 667 m2，清水空白對照面積50 m2。于2017年7月5日和7月10日噴施兩次縮節(jié)胺。表2

表2 試驗設(shè)計
Table 2 Design of experiments

處理Treat施藥器械Spraying equipment藥劑Pesticide施藥量 Pesticide concentration(g/667m2)第一次The first time第二次The second time水量Water volume(L/667m2)1JT-30植保無人機98%甲哌鎓可溶性粉劑10 g10 g1.523W-1000Y噴桿式噴霧機98%甲哌鎓可溶性粉劑10 g10 g353空白對照----

1.2.2 作業(yè)效果評價

1.2.2.1 株型性狀

分別在空白對照區(qū)、植保無人機噴霧作業(yè)區(qū)和噴桿式噴霧機作業(yè)區(qū)隨機選取10個點，每點標(biāo)記5株棉花(邊行、中行各5 株)，共計50株，分別于施藥前1 d和施藥后5、10、14 d調(diào)查棉花株高、葉齡、果枝臺數(shù)、果枝長度(倒一和倒二)、節(jié)間長度(倒一和倒二)、果枝始節(jié)和果枝始節(jié)高度。表3

1.2.2.2 產(chǎn)量性狀和纖維品質(zhì)

分別在植保無人機和噴桿式噴霧機作業(yè)區(qū)隨機選取10個點，每點標(biāo)記5株棉花，共計50株，分別于施藥前1 d和施藥后5、9、14 d調(diào)查棉花棉鈴數(shù)。待棉花成熟后，收取連續(xù)10株吐絮鈴(整株)并統(tǒng)計鈴數(shù)，計算單鈴重及分析與產(chǎn)量和纖維品質(zhì)相關(guān)的指標(biāo)。表3

1.2.3 安全性調(diào)查

于施藥作業(yè)后1～15 d，每天在田間觀察各處理區(qū)棉花是否有生長異常、葉片黃化、葉片穿孔、落花落鈴等藥害現(xiàn)象。

表3 株型性狀指標(biāo)和產(chǎn)量性狀指標(biāo)調(diào)查
Table 3 Survey method of cotton plant type index and yield index

序號Number生理指標(biāo)Physiological index調(diào)查方法Survey method1株高子葉節(jié)至主莖頂端的高度2葉齡主莖真葉數(shù)量3果枝臺數(shù)棉株主莖果枝數(shù)量4果枝長度測量倒一、倒二果枝長度5節(jié)間長度測量倒一、倒二節(jié)間長度6果枝始節(jié)從子葉節(jié)開始第幾節(jié)開始有果枝7果枝始節(jié)高度從子葉節(jié)開始到果枝始節(jié)的高度8棉鈴數(shù)全株棉鈴總數(shù)

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)均使用軟件SPSS v21.0進行統(tǒng)計分析。 采用單因素方差分析，然后進行Duncan檢驗(P=0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 植保無人機噴施DPC對棉花株高的影響

研究表明，植保無人機和噴桿噴霧機作業(yè)均能有效的抑制棉花的株高，植保無人機作業(yè)5、10 d(第二次藥后3 d)后，對棉花株高較施藥前變化不大，增加幅度不到1 cm，藥后14 d(第二次藥后7 d)株高增加1.12 cm，相比清水對照處理的抑制率分別為7.26%、15.81%和21.17%；噴桿式噴霧機作業(yè)5 、10 d(第二次藥后3 d)后和藥后14 d(第二次藥后7 d)株高變化亦不顯著，相比清水對照處理的抑制率分別為8.55%、16.81%和22.80%。植保無人機噴施DPC對棉花株高的抑制能夠達(dá)到與地面機車牽引的噴桿式噴霧機作業(yè)相當(dāng)?shù)男Ч?。棉花的葉齡、果枝臺數(shù)和果枝始節(jié)等指標(biāo)經(jīng)過打頂后，基本不再變化，兩種噴霧器械作業(yè)對其無影響。表4

2.2 植保無人機噴施DPC對棉花果枝長度影響

研究表明，植保無人機作業(yè)5、10 d(第二次藥后3 d)和14 d(第二次藥后7 d)后，倒一果枝長度生長量分別為0.06、0.51和0.80 cm，噴桿式噴霧機噴霧處理區(qū)分別為0.46、1.36和1.52 cm，清水處理區(qū)分別為1.71、3.51和5.53 cm。植保無人機和噴桿式噴霧機噴霧處理相比清水對照對倒一果枝長度具有顯著的抑制效果。施藥作業(yè)14 d(第二次藥后7 d)后植保無人機對倒一果枝長度的抑制率為85.53%，噴桿噴霧機的抑制率為65.70%，對于倒二果枝長度，植保無人機噴霧作業(yè)的抑制效果弱于噴桿式噴霧機(分別為0.15、1.12、1.49 cm和0.19、0.23、0.58 cm)，施藥作業(yè)14 d(第二次藥后7 d)后植保無人機對倒二果枝長度的抑制率為81.28%，噴桿噴霧機的抑制率則達(dá)到了92.71%。表5

2.3 植保無人機噴施DPC對棉花節(jié)間距的影響

研究表明，與清水對照相比，兩種施藥器械對棉花節(jié)間長度的抑制也較為顯著，都能夠有效的降低倒一和倒二節(jié)間長度，阻止植株過度生長。兩種施藥器械間對比基本無差異，對倒一和倒二節(jié)間長度的抑制效果有所差異，藥后14 d的抑制率分別達(dá)到60.54%和57.63%(植保無人機)、73.77%和76.08%(噴桿式噴霧機)，這與植保無人機作業(yè)對倒二果枝長度的抑制情況一致。表4，表5

2.4 植保無人機噴施DPC對棉花產(chǎn)量性狀影響

研究表明，兩種器械噴施作業(yè)后，均有效的促進了成鈴率的提高，藥后14 d棉鈴數(shù)平均提高棉鈴2個，而清水對照出現(xiàn)了棉鈴脫落的現(xiàn)象，14 d后棉鈴平均減少1.12個。表5

研究表明，植保無人機噴施DPC對棉花成鈴率具有顯著的提高作用，高于噴桿噴霧機，同時對單鈴重?zé)o影響。與空白對照相比，兩種施藥器械噴施DPC，均在一定程度上提高了馬克隆值和短纖維指數(shù)，但兩種施藥器械間基本無差異；兩種施藥器械均降低了上半部長度、平均長度、均勻性指數(shù)、斷裂比強度，這可能主要是脫葉劑和乙烯利的使用導(dǎo)致的結(jié)果；兩種施藥器械噴施DPC對于棉花伸長率和成熟度沒有影響。表6

表6 地面機車與植保無人機噴施DPC下棉花產(chǎn)量和品質(zhì)變化
Table 6 Effect of spraying DPC on cotton yield and fiber quality characters by JT-30 UAV

處理Index單株鈴數(shù)Number of bolls per plant成鈴率Ratio of harvested bolls (%)鈴重Single boll weight (g)上半部纖維長度UHML(mm)平均長度Average length (mm)整齊度指數(shù)UNI(%)馬克隆值MIC斷裂比強度STR(cN/tex)伸長率ELG(%)成熟度MR短纖維指數(shù)SFI(%)17.87a77.31a5.64a27.74b23.17b83.5b5.18a26.3c6.6a0.84a8.2b27.93a73.84b5.59a27.99b23.08b82.4c5.16a27.6b6.6a0.84a8.8a37.56a67.86c4.97b30.07a25.52a84.9a4.54b32.2a6.8a0.84a7.0c

2.5 安全性

根據(jù)植保無人機噴施DPC對棉花生長安全性的影響的田間觀察。經(jīng)藥后田間觀察，各處理區(qū)未發(fā)現(xiàn)棉花生長異常、葉片黃化、葉片穿孔、落花落鈴等藥害現(xiàn)象，采用的施藥方式、藥劑種類、用藥量及藥劑濃度對棉花生長安全。

3 討 論

機采棉種植密度大，在生長中后期葉片層疊，枝葉交錯，地面機車牽引的噴桿式噴霧機進行植保作業(yè)往往會導(dǎo)致碾壓棉株、撞擊棉鈴、拽拉棉枝、撞落已吐絮棉花等，且藥液流失嚴(yán)重，水量耗費較大等，植保無人機噴施棉花DPC，有效促進植株營養(yǎng)生長向生殖生長的轉(zhuǎn)移，塑造良好株型，提高成鈴率，具有與地面機車牽引的噴桿式噴霧機相當(dāng)?shù)男Ч瑢ξ磥頇C采棉全程機械化、現(xiàn)代化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)具有理論指導(dǎo)意義。但是植保無人機屬于新興植保作業(yè)機械，市場無人機機型千差萬別，在飛行參數(shù)和作業(yè)參數(shù)上有著較大的區(qū)別，這直接影響到植保無人機噴施棉花DPC的作用效果。在棉花DPC的噴施作業(yè)中，需建立健全植保無人機作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，為棉花產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效提供服務(wù)。

4 結(jié) 論

研究結(jié)果顯示，JT-30植保無人機噴施DPC 5 d、10 d、14 d后能夠有效抑制棉花的株高，抑制率分別為7.26%、15.81%和21.17%；噴桿噴霧機噴施作業(yè)后對應(yīng)的抑制率為8.55%、16.81%和 22.80%；表明JT-30植保無人機噴施DPC對棉花株高的抑制效果與噴桿式噴霧機作業(yè)效果相當(dāng)。在果枝長度、節(jié)間長度和果枝始節(jié)高度等指標(biāo)上表現(xiàn)出了相似的結(jié)果。研究表明，植保無人機噴施縮節(jié)胺可以有效促進棉花營養(yǎng)生長向生殖生長的轉(zhuǎn)移、塑造良好株型、提高成鈴率，具有與常規(guī)噴施相當(dāng)?shù)男Ч?，且高濃度DPC對棉花無藥害。

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