植保無人機(jī)噴施對(duì)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(cè)定了植保無人機(jī)噴施對(duì)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(jī)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(shì)，玉米果穗有效長(zhǎng)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(shì)，當(dāng)施用量降至2400mL/hm²，即較推薦用量（4500mL/hm²）減少用藥46.67%時(shí)，對(duì)藜、狗尾草和總草的株防效仍分別高達(dá)93.31%、65.51%和86.40%，鮮重防效分別高達(dá)99.12%、78.61%和93.44%;對(duì)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(fù)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(fù)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?？梢?，植保無人機(jī)噴施對(duì)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(jià)值。

關(guān)鍵詞玉米田;植保無人機(jī);土壤處理除草劑;減量效應(yīng)

中圖分類號(hào)：S451.22，S251文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B DOI：10.16688/j.zwbh.2018167

玉米是我國(guó)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(duì)于確保國(guó)家糧食安全、推動(dòng)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(duì)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(fù)式噴藥和行走式機(jī)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(dòng)強(qiáng)度大等已備受社會(huì)關(guān)注。研發(fā)、引進(jìn)和推廣經(jīng)濟(jì)、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(jī)是目前最為先進(jìn)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(jī)分離）、作物損傷小以及顯著減少農(nóng)藥施用量等優(yōu)點(diǎn)，美國(guó)、日本等為代表的發(fā)達(dá)國(guó)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(guó)以固定翼飛機(jī)為主，旋翼飛機(jī)直升機(jī)為輔，日本則以微、小型的植保無人機(jī)為主。近年來，國(guó)內(nèi)的航空植保產(chǎn)業(yè)也呈迅猛發(fā)展態(tài)勢(shì)，自從國(guó)內(nèi)第一架植保無人機(jī)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(guó)性的無人機(jī)植保展示也層出不窮。相關(guān)行政主管部門陸續(xù)出臺(tái)配套的扶持和引導(dǎo)性政策，科研推廣機(jī)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(jī)構(gòu)也相繼成立。隨著人力成本的不斷提高、農(nóng)村勞動(dòng)力的顯著減少和人們對(duì)良好生態(tài)環(huán)境需求的不斷提高，國(guó)內(nèi)對(duì)高科技的農(nóng)用植保無人機(jī)的需求日益迫切。植保無人機(jī)必將成為我國(guó)農(nóng)藥精準(zhǔn)、減量施用的重要途徑。

但植保無人機(jī)在我國(guó)的研究和應(yīng)用才剛剛起步，其本身的機(jī)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(duì)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(duì)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(yàn)測(cè)定了植保無人機(jī)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(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2017年布設(shè)在平?jīng)鍪修r(nóng)業(yè)科學(xué)院高平試驗(yàn)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(diǎn)。試驗(yàn)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(jī)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(duì)優(yōu)勢(shì)。

1.2試驗(yàn)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(jī)型號(hào)為大疆MG-1，搭載4個(gè)噴頭，噴頭型號(hào)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(fù)式靜電噴霧器型號(hào)為3WJD-18，工作壓力0.15～0.4MPa，由山東衛(wèi)士植保機(jī)械有限公司生產(chǎn);玉米品種為‘先玉335，由美國(guó)先鋒良種國(guó)際有限公司育成。

1.3試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置6個(gè)噴施除草劑處理，另設(shè)空白對(duì)照和人工除草處理，詳見表1。處理隨機(jī)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(diǎn)播器等行距點(diǎn)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(jì)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(jī)沿小區(qū)長(zhǎng)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(fù)式噴霧器噴霧量為450kg/hm²。施藥當(dāng)日晴天，最高氣溫26.2℃，相對(duì)濕度62%，風(fēng)力小于3級(jí)。人工除草處理區(qū)采取人工方法及時(shí)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(duì)照區(qū)的雜草任其自然生長(zhǎng)。其他管理同大田。

1.4測(cè)定項(xiàng)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(duì)角線3點(diǎn)取樣，樣點(diǎn)面積0.25m²，同一小區(qū)3樣點(diǎn)的所有雜草拔出后混合裝入同一個(gè)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(duì)照區(qū)雜草株數(shù)一除草劑處理區(qū)雜草株數(shù)）/空白對(duì)照區(qū)雜草株數(shù)]×100%;

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

1.4.2玉米產(chǎn)量及其性狀測(cè)定

玉米成熟后，每小區(qū)在其中間2行選取3點(diǎn)，每點(diǎn)隨機(jī)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(biāo)記。曬場(chǎng)內(nèi)曬干后，每小區(qū)隨機(jī)選取20個(gè)果穗，測(cè)定果穗粗、果穗有效長(zhǎng)度（果穗實(shí)際結(jié)實(shí)部分的長(zhǎng)度）和穗粒數(shù);之后，按小區(qū)脫粒計(jì)產(chǎn)，每小區(qū)隨機(jī)選取500粒玉米籽粒稱重。

1.5數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

利用Excel 2007和DPS 7.05統(tǒng)計(jì)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(duì)雜草的防除效果

由表2看出，采用植保無人機(jī)噴施時(shí)，40%乙·莠SE以3300mL/hm²用藥量對(duì)藜、狗尾草及總草的株防效和鮮重防效以及2850mL/hm²用量對(duì)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(fù)式噴霧器以3300mL/hm²噴施（P<0.01），或與之相當(dāng)（P>0.05，下同）;2400mL/hm²用藥量的控草效果較為理想，對(duì)藜的株防效與背負(fù)式噴霧器以3300mL/hm²噴施無顯著差異，對(duì)總草的鮮重防效極顯著高于背負(fù)式噴霧器以3300mL/hm²噴施，對(duì)藜的鮮重防效、對(duì)狗尾草的株防效和鮮重防效及對(duì)總草的株防效雖極顯著低于背負(fù)式噴霧器以3300mL/hm²噴施，但仍分別達(dá)到99.12%、65.5l%、78.61%和86.40%;1950mL/hm²用藥量的控草作用較差，對(duì)藜、狗尾草的株防效和鮮重防效及對(duì)總草的株防效極顯著低于背負(fù)式噴霧器以3300mL/hm²用藥量噴施，僅對(duì)總草的鮮重防效極顯著高于背負(fù)式噴霧器以3300mL/hm²噴施;1500mL/hm²用藥量對(duì)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(fù)式噴霧器以3300mL/hm²用藥量噴施?？梢姡寥捞幚沓輨?0%乙·莠SE采用植保無人機(jī)噴施，其施用量在2400mL/hm²及以上時(shí)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(jī)噴施，玉米果穗有效長(zhǎng)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(shì)。其中果穗有效長(zhǎng)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(fù)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(fù)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(fù)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(jī)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(jià)格為1.70元/kg成本核算中，40%乙·莠SE價(jià)格為28.57元/L，植保無人機(jī)和背負(fù)式噴霧器噴藥人工費(fèi)分別為150.00和300.00元/hm²，人工除草費(fèi)900.00元/hm²，玉米種子、化肥、旋耕地、播種、追肥培土、收獲至入庫(kù)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(jī)噴施，3300mL/hm²施藥量下的玉米產(chǎn)量與背負(fù)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(fù)式噴霧器噴施相當(dāng)，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(fù)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(fù)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(fù)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(fù)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(jī)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(shì)，以2400mL/hm²施藥量下的最高，其產(chǎn)量較人工除草和背負(fù)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(fù)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(shí)霧滴的大小、分布均勻性、沉降密度等對(duì)其作用效應(yīng)有明顯影響。研發(fā)、引進(jìn)和推廣先進(jìn)的噴霧器械是提高噴霧質(zhì)量最有效的途徑。植保無人機(jī)田問作業(yè)時(shí)，其旋翼向下產(chǎn)生巨大氣流，將藥液下壓至靶標(biāo)對(duì)象（土壤表面或植物表面），其霧滴細(xì)勻、穿透力強(qiáng)、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(dòng)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(jìn)的農(nóng)藥噴灑器械。近年來，植保無人機(jī)也開始應(yīng)用于玉米田農(nóng)藥噴施，并被證明是切實(shí)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(bào)道。本研究旨在揭示植保無人機(jī)在玉米田土壤處理除草劑噴施中的應(yīng)用價(jià)值，其結(jié)果表明：利用植保無人機(jī)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(shì)，玉米果穗的有效長(zhǎng)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(shì)，施藥量降至2400mL/hm²時(shí)的效果最好，對(duì)雜草仍有較好的控制效果，對(duì)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?yàn)槌輨┳饔孟碌挠衩咨L(zhǎng)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(dāng)除草劑施用量較大時(shí)，雖對(duì)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(duì)玉米生長(zhǎng)發(fā)育的影響;當(dāng)除草劑施用量適宜時(shí)，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(duì)玉米農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量及收益的影響;當(dāng)除草劑施用量較小時(shí)，雖然減輕甚至避免了除草劑對(duì)玉米的負(fù)面作用，但控草效果明顯下降，存活下來的雜草對(duì)玉米生長(zhǎng)發(fā)育仍有一定影響。

天氣狀況、土壤理化性狀、無人機(jī)飛行參數(shù)等對(duì)土壤處理除草劑的作用效應(yīng)和植保無人機(jī)的作業(yè)質(zhì)量均有明顯影響。土壤中黏粒比例大、有機(jī)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(jí)、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(yán)重。霧滴飄移加大了相鄰作物受藥害的風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)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(shí)，地面不平整、土塊較大、前茬作物根茬殘留量較大，對(duì)霧滴沉降的有效性及其分布的均勻性也會(huì)產(chǎn)生明顯影響;噴霧量和助劑對(duì)植保無人機(jī)作業(yè)效果亦有明顯影響，現(xiàn)有研究認(rèn)為，利用植保無人機(jī)噴施農(nóng)藥時(shí)，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(dá)”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(jī)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(rèn)為，該地區(qū)的機(jī)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(jī)噴施土壤處理除草劑，對(duì)雜草的控制效果較好，對(duì)玉米的生長(zhǎng)發(fā)育無明顯影響，對(duì)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(jì)、安全、高效的除草劑噴施新技術(shù)。為了確保植保無人機(jī)的噴施效果，實(shí)際應(yīng)用中還要做到以下四點(diǎn)，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(jìn)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的重要抓手之一，也是植保無人機(jī)應(yīng)用價(jià)值之所在。本研究表明，在隴東旱塬條件下，植保無人機(jī)噴施對(duì)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(duì)雜草仍可起到較好的控制效果，對(duì)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(jī)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(jià)值。