美國(guó)白蛾直升飛機(jī)防治中的霧滴分析及其對(duì)防治效果的影響

劉云鵬，徐麗麗，解春霞，鄭華英，高 悅

(江蘇省林業(yè)科學(xué)研究院， 江蘇 南京 211153)

美國(guó)白蛾(HyphantriacuneaDrury)是重要的世界性檢疫害蟲[1-3]。1979年首次從朝鮮傳入我國(guó)遼寧丹東市，至國(guó)家林業(yè)局2018年第2號(hào)公告顯示，美國(guó)白蛾已在我國(guó)陜西、遼寧、江蘇、河南和安徽等11個(gè)省(市)的572個(gè)縣區(qū)發(fā)生，給這些省市的城市綠化、藥用植物及其他林木造成了嚴(yán)重的危害，釀成了重大損失，因此又被稱為 “森林無(wú)煙的火災(zāi)”。該蟲是典型的多食性害蟲，寄主范圍極為廣泛，在我國(guó)其寄主超過(guò)300種，涉及植物49個(gè)科，其中白蠟槭(AcernegundoL.)和桑(MorusalbaL.)受害最為嚴(yán)重。美國(guó)白蛾已成為嚴(yán)重侵害我國(guó)果樹(shù)、林木、農(nóng)作物和野生植物的重大檢疫性害蟲，嚴(yán)重威脅和干擾了林業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人居環(huán)境安全[4-5]。江蘇省自2010年美國(guó)白蛾發(fā)生以來(lái)，危害面積迅速擴(kuò)大，危害程度逐年加重。2018年全省美國(guó)白蛾發(fā)生面積約8.207萬(wàn)hm2，占全省主要林業(yè)有害生物發(fā)生總面積的54.4%。目前已突破長(zhǎng)江，疫區(qū)范圍涉及連云港、徐州、鹽城、宿遷、淮安、揚(yáng)州、泰州、南京等8個(gè)省轄市51個(gè)縣區(qū)611個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)。因此，如果不能及時(shí)有效地遏制美國(guó)白蛾的擴(kuò)散危害，將對(duì)本省城市綠化和森林資源造成嚴(yán)重威脅，其經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、社會(huì)負(fù)面效應(yīng)不可估量。

飛機(jī)防治具有速度快、效率高、持續(xù)效果好、能在短時(shí)間內(nèi)迅速降低蟲口密度等優(yōu)勢(shì)，又可有效解決因樹(shù)木高大、防治設(shè)備落后、防治力量不足導(dǎo)致的防治效率低等難題[6-7]，已成為美國(guó)白蛾防控的最主要措施之一。僅2018年，江蘇省美國(guó)白蛾飛機(jī)防治面積就達(dá)26.667萬(wàn)hm2。然而，也由于飛行速度、飛行高度、林間郁閉度等因素的影響，飛機(jī)防治效果差異顯著。目前國(guó)內(nèi)有關(guān)飛機(jī)防治的研究，尤其是有人直升機(jī)施藥的研究，大多還集中在施藥后的防治效果方面[8-10]，對(duì)于噴施霧滴分布和穿透力等研究仍較少。為了進(jìn)一步明確飛行作業(yè)參數(shù)對(duì)林間霧滴分布及防控效果的影響，本文通過(guò)不同飛行方案對(duì)林間霧滴密度的影響進(jìn)行了分析，并結(jié)合飼養(yǎng)試驗(yàn)，明確了確保防治效果所需的霧滴密度，以期為今后的飛機(jī)防治作業(yè)提供參考。

1 試驗(yàn)地及天氣概況

試驗(yàn)地選擇在江蘇省沭陽(yáng)縣新沭河防護(hù)林帶。試驗(yàn)區(qū)內(nèi)海拔10—20 m，主要樹(shù)種為 8 年生 69 楊(Clone 69 /55,Populusdeltoides)和72楊(Clone 72/58,P．deltoides)的人工防護(hù)林，株行距5 m×8 m，林地郁閉度0.85—0.90，楊樹(shù)胸徑15—20 cm，樹(shù)高12—15 m，林冠層枝下高10 m左右。該林區(qū)總面積200 hm2左右，為美國(guó)白蛾常發(fā)區(qū)，有蟲株率在15%—20%。氣象情況:試驗(yàn)于 2017年6月7日進(jìn)行，當(dāng)日天氣多云，氣溫18—27 ℃，相對(duì)濕度60%，風(fēng)力2—3級(jí)。

2 材料與方法

2.1 飛行參數(shù)設(shè)置

試驗(yàn)機(jī)型：采用目前美國(guó)白蛾飛機(jī)防治中經(jīng)常使用的AS350 B3e(小松鼠)型直升機(jī)(固定翼+ 靜電吸附噴頭；載藥量：400—450 kg/架次；每架次加入沉降劑尿素16 kg)。

飛行參數(shù)設(shè)定：采取2種飛行方案進(jìn)行飛防：方案1，航速120 km/h，飛行高度30—35 m；方案2，航速150 km/h，飛行高度40—45 m。

2.2 供試藥劑

Bt懸浮劑，毒力效價(jià)為8 000 IU/μL(揚(yáng)州綠源生物化工有限公司生產(chǎn))；25%滅幼脲(安陽(yáng)市瑞澤農(nóng)藥有限公司生產(chǎn))。

試驗(yàn)施藥設(shè)為Bt + 滅幼脲混劑，用藥量為(375+375) g/hm2。

2.3 霧滴分布測(cè)定

地面噴幅檢測(cè)：在直升機(jī)施藥前，選擇郁閉度較低、相對(duì)空曠的地帶，在垂直飛行方向的地面上預(yù)先放置一排水敏試紙(Syngenta，76 mm×26 mm)。試紙間隔50 cm，總寬度100 m。在直升機(jī)施藥后，迅速檢查水敏試紙變色情況，并結(jié)合周邊地面和草木上藥劑霧滴痕跡，測(cè)量直升機(jī)噴霧寬幅。重復(fù)3組，統(tǒng)計(jì)平均值。

林間霧滴分布監(jiān)測(cè)：利用水敏試紙觀測(cè)霧滴分布情況。在試驗(yàn)林帶內(nèi)，選擇垂直航線下3行楊樹(shù)作為標(biāo)準(zhǔn)株，每行6株，株距8 m，株高13—15 m。在魚竿上串上一系列紙板，并將水敏試紙水平固定在紙板上，紙板高度分別設(shè)置為3，4，5，6，7，8，9，10，11，12 m，再將魚竿固定在每株標(biāo)準(zhǔn)木主干上，模擬林間楊樹(shù)葉片。飛機(jī)施藥后迅速取回水敏試紙，進(jìn)行霧滴數(shù)量及分布情況檢測(cè)，并通過(guò)掃描儀獲取水敏試紙霧滴沉積痕跡圖像(分辨率 1 200 dpi)，使用iDAS PRO軟件處理圖像計(jì)算霧滴沉積關(guān)鍵參數(shù)。

2.4 不同霧滴密度對(duì)防治效果的影響試驗(yàn)

采用室內(nèi)“飼喂法”[11-12]測(cè)定防治效果。供試葉片采集：飛機(jī)噴霧后，在試驗(yàn)區(qū)內(nèi)采集具不同霧滴密度的楊樹(shù)葉片，并按葉片上霧滴密度少、中、多初分成3組(組1：0—3點(diǎn)/cm2；組2：6—9點(diǎn)/cm2；組3：9—12點(diǎn)/cm2)，供毒力測(cè)定使用。供試?yán)ハx：采集未防治區(qū)楊樹(shù)上的美國(guó)白蛾3—4齡幼蟲，新鮮楊樹(shù)葉片飼養(yǎng)備用。

毒力測(cè)定方法：將上述3組葉片晾干后，每組取20片霧滴均勻的葉片，每片剪出4 cm×4 cm的正方形，統(tǒng)計(jì)其上霧滴數(shù)量，計(jì)算平均霧滴密度。將上述剪出的3組葉片分別放人20 cm×15 cm×12 cm的養(yǎng)蟲盒中，每組放入美國(guó)白蛾3—4齡幼蟲40—50頭，以新鮮楊樹(shù)葉片做對(duì)照，每個(gè)處理重復(fù)3次；隨后每12 h調(diào)查統(tǒng)計(jì)1次幼蟲死亡數(shù)量，計(jì)算累計(jì)死亡率。

2.5 統(tǒng)計(jì)分析方法

本文所有數(shù)據(jù)均采用Excel和DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。

3 結(jié)果與分析

3.1 飛行速度與高度對(duì)地面噴霧寬幅的影響

此次試驗(yàn)使用同一機(jī)型，按2種飛行速度和高度方案進(jìn)行噴霧防治。通過(guò)對(duì)地面及葉片霧滴實(shí)測(cè)噴幅寬度發(fā)現(xiàn)，航速、飛行高度和地面噴幅寬度之間有直接關(guān)系：方案1地面噴幅寬度為45.53 m，而方案2地面噴幅寬度為59.35 m(見(jiàn)表1)。方案2的地面噴幅明顯優(yōu)于方案1(F=25.048 7，P=0.015 6)，其主要原因在于2個(gè)方案中固定翼直升機(jī)的藥劑噴頭角度是固定的，隨著直升機(jī)高度的增加，噴幅也會(huì)變寬。同時(shí)，速度提升后，飛機(jī)向下及對(duì)林間的氣流擾動(dòng)增強(qiáng)，這對(duì)噴霧寬幅也產(chǎn)生正向影響。因此，在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)實(shí)際作業(yè)寬度對(duì)航速和飛行高度進(jìn)行合理的調(diào)整，避免過(guò)度施藥或噴灑寬幅不夠，以降低成本，提高防治效率。

表1 不同飛防航行方案對(duì)噴藥寬幅的影響

3.2 飛行速度與高度對(duì)霧滴穿透力的影響

按本文“林間霧滴分布監(jiān)測(cè)”的試驗(yàn)方案，收集設(shè)置在飛機(jī)航道截面上放置的水敏試紙，對(duì)不同位置的霧滴密度檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，2種飛行方案下，霧滴密度均整體呈中心區(qū)域高，并逐漸向2側(cè)降低的趨勢(shì)(如圖1)。其中方案1噴幅中心區(qū)域霧滴密度最高，約為5.17點(diǎn)/cm2，而噴幅外側(cè)霧滴密度快速減少，最低僅為0.13點(diǎn)/cm2，；方案2噴幅中心區(qū)域和2側(cè)的霧滴密度則相對(duì)較為均勻，其中中心點(diǎn)霧滴密度為2.4點(diǎn)/cm2，噴幅外側(cè)霧滴密度也呈逐漸降低趨勢(shì)，但相對(duì)幅度不大，最低處為1.45點(diǎn)/cm2。這表明，飛行速度不僅影響有效噴霧寬度，對(duì)霧滴的分布也有一定影響。相對(duì)較高的飛行速度可以提高林間氣流對(duì)霧滴擾動(dòng)，增強(qiáng)霧滴在噴幅內(nèi)的分散效果，使噴幅范圍內(nèi)的霧滴密度分布相對(duì)較為均勻。

圖1 不同飛行條件下施藥噴幅及霧滴密度測(cè)定

美國(guó)白蛾以危害高大落葉喬木為主，飛機(jī)防治過(guò)程中霧滴能否穿透樹(shù)冠層，直接關(guān)系到飛機(jī)防治的效果。本文對(duì)不同飛行方案下的霧滴穿透力進(jìn)行了分析，結(jié)果顯示(如圖2)，在不同飛行方案下，霧滴密度均呈現(xiàn)頂部(11 m以上)稍低，次頂部(11 m)最高，隨后自上而下地逐步降低，這主要是霧滴穿透樹(shù)冠層量逐步減少所致。頂部偏低，則主要是由于頂部氣流大，檢測(cè)試紙或葉面不能保持水平狀態(tài)，減少了施藥面積所致。

不同飛行方案對(duì)霧滴穿透力的影響，存在一定差異。飛行方案1中，不同飛行高度霧滴密度差異相對(duì)較大，距地面11—12 m高度霧滴密度較大，最高霧滴密度可達(dá)9.8點(diǎn)/cm2，隨高度降低，霧滴密度下降明顯，8 m處?kù)F滴密度為3.43點(diǎn)/cm2，下降了65%，到底層葉片位置(距地面3 m)時(shí)，霧滴密度僅為2.07點(diǎn)/cm2，下降了78.9%，表明此飛行方案下霧滴穿透力下降明顯。飛行方案2中，霧滴穿透性也相對(duì)較好，頂層、中層、下層霧滴密度相對(duì)均勻(見(jiàn)圖2)。這是由于飛機(jī)高速飛行時(shí)的下壓氣流更加有力，促進(jìn)了霧滴在林層間的擴(kuò)散。但就總體霧滴密度而言，方案2各監(jiān)測(cè)點(diǎn)平均霧滴密度顯著低于方案1(F=82.206 7，P=0.000 2)，可見(jiàn)單位時(shí)間施藥量固定的情況下，飛機(jī)速度越快，單位面積上的霧滴密度就會(huì)越少。因此，建議實(shí)際生產(chǎn)中，高速飛行施藥時(shí)應(yīng)相應(yīng)調(diào)節(jié)噴頭，加大瞬時(shí)噴藥量，以保障林間霧滴密度達(dá)到防治要求。

圖2 不同飛行條件下霧滴穿透性測(cè)定

3.3 飛行速度與高度對(duì)霧滴質(zhì)量的影響

以不同飛行方案噴霧中間點(diǎn)的霧滴監(jiān)測(cè)結(jié)果為樣品，利用iDAS PRO 軟件處理圖像計(jì)算霧滴沉積關(guān)鍵參數(shù)。結(jié)果顯示(見(jiàn)圖3)：方案1采樣面積143.79 cm2，霧滴體積中值直徑322 μm，數(shù)量中值直徑60 μm，霧滴譜寬度指數(shù)4.78，地面噴施率0.24 L/hm2，霧滴覆蓋密度2.2 點(diǎn)/cm2，樣品間變異系數(shù)27.3%。飛行方案2采樣面積134.70 cm2，霧滴體積中值直徑287 μm，數(shù)量中值直徑44 μm，霧滴譜寬度指數(shù)7.32，地面噴施率7.87 L/hm2，霧滴覆蓋密度60.7點(diǎn)/ cm2，樣品間變異系數(shù)79.2%。從上述方案1，2的霧滴檢測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，方案2的霧滴體積中值直徑和數(shù)量中值直徑相對(duì)較低，表明其霧滴分布相對(duì)較為均勻；方案2霧滴譜寬度、地面噴施率和霧滴覆蓋度則相對(duì)較高，表明其單位面積內(nèi)的施藥量和霧滴均勻程度相對(duì)較高。即飛行方案2的霧滴穿透性更好，從上至下在各層的分布更加均勻；霧滴密度更高，霧滴大小更加均勻。飛行方案1楊樹(shù)頂部霧滴密度較高，但穿透性不夠，下層霧滴密度則偏低。

圖3 不同飛行方案下霧滴分布典型圖示

3.4 不同霧滴密度對(duì)防治效果的影響

利用飛機(jī)防治后采集的林間不同霧滴密度的楊樹(shù)葉片，進(jìn)行室內(nèi)防治效果觀測(cè)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著葉片上霧滴密度的增加，其防治效果(見(jiàn)表2)也逐漸增強(qiáng)。48 h后霧滴密度小(1.66點(diǎn)/cm2)的處理組累計(jì)死亡率僅為64.28%，低于霧滴密度中等(4.32點(diǎn)/cm2)和較大(10.67點(diǎn)/cm2)的處理組。60 h后霧滴密度大和霧滴密度中等的處理組美國(guó)白蛾幼蟲已全部死亡，而霧滴密度小的處理組累計(jì)死亡率也僅達(dá)到79.41%。從上述統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，飛機(jī)防治中霧滴密度對(duì)后期防治效果具有顯著影響，只有霧滴密度達(dá)到一定量，才能對(duì)美國(guó)白蛾幼蟲起到有效的防治作用。

表2 不同霧滴密度對(duì)防治效果(累計(jì)死亡率)的影響 %

圖4 不同霧滴密度對(duì)防治效果影響的回歸分析

以霧滴密度為變量，以48 h累計(jì)死亡率為指標(biāo)進(jìn)行回歸分析，結(jié)果(見(jiàn)圖4)表明，獲得霧滴密度與累計(jì)死亡率回歸方程y=14.204 lnx+ 64.488，擬合度R2= 0.979 4。依據(jù)回歸方程，要達(dá)到50%的防控效果需要的霧滴密度為2.067點(diǎn)/cm2，超過(guò)90%的防控效果平均霧滴密度應(yīng)高于5.093點(diǎn)/cm2。因此，在飛機(jī)防治過(guò)程中，應(yīng)關(guān)注林間霧滴密度的監(jiān)測(cè)，以避免霧滴密度過(guò)低達(dá)不到防控效果要求，或過(guò)高造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。

4 結(jié)論

飛機(jī)防治已經(jīng)成為美國(guó)白蛾防控的最主要手段之一，但受空中飛行速度、高度與氣流的影響，航空噴施更易產(chǎn)生農(nóng)藥飄移、霧滴穿透力不足、霧滴密度偏低等現(xiàn)象[13]，嚴(yán)重影響防治效果。不同于其他學(xué)者預(yù)設(shè)固定地面采樣點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析的方法，本文設(shè)計(jì)了在基于AS350 B3e(小松鼠)型直升機(jī)不同飛行速度和高度的防治方案下，對(duì)整個(gè)航道截面進(jìn)行水敏試紙檢測(cè)，對(duì)航道截面內(nèi)霧滴密度的分布進(jìn)行了分析。同時(shí)結(jié)合藥后飼毒試驗(yàn)，對(duì)不同霧滴密度的防控效果進(jìn)行了比較，得出以下結(jié)論：

(1)航速和飛行高度對(duì)地面噴幅寬度有直接影響。隨著直升機(jī)高度的增加，噴幅也會(huì)變寬，而速度的提升，其向下和對(duì)林間的氣流擾動(dòng)增強(qiáng)，對(duì)噴霧寬幅也有正向影響。其中在航速150 km/h、飛行高度40—45 m時(shí)，其地面噴幅寬度相對(duì)較寬，為59.35 m。

(2)在不同飛行方案條件下霧滴密度均呈現(xiàn)頂部(12 m以上)稍低，次頂部(9—12 m)最高，隨后自上而下的逐步降低，下部最低的趨勢(shì)。這主要是霧滴穿透樹(shù)冠層量逐步減少所致。

(3)從霧滴穿透性、霧滴密度和霧滴均勻度等方面考量，飛行方案2在上述指標(biāo)上表現(xiàn)都相對(duì)較好，而飛行方案1則楊樹(shù)頂部霧滴密度較高，但穿透性不夠，下層霧滴密度則偏低。這主要是高速飛行狀態(tài)下，下洗風(fēng)場(chǎng)力度更大，林間霧滴擾動(dòng)更強(qiáng)，使霧滴分布更加均勻。

(4)從飛機(jī)防治后不同霧滴密度葉片的室內(nèi)飼養(yǎng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，不同霧滴密度對(duì)防治效果具有顯著影響，只有霧滴密度達(dá)到一定值時(shí)才能對(duì)美國(guó)白蛾幼蟲起到有效的防治作用。通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析認(rèn)為，要達(dá)到50%的防控效果需要的霧滴密度為2.067點(diǎn)/cm2，而90%以上的防控效果要求平均霧滴密度應(yīng)高于5.093點(diǎn)/cm2。

5 討論

對(duì)付美國(guó)白蛾，飛機(jī)防治可以發(fā)揮非常重要的作用。然而，由于大多數(shù)防治區(qū)域存在零星漏防樹(shù)木,尤其是村 (居)、高壓線、高大建筑物及養(yǎng)殖場(chǎng)附近等區(qū)域漏防樹(shù)木較多，如果噴灑質(zhì)量不高,防治效果就會(huì)打折扣。為使防治取得預(yù)期的成效，一方面要準(zhǔn)確掌握蟲情的發(fā)生發(fā)展動(dòng)態(tài)，另一方面要確保噴灑到位和噴灑質(zhì)量檢測(cè)到位。此外，要結(jié)合飛機(jī)機(jī)型，設(shè)置合適的飛行速度和飛行高度，以達(dá)到減少環(huán)境污染,有效提高農(nóng)藥利用率的目的[14-15]。本文對(duì)AS350B3e 直升機(jī)在不同航速和飛行高度參數(shù)下，林間霧滴密度分布情況和防治效果進(jìn)行了分析，對(duì)有人直升飛機(jī)防治作業(yè)參數(shù)設(shè)計(jì)具有一定的借鑒參考意義。但受實(shí)際作業(yè)環(huán)境及作業(yè)架次的限制，本文只是主要針對(duì)2種飛行速度和高度開(kāi)展試驗(yàn)研究，飛行速度、沉降劑等其他因素并未進(jìn)行全面分析，在今后的研究中應(yīng)進(jìn)一步考察，以得到更加準(zhǔn)確的直升機(jī)噴施霧滴分布、漂移規(guī)律及特性，為減少霧滴飄移提供參考。