助劑對無人機噴施棉花脫葉劑作業(yè)效果的影響

陳宇楠，胡紅巖，任相亮，馬小艷，馬亞杰，宋賢鵬，王丹，單永潘，馬艷

（中國農(nóng)業(yè)科學院棉花研究所/ 棉花生物學國家重點實驗室，河南安陽455000）

隨著機械化水平的不斷提高，機采棉面積逐步擴大，棉花全程機械化已成為減輕勞動強度、降低植棉成本、提高植棉效益的重要途徑[1]。噴施脫葉催熟劑促進棉花集中吐絮和脫葉，是實現(xiàn)棉花機械采收的重要前提和關鍵環(huán)節(jié)[2-3]，有利于提高棉花脫葉率和吐絮率， 從而提高機采棉的作業(yè)效率和采凈率，降低機收籽棉含雜率[4]。近年來植保無人機施藥技術(shù)發(fā)展很快，采用植保無人機在棉田噴施脫葉劑受到廣泛關注。 前人研究結(jié)果表明，無人機噴施棉花脫葉劑作業(yè)效果受多種因素的影響，如施藥作業(yè)參數(shù)、噴霧量、藥劑量、棉花葉面積指數(shù)等[5-8]。因此，在現(xiàn)有的施藥條件下，如何提高對棉花的脫葉催熟效果，已成為棉田植保無人機噴施脫葉劑技術(shù)中急需解決的關鍵問題。本研究探索了3 種不同助劑對棉花脫葉和催熟效果及棉花產(chǎn)量主要因子和纖維品質(zhì)指標的影響，旨在為植保無人機噴施脫葉劑提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1 試驗場地。試驗設在中國農(nóng)業(yè)科學院棉花研究所試驗基地東場（河南省安陽縣）。棉花品種為中棉所79，種植密度5.25 萬株·hm－2，行距0.8 m。 噴施脫葉劑時正值棉花吐絮期，棉鈴自然吐絮率平均在50%左右。

1.1.2 供試藥劑。 棉田闊笑（540 g·L－1噻苯隆·敵草隆懸浮劑），由江蘇綠利來股份有限公司提供；助劑1 為280 g·L－1烷基乙基磺酸鹽， 由河南省登封市金博農(nóng)藥化工有限公司提供； 助劑2 為農(nóng)健飛（高分子聚合物）， 由桂林集琦藥業(yè)有限公司提供；助劑3 為倍達通（甲基化植物油），由河北明順股份有限公司提供。

1.1.3 供試噴霧機械。試驗無人機采用廣州極飛科技有限公司提供的3WWDZ-15A 多旋翼植保機（電動，簡稱為“極飛無人機”），采用離心霧化噴頭，主要性能指標見表1；人工噴霧采用西班牙蓋世堡（GOiZPER）公司生產(chǎn)的“沒得比”（MATABI）16 型背負式手動噴霧器進行，噴霧均勻。

表1 極飛3WWDZ-15A 多旋翼植保機主要性能指標

1.1.4 氣象條件。采用手持式風速儀測定環(huán)境溫濕度及風速。 無人機作業(yè)時平均氣溫為36.87 ℃，平均相對濕度為36.3%，風向為東南風，平均風速為1.47 m·s－1。 作業(yè)后連續(xù)5～7 d 日最低氣溫12 ℃以上，無降水。

1.2 試驗設計

1.2.1 沉積分布試驗。 在噴液量22.5 L·hm－2、作業(yè)高度2 m、作業(yè)速度3.3 m·s－1條件下，噴清水＋誘惑紅（用量為300 g·hm－2），無人機自東向西進行一次單噴幅作業(yè)，測定霧滴沉積分布情況。 如圖1 所示，在作業(yè)范圍內(nèi)橫向間隔0.8 m 的棉株上布設銅版紙作為霧滴測試卡，銅版紙用曲別針分別固定在棉花的上、中、下部葉片上；每排在11 株棉花上布設銅版紙，共布設3 排，其中第1 株至第11 株棉花采樣點分別標記為5、4、3、2、1、0、－1、－2、－3、－4、－5。

圖1 霧滴測試卡布設示意圖

1.2.2 棉花脫葉、催熟效果試驗。 試驗共設置4 個無人機噴霧處理，設置人工噴霧處理和清水噴霧作為對照，詳見表2。 試驗小區(qū)長100 m，寬14 m；處理之間設置4 m 隔離帶，不設重復。 極飛無人機噴幅設為3.5 m，田間噴施作業(yè)高度為2 m，作業(yè)速度為3.3 m·s－1，每個處理進行1 次噴霧；噴頭流量為1.2 L·min－1，噴液量為22.5 L·hm－2。

表2 各處理藥劑種類與用量及對照處理

1.3 調(diào)查方法

1.3.1 霧滴沉積調(diào)查。 試驗結(jié)束后收集銅版紙，放入信封并帶回室內(nèi)，通過掃描儀掃描銅版紙，用霧滴分析軟件ImageJ 分析霧滴粒徑及霧滴沉積密度等信息。

1.3.2 棉花脫葉、催熟效果調(diào)查。 在每個處理地塊的中間區(qū)域按照“Z”字型隨機選10 點取樣，每點調(diào)查3 株，并掛牌標記。 藥后5 d（9 月14 日）、10 d（9月19 日）、15 d（9 月24 日）、20 d（9 月29 日）、30 d（10 月9 日）調(diào)查脫葉率（rD）及吐絮率（rB），依據(jù)公式計算各處理的脫葉效果（ED）及吐絮效果（EB）。計算公式如下：

rD（%）＝（NL0－NL1）/NL0×100，

式中NL0為施藥前植株葉片總數(shù)，NL1為施藥后調(diào)查時植株殘留葉片數(shù)；

ED（%）＝（rD1－rD0）/（1－rD0）×100，

式中rD1為處理區(qū)脫葉率，rD0為對照區(qū)脫葉率；

rB（%）＝（NB0－NB1）/NB0×100，

式中NB0為施藥前未吐絮棉鈴數(shù)，NB1為施藥后調(diào)查時未吐絮棉鈴數(shù)；

EB（%）＝（rB1－rB0）/（1－rB0）×100，

式中rB1為處理區(qū)藥后棉鈴吐絮率，rB0為對照區(qū)藥后棉鈴吐絮率。

1.3.3 棉花產(chǎn)量、纖維品質(zhì)調(diào)查。 待田間吐絮率在90%左右，采收各處理小區(qū)棉花樣品，每小區(qū)隨機采收50 鈴，3 次重復，計算鈴重、衣分等；并從中隨機稱取100 g 皮棉樣品進行纖維品質(zhì)檢測（由農(nóng)業(yè)農(nóng)村部棉花品質(zhì)監(jiān)督檢驗測試中心測試）。

1.3.4 數(shù)據(jù)分析。 試驗數(shù)據(jù)采用SPSS 17.0 統(tǒng)計分析軟件對調(diào)查結(jié)果進行單因素方差分析，采用鄧肯多重范圍檢驗（Duncan 新復極差法）比較處理間的差異顯著性，評價極飛無人機不同處理對棉花的脫葉、催熟效果及其對棉花產(chǎn)量主要構(gòu)成因素和品質(zhì)指標的影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 霧滴沉積分布結(jié)果

極飛無人機單噴幅作業(yè)下，各采樣點的霧滴沉積情況如圖2 所示。 從圖2 a 可以看出，不同采樣點的霧滴粒徑有很大差異，在中心航線附近霧滴粒徑較為均勻，遠離航線的位置霧滴粒徑較小；同一采樣點，棉花上、中、下部葉片上的霧滴粒徑差異不大； 棉花上部葉片平均霧滴中徑為231.33 μm，中部葉片平均霧滴中徑為234 μm， 而下部葉片平均霧滴中徑略小，為196.8 μm。 總體來看，極飛無人機噴霧霧滴較小，滿足噴施脫葉劑對霧滴粒徑的要求。

圖2 霧滴沉積分布

從圖2 b 極飛無人機作業(yè)后各采樣點的霧滴密度分布情況來看， 在－1～3 采樣點間霧滴沉積密度較大，霧滴偏離中心航線，這可能與作業(yè)時的風向有關。 無人機自東向西飛行作業(yè)，在東南風的影響下，霧滴沉積向航線右側(cè)偏移。－1～3 采樣點間霧滴沉積密度在20 cm－2以上，根據(jù)中國民用航空局發(fā)布的《中華人民共和國民用航空行業(yè)標準》中《農(nóng)業(yè)航空作業(yè)質(zhì)量技術(shù)指標》的有效沉積區(qū)域的判定方法[9]，可以認為極飛無人機單噴幅作業(yè)的有效噴幅在3.2 m 以上。 從圖2 b 還可以看出，在采樣點－1、－2 之間和3、4 之間， 霧滴密度為20 cm－2左右。 在實際作業(yè)時，無人機呈“幾”字形穿梭作業(yè)，在2 個噴幅交界處霧滴密度重疊，實際霧滴密度大于20 cm－2，因此，有效噴幅可達3.5 m 以上，滿足極飛無人機作業(yè)質(zhì)量要求。 在有效噴幅范圍內(nèi)，棉花冠層上部葉片的平均霧滴密度達到80.04 cm－2，大幅高于中部的53.86 cm－2和下部的51.83 cm－2。

2.2 混配不同助劑對棉花脫葉、催熟效果的影響

從表3 可以看出，施藥后5 d，處理4 的脫葉率（12.59%）顯著高于未添加助劑的處理1。藥后10～15 d，各處理的脫葉效果逐漸提高，添加助劑的增效作用逐漸展現(xiàn)，人工噴霧脫葉效果顯著高于其他處理。 藥后20 d，添加助劑的處理脫葉效果顯著高于未添加助劑的處理， 處理2 顯著優(yōu)于處理4，且均能達到或優(yōu)于人工噴霧， 其中處理2 的脫葉率（99.28%）最高。 由此可見，烷基乙基磺酸鹽助劑的效果顯著優(yōu)于倍達通助劑。 藥后30 d，處理2、處理3、 處理4 脫葉效果均顯著高于未添加助劑的處理1，與人工噴霧處理5 差異不大，且添加助劑的各處理之間差異不明顯。 上述結(jié)果說明，使用無人機噴施脫葉劑時添加這些助劑可以提高 “棉田闊笑”的脫葉效果，達到人工噴霧水平。

同時，從吐絮效果（表3）可以看出，藥后15～20 d，添加助劑的處理顯著高于未添加助劑的處理1。 藥后30 d，添加農(nóng)健飛（處理3）和倍達通（處理4） 的處理的吐絮效果顯著高于未添加助劑的處理1，達到人工噴霧水平，表明添加農(nóng)健飛、倍達通吐絮效果可以提高脫葉劑對棉花的吐絮效果。

2.3 添加不同助劑對棉花產(chǎn)量主要構(gòu)成因素和纖維品質(zhì)指標的影響

從表4 可以看出，無人機各處理之間，棉花纖維上半部平均長度、長度整齊度指數(shù)、斷裂比強度、馬克隆值及斷裂伸長率沒有顯著差異，無人機處理與空白對照之間上述指標也沒有顯著差異；但個別無人機處理與人工噴霧處理在產(chǎn)量構(gòu)成因素上有差異，處理5 鈴重顯著高于處理4，處理1、2、3 衣分顯著高于處理5，這可能與不同處理之間的棉花長勢及水肥條件有關。

表3 藥后各處理對棉花的脫葉催熟效果 %

表4 各處理和對照的棉花產(chǎn)量主要構(gòu)成因素和纖維品質(zhì)指標對比

3 討論與結(jié)論

本研究采用極飛3WWDZ-15A 多旋翼植保機對吐絮率達到50%的棉田進行噴施作業(yè)，通過布置霧滴測試卡的方式研究了霧滴在棉花冠層的沉積分布情況，并且研究棉田闊笑（540 g·L－1噻苯隆·敵草隆懸浮劑）混配不同助劑對棉花的脫葉催熟效果及棉花纖維品質(zhì)的影響。從本研究霧滴沉積分布結(jié)果來看，采用極飛無人機進行噴霧，中心航線附近采樣點的霧滴粒徑較為均勻， 而遠離航線的兩側(cè)粒徑較??； 大部分采樣點的霧滴粒徑在100～300 μm，霧滴沉積點主要在采樣點－1～3 之間， 該區(qū)域內(nèi)沉積密度在20 cm－2以上，滿足脫葉劑噴灑作業(yè)需要；棉花冠層（上部）霧滴密度達到80.04 cm－2，中部和下部霧滴沉積密度也較高， 表明采用極飛無人機噴霧藥液在棉花冠層有較好的穿透性。

助劑與藥劑混配能增加藥液在作物葉片上的潤濕性，增強藥液滲透性。 韓秀珍[10]試驗證明在棉花脫葉劑中添加一定量的助劑有助于提高棉花的脫葉效果。 張煜等[11]采用植保無人機噴施脫葉劑，混配d- 檸檬烯助劑顯著提高了脫葉劑對棉花的脫葉催熟效果。本研究選擇了3 種不同類型的助劑與脫葉劑混配，藥后20 d，添加助劑的3 個處理脫葉率均在70%以上，藥后30 d，添加助劑的3 個處理脫葉率在85%以上， 顯著高于未添加助劑的處理。阿力木江·克來木等[12]研究顯示，添加植物油助劑處理的最終棉花脫葉率和吐絮率顯著高于未添加助劑的處理和添加烷基乙基磺酸鹽的處理，而本研究表明添加倍達通與烷基乙基磺酸鹽助劑脫葉催熟效果差異不顯著，分析原因可能是前者試驗中添加了40%（質(zhì)量分數(shù)）乙烯利作為催熟劑，提高了對棉花的脫葉催熟效果。

綜上所述，采用極飛無人機噴施脫葉劑（棉田闊笑）時，添加烷基乙基磺酸鹽、農(nóng)健飛和倍達通3種助劑有助于提高對棉花的脫葉和催熟效果，對棉花產(chǎn)量和纖維品質(zhì)無不利影響。本研究對添加助劑的類型進行了細化，為助劑使用提供更詳實的數(shù)據(jù)支撐，同時為植保無人機在棉花脫葉催熟劑噴施方面的應用提供參考。