電動和手動噴霧器在甜玉米田間噴霧的農(nóng)藥利用率及霧滴分布比較

白豫博，陳銳明，黃愛玲，路 征，張永梅，林壁潤，鄭奕雄

（1.仲愷農(nóng)業(yè)工程學院農(nóng)業(yè)與生物學院，廣東 廣州 510225；2.惠州市惠陽區(qū)農(nóng)業(yè)環(huán)保與農(nóng)村能源站，廣東 惠州 516211；3.廣州市花都區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)管理中心，廣東 廣州 510800；4.中國煙草總公司廣東省公司，廣東 廣州 510610；5.廣東省農(nóng)業(yè)科學院植物保護研究所/廣東省植物保護新技術(shù)重點實驗室，廣東 廣州 510640）

【研究意義】農(nóng)產(chǎn)品安全是人民群眾健康生活的保證，近年來我國農(nóng)藥使用量不斷攀升，農(nóng)藥利用率卻一直在低位徘徊。甜玉米含糖量高，極易受到昆蟲為害，農(nóng)民在生產(chǎn)中一直存在農(nóng)藥過量使用的問題。農(nóng)藥的過量使用不但給生態(tài)環(huán)境帶來了巨大壓力，還增加了農(nóng)民的負擔，造成的農(nóng)藥殘留問題也威脅著人類的健康。提高農(nóng)藥利用率、減少農(nóng)藥使用量是降低農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留的重要途徑，其中推廣高效噴霧器械和選用安全環(huán)保農(nóng)藥品種是科學利用農(nóng)藥的重要手段。

【前人研究進展】甜玉米已成為我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)品中的重要組成部分，用于滿足人們的物質(zhì)生活需求。近年來我國甜玉米種植面積逐漸增加。據(jù)統(tǒng)計，2018 年我國甜玉米種植面積達33.3 萬hm2，占世界種植面積的25%，廣東、廣西和云南是我國甜玉米的主產(chǎn)區(qū)，甜玉米產(chǎn)量占全國的76%［1］。甜玉米屬于易遭受病蟲危害的作物品種［2］，南方地區(qū)高溫高濕的天氣以及2019 年草地貪夜蛾侵入我國都對甜玉米生產(chǎn)造成了影響，使得甜玉米病蟲害防治難度增大［3］。當前噴施農(nóng)藥仍是控制田間病蟲害的主要方式，提高農(nóng)藥利用率和加強綠色防控綜合措施推廣力度是治理甜玉米病蟲害發(fā)生為害的必要途徑。據(jù)報道2017 年我國主要糧食作物農(nóng)藥利用率為38.8%，比2015年提高2.2 個百分點［4］；2019 年農(nóng)藥利用率達到39.8%，比2017 年提高1.0 個百分點［5］，而2020年農(nóng)藥利用率目標為40%，且實現(xiàn)農(nóng)作物農(nóng)藥使用量零增長［6］。

如何有效提高農(nóng)藥利用率是目前農(nóng)業(yè)工作者急需解決的生產(chǎn)問題。目前在農(nóng)藥使用方面，植保器械落后是我國農(nóng)藥利用率普遍較低的主要原因。據(jù)2017 年農(nóng)業(yè)農(nóng)村部統(tǒng)計，手動噴霧器仍然是我國植保機械的主要機型，其市場占有率達80%［7］，但農(nóng)藥有效利用率僅為10%～30%［8］。目前傳統(tǒng)手動噴霧器依然是我國農(nóng)村地區(qū)主要的施藥器具，容易堵塞漏液，噴霧不均，是造成我國農(nóng)藥利用率較低的主要原因［9］。邵振潤等提出我國農(nóng)藥應用存在的主要問題包括：施藥器械老舊落后，一家一戶分散防治，農(nóng)藥亂用、濫用現(xiàn)象突出，監(jiān)管培訓力度不夠，技術(shù)研發(fā)投入缺乏等［10］。利用傳統(tǒng)噴施方法，在田間施用的農(nóng)藥能沉積到作物葉片上的不足50%，只有不到1%的藥劑能沉積到靶標上，最終發(fā)揮作用的藥劑不到0.03%［11］。在提高農(nóng)藥利用率、降低農(nóng)藥殘留、減少人工成本的需求下，植保噴霧器械得到了快速的發(fā)展。電動噴霧器、風送式噴霧器、噴桿式噴霧機［12］以及植保無人機［13］的出現(xiàn)，使得工人工作效率和農(nóng)藥利用率得到了大幅的提升。

【本研究切入點】通過手動和電動噴霧器械在玉米田間的藥品噴施試驗，分析農(nóng)藥藥液在植株上的附著量以及分布情況，計算出施藥的農(nóng)藥利用率，從而指導農(nóng)民科學用藥，合理選用農(nóng)藥施用器械，提高農(nóng)藥利用率，降低農(nóng)藥使用量。【擬解決的關(guān)鍵問題】以科學數(shù)據(jù)評價電動與手動噴霧器的農(nóng)藥減量控害差異，從而為電動噴霧器在全省推廣覆蓋提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 供試藥（試）劑 5%氯蟲苯甲酰胺懸浮劑（美國杜邦公司），使用量為0.60 L/hm2；60 g/L乙基多殺菌素懸浮劑（美國陶氏益農(nóng)公司），使用量為0.60 kg/hm2；2%甲氨基阿維菌素苯甲酸鹽（甲維鹽）微乳劑（佛山市盈輝作物科學有限公司），使用量為0.38 L/hm2；顯示劑為誘惑紅85（浙江吉高德色素科技有限公司），使用量為41.67 g/50kg 水；手動噴霧器噴霧用水量為750 kg/hm2，電動噴霧器用水量為600 kg/hm2。

1.1.2 噴霧器械及試驗耗材 3WBD-16 型背負式電動噴霧器（廣東省博羅縣東田實業(yè)有限公司，工作壓力0.15～0.4 MPa；流量1.3～2.0 L/min；容積16 L）、3WBS-16 背負式手動噴霧器（臺州市廣豐塑業(yè)有限公司，容量為16 L，工作壓力為0.2～0.3 MPa）、竹竿（1.4 m 長）、卡紙（5 cm×9 cm）、濾紙（φ=9 cm）、雙向夾、離心管、移液槍（5 mL）、塑料自封袋等。

1.1.3 小區(qū)設置及氣候條件 試驗選擇廣東省惠州市博羅縣（福田鎮(zhèn)和龍華鎮(zhèn)）及惠陽區(qū)（平塘鎮(zhèn)和良井鎮(zhèn)）的甜玉米為施藥對象，玉米田塊不小于0.33 hm2，生育期為喇叭口期，株高為90～110 cm 之間。試驗小區(qū)為5 m×5 m，兩小區(qū)間隔5 m，噴霧時間為2019 年10 月23—29 日10：00～17：00，天氣多云或晴朗，氣溫25～29 ℃，空氣相對濕度80%～90%，無持續(xù)風向。

1.2 試驗方法

1.2.1 誘惑紅標準曲線制定 利用光譜分析得到波長501 nm 處是誘惑紅的一個吸收峰。參照邱占奎［14］的方法，用蒸餾水配制103 μg/mL 的誘惑紅母液，稀釋20 倍后得到到50 μg/mL 稀釋液，然后依次對半稀釋系列標準溶液，分別測定不同濃度溶液的吸光度值并繪制誘惑紅濃度-吸光值標準曲線。

1.2.2 霧滴沉積分布、面積及密度測定 玉米田間小區(qū)設定為5 m×5 m，小區(qū)之間隔離帶為5 m。藥液中誘惑紅的添加量為41.67 g/50kg 藥水，噴霧時噴頭距離玉米株頂端距離約為20 cm。每小區(qū)隨機分布插入3 根竹竿，每根竹竿上中下夾3 組夾子（分別距離地面30 cm，70 cm，110 cm），每組2 個，分別夾1 張卡紙和1 張濾紙，6 張紙片相互交錯，保持水平，但不在同一垂直面上，農(nóng)藥在作物上方20 cm 處均勻噴施。噴施完成后待紙片在田間晾干后收回。將卡紙進行掃描分析，統(tǒng)計出霧滴的數(shù)量、面積。將濾紙裝入15 mL 離心管，加10 mL 純凈水浸洗并分光光度計（501 nm）測定吸光值，從而計算出藥液在作物不同層面的沉積量。

圖1 甜玉米田間農(nóng)藥利用率測定試驗Fig.1 Determination assay of pesticide utilization rate in sweet corn fields

1.2.3 農(nóng)藥利用率測定 農(nóng)藥利用率測定方法參照蒲小明等［15］的方法，統(tǒng)計每個小區(qū)甜玉米的株數(shù)并計算平均值，藥液噴施晾干后，采用五點取樣法在每小區(qū)選取5 株玉米，剪碎放入自封袋中，加入4 L 清水，震蕩使誘惑紅充分溶解于水中，利用分光光度計檢測并計算洗滌液中的誘惑紅濃度，計算相對應的農(nóng)藥利用率：

2 結(jié)果與分析

2.1 誘惑紅標準曲線

以不同濃度的誘惑紅溶液在501 nm 處的吸光度為縱坐標的標準曲線，其線性回歸方程為Y=0.0256X+0.0077，相關(guān)系數(shù)R2為0.9998（圖2）。

圖2 誘惑紅濃度與吸光值標準曲線Fig.2 Standard curve of allura red concentration and absorbance

2.2 電動和手動噴霧器噴施3 種農(nóng)藥的利用率比較

從圖3 可見，使用電動和手動噴霧器在甜玉米喇叭口期噴施氯蟲苯甲酰胺的利用率分別為40.22%和31.63%，噴施乙基多殺菌素的利用率分別為41.57%和31.26%，噴施甲維鹽的的利用率分別為39.99%和30.20%；顯著性分析表明，3種農(nóng)藥使用電動噴霧的利用率均顯著高于手動噴霧器，且電動噴霧器對不同藥液的利用率均比手動噴霧處理均提高約10%。

圖3 手動和電動噴霧器噴施3 種農(nóng)藥的利用率比較Fig.3 Comparison of utilization rates of three pesticides sprayed by manual and electric sprayers

2.3 霧滴沉積量分析

藥液在上層的沉積量可作為衡量用藥量的指標，下層沉積量一定程度上反映了到達地面沒有被利用的藥量，上層和中層的總沉積量可反映藥液在甜玉米植株上的有效利用，藥液霧滴在甜玉米田間不同層面的分布情況如圖4 所示。

手動和電動噴霧器噴施氯蟲苯甲酰胺藥液后，其上層、中層沉積量之和占總沉積量的74.96%和82.46%；噴施乙基多殺菌素藥液后，其上層、中層沉積量之和占總沉積量的80.34%和82.55%；噴施甲維鹽藥液后，其上層、中層沉積量之和占總沉積量的77.83%和81.50%。上述結(jié)果表明，使用電動噴霧器噴施藥液后，上層和中層的霧滴總沉積量占比均高于手動噴霧器，說明使用電動噴霧器在甜玉米田間噴霧時，藥液霧滴沉積在玉米植株上層和中層的比例要高于手動噴霧器，反映出使用電動噴霧器噴施藥液后，有更好的空間沉積效果。

2.4 霧滴面積與數(shù)量比較

霧滴面積和數(shù)量反映出噴霧器對藥液的霧化效果和分散能力。由圖5 可知，手動和電動噴霧器處理的上層卡紙均存在霧滴層疊現(xiàn)象，層積作用從上至下依次減弱，本試驗分析了中層和下層卡紙上的霧滴面積與數(shù)量。

圖4 手動和電動噴霧器噴施3 種農(nóng)藥藥液在甜玉米不同層的沉積分布Fig.4 Deposition distribution of three pesticides sprayed by manual and electric sprayers in sweet corn fields

圖5 手動和電動噴霧器噴施3 種藥液在甜玉米不同層卡紙上霧滴情況（標尺為1 cm）Fig.5 Droplets status on cardboards of three pesticides sprayed by manual and electric sprayers in sweet corn fields（bar=1 cm）

2.4.1 霧滴面積 如圖6 所示，使用手動和電動噴霧器噴施氯蟲苯甲酰胺、乙基多殺菌素和甲維鹽后，中層霧滴面積均顯著大于下層霧滴面積，且手動噴霧器處理的中層霧滴面積均顯著高于電動噴霧器處理的中層霧滴面積，說明電動噴霧器霧化效果優(yōu)于手動噴霧器。

圖6 手動和電動噴霧器噴施3 種農(nóng)藥藥液在甜玉米不同層的藥液霧滴面積比較Fig.6 Comparison of droplet area of three pesticides sprayed by manual and electric sprayers in sweet corn fields

圖7 手動和自動噴霧器噴施3 種農(nóng)藥藥液在甜玉米不同層的藥液霧滴密度比較Fig.7 Comparison of droplets density of three pesticides sprayed by manual and electric sprayers in sweet corn fields

2.4.2 霧滴數(shù)量 如圖7 所示，使用手動和電動噴霧器噴施氯蟲苯甲酰胺、乙基多殺菌素和甲維鹽藥液后，電動噴霧器中層和下層的霧滴數(shù)量均顯著高于手動噴霧器，且兩種噴霧器的中層霧滴數(shù)量均顯著少于下層霧滴數(shù)量。由此推斷，霧滴數(shù)量差異與農(nóng)藥品種不相關(guān)，與噴施器械密切相關(guān)。

3 討論

誘惑紅是一種良好的著色劑，將其與農(nóng)藥混合噴施可有效的在霧滴卡上反映出農(nóng)藥的著落狀況［14］。本試驗以喇叭口期的甜玉米植株為施藥對象，采用誘惑紅示蹤法和霧滴卡法來研究不同植保器械噴施藥液后的的農(nóng)藥利用率，試驗結(jié)果表明：使用電動噴霧器噴施氯蟲苯甲酰胺、乙基多殺菌素和甲維鹽3 種藥劑的利用率分別比手動噴霧器高8.59%、10.31%和9.79%，差異顯著。

電動和手動噴霧器噴施后，藥液在上層和下層的沉積量均存在較大的差值，反映了不同植保施藥器械噴施藥液后在玉米植株上的附著效果差異，分析結(jié)果表明：使用手動噴霧器的各層農(nóng)藥沉積量都顯著高于電動噴霧器，但上層與下層的沉積量差值均低于電動噴霧器，顯示使用電動噴霧器有更好的藥液附著效果和更高的農(nóng)藥利用率。農(nóng)藥在作物上的沉積與噴霧器的霧化效果關(guān)系密切，而霧化效果可以用霧滴大小及分布來衡量。小的霧滴受重力作用影響越小，從而更容易粘附在玉米植株上［16］。霧滴在葉片表面層積匯聚會增大霧滴的粒徑，降低農(nóng)藥沉積，因而霧滴越分散則沉積效果越好。朱金文等［17-18］的研究也表明，農(nóng)藥在作物葉片上的沉積量隨霧滴體積中徑的減小而增加。兩種噴霧器的平均霧滴面積從大到小依次減小，霧滴數(shù)量則依次增加，其中手動噴霧器在中層的平均霧滴面積都顯著大于電動噴霧器，但霧滴數(shù)量顯著低于電動噴霧器，證明手動噴霧器的霧滴分散效果較差；下層卡紙層積作用較弱，能反映出真實的霧滴面積，可見手動噴霧器的霧滴面積顯著大于電動噴霧器，證明電動噴霧器具有更好的霧化效果。

本研究在廣東省農(nóng)業(yè)面源污染治理項目的支持下，以甜玉米為供試作物，研究了手動和電動噴霧器噴施不同農(nóng)藥品種的植保農(nóng)藥利用率的差異，旨在指出手動噴霧器的缺點，證明電動噴霧器可以有效提高農(nóng)藥利用率，減少農(nóng)藥使用量，為電動噴霧器在廣東省全面推廣提供理論依據(jù)。但農(nóng)藥的利用率還受農(nóng)藥本身特性、施藥的環(huán)境條件以及施藥技術(shù)等多方面因素的影響［19］，在實際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,大多都是沒有經(jīng)過科學培訓的農(nóng)民進行田間噴藥,不規(guī)范用藥、盲目用藥等情況還很普遍［20］，這些因素都極大地限制了農(nóng)藥效率，全面的基礎(chǔ)研究、職業(yè)農(nóng)民的培訓以及推廣高效的噴霧器械勢在必行。

4 結(jié)論

在喇叭口期的甜玉米植株上采用手動和電動噴霧器噴施氯蟲苯甲酰胺、乙基多殺菌素和甲維鹽3 種藥液，結(jié)果表明電動噴霧器處理的3 種農(nóng)藥利用率分別為40.22%、41.57%和39.99%，而手動噴霧器處理的利用率分別為31.63%、31.26%和30.20%，電動噴霧器處理的農(nóng)藥利用率比手動噴霧器處理提高范圍為8.59%～10.31%，且電動噴霧器的霧化分散效果優(yōu)于手動噴霧器，能更好地防治甜玉米病蟲害。