不同飛行高度對植保無人機(jī)霧滴沉積分布和水稻病蟲防效的影響

蒲頗 伍亞瓊 馬利 楊德斌 徐應(yīng)杰 張偉

摘要 通過大田試驗(yàn)，評價(jià)不同飛行高度對大疆MG-1S植保無人機(jī)霧滴沉積分布及水稻病蟲害防治效果的影響。結(jié)果表明，在3個(gè)飛行高度下，植保無人機(jī)施藥處理的霧滴覆蓋密度為（18.20±0.67）～（28.60±2.37）個(gè)/cm.2，沉積量為（7.53±0.23）～（11.20±1.86）L/hm.2。不同處理下水稻二化螟和水稻紋枯病的防治效果為85.8%～93.1%、89.7%～94.7%。不同飛行高度對植保無人機(jī)施藥的霧滴覆蓋密度和沉積量的影響存在差異，但對沉積量影響不顯著。結(jié)合飛行作業(yè)質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)和防治效果，植保無人機(jī)施藥防治水稻病蟲的優(yōu)選作業(yè)高度為2.0～2.5 m。

關(guān)鍵詞 植保無人機(jī);霧滴覆蓋密度;沉積量;水稻病蟲害;防治效果

中圖分類號(hào) S252.+.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 0517-6611（2021）07-0154-03

Abstract Field experiments were conducted to evaluate the effects of different flight altitudes on distribution characteristics of pesticide spraying droplets deposition and control efficiency against the pest of rice by MG1S UAV. The results showed that at the three flight altitudes， the droplet density ranged from （18.20±0.67） to （28.60±2.37）ind/cm.2， the deposit rate ranged from （7.53±0.23） to （11.20±1.86） L/hm.2. The control efficiency against Chilo suppressalis and Rhizoctonia solani under different treatments was 85.8%-93.1% and 89.7%-94.7% respectively. The results showed that different flight altitudes had different effects on the droplet density and deposit rate of UAV. In addition to the significant effect on the droplet density under different flight altitudes， the deposit rate had no significant effects. Combined with the quality indexes of UAV and control efficiency， the preferred flight altitude of UAV was 2.0-2.5 m.

Key words UAV;Droplet density;Deposit rate;Pest of rice;Control efficiency

作者簡介 蒲頗（1988—），男，四川成都人，農(nóng)藝師，碩士，從事農(nóng)作物病蟲害監(jiān)測與防治研究。

水稻（Oryza sativa L.）是四川最主要的糧食作物，常年種植面積190萬hm.2以上[1]。四川稻區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候，氣候溫暖濕潤，水稻病蟲害常發(fā)重發(fā)，常年發(fā)生面積400萬hm.2以上，主要有二化螟（Chilo suppressalis）、白背飛虱（Sogatella furcifera）、三化螟（Tryporyza incertulas）、稻縱卷葉螟（Cnaphalocrocis medinalis）、稻瘟?。≒yricularia grisea）、稻曲?。║stilaginoidea oryzae）、水稻紋枯?。≧hizoctonia solani）等[2]。目前，普遍采用背負(fù)式機(jī)動(dòng)噴霧器等大容量、大霧滴“淋洗式”技術(shù)噴施化學(xué)農(nóng)藥對水稻病蟲害進(jìn)行防治，藥液流失嚴(yán)重，農(nóng)藥利用率低，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境造成了嚴(yán)重威脅[3]。不合理使用農(nóng)藥造成的土壤污染問題越來越受到人們的重視，趙其國[4]和陳印軍等[5]研究發(fā)現(xiàn)，全國受農(nóng)藥污染的農(nóng)田土壤超過930萬hm.2。2015年農(nóng)業(yè)部提出到2020年農(nóng)藥零增長行動(dòng)計(jì)劃[6]，迫切需要高效施藥機(jī)械，改進(jìn)精準(zhǔn)施藥技術(shù)，以適應(yīng)新階段提高農(nóng)藥利用率、建立綠色農(nóng)業(yè)的需要[7-8]。農(nóng)用植保無人機(jī)應(yīng)用于農(nóng)作物病蟲害防治，在省工省力的同時(shí)也大大降低了環(huán)境污染，正逐漸成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)農(nóng)事的亮點(diǎn)與突破點(diǎn)[9]。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2019年四川省植保無人機(jī)保有量1 160余架，作業(yè)面積49.3萬hm.2以上。植保無人機(jī)的推廣應(yīng)用，對于四川省農(nóng)藥利用率和施藥作業(yè)效率的提升發(fā)揮了重要作用，為實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥使用量零增長目標(biāo)作出了貢獻(xiàn)[3，10]。在應(yīng)用過程中，不同噴霧因子對農(nóng)藥霧滴沉積分布特性影響很大，前人也作了研究[11-20]，但多以研究無人機(jī)飛行作業(yè)質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)為重點(diǎn)，少有結(jié)合水稻病蟲害防治效果，綜合優(yōu)選飛行參數(shù)。筆者以大疆MG-1S植保無人機(jī)和四川稻區(qū)水稻病蟲害為研究對象，研究了不同飛行高度對藥液沉積分布特性和二化螟、紋枯病等稻田主要病蟲害防效的影響，以期為指導(dǎo)植保無人機(jī)應(yīng)用于防治水稻病蟲害提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)藥械為大疆MG-1S型農(nóng)用植保無人機(jī)（深圳市大疆創(chuàng)新科技有限公司），華盛泰山3W-15A背負(fù)式機(jī)動(dòng)噴霧機(jī)（山東華盛中天機(jī)械集團(tuán)股份有限公司）。

試驗(yàn)藥劑為10%阿維·氟酰胺懸浮劑，75%肟菌·戊唑醇水分散粒劑（拜耳股份公司）。

試驗(yàn)設(shè)備為PH-Ⅱ-C手持式氣象站，V700N霧滴沉積分析系統(tǒng)，DZ-650實(shí)時(shí)霧滴沉積監(jiān)測系統(tǒng)，水敏紙。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

共設(shè)5個(gè)處理，具體見表1。處理①～③為不同飛行高度下植保無人機(jī)施藥處理，處理④為背負(fù)式機(jī)動(dòng)噴霧機(jī)施藥處理，處理⑤為對照區(qū)，試驗(yàn)小區(qū)面積1 200 m.2（20 m×60 m）。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 霧滴測試卡布置。

分別在處理①～③中設(shè)置3條長度為10 m的取樣帶（即3個(gè)重復(fù)），在每條取樣帶上間隔0.5 m設(shè)1個(gè)采樣點(diǎn)，在水稻劍葉葉片布置1張水敏紙。每個(gè)處理區(qū)選定1條采樣線，將實(shí)時(shí)霧滴沉積監(jiān)測傳感器裝置固定在采樣片的位置。噴霧結(jié)束后收取水敏紙并裝入自封袋備用[19，21]（圖1）。

1.3.2 霧滴覆蓋調(diào)查。

利用光學(xué)顯微鏡、實(shí)時(shí)霧滴沉積監(jiān)測系統(tǒng)和霧滴沉積分析軟件，按式（1）和式（2）計(jì)算平均覆蓋密度及其變異系數(shù)[22]。

=ki=1niSN（1）

CV1=（X.2i）-（Xi）.2/NN-1×100（2）

式中，為霧滴平均覆蓋密度，單位為個(gè)/cm.2;ni為第i個(gè)樣片的霧滴個(gè)數(shù);S為樣片測量面積，單位為cm.2;N為樣片總數(shù);CV1為平均覆蓋密度的變異系數(shù)。

1.3.3 霧滴沉積調(diào)查。

利用霧滴沉積分析軟件測定霧滴數(shù)值中值直徑和體積中值直徑，按式（3）和式（4）計(jì)算平均沉積量及其變異系數(shù)[21]。

式中，為平均沉積量，單位為L/hm.2;Di為第i個(gè)樣片的沉積量，單位為L/hm.2;N為樣片總數(shù);CV2為沉積量的變異系數(shù)。

1.3.4 防治效果調(diào)查。

于藥后21 d，采用五點(diǎn)取樣法，每點(diǎn)選取20叢，調(diào)查統(tǒng)計(jì)水稻螟蟲的枯心（白穗）數(shù)和稻瘟病、稻曲病、紋枯病等主要病害的病株（葉）數(shù)，按式（5）、（6）和（7）計(jì)算枯心（白穗）率、病情指數(shù)以及防效[23-25]。

枯心（白穗）率=調(diào)查枯心（白穗）數(shù)調(diào)查總數(shù)×100%（5）

病情指數(shù)=各級(jí)病株（葉）數(shù)×相對級(jí)數(shù)值調(diào)查總數(shù)×9×100（6）

防治效果=CK-PTCK×100%（7）

式中，CK為對照區(qū)藥后枯心（白穗）率或病情指數(shù);PT為處理區(qū)藥后枯心（白穗）率或病情指數(shù)。

1.3.5 安全性調(diào)查。

于藥后7、14和21 d目測各處理對水稻的安全性，主要觀察處理區(qū)水稻葉色、株高等生長指標(biāo)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用WPS 2016進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。用鄧肯氏新復(fù)極差法（DMRT）進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同飛行高度對霧滴覆蓋密度和沉積率的影響

由表2可知，霧滴覆蓋密度隨飛行高度的增加而逐漸增加，為（18.20±0.67）～（28.60±2.37）個(gè)/cm.2，變異系數(shù)為（39.1±1.26）%～（66.0±1.12）%;沉積量隨飛行高度的增加，表現(xiàn)為先增加后減少，為（7.53±0.23）～（11.20±1.86）L/hm.2，變異系數(shù)為（60.6±8.29）%～（78.1±4.75）%。單因素方差分析結(jié)果表明，飛行高度顯著影響植保無人機(jī)施藥的霧滴覆蓋密度（F=9.98，df=2，P<0.05），其中，處理①與處理③之間存在顯著差異（P=0.010 4），其余處理間差異不顯著;飛行高度對沉積量（F=2.58，df=2，P=0.155）無顯著影響。

霧滴覆蓋密度變異系數(shù)和沉積量變異系數(shù)表示霧滴分布的離散程度，在一定程度上反映了霧滴的分布均勻度。在2.0～3.0 m高度內(nèi)，飛行高度增加，霧滴覆蓋密度變異系數(shù)和沉積量變異系數(shù)逐漸減小，說明飛行高度增加可以減小霧滴覆蓋和沉積的離散程度，提高霧滴分布的均勻性。

2.2 不同飛行高度對水稻病蟲防效的影響

因該試驗(yàn)田塊三化螟、稻縱卷葉螟等水稻螟蟲和稻瘟病、稻曲病等水稻病害零星發(fā)生為害，沒有達(dá)到防治指標(biāo)，故僅對水稻二化螟和水稻紋枯病進(jìn)行分析。由表3可知，施藥后21 d，植保無人機(jī)施藥防治水稻二化螟的枯心率為0.296%～0.609%，防效為85.8%～93.1%;傳統(tǒng)背負(fù)式機(jī)動(dòng)噴霧機(jī)施藥處理的枯心率為0.348%，防效為91.9%。

植保無人機(jī)施藥防治水稻紋枯病的病情指數(shù)為0.499～0.968，防效為89.7%～94.7%;傳統(tǒng)背負(fù)式機(jī)動(dòng)噴霧機(jī)施藥處理的病情指數(shù)為0.522，防效為94.5%。

2.3 水稻安全性

試驗(yàn)期間，未觀察到水稻藥害癥狀出現(xiàn)，未見對其他生物有明顯影響。

3 結(jié)論與討論

該研究屬于低空低容量飛行噴霧。該研究結(jié)果表明，無人機(jī)產(chǎn)生的向下氣流能夠使藥液在水稻植株的不同部位附著，飛防處理的各項(xiàng)作業(yè)質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)符合MH/T 1002.1—2016要求[22]。

藥劑沉積分布試驗(yàn)結(jié)果表明，霧滴覆蓋密度隨著飛行高度增加而顯著增加，在飛行高度為2 m時(shí)，霧滴覆蓋密度最小，這與前人研究結(jié)果不一致[11-12，15-17]，可能與飛行作業(yè)時(shí)風(fēng)速變化有關(guān)（處理①：2.4 m/s，處理②：04 m/s，處理③：13 m/s），陳盛德等[12]和曾愛軍等[26]的研究結(jié)果證實(shí)了風(fēng)場對航空噴霧的霧滴沉積分布有很大影響。在該試驗(yàn)中，隨著無人機(jī)飛行高度的增加，霧滴覆蓋密度變異系數(shù)和沉積量變異系數(shù)總體表現(xiàn)逐漸減小，說明飛行高度的增加可以使霧滴沉積分布的離散程度減小，提高了霧滴沉積分布均勻性，這與王昌陵等[15]研究結(jié)果一致。但前人研究發(fā)現(xiàn)飛行高度的變化在影響沉積分布均勻性的同時(shí)也與霧滴漂移性質(zhì)相關(guān)，高度過高時(shí)反而會(huì)減弱下旋氣流對霧滴的下壓作用，加重霧滴飄失，降低農(nóng)藥利用率[13]。

防效試驗(yàn)結(jié)果表明，植保無人機(jī)飛防處理對水稻二化螟和水稻紋枯病的防治效果分別為85.8%～93.1%、89.7%～94.7%，傳統(tǒng)背負(fù)式機(jī)動(dòng)噴霧機(jī)的防效分別為91.9%、945%，飛防處理與傳統(tǒng)地面施藥處理防效差別不大，表明植保無人機(jī)應(yīng)用于防治水稻病蟲害是可靠的。袁會(huì)珠等[27]研究發(fā)現(xiàn)，飛防處理中單位面積一定量的霧滴密度和沉積量即可產(chǎn)生良好的防治效果，因此，采用大容量、淋洗式噴霧是對資源的浪費(fèi)，也增加了環(huán)境污染。結(jié)合該研究飛行作業(yè)質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)和防治效果，植保無人機(jī)施藥防治水稻病蟲的優(yōu)選作業(yè)高度為2.0～2.5 m。

該研究僅針對不同飛行高度下植保無人機(jī)的霧滴沉積分布特性及水稻主要病蟲防效進(jìn)行了研究，至于其他飛行參數(shù)如飛行速度以及外部風(fēng)場，不同農(nóng)藥劑型、不同農(nóng)藥助劑等因子對植保無人機(jī)在防治水稻病蟲的影響，飛行作業(yè)質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)與病蟲防效間的關(guān)系等還有待進(jìn)一步研究。

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