農用植保無人機茶園病蟲害防治效果分析*

趙新陽 ， 陳煥金 ， 韓 杰 ， 謝映妹 ， 曹曉林 ， 葉 春

（1.潮州市農業(yè)機械化管理處，廣東 潮州 521000；2.江西省農業(yè)科學院農業(yè)工程研究所，江西 南昌 330299；3.江西省智能農機裝備工程研究中心，江西 南昌 330299）

0 引言

目前，我國的茶園面積及茶葉年產量穩(wěn)居世界第一。茶葉是世界上三大飲料原料之一，也是我國出口創(chuàng)匯的重要農產品之一。當前，茶產業(yè)發(fā)展進入發(fā)展新時期，世界茶葉種植面積和世界茶葉產量連續(xù)10年上漲。2020年，我國實有茶園面積4 825萬畝，產量為293.18萬噸，茶園面積逐漸擴大[1]。隨著茶園作業(yè)勞動力的日益緊張和茶樹病蟲害施藥技術的改進，應用省力、省藥的植保無人機開展施藥已成為茶園病蟲害防治的發(fā)展趨勢[2]。

廣東省潮州市是單叢茶的歷史產地和主要產區(qū)，茶葉已經成為潮州市山區(qū)丘陵的農業(yè)支柱產業(yè)，在農村經濟體系中占有重要的地位。潮州單叢茶是中國烏龍茶類中的極品名茶，由于獨特的制作工藝，形成了它特殊的品質，其條索緊結，呈烏褐色或灰黃褐色，油潤，有自然的花香、山韻蜜味；湯色橙黃初制茶或金黃精制茶，透徹明亮；滋味醇爽、持久、回甘力強，極耐泡。潮州市是我國烏龍茶的歷史產地和主要產區(qū)，是中國功夫茶文化的主要傳承地區(qū)[3]。

潮州茶園地域地形復雜，機械化難度大，綜合機械化作業(yè)水平不足10%。近十年，單叢茶生產主要在種植、施肥、植保、采摘、制作加工等方面發(fā)展機械化。在茶葉制作方面已經由手工完全向全過程機械化過渡，茶葉攤青機、茶葉搖青機、茶葉殺青機、茶葉揉捻機、茶葉烘焙機、茶葉篩選機等制茶機械基本成熟，已大面積推廣應用。單叢茶產量逐年擴大，2014年為15萬畝，截至2020年年底茶葉種植面積已達23.6萬畝，產量2.06萬噸，產值52億。但在茶園生產管理機械上，還沒有能完全適用的單叢茶生產管理機械，是發(fā)展茶葉生產的短板，特別是在茶園植保機械化的問題亟須解決。

茶樹常見蟲害有茶小綠葉蟬、茶尺蠖、茶毛蟲、黑刺粉虱、茶黑毒蛾、茶麗紋象甲等，并以茶小綠葉蟬發(fā)生較普遍且持續(xù)時間較長[3]；病害有茶云紋葉枯病、茶炭疽病、茶煤病等。目前茶園病蟲害防治以化學方式為主。農用植保無人機在水稻、果樹等病蟲害防治上得到較大范圍應用，而在茶園采用無人機防治病蟲害則處于起步階段[4]。因此，本研究選用市場上主流的電動四旋翼植保無人機，對比植保無人機和人工電動噴霧機在茶園防治效果、產量及經濟效益方面的差異，以期為潮州丘陵山區(qū)茶園管理和豐產高效栽培提供技術支持。

1 茶園植保機械化現狀

做好茶園病蟲害防治工作是確保茶農增產增收的關鍵，現在茶園病蟲害防治主要有物理防治和化學防治方法。物理防治方法采用殺蟲燈、色板等，利用燈光、色澤、氣味誘殺和生物防治技術。太陽能殺蟲燈的應用較多，它以太陽能作為能源，具有自動時控功能，殺蟲燈一般掛在高出茶樹1 m左右處，利用高壓汞燈、頻振式殺蟲燈進行誘殺，燈光誘殺對有趨光性的害蟲有效，同時對有趨光性的天敵昆蟲同樣具有誘殺作用。色板誘殺的茶蚜、茶小綠葉蟬等茶樹害蟲具有趨黃綠色的特性，每隔5 m～6 m放置1張具有黏性的黃綠色板，可誘捕和黏殺害蟲，但需要定期對色板進行更換。個別病蟲害運用物理防治控制效果差，還是需要定期進行化學防治，常用的噴施機械設備有背負式電（手）動噴霧器、機動噴霧機、懸掛式機動噴霧機等，背負式電（手）動噴霧器等機械霧化細度中徑值為50 μm～100 μm，在高速度氣流的沖擊下，藥液被粉碎成很細的霧滴吹送到茶樹上；機動噴霧機水平射程可達7 m以上，可覆蓋4～5行茶蓬。懸掛式機動噴霧機掛接在茶樹專用跨行底盤上，運用于規(guī)?；鑸@，僅適用于較大地塊的緩坡茶園，對茶園的道路、行距有要求，作業(yè)適用性需進一步研究。

目前，茶園種植主要集中在丘陵山地，茶樹行距較窄，人行走通過都有困難。人工使用施藥機械植保作業(yè)艱苦，勞動強度大，操作人員易中暑、中毒，青壯年勞動力向城鎮(zhèn)轉移，農村留守人員勞動力低，影響病蟲害防治效果和效率。因此，在茶園運用高效、操作舒適的機械設備防治茶園病蟲害，提高機械化程度，是發(fā)展茶園植保機械化的目標。

2 材料與方法

2.1 試驗設計

試驗在廣東省潮州市潮安區(qū)歸湖鎮(zhèn)高峰村茶樹種植區(qū)開展，茶園總面積為507畝。開展了春、秋季時間段農用植保無人機的茶園病蟲害防治技術試驗。試驗比對處理區(qū)面積為163畝，分成3個處理方法，分析機具作業(yè)效率、防治效果、經濟效益等。處理1使用植保無人機噴施農藥，處理2使用背負式電動噴霧器噴施農藥，處理3使用背負式電動噴霧器噴施清水作為空白對照。施藥后至調查結束前不施用其他殺蟲劑、殺菌劑或物理方法防治，其他茶園管理措施正常進行。

2.2 試驗材料

1）試驗機具。采用植保無人機，型號為大疆T20型，最大裝藥容積為20 L，噴幅7 m，噴灑系統(tǒng)配備 4個液泵及 8個噴頭，最大流量6 L/min。采用背負式電動噴霧器，型號欣農來3WBD-20型，最大裝藥容積為20 L，流量1.1 L/min，噴幅1 m。

2）使用農藥。根據當期病蟲害情況選擇使用30%吡丙·呋蟲胺可溶液劑200 mL、27%阿維·螺螨酯懸浮劑200 mL進行殺蟲試驗。處理1和處理2按相同畝數用藥量進行稀釋備用，再用水稀釋裝上試驗機具使用，處理1加入飛防專用助劑中量元素鎂100 mL。

2.3 測定項目與方法

1）調查時間和方法。調查噴藥效率在植保無人機、噴霧器到達噴藥區(qū)域后開始計時，記錄噴藥面積、藥液量、用水量和所用時間，計算噴藥效率。

2）噴藥效果調查。施藥前、施藥后7天調查茶園中茶小綠葉蟬、害螨的蟲口密度，計算蟲口減退率和防治效果。采用盆拍法查茶小綠葉蟬，每處理查5點，每點一盆（25 cm×40 cm白搪瓷盆，面積0.1m2），平接于茶叢下方，用手拍打盆上方的茶叢3下，記錄落盆茶小綠葉蟬數；采用葉片觀察法查害螨，每處理查5點，每點查10個新梢下的3片成葉，記錄蟲口密度，計算蟲口減退率和防效。

3）藥效對比。在單位面積用藥量相同的前提下，對比植保無人機和背負式電動噴霧器的效果，調查是否對茶樹產生藥害現象。

3 試驗結果與分析

3.1 不同機具防效分析

噴霧霧滴沉積效果的好壞受多種因素影響，科學合理地選擇噴頭流量、作業(yè)高度、飛行速度等作業(yè)參數是無人機作業(yè)能夠取得良好霧滴沉積效果和達到預期防治效果的關鍵[5]。在本研究中，經過對比，植保無人機采用噴頭流量調整為2.5 L/min、作業(yè)高度為2.5 m、飛行速度為2.0 m/s的參數組合進行噴施時，噴霧霧滴沉積效果最佳。

病蟲害防治效果以采集蟲口減退率和防效2個技術指標作為判定標準，計算方法見公式（1）和公式（2），防效達到90%以上說明達到防治效果。

式（1）中：蟲口減退率，單位為%。

式（2）中：防效，單位為%。

由表1計算可以看出病蟲害防治效果方面，使用植保無人機、背負式電動噴霧對茶葉中的主要害蟲茶小綠葉蟬、害螨防效均達到90%以上，說明試驗藥劑30%吡丙·呋蟲胺可溶液劑+27%阿維·螺螨酯懸浮劑對茶小綠葉蟬、害螨防效優(yōu)良，均能達到防治目標。

表1 茶園害蟲數據調查結果

植保無人機和背負式電動噴霧器對茶小綠葉蟬防效相對平均偏差為0.4%，對害螨防效相對平均偏差為0.5%，2種方式對蟲害的防效無顯著性差異，能達到要求的防治效果。

經過田間調查，各對比處理試驗區(qū)均未發(fā)現對茶樹產生藥害現象，未影響茶樹新芽的生長，2種機具施藥的藥效是相同的。

因此，在防效上，使用植保無人機防治效果可以代替人工背負式電動噴霧器。

3.2 作業(yè)效率分析

由表2可知，在作業(yè)效率方面，植保無人機噴灑效率日作業(yè)量可達480畝，人均日作業(yè)量240畝；人工背負式電動噴霧器日作業(yè)量為9.6畝，植保無人機人均日作業(yè)量的25倍，植保無人機可在1天內可將試驗區(qū)全部噴灑一次，作業(yè)效率大大優(yōu)于人工。

表2 作業(yè)效率對比表

3.3 經濟效益分析

由表3可知，與背負式電動噴霧器噴施相比，植保無人機的防治效果和產量略低或持平。植保無人機的用工成本顯著低于人工植保，用工成本僅為15元/畝，而人工植保為50元/畝，兩者相差35元/畝。按照年打藥5次和機收毛茶售價8 元/千克。計算經濟效益的結果表明，植保無人機比人工植保的凈收益高75元/畝，產投比高22%，差異均達到顯著性水平，經濟效益顯著。

表3 不同植保方式的產量及經濟效益比較

3.4 生態(tài)環(huán)保效益分析

植保無人機能減少農藥使用量，據不完全統(tǒng)計，潮州市2020年茶葉專業(yè)化統(tǒng)防統(tǒng)治區(qū)減少使用化學農藥0.6 噸，減少農藥包裝等廢棄物3.6 萬個，減少化學防治1～2 次，降低化學農藥使用量20%以上，有效降低了茶葉農藥使用風險，降低了農藥殘留率，生態(tài)效益、環(huán)保效益非常顯著。

3.5 試驗結論分析

從試驗效果看，相比人工植保，利用植保無人機防治茶園害蟲，防治效果相同，作業(yè)效率高出25倍，降低勞動強度，對解決農業(yè)勞動力缺乏問題具有很大的優(yōu)勢；利用植保無人機防治凈收益高75元/畝，投入產出比高22%，經濟生態(tài)效益明顯，可以被茶農及茶葉種植專業(yè)合作社接受，植保無人機防治害蟲值得有關部門大力推廣。

但植保無人機在茶葉防治中還存在些問題需要解決，主要有飛行會出現不穩(wěn)定問題，易受地形影響，精準控制飛行高度和航跡的問題；此外，植保無人機電池續(xù)航時間短、裝載藥量小，嚴重影響機具的日作業(yè)量，如何更高效、安全地在茶園使用植保無人機技術有待持續(xù)開展深入研究。

4 茶園使用植保無人機的建議

4.1 發(fā)展植保專業(yè)隊伍，開展茶園專業(yè)化統(tǒng)防統(tǒng)治

近年來，隨著我國經濟迅速發(fā)展和農村勞動力大量轉移，適齡勞動力短缺和用工成本增加等問題日益突出，茶葉管理迫切需要以機械化作業(yè)為核心的現代技術[6-7]。由于植保專業(yè)無人機服務組織進行服務，能夠在源頭上杜絕違規(guī)用藥和過量用藥[8]，嚴格按照病蟲害防治適期、合理劑量、保證用藥安全間隔期，實行農藥統(tǒng)購統(tǒng)供、統(tǒng)配和統(tǒng)施，推廣應用高效、低毒低殘留的環(huán)境友好型農藥，從源頭上控制和杜絕了假冒偽劣農藥、禁限用高毒農藥的使用，有效降低化學農藥使用量，減輕面源污染[9]。因此，下一步要大力發(fā)展植保專業(yè)隊伍，有效降低農藥殘留及使用量，提高茶葉產量及質量。

4.2 抓好技術培訓，提高病蟲害綜合防治技術水平

利用新型職業(yè)農民培育、專業(yè)化統(tǒng)防統(tǒng)治、茶葉綠色防控技術示范項目等，對基層農技人員、涉農企業(yè)、服務組織、種茶大戶和農民群眾開展綜合技術培訓，讓廣大茶農掌握茶葉病蟲害生態(tài)調控、理化誘控及生物農藥防控技術，提高茶園病蟲害防治水平。

4.3 整合資金，加大植保無人機政策扶持的力度

與人工/傳統(tǒng)植保機械相比，利用植保無人機防治茶園害蟲，不受地形限制，體積小、重量輕，轉移作業(yè)方便[9]，工作效率高，防治效果好，能解決病蟲害防治勞動強度大、勞力短缺等問題。同時，一旦出現病情，植保無人機飛防能快速反應，同時起到統(tǒng)防的目的，需加大對茶園植保無人機的政策扶持力度。建議對茶葉綠色防控，使用新技術新設備，創(chuàng)新推進茶葉病蟲害統(tǒng)防統(tǒng)治[10]，大力發(fā)展統(tǒng)防統(tǒng)治專業(yè)化服務組織，種茶大戶進行獎勵和資金扶持。