不同植保機(jī)械噴施霧滴在水稻冠層沉積分布規(guī)律及對病蟲害防效比較

陳奕璇 覃貴亮 周曉欣 黃軍軍 蒙全 吳俊輝 閆曉靜 袁會珠, *

不同植保機(jī)械噴施霧滴在水稻冠層沉積分布規(guī)律及對病蟲害防效比較

陳奕璇1 覃貴亮2周曉欣1黃軍軍2蒙全3吳俊輝1閆曉靜1袁會珠1, *

(1中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 植物保護(hù)研究所，北京 100193；2廣西壯族自治區(qū)植保站, 南寧 530022 ；3貴港市港南區(qū)植物保護(hù)工作站，廣西 貴港 537100;*通信聯(lián)系人,E-mail: hzhyuan@ippcaas.cn)

【】為闡明無人機(jī)與地面植保機(jī)械噴施霧滴在水稻冠層的沉積分布特征，比較其對不同冠層病蟲害防治效果，科學(xué)推廣及使用植保機(jī)械?！尽坎捎渺F滴沉積分布檢測、利用率測定以及田間調(diào)查等方法，研究6種不同植保機(jī)械在水稻田噴霧后霧滴在冠層的沉積分布、利用率以及對紋枯病和稻縱卷葉螟的防治效果?！尽?種無人飛機(jī)噴施霧滴在水稻冠層的沉積密度和覆蓋率差異顯著，在冠層上部的沉積量較其他3種地面植保機(jī)械高，但在下部的沉積量低。不同植保機(jī)械在冠層上、中、下層的沉積密度、覆蓋率以及沉積量均呈遞減趨勢。施藥后14 d，3種無人機(jī)較其他3種地面植保機(jī)械對稻縱卷葉螟的防效更高，為73.2%～84.7%。電動噴霧器和擔(dān)架式噴霧機(jī)較3種無人飛機(jī)對紋枯病的防效更高，為79.6%～85.2%?！尽酷槍λ竟趯由蠈酉x害稻縱卷葉螟使用無人飛機(jī)進(jìn)行防治效果更好，針對冠層下層病害紋枯病使用施藥液量較大的地面植保機(jī)械防治效果更好。

植保機(jī)械; 紋枯病; 稻縱卷葉螟; 霧滴沉積分布; 防治效果

使用植保機(jī)械是農(nóng)作物病蟲草害防治的重要手段之一[1]。21世紀(jì)以來，中國植保機(jī)械的發(fā)展經(jīng)歷了從手動、低效向大型化、高效化、精準(zhǔn)化、智能化發(fā)展的過程[2-3]。特別是國家大力推進(jìn)統(tǒng)防統(tǒng)治及到2020年農(nóng)藥使用零增長行動等，拓寬了新型高效植保機(jī)械的需求空間，大大加快了中國植保機(jī)械升級換代步伐[4]。根據(jù)我國土地規(guī)模種植的特點，施藥機(jī)具必然以中小型為主，例如背負(fù)式噴霧器、擔(dān)架式噴霧機(jī)、無人飛機(jī)等，輔之以大型機(jī)械，例如噴桿噴霧機(jī)等。

水稻紋枯病是全球范圍內(nèi)危害嚴(yán)重的水稻三大病害之一[5-6]，主要危害冠層下層葉鞘、葉片，嚴(yán)重時葉片出現(xiàn)枯死，導(dǎo)致水稻不能正常抽穗，甚至整株死亡[7]。稻縱卷葉螟是水稻上的一種重要農(nóng)業(yè)害蟲，近年來常年暴發(fā)性發(fā)生，主要以幼蟲取食冠層上層葉片并形成卷葉，最終影響水稻的光合作用造成減產(chǎn)，且卷葉率越高對水稻造成的影響越嚴(yán)重[8-9]。目前很多研究報道僅限于植保機(jī)械噴霧性能、霧滴沉積和對病蟲害防治效果等方面。蘇小計等[10]研究表明，電動噴霧器、機(jī)動彌霧機(jī)和自走式噴桿噴霧機(jī)沉積利用率較高，達(dá)到51.4% ～63.7%，單旋翼無人飛機(jī)和地面噴霧機(jī)械防治效果達(dá)到80%以上，優(yōu)于其他低空低量植保機(jī)械。陳奕璇等[11]研究表明，添加合適的助劑后噴霧可顯著提高農(nóng)藥在靶標(biāo)葉片上的沉積量和沉積利用率。姚毅等[12]研究表明，植保無人飛機(jī)防治稻縱卷葉螟的防效在95.13%以上，與人工施藥無顯著差異。孫亦誠等[13]研究表明，使用高地隙噴桿噴霧機(jī)防治稻縱卷葉螟和紋枯病的防治效果顯著優(yōu)于使用擔(dān)架式機(jī)動噴霧器和背負(fù)式機(jī)動彌霧機(jī)。然而針對水稻病蟲害的不同危(為)害部位，無人飛機(jī)和地面植保機(jī)械是否會產(chǎn)生不同的藥液沉積分布以及防治效果還未見系統(tǒng)報道。本比較選擇了6種植保機(jī)械包括單旋翼無人飛機(jī)、多旋翼無人飛機(jī)、噴桿噴霧機(jī)、擔(dān)架式噴霧機(jī)以及背負(fù)式噴霧器，比較分析市面上不同植保機(jī)械在水稻田噴霧后的霧滴沉積分布以及對不同冠層病蟲害稻縱卷葉螟和紋枯病的防治效果，以期為科學(xué)推廣及使用植保機(jī)械提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

圖1 單旋翼電動無人飛機(jī)

Fig. 1. Single-rotor electric unmanned aircraft.

圖2 四旋翼電動無人飛機(jī)

Fig. 2. Four-rotor electric unmanned aircraft.

1 材料與方法

1.1 材料

試驗在廣西壯族自治區(qū)(簡稱廣西)貴港市港南區(qū)木格鎮(zhèn)良坡村水稻田進(jìn)行。水稻種植區(qū)地勢平坦，土壤為砂壤土，肥力中等、均勻一致且連片。采用機(jī)插移栽的種植方式，種植密度為24穴/m2，試驗時水稻正處于孕穗期，株高0.9～1.1 m，品種為糧發(fā)香絲。主要病蟲害為稻縱卷葉螟[(Guenée)]和紋枯病(Sheath blight)。試驗期間，水稻田溫度為32.8～35.4℃，相對濕度39.7%～ 45.2%，風(fēng)速1.2～2.2 m/s。

試劑及藥劑：示蹤劑為誘惑紅85，由浙江吉高德色素科技有限公司生產(chǎn)；助劑為三硅氧烷類助劑奇功，由桂林集琦生化有限公司生產(chǎn)；藥劑為15%甲維·茚蟲威(emamectin benzoate·indoxacarb)懸浮劑(防治稻縱卷葉螟)和325 g/L苯甲·嘧菌酯(difenoconazole·azoxystrobin)懸浮劑(防治紋枯病)，由河北威遠(yuǎn)生物化工有限公司生產(chǎn)。

儀器：水敏紙，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所；NK5000(Kestrel 5000)風(fēng)速氣象儀，美國 NK公司；MRS-2400U2C掃描儀，上海中晶科技有限公司；FlexStation 3全波長掃描多功能讀數(shù)儀，美國Molecular Devices 公司；Z-3N單旋翼電動無人飛機(jī)，中國人民解放軍總參謀部第六十研究所(圖1)；P20四旋翼電動無人飛機(jī)，廣州極飛科技有限公司(圖2)；3WWDZ-16B六旋翼電動無人飛機(jī)，廣西云瑞科技有限公司(圖3)；3WSH-500自走式水旱兩用噴桿噴霧機(jī)，山東臨沂三禾永佳動力有限公司(圖4)；3WH-36T手推擔(dān)架式噴霧機(jī)，山東華盛中天機(jī)械集團(tuán)有限公司(圖5)；背負(fù)式電動噴霧器，山東衛(wèi)士植保機(jī)械有限公司(圖6)。

圖3 六旋翼電動無人飛機(jī)

Fig. 3. Six-rotor electric unmanned aircraft.

圖4 自走式噴桿噴霧機(jī)

Fig. 4. Self-propelled boom sprayer.

圖5 手推擔(dān)架式噴霧機(jī)

Fig. 5. Hand driven stretcher sprayer.

圖6 背負(fù)式電動噴霧器

Fig. 6. Knapsack electric sprayer.

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2019年9月24日進(jìn)行，共設(shè)7個處理，包括1個空白對照和6個植保機(jī)械噴霧處理。6個處理的用藥量均相同，15%甲維?茚蟲威SC 0.75 L/ hm2，325 g/L苯甲?嘧菌酯SC 0.6 L/ hm2，誘惑紅的用量均為450 g/hm2。作業(yè)小區(qū)長74 m，寬9 m，每個處理設(shè)3次重復(fù)(表1)。

1.3 試驗方法

1.3.1 霧滴沉積密度及覆蓋率的測定

根據(jù)陳奕璇等[14]的方法布置霧滴采集帶和采集裝置(圖7)，計算霧滴沉積密度和覆蓋率。

1.3.2 不同植保機(jī)械噴霧農(nóng)藥沉積量的測定

根據(jù)Gao等[15]的方法得到誘惑紅標(biāo)準(zhǔn)曲線，計算不同冠層單位面積的沉積量。

1.3.3 不同植保機(jī)械噴霧農(nóng)藥沉積利用率的測定

本研究參照《農(nóng)藥利用率田間測定方法第1部分：大田作物莖葉噴霧的農(nóng)藥沉積利用率測定方法：誘惑紅指示劑法》(NY/T3630.1－2020)[16]進(jìn)行農(nóng)藥沉積利用率測定。試驗前隨機(jī)選取5個1 m×1m的試驗田塊，調(diào)查每個田塊的水稻叢數(shù)，取平均值即得試驗田水稻種植密度。試驗結(jié)束后，每個小區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取10個點，每點取1叢水稻，放入自封袋內(nèi)進(jìn)行沉積利用率的測定與計算。測定時向自封袋中加入50 mL蒸餾水，震蕩洗滌5 min使誘惑紅完全溶解于水中，洗脫液經(jīng)0.22 μm水系過濾膜過濾后用全波長掃描多功能讀數(shù)儀測定洗滌液在514 nm處的吸光值。根據(jù)1.3.2誘惑紅標(biāo)準(zhǔn)曲線計算洗滌液中誘惑紅的濃度，利用公式進(jìn)一步計算得到農(nóng)藥沉積利用率。農(nóng)藥沉積利用率(%)=(洗滌液中指示劑的濃度×洗滌液體積×種植密度) /單位面積施藥量×100%。

表1 各處理參數(shù)

1.3.4 不同植保機(jī)械噴霧對紋枯病防效的測定

參照《田間藥效試驗準(zhǔn)則(一)：殺菌劑防治水稻紋枯病》(GB/T 17980.20－2000)[17]進(jìn)行防效調(diào)查。在水稻田施藥前調(diào)查病情基數(shù)，并在施藥后14 d進(jìn)行藥效調(diào)查。根據(jù)水稻葉鞘和葉片為害癥狀程度分級，以株為單位，每小區(qū)對角線五點取樣，每點調(diào)查相連10叢，共50叢，記錄總株數(shù)、病株數(shù)和病級數(shù)，并計算病情指數(shù)和防治效果。采用直線取樣法，每小區(qū)取50叢，調(diào)查記錄病叢數(shù)、總株數(shù)和病株數(shù)，計算病叢率和病株率，病叢率(%)=(病叢數(shù)/調(diào)查總叢數(shù))×100，病株率(%)=(病株數(shù)/調(diào)查總株數(shù))×100。

1.3.5 不同植保機(jī)械噴霧對稻縱卷葉螟防效測定

參照《田間藥效試驗準(zhǔn)則(一)：殺蟲劑防治稻縱卷葉螟》(GB/T 17980.2－2000)[18]進(jìn)行防效調(diào)查。在水稻田施藥前調(diào)查病情基數(shù)，并在施藥后14 d進(jìn)行藥效調(diào)查。每小區(qū)五點取樣共查50叢稻，統(tǒng)計卷葉率，與對照區(qū)卷葉率比較，計算保葉效果即相對防效。卷葉率=調(diào)查卷葉數(shù)/調(diào)查總?cè)~數(shù)×100%，防治效果=(對照區(qū)卷葉率?處理區(qū)卷葉率)×100%/對照區(qū)卷葉率。

圖7 在水稻冠層取樣位置放置的水敏紙和濾紙

Fig. 7. Placement of water-sensitive paper (WSP) and filter paper at each sampling position in rice canopy.

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用DPS 14.50軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，應(yīng)用Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行差異顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同植保機(jī)械噴施霧滴沉積密度及覆蓋率的分布規(guī)律

由表2可知，三種無人飛機(jī)噴霧后霧滴在水稻冠層的沉積密度和覆蓋率差異顯著。四旋翼無人飛機(jī)噴霧后霧滴在水稻冠層上、中層的沉積密度顯著大于單旋翼無人飛機(jī)以及六旋翼無人飛機(jī)。同時四旋翼無人飛機(jī)噴霧后在水稻冠層的覆蓋率較其他兩種植保無人飛機(jī)更高。霧滴在水稻冠層上、中、下3層的沉積密度和覆蓋率均呈遞減趨勢，在水稻冠層下層的沉積密度和覆蓋率最低，分別占上層的12.3%～18.6%和12.6%～14.5%。由于自走式噴桿噴霧機(jī)、擔(dān)架式噴霧機(jī)和背負(fù)式電動噴霧器施藥液量大，導(dǎo)致霧滴采集裝置水敏紙被藥液大面積浸濕，無法用掃描儀準(zhǔn)確測得霧滴沉積密度和覆蓋率數(shù)據(jù)，故此部分?jǐn)?shù)據(jù)不予采用。

表2 不同植保機(jī)械噴施霧滴沉積密度及覆蓋率的分布規(guī)律

表中數(shù)據(jù)為平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差。同列不同小寫字母表示經(jīng)Duncan新復(fù)極差法檢驗在<0.05水平差異顯著。

Data are mean±SD. Different lowercase letters within the same column indicate significant difference at0.05 level by Duncan’s new multiple range test.

表中數(shù)據(jù)為平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差。同列不同小寫字母表示經(jīng)Duncan新復(fù)極差法檢驗在<0.05水平差異顯著。

Data are mean±SD. Different lowercase letters with in the same column indicate significant difference at0.05 level by Duncan’s new multiple range test.

2.2 不同植保機(jī)械噴霧在水稻冠層沉積量的比較

由表3可知，3種無人飛機(jī)在水稻冠層上層的沉積量較其他3種地面植保機(jī)械的更高；6種植保機(jī)械在水稻冠層中層的沉積量無顯著差異；3種無人飛機(jī)在水稻冠層下層的沉積量顯著低于其他3種植保機(jī)械。霧滴在水稻冠層上、中、下3層的沉積量呈遞減趨勢，霧滴在水稻冠層下層的沉積量最低，占上層的13.8%～48.6%，與霧滴在水稻冠層的沉積密度和覆蓋率變化基本一致。

2.3 不同植保機(jī)械在水稻田噴霧農(nóng)藥沉積利用率的比較

如表3所示，四旋翼無人飛機(jī)和六旋翼無人飛機(jī)噴霧在水稻田的農(nóng)藥沉積利用率較其他4種植保機(jī)械更高。

2.4 不同植保機(jī)械噴霧對水稻紋枯病防效的比較

不同植保機(jī)械噴霧后對水稻紋枯病的防效如表4所示，背負(fù)式電動噴霧器的防效最高，其次為擔(dān)架式噴霧機(jī)，再次為單旋翼無人飛機(jī)，四旋翼、六旋翼無人飛機(jī)及自走式噴桿噴霧機(jī)的防效相當(dāng)。

2.5 不同植保機(jī)械噴霧對稻縱卷葉螟防效的比較

不同植保機(jī)械噴霧后對稻縱卷葉螟的防效如表5所示。6種植保機(jī)械施藥后14 d，水稻田的卷葉率明顯降低。3種無人飛機(jī)在水稻田噴霧后的卷葉率較其他3種地面植保機(jī)械更低。六旋翼無人飛機(jī)施藥后對稻縱卷葉螟的防效最高，其次為四旋翼無人飛機(jī)和單旋翼無人飛機(jī)，自走式噴桿噴霧機(jī)、擔(dān)架式噴霧機(jī)、背負(fù)式電動噴霧器的防效相當(dāng)。

3 討論

系統(tǒng)研究無人飛機(jī)和地面植保機(jī)械在水稻田噴霧后藥液霧滴在冠層的沉積分布以及對不同冠層病蟲害防治效果的影響是本文的核心目的。研究表明四旋翼無人飛機(jī)噴霧后霧滴在水稻冠層上、中層的沉積密度顯著大于單旋翼無人飛機(jī)以及六旋翼無人飛機(jī)?？赡苁怯捎趩涡砗土頍o人飛機(jī)使用的為圓錐霧噴頭，而圓錐霧噴頭的飄移潛在指數(shù)大，小霧滴(體積中徑＜100 μm)所占的百分比大，霧滴更容易發(fā)生飄移[19]。3種無人飛機(jī)在水稻冠層上層的沉積量較其他3種地面植保機(jī)械更高，但在下層的沉積量較其他3種地面機(jī)械更低且差異顯著，可能是因為地面植保機(jī)械較無人飛機(jī)施藥液量更高且距作物冠層更近，藥液超過葉片的最大持留量發(fā)生聚并流失且更容易穿透到作物冠層下[20-21]。6種植保機(jī)械在水稻冠層上、中、下3層的沉積量呈遞減趨勢，在水稻冠層下層的沉積量最低。

表5 不同植保機(jī)械噴霧對稻縱卷葉螟防效的比較

施藥后14 d，對水稻紋枯病的防效以背負(fù)式電動噴霧器和擔(dān)架式噴霧機(jī)2種地面植保機(jī)械的防效最高，表明防控水稻下層、基部的病害，地面植保機(jī)械較無人飛機(jī)防治效果更好，可能因為無人飛機(jī)空中作業(yè)，霧滴更容易飄移、蒸發(fā)，且施藥量低，藥液難以穿過層層葉片滲透到作物下部[22-23]。由于無人飛機(jī)水稻田噴霧在冠層上層的農(nóng)藥沉積量更高，所以防控水稻冠層上層蟲害稻縱卷葉螟的防效均高于3種地面植保機(jī)械。蘇小記等[10]研究結(jié)果表明，防控小麥冠層上層蟲害，無人飛機(jī)比電動噴霧器、擔(dān)架式噴霧機(jī)和自走式噴桿噴霧機(jī)更具優(yōu)勢，本研究驗證了以上結(jié)果。寧清麗等[24]研究表明，植保無人飛機(jī)防治水稻冠層上層蟲害稻縱卷葉螟較地面植保機(jī)械防效更好，本研究驗證了以上結(jié)果。

本研究結(jié)果表明，雖然四旋翼和六旋翼的農(nóng)藥沉積利用率較其他植保機(jī)械更高，但在水稻冠層下層的藥液沉積量較其他植保機(jī)械更低，所以對發(fā)生在水稻基部的紋枯病的防效較低。地面植保機(jī)械施藥液量大，霧滴累積的藥液量超出葉片的流失點，藥劑隨藥液流失，藥液用量越多，藥劑流失越多，與未流失者相比需要2倍以上的農(nóng)藥劑量才能保證害蟲獲得致死劑量，導(dǎo)致地面植保機(jī)械對稻縱卷葉螟的防效較低[25]。綜上所述，針對水稻冠層上層稻縱卷葉螟應(yīng)使用無人飛機(jī)進(jìn)行防治，針對冠層下層紋枯病使用施藥液量較大的地面植保機(jī)械防治效果更好。本研究僅在水稻田進(jìn)行了不同植保機(jī)械的田間沉積測試和為害冠層不同部位的兩種病蟲害防治效果比較，不同噴霧技術(shù)對其他病蟲害的防治效果有待進(jìn)一步研究。

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Deposition and Distribution of Droplets Sprayed by Different Plant Protection Machinery in Rice Canopy and Comparison of Control Effects on Diseases and Pests

CHEN Yixuan1, QIN Guiliang2, ZHOU Xiaoxin1, HUANG Junjun2, MENG Quan3, WU Junhui1, YAN Xiaojing1, YUAN Huizhu1, *

(1Institute of Plant Protection, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100193, China;2Plant Protection Station of Guangxi Zhuang Autonomous Region, Nanning 530022, China;3Plant Protection Station of Gangnan District of Guigang City,Guigang 537100, China;*Corresponding author, E-mail: hzhyuan@ippcaas.cn）

【】To clarify the deposition and distribution characteristics of droplets sprayed by unmanned aircrafts and ground plant protection machinery in rice canopy, compare their control effects on diseases and pests in different canopy, and scientifically popularize and use plant protection machinery. 【】The distribution and utilization of droplets on the canopy of six kinds of plant protection machinery were studied by means of droplet deposition distribution detection, utilization rate measurement and field investigation, and their control effects on sheath blight andwere also studied. 【】The results showed that the deposition density and coverage of droplets sprayed by the three UAVs in rice canopy were significantly different. The deposition in the upper part of the rice canopy was higher than that of the other three ground plant protection machines, but the deposition in the lower part was lower and the difference was significant. The deposition density, coverage and deposition of different plant protection machinery on the upper, middle and lower layers of rice canopy showed a decreasing trend. Fourteen days after application, the control effect of the three kinds of unmanned aircraft on rice leaf rollers was higher than that of the other three kinds of ground plant protection machinery, up to 73.2%－84.7%. The electric sprayer and stretcher sprayer are more effective against the sheath blight than the 3 UAVs, up to79.6%－85.2%. 【】It is better to use unmanned aircraft to control rice leaf rollers in the upper layer of rice canopy, while it is better to use ground plant protection machinery with large amount of pesticide solution for sheath blight in the lower layer of canopy.

plant protection machinery; sheath blight;; droplet deposition distribution; control effect

10.16819/j.1001-7216.2022.210704

2021-07-09；

2021-12-07。

國家自然科學(xué)基金資助項目(32072468)；國家重點研發(fā)計劃資助項目(2016YFD0201305)。