植保無人機噴施球孢白僵菌制劑防治水稻二化螟飛行參數(shù)篩選

張 強，朱曉敏，赫思聰，高 悅，李啟云，田志來,**.

（1.吉林省農(nóng)業(yè)科學院植物保護研究所/吉林省農(nóng)業(yè)微生物重點實驗室/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部東北作物有害生物綜合治理重點實驗室，公主嶺 136100；2.吉林省吉興農(nóng)業(yè)技術服務中心，公主嶺 136100）

植保無人機是近年來發(fā)展最快的農(nóng)用植保機械[1-3]。截至2019 年，我國植保無人機總量已經(jīng)超過了5.5萬架，作業(yè)面積達到3000 多萬公頃[4]，廣泛應用于玉米[5-7]、水稻[8-11]、小麥[12-14]等大田農(nóng)作物以及荔枝、甘蔗、油菜等果蔬作物的病蟲害防治[15-20]。采用植保無人機噴施化學農(nóng)藥防治農(nóng)作物害蟲已經(jīng)成為我國植保機械發(fā)展的一大新特征[21]。

植保無人機飛行參數(shù)設置直接影響到農(nóng)作物病蟲害的防治效果，其中以飛行高度和飛行速度參數(shù)最為重要。近年來我國科技工作者對植保無人機在不同農(nóng)作物上飛行參數(shù)的篩選及防治技術進行了大量的研究探索，其中以水稻上的研究最為深入，主要涉及稻飛虱（rice planthoppers）、水稻紋枯病（rice sheath blight）、稻縱卷葉螟Cnaphalocrocismedinalis等水稻病蟲害的防治[22]。國內(nèi)外現(xiàn)有的植保無人機主要以噴施化學農(nóng)藥為主，對人畜及自然環(huán)境造成了一系列安全問題。

球孢白僵菌Beauveriabassiana作為研究最深入的蟲生真菌，已經(jīng)在各類農(nóng)作物害蟲防治中得到了廣泛的應用。近年來，球孢白僵菌制劑逐步應用到水稻二化螟Chilosuppressalis的防治中，并取得了較好的防治效果，但對于應用植保無人機噴施球孢白僵菌制劑防治水稻二化螟的研究，還未見報道。在植保無人機防治水稻二化螟的田間實際操作過程中，操作者往往根據(jù)的是“經(jīng)驗”來設定飛行參數(shù)，缺乏數(shù)據(jù)理論支持，導致防治效果達不到預期目標。由于球孢白僵菌制劑與化學制劑存在本質上的區(qū)別，植保無人機噴施化學制劑的飛行參數(shù)并不適合于噴施球孢白僵菌制劑，在植保無人機防治水稻二化螟的田間實際操作過程中，操作者經(jīng)常依據(jù)噴施化學制劑的“經(jīng)驗”來指導球孢白僵菌制劑的使用，因此篩選出一套適合于植保無人機噴施球孢白僵菌制劑的飛行參數(shù)就顯得尤為必要。

本文以深圳大疆公司生產(chǎn)的T20 型植保無人機為研究對象，試驗不同飛行高度、不同飛行速度下球孢白僵菌制劑在水稻植株上的沉積量及其對水稻二化螟的防治效果，為植保無人機噴施球孢白僵菌制劑篩選最優(yōu)飛行參數(shù)組合，進而為植保無人機噴施球孢白僵菌制劑防治水稻二化螟上的應用提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗設備

本次作業(yè)采用深圳大疆公司生產(chǎn)的T20 型植保無人機，其折疊尺寸（長×寬×高）為1180.0 mm×570.0 mm×732.0 mm，有效載荷為20.0 kg，最大起飛質量為40.0 kg，飛行速度為1.0 m/s～10.0 m/s，飛行高度為1.0 m～10.0 m，噴頭類型為離心噴頭，其他試驗設備包括風速檢測儀、溫濕度檢測儀等。

1.2 試驗制劑

球孢白僵菌可濕性粉劑（250.0 億/g，孢子萌發(fā)率90.0%），由吉林省農(nóng)業(yè)科學院植物保護研究所微生物農(nóng)藥實驗室提供，藥劑量100.0 g/（畝·次）。

1.3 其他試驗材料

裝有PDA 平板培養(yǎng)基的培養(yǎng)皿（規(guī)格：r＝4.5 cm）、特制木架、密封袋、記號筆。

1.4 試驗方法

在微風條件下，通過GPS 地面站系統(tǒng)將飛行高度（無人機作業(yè)面與水稻冠層面距離H）分別設置H1：1.5 m；H2：2.0 m；H3：2.5 m；H4：3.0 m 共4 個高度，飛行速度（S）分別設置S1：3.0 m/s；S2：4.0 m/s；S3：5.0 m/s；S4：6.0 m/s；S5：7.0 m/s 共5 個速度，本試驗共設置20 個飛行參數(shù)處理，具體試驗設計見表1。然后，將球孢白僵菌可濕性粉劑按照每畝所需用量加入植保無人機內(nèi)，兌水溶解并攪拌均勻后，進行噴霧作業(yè)，每個處理噴施一次后進行采樣。

表1 各處理飛行參數(shù)設定Table 1 The flight parameter setting of the processing groups

1.5 采樣點設置

采樣點設置如圖1 所示，在試驗區(qū)域內(nèi)每個處理中間布置3 條采集帶，每個采集帶放置5 個特制木架，每個木架放置1 個裝有PDA 培養(yǎng)基的培養(yǎng)皿，木架間隔為10.0 m，用于球孢白僵菌可濕性粉劑霧滴收集。每次作業(yè)后在每條采集帶各隨機取1 個培養(yǎng)皿，即3 個培養(yǎng)皿為一個采樣點，共設置5 個采樣點。

圖1 采樣點布置圖Fig.1 The layout of sampling points

1.6 球孢白僵菌制劑孢子沉積量檢測

植保無人機施藥作業(yè)完成后，隨機收集采樣點培養(yǎng)皿，將同一采樣點培養(yǎng)皿放入同一密封袋，并做好標記，然后進行下一個處理布置。試驗完成后將收集的培養(yǎng)皿帶回實驗室，用10.0 mL 0.01%吐溫-80（v/v）溶液分數(shù)次清洗培養(yǎng)皿，將清洗得到的球孢白僵菌孢子懸浮液收集到試管中用振蕩器進行充分混勻，然后在顯微鏡下用血球計數(shù)板進行球孢白僵菌孢子數(shù)量統(tǒng)計，計算每個培養(yǎng)皿內(nèi)白僵菌孢子數(shù)，最后得出白僵菌制劑孢子沉積量。對采集的20 組試驗數(shù)據(jù)使用DPS 軟件進行統(tǒng)計分析，應用雙因素隨機區(qū)組進行方差分析，多重比較采用鄧肯氏新復極差法（Duncan’s）。

球孢白僵菌制劑孢子沉積量＝球孢白僵菌制劑孢子懸浮液濃度×球孢白僵菌制劑孢子懸浮液體積/培養(yǎng)皿面積。

1.7 田間防治二化螟試驗

試驗地點：長春市雙陽區(qū)長泡村，處理區(qū)面積5.0 hm2，空白對照區(qū)0.5 hm2；施藥時間：7 月2 日第1次施藥，7 月9 日第2 次施藥；施藥劑量：球孢白僵菌可濕性粉劑用量為100.0 g/畝，50.0 g/次，2 次施藥；飛行參數(shù)：飛行高度1.5 m，飛行速度5.0 m/s；調查時間：7 月22 日；調查方法：在水稻分蘗盛期調查水稻枯心數(shù)和枯鞘數(shù)，采用“Z”型取樣方法，每個處理取5 點，每點取200 穴水稻，記錄枯心數(shù)和枯鞘數(shù)。

枯心率（%）＝枯心數(shù)/調查總穴數(shù)×100；枯鞘率（%）＝枯鞘數(shù)/調查總穴數(shù)×100；被害株率（%）＝枯心率＋枯鞘率。

試驗用被害株減退率表示防治效果，防治效果（%）＝（對照田被害株率―處理田被害株率）/對照田被害株率×100。

2 結果與分析

2.1 飛行高度和飛行速度對球孢白僵菌制劑孢子沉積量的影響

飛行高度和飛行速度對球孢白僵菌制劑孢子沉積量的影響結果見表2。從試驗結果可以看出，飛行高度和飛行速度對球孢白僵菌制劑孢子沉積量均具有顯著影響。在飛行高度因素中，飛行高度在1.5 m 時球孢白僵菌制劑孢子沉積量最大，為98.70×104個孢子/cm2,與飛行高度在2.0 m、2.5 m、3.0 m 時球孢白僵菌制劑孢子沉積量均存在顯著性差異（F＝10.32，P＝0；F＝12.19，P＝0；F＝14.72，P＝0）。在飛行速度因素中，飛行速度為3.0 m/s 時，球孢白僵菌制劑孢子沉積量最大，為63.95×104個孢子/cm2，其次是5.0 m/s 時，為51.20×104個孢子/cm2，但兩者之間差異不顯著（P＞0.05）；飛行速度為5.0 m/s、7.0 m/s和4.0 m/s 三個處理的制劑孢子沉積量之間差異不顯著（P＞0.05）；飛行速度為 7.0 m/s、4.0 m/s 和6.0 m/s三個處理的制劑孢子沉積量之間差異也不顯著（P＞0.05）。

表2 飛行高度、飛行速度對球孢白僵菌制劑孢子沉積量的差異顯著性Table 2 The significant difference between flight altitude and speed on spore deposition of B.bassiana formulation

雙因素方差分析表明，飛行高度和飛行速度兩個因素均對球孢白僵菌制劑孢子沉積量有顯著影響（F＝41.77，P＝0；F＝4.49，P＝0.0026），其中飛行高度因素對其影響更為顯著，但兩者之間的交互作用對其影響不顯著（F＝1.78，P＝0.0513）。

2.2 相同飛行高度下不同飛行速度對球孢白僵菌制劑孢子沉積量的影響

相同飛行高度下不同飛行速度對球孢白僵菌制劑孢子沉積量的影響結果如圖2。從試驗結果可以看出，在飛行高度為1.5 m條件下，飛行速度為3.0 m/s和5.0 m/s時球孢白僵菌制劑孢子沉積量較高，分別是115.12×104個/cm2和114.02×104個/cm2，其次是飛行速度為4.0 m/s 時，孢子沉積量是88.54×104個/cm2，三者間差異不顯著；飛行速度為3.0 m/s、5.0 m/s 時的球孢白僵菌制劑孢子沉積量與飛行速度為6.0 m/s、7.0 m/s時的孢子沉積量之間差異顯著（F＝2.83，P＝0.0049）；飛行速度為4 m/s、6 m/s 和7 m/s 時，孢子沉積量在三者之間差異不顯著。

圖2 相同飛行高度下不同飛行速度時球孢白僵菌制劑孢子沉積量Fig.2 The spore deposition of B.bassiana formulation at the same flight altitude and different flight speeds

在飛行高度為2.0 m 條件下，飛行速度為3.0 m/s 時，孢子沉積量最大，為66.84×104個/cm2，飛行速度5.0 m/s 時，孢子沉積量為38.69×104個/cm2，飛行速度7.0 m/s 時，孢子沉積量為54.42×104個/cm2，三者間差異不顯著；當飛行速度在4.0 m/s、5.0 m/s、6.0 m/s 和7.0 m/s 時，四者間孢子沉積量差異不顯著。

在飛行高度為2.5 m 和3.0 m 條件下時，各飛行速度處理間孢子沉積量均差異不顯著。

從結果中可知，當飛行高度在1.5 m 和2.0 m 時，飛行速度對孢子沉積量有顯著影響，而當飛行高度在2.0 m 以上時，飛行速度對孢子沉積量無明顯的影響，由此可見飛行高度對孢子沉積量起主導作用，可直接影響植保無人機噴施球孢白僵菌制劑的作業(yè)效果。

2.3 相同飛行速度下不同飛行高度對球孢白僵菌制劑孢子沉積量的影響

相同飛行速度下不同飛行高度對球孢白僵菌制劑孢子沉積量的影響結果如圖3。從試驗結果可以看出：在飛行速度為3.0 m/s 條件下，飛行高度為1.5 m 時球孢白僵菌制劑孢子沉積量最大，為115.12×104/cm2，與飛行高度為2.0 m、2.5 m 和3.0 m 時的孢子沉積量之間差異均顯著（F＝5.14，P＝0.0163）；在飛行速度為3.0 m/s 條件下，飛行高度為2.5 m 時球孢白僵菌制劑孢子沉積量與飛行高度2.0 m、3.0 m 時孢子沉積量之間差異均不顯著。

圖3 相同飛行速度下不同飛行高度時球孢白僵菌制劑孢子沉積量Fig.3 The spore deposition of B.bassiana formulation at the same flight speed and different flight altitudes

在飛行速度4.0 m/s、5.0 m/s 和6.0 m/s 條件下，均是飛行高度為1.5 m 時球孢白僵菌制劑孢子沉積量最大，且與其他處理呈顯著差異，而其他處理間孢子沉積量均差異不顯著。

在飛行速度為7.0 m/s 條件下，飛行高度在1.5 m 時，球孢白僵菌制劑孢子沉積量最大，為66.21×104/cm2，與飛行高度在2.0 m 時孢子沉積量差異不顯著，但與飛行高度在2.5 m 和3.0 m 時的孢子沉積量差異顯著（F＝4.34，P＝0.0273）。

從結果中可知，在不同的飛行速度中，飛行高度為1.5 m 時的球孢白僵菌制劑孢子沉積量基本明顯高于其他飛行高度的孢子沉積量；而其他飛行高度下，孢子沉積量之間基本差異不顯著。由此再次證明：飛行高度對球孢白僵菌制劑孢子沉積量起主導作用。

2.4 不同飛行參數(shù)組合對球孢白僵菌制劑孢子沉積量的影響

不同飛行參數(shù)組合對球孢白僵菌制劑孢子沉積量的影響結果見表3。從試驗結果可以看出，H1S1（高度1.5 m，速度3.0 m/s）、H1S3（高度1.5 m，速度5.0 m/s）兩個處理的球孢白僵菌制劑孢子沉積量較高，除與H1S2（高度1.5 m，速度4.0 m/s）處理孢子沉積量差異不顯著外，與其他處理的孢子沉積量差異均顯著?？傮w上看，飛行高度在1.5 m 時與不同飛行速度組合處理的球孢白僵菌制劑孢子沉積量，要高于飛行高度在2.0 m、2.5 m、3.0 m 與不同飛行速度組合處理的孢子沉積量。

表3 不同飛行參數(shù)組合對球孢白僵菌制劑孢子沉積量的差異顯著性Table 3 The significant difference in spore deposition of B.bassiana formulation under different flight parameter combinations

因此，植保無人機噴施球孢白僵菌制劑的最優(yōu)飛行參數(shù)應為飛行高度1.5 m，飛行速度3.0～5.0 m/s。但綜合防治效率和防治成本因素，飛行高度為1.5 m、飛行速度為5.0 m/s 的飛行參數(shù)為植保無人機噴施球孢白僵菌制劑的最佳飛行參數(shù)。

2.5 田間防治水稻二化螟試驗效果

水稻二化螟田間防治效果見表4。從試驗結果中可以看出，處理區(qū)的被害株率僅為5.40%，對照區(qū)的被害株率為21.90%，防治效果達到75.34%。由此可見，利用植保無人機噴施球孢白僵菌制劑，在飛行高度為1.5 m，飛行速度為5.0 m/s 時，對水稻二化螟有較好的防治效果。

表4 水稻二化螟田間防治效果Table 4 The control effect of Chilo suppressalis in field

3 討論

本試驗使用的是目前市場上應用最廣泛的大疆T20 型植保無人機，利用雙因素隨機區(qū)組方差分析的方法對飛行參數(shù)進行篩選。結果表明：當飛行高度在1.5 m 和2.0 m 時，飛行速度對球孢白僵菌制劑孢子沉積量有顯著影響，而當飛行高度在2.0 m 以上時，飛行速度對孢子沉積量無明顯的影響，飛行高度對孢子沉積量起主導作用；研究發(fā)現(xiàn)飛行高度為1.5 m、飛行速度為3.0 m/s～5.0 m/s 時球孢白僵菌制劑孢子沉積量最高，但綜合防治效率和防治成本因素，飛行高度為1.5 m、飛行速度為5.0 m/s 的飛行參數(shù)為植保無人機的最佳飛行參數(shù)。利用該型號植保無人機在此飛行參數(shù)下噴施球孢白菌制劑防治水稻二化螟，防治效果達到75.34%。

目前利用植保無人機防治水稻二化螟主要以噴施化學農(nóng)藥為主，農(nóng)藥劑型以液態(tài)劑型（SE 和EC）為主，開展的研究內(nèi)容多數(shù)是不同藥劑對二化螟的防治效果，飛行參數(shù)的設定大多都是參考植保無人機在其他農(nóng)作物上的飛行參數(shù)，并未針對特定的靶標害蟲進行系統(tǒng)的飛行參數(shù)篩選試驗[22,23]。孫娟等[24]使用植保無人機噴施化學農(nóng)藥在飛行高度1.8 m、速度3.0 m/s 時對水稻紋枯病Rhizoctoniasolani和稻縱卷葉螟CnaphalocrocismedinalisGuenée 的防效最高，分別達到95.6%和94.1%；伏榮桃等[25]研究表明，在植保無人機飛行高度距離水稻冠層2 m、飛行速度3.0 m/s 時，霧滴沉降密度（22.3 個/cm2）最大；佘為仆等[26]研究結果表明，以大疆MS-G1 為代表的無人機型飛行參數(shù)設置飛行高度為1.8 m，在4.0～6.0 m/s 飛行速度范圍內(nèi)都能達到良好的防治效果，但隨著飛行速度的增加，防治效果有所下降，從綜合防治效率和防治成本來看，飛行速度設為5.0 m/s 的處理防治效益優(yōu)于其他處理。姚毅等[27]在飛行高度為1.8 m，飛行速度為4.5 m/s 時，與人工施用化學農(nóng)藥之間均無顯著性差異，調查期間防效均超過94.97%。從已有的研究結果中可以看出，利用植保無人機噴施化學農(nóng)藥防治水稻二化螟的田間操作中，飛行高度為1.5～2.0 m、飛行速度3.0～5.0 m/s 時防治效果最佳，與本研究中植保無人機噴施球孢白僵菌生物制劑防治水稻二化螟飛行參數(shù)基本相同。

本研究的數(shù)據(jù)表明：飛行速度5.0 m/s 時球孢白僵菌制劑孢子的沉積量優(yōu)于4.0 m/s 時的沉積量，較佘為仆等[26]研究結果略有不同。分析認為：由于該試驗在田間進行，受外界影響因素較多，尤其是田間的瞬時風向及風速的改變對試驗結果影響較大。推測認為，在進行飛行速度為4 m/s 的試驗處理時，田間出現(xiàn)了瞬間的風向改變，造成植保無人機的噴幅發(fā)生了較小偏移，使得4 m/s 試驗處理的個別采樣點數(shù)據(jù)出現(xiàn)了誤差，從而導致了飛行速度為4 m/s時球孢白僵菌制劑孢子沉積量低于飛行速度為5 m/s時的孢子沉積量，但對試驗整體結果沒有實質性影響。

球孢白僵菌作為生物藥劑，其理化性質與化學藥劑有著本質的區(qū)別，因此植保無人機噴施化學藥劑的飛行參數(shù)并不完全適合噴施白僵菌制劑。本研究在國內(nèi)首次針對植保無人機噴施球孢白僵菌生物制劑進行了系統(tǒng)的飛行參數(shù)篩選試驗，并參考植保無人機在其他農(nóng)作物上飛行參數(shù)的設定，在飛行高度及飛行速度上進行優(yōu)化，最終篩選出最優(yōu)的飛行參數(shù)，并利用該飛行參數(shù)在田間進行二化螟防治試驗，雖然防治效果與化學農(nóng)藥的防治效果存在一定的差距，但在有效控制二化螟為害的同時，避免了因為使用化學農(nóng)藥所帶來的各種負面影響。本研究為今后利用植保無人機噴施球孢白僵菌制劑防治水稻二化螟提供了充分的數(shù)據(jù)支持，并在實際應用中證明了植保無人機噴施球孢白僵菌制劑防治水稻二化螟是一種切實可行的技術手段。