張 強(qiáng),朱曉敏,赫思聰,高 悅,李啟云,田志來(lái),**.
(1.吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所/吉林省農(nóng)業(yè)微生物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部東北作物有害生物綜合治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,公主嶺 136100;2.吉林省吉興農(nóng)業(yè)技術(shù)服務(wù)中心,公主嶺 136100)
植保無(wú)人機(jī)是近年來(lái)發(fā)展最快的農(nóng)用植保機(jī)械[1-3]。截至2019 年,我國(guó)植保無(wú)人機(jī)總量已經(jīng)超過(guò)了5.5萬(wàn)架,作業(yè)面積達(dá)到3000 多萬(wàn)公頃[4],廣泛應(yīng)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(wú)人機(jī)噴施化學(xué)農(nóng)藥防治農(nóng)作物害蟲已經(jīng)成為我國(guó)植保機(jī)械發(fā)展的一大新特征[21]。
植保無(wú)人機(jī)飛行參數(shù)設(shè)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(lái)我國(guó)科技工作者對(duì)植保無(wú)人機(jī)在不同農(nóng)作物上飛行參數(shù)的篩選及防治技術(shù)進(jìn)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(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的植保無(wú)人機(jī)主要以噴施化學(xué)農(nóng)藥為主,對(duì)人畜及自然環(huán)境造成了一系列安全問(wèn)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(yīng)用。近年來(lái),球孢白僵菌制劑逐步應(yīng)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(duì)于應(yīng)用植保無(wú)人機(jī)噴施球孢白僵菌制劑防治水稻二化螟的研究,還未見(jiàn)報(bào)道。在植保無(wú)人機(jī)防治水稻二化螟的田間實(shí)際操作過(guò)程中,操作者往往根據(jù)的是“經(jīng)驗(yàn)”來(lái)設(shè)定飛行參數(shù),缺乏數(shù)據(jù)理論支持,導(dǎo)致防治效果達(dá)不到預(yù)期目標(biāo)。由于球孢白僵菌制劑與化學(xué)制劑存在本質(zhì)上的區(qū)別,植保無(wú)人機(jī)噴施化學(xué)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(wú)人機(jī)防治水稻二化螟的田間實(shí)際操作過(guò)程中,操作者經(jīng)常依據(jù)噴施化學(xué)制劑的“經(jīng)驗(yàn)”來(lái)指導(dǎo)球孢白僵菌制劑的使用,因此篩選出一套適合于植保無(wú)人機(jī)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(wú)人機(jī)為研究對(duì)象,試驗(yàn)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(duì)水稻二化螟的防治效果,為植保無(wú)人機(jī)噴施球孢白僵菌制劑篩選最優(yōu)飛行參數(shù)組合,進(jìn)而為植保無(wú)人機(jī)噴施球孢白僵菌制劑防治水稻二化螟上的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。
本次作業(yè)采用深圳大疆公司生產(chǎn)的T20 型植保無(wú)人機(jī),其折疊尺寸(長(zhǎng)×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(zhì)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(yàn)設(shè)備包括風(fēng)速檢測(cè)儀、溫濕度檢測(cè)儀等。
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(xué)院植物保護(hù)研究所微生物農(nóng)藥實(shí)驗(yàn)室提供,藥劑量100.0 g/(畝·次)。
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(hào)筆。
在微風(fēng)條件下,通過(guò)GPS 地面站系統(tǒng)將飛行高度(無(wú)人機(jī)作業(yè)面與水稻冠層面距離H)分別設(shè)置H1:1.5 m;H2:2.0 m;H3:2.5 m;H4:3.0 m 共4 個(gè)高度,飛行速度(S)分別設(shè)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(gè)速度,本試驗(yàn)共設(shè)置20 個(gè)飛行參數(shù)處理,具體試驗(yàn)設(shè)計(jì)見(jiàn)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(wú)人機(jī)內(nèi),兌水溶解并攪拌均勻后,進(jìn)行噴霧作業(yè),每個(gè)處理噴施一次后進(jìn)行采樣。
表1 各處理飛行參數(shù)設(shè)定Table 1 The flight parameter setting of the processing groups
采樣點(diǎn)設(shè)置如圖1 所示,在試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)每個(gè)處理中間布置3 條采集帶,每個(gè)采集帶放置5 個(gè)特制木架,每個(gè)木架放置1 個(gè)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(jī)取1 個(gè)培養(yǎng)皿,即3 個(gè)培養(yǎng)皿為一個(gè)采樣點(diǎn),共設(shè)置5 個(gè)采樣點(diǎn)。
圖1 采樣點(diǎn)布置圖Fig.1 The layout of sampling points
植保無(wú)人機(jī)施藥作業(yè)完成后,隨機(jī)收集采樣點(diǎn)培養(yǎng)皿,將同一采樣點(diǎn)培養(yǎng)皿放入同一密封袋,并做好標(biāo)記,然后進(jìn)行下一個(gè)處理布置。試驗(yàn)完成后將收集的培養(yǎng)皿帶回實(shí)驗(yàn)室,用10.0 mL 0.01%吐溫-80(v/v)溶液分?jǐn)?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(jìn)行充分混勻,然后在顯微鏡下用血球計(jì)數(shù)板進(jìn)行球孢白僵菌孢子數(shù)量統(tǒng)計(jì),計(jì)算每個(gè)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(duì)采集的20 組試驗(yàn)數(shù)據(jù)使用DPS 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,應(yīng)用雙因素隨機(jī)區(qū)組進(jìn)行方差分析,多重比較采用鄧肯氏新復(fù)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。
試驗(yàn)地點(diǎn):長(zhǎng)春市雙陽(yáng)區(qū)長(zhǎng)泡村,處理區(qū)面積5.0 hm2,空白對(duì)照區(qū)0.5 hm2;施藥時(shí)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(diào)查時(shí)間:7 月22 日;調(diào)查方法:在水稻分蘗盛期調(diào)查水稻枯心數(shù)和枯鞘數(shù),采用“Z”型取樣方法,每個(gè)處理取5 點(diǎn),每點(diǎn)取200 穴水稻,記錄枯心數(shù)和枯鞘數(shù)。
枯心率(%)=枯心數(shù)/調(diào)查總穴數(shù)×100;枯鞘率(%)=枯鞘數(shù)/調(diào)查總穴數(shù)×100;被害株率(%)=枯心率+枯鞘率。
試驗(yàn)用被害株減退率表示防治效果,防治效果(%)=(對(duì)照田被害株率―處理田被害株率)/對(duì)照田被害株率×100。
飛行高度和飛行速度對(duì)球孢白僵菌制劑孢子沉積量的影響結(jié)果見(jiàn)表2。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出,飛行高度和飛行速度對(duì)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(shí)球孢白僵菌制劑孢子沉積量最大,為98.70×104個(gè)孢子/cm2,與飛行高度在2.0 m、2.5 m、3.0 m 時(shí)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(shí),球孢白僵菌制劑孢子沉積量最大,為63.95×104個(gè)孢子/cm2,其次是5.0 m/s 時(shí),為51.20×104個(gè)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(gè)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(gè)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(duì)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(gè)因素均對(duì)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(duì)其影響更為顯著,但兩者之間的交互作用對(duì)其影響不顯著(F=1.78,P=0.0513)。
相同飛行高度下不同飛行速度對(duì)球孢白僵菌制劑孢子沉積量的影響結(jié)果如圖2。從試驗(yàn)結(jié)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(shí)球孢白僵菌制劑孢子沉積量較高,分別是115.12×104個(gè)/cm2和114.02×104個(gè)/cm2,其次是飛行速度為4.0 m/s 時(shí),孢子沉積量是88.54×104個(gè)/cm2,三者間差異不顯著;飛行速度為3.0 m/s、5.0 m/s 時(shí)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(shí)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(shí),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(shí)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(shí),孢子沉積量最大,為66.84×104個(gè)/cm2,飛行速度5.0 m/s 時(shí),孢子沉積量為38.69×104個(gè)/cm2,飛行速度7.0 m/s 時(shí),孢子沉積量為54.42×104個(gè)/cm2,三者間差異不顯著;當(dāng)飛行速度在4.0 m/s、5.0 m/s、6.0 m/s 和7.0 m/s 時(shí),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(shí),各飛行速度處理間孢子沉積量均差異不顯著。
從結(jié)果中可知,當(dāng)飛行高度在1.5 m 和2.0 m 時(shí),飛行速度對(duì)孢子沉積量有顯著影響,而當(dāng)飛行高度在2.0 m 以上時(shí),飛行速度對(duì)孢子沉積量無(wú)明顯的影響,由此可見(jiàn)飛行高度對(duì)孢子沉積量起主導(dǎo)作用,可直接影響植保無(wú)人機(jī)噴施球孢白僵菌制劑的作業(yè)效果。
相同飛行速度下不同飛行高度對(duì)球孢白僵菌制劑孢子沉積量的影響結(jié)果如圖3。從試驗(yàn)結(jié)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(shí)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(shí)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(shí)球孢白僵菌制劑孢子沉積量與飛行高度2.0 m、3.0 m 時(shí)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(shí)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(shí)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(shí),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(shí)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(shí)的孢子沉積量差異顯著(F=4.34,P=0.0273)。
從結(jié)果中可知,在不同的飛行速度中,飛行高度為1.5 m 時(shí)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(duì)球孢白僵菌制劑孢子沉積量起主導(dǎo)作用。
不同飛行參數(shù)組合對(duì)球孢白僵菌制劑孢子沉積量的影響結(jié)果見(jiàn)表3。從試驗(yàn)結(jié)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(gè)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(shí)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(duì)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(wú)人機(jī)噴施球孢白僵菌制劑的最優(yōu)飛行參數(shù)應(yīng)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(wú)人機(jī)噴施球孢白僵菌制劑的最佳飛行參數(shù)。
水稻二化螟田間防治效果見(jiàn)表4。從試驗(yàn)結(jié)果中可以看出,處理區(qū)的被害株率僅為5.40%,對(duì)照區(qū)的被害株率為21.90%,防治效果達(dá)到75.34%。由此可見(jiàn),利用植保無(wú)人機(jī)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(shí),對(duì)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
本試驗(yàn)使用的是目前市場(chǎng)上應(yīng)用最廣泛的大疆T20 型植保無(wú)人機(jī),利用雙因素隨機(jī)區(qū)組方差分析的方法對(duì)飛行參數(shù)進(jìn)行篩選。結(jié)果表明:當(dāng)飛行高度在1.5 m 和2.0 m 時(shí),飛行速度對(duì)球孢白僵菌制劑孢子沉積量有顯著影響,而當(dāng)飛行高度在2.0 m 以上時(shí),飛行速度對(duì)孢子沉積量無(wú)明顯的影響,飛行高度對(duì)孢子沉積量起主導(dǎo)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(shí)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(wú)人機(jī)的最佳飛行參數(shù)。利用該型號(hào)植保無(wú)人機(jī)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(dá)到75.34%。
目前利用植保無(wú)人機(jī)防治水稻二化螟主要以噴施化學(xué)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?jī)?nèi)容多數(shù)是不同藥劑對(duì)二化螟的防治效果,飛行參數(shù)的設(shè)定大多都是參考植保無(wú)人機(jī)在其他農(nóng)作物上的飛行參數(shù),并未針對(duì)特定的靶標(biāo)害蟲進(jìn)行系統(tǒng)的飛行參數(shù)篩選試驗(yàn)[22,23]。孫娟等[24]使用植保無(wú)人機(jī)噴施化學(xué)農(nóng)藥在飛行高度1.8 m、速度3.0 m/s 時(shí)對(duì)水稻紋枯病Rhizoctoniasolani和稻縱卷葉螟CnaphalocrocismedinalisGuenée 的防效最高,分別達(dá)到95.6%和94.1%;伏榮桃等[25]研究表明,在植保無(wú)人機(jī)飛行高度距離水稻冠層2 m、飛行速度3.0 m/s 時(shí),霧滴沉降密度(22.3 個(gè)/cm2)最大;佘為仆等[26]研究結(jié)果表明,以大疆MS-G1 為代表的無(wú)人機(jī)型飛行參數(shù)設(shè)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(dá)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(lái)看,飛行速度設(shè)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(shí),與人工施用化學(xué)農(nóng)藥之間均無(wú)顯著性差異,調(diào)查期間防效均超過(guò)94.97%。從已有的研究結(jié)果中可以看出,利用植保無(wú)人機(jī)噴施化學(xué)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(shí)防治效果最佳,與本研究中植保無(wú)人機(jī)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(shí)球孢白僵菌制劑孢子的沉積量?jī)?yōu)于4.0 m/s 時(shí)的沉積量,較佘為仆等[26]研究結(jié)果略有不同。分析認(rèn)為:由于該試驗(yàn)在田間進(jìn)行,受外界影響因素較多,尤其是田間的瞬時(shí)風(fēng)向及風(fēng)速的改變對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響較大。推測(cè)認(rèn)為,在進(jìn)行飛行速度為4 m/s 的試驗(yàn)處理時(shí),田間出現(xiàn)了瞬間的風(fēng)向改變,造成植保無(wú)人機(jī)的噴幅發(fā)生了較小偏移,使得4 m/s 試驗(yàn)處理的個(gè)別采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)了誤差,從而導(dǎo)致了飛行速度為4 m/s時(shí)球孢白僵菌制劑孢子沉積量低于飛行速度為5 m/s時(shí)的孢子沉積量,但對(duì)試驗(yàn)整體結(jié)果沒(méi)有實(shí)質(zhì)性影響。
球孢白僵菌作為生物藥劑,其理化性質(zhì)與化學(xué)藥劑有著本質(zhì)的區(qū)別,因此植保無(wú)人機(jī)噴施化學(xué)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(guó)內(nèi)首次針對(duì)植保無(wú)人機(jī)噴施球孢白僵菌生物制劑進(jìn)行了系統(tǒng)的飛行參數(shù)篩選試驗(yàn),并參考植保無(wú)人機(jī)在其他農(nóng)作物上飛行參數(shù)的設(shè)定,在飛行高度及飛行速度上進(jìn)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(jìn)行二化螟防治試驗(yàn),雖然防治效果與化學(xué)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(shí),避免了因?yàn)槭褂没瘜W(xué)農(nóng)藥所帶來(lái)的各種負(fù)面影響。本研究為今后利用植保無(wú)人機(jī)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(shí)際應(yīng)用中證明了植保無(wú)人機(jī)噴施球孢白僵菌制劑防治水稻二化螟是一種切實(shí)可行的技術(shù)手段。