植保無人機(jī)作業(yè)方式對玉米螟防治的霧滴沉積和防治效果影響

摘要 為探索利用植保無人機(jī)實(shí)施玉米螟防治的最佳作業(yè)模式，以作業(yè)機(jī)型（XP2020、T16）、農(nóng)藥類型（氯蟲苯甲酰胺懸浮劑、甲維·茚蟲威水乳劑和氰·魚藤乳油）、施藥液量（15、22.5 和30 L/hm2）以及空列作為對照設(shè)計(jì)了4 因素3 水平的正交試驗(yàn)；田間試驗(yàn)設(shè)9 個無人機(jī)霧滴采集區(qū)和防效調(diào)查區(qū)，同時設(shè)置高地隙噴霧機(jī)作業(yè)區(qū)和空白區(qū)作為對照，以全面評估不同作業(yè)模式下的霧滴沉積效果和防治成效。結(jié)果顯示：在當(dāng)前試驗(yàn)條件下，試驗(yàn)區(qū)霧滴體積中徑與沉積量呈正相關(guān)（R2=0.712，Plt;0.05）；農(nóng)藥類型對玉米螟防效有顯著影響（Plt;0.05），而作業(yè)機(jī)型（XP2020 與T16）和所設(shè)范圍內(nèi)的施藥液量（15～30 L/hm2）均未對防治效果產(chǎn)生顯著影響。綜合考量防治效果、作業(yè)效率、經(jīng)濟(jì)效益及抗風(fēng)險能力等多方面因素，推薦采用T16 植保無人機(jī)以22.5 L/hm2的施藥液量噴施含氰·魚藤EC 與有機(jī)硅助劑的混合藥液進(jìn)行無人機(jī)防治玉米螟作業(yè)，施藥后7 d 對玉米螟的防治效果可達(dá)72%。

關(guān)鍵詞 航空噴施； 霧滴沉積； 作業(yè)方式； 防治效果； 精準(zhǔn)施藥； 玉米螟

中圖分類號 S252＋.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1000-2421（2024）06-0325-08

玉米作為一種兼具高經(jīng)濟(jì)價值與使用價值的作物，不僅是重要的食品來源，也廣泛應(yīng)用于畜禽飼料及工業(yè)生產(chǎn)中［1］。隨著農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的演變、耕作制度的變革、種植業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整、種植品種的更新、生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變以及生產(chǎn)條件的優(yōu)化，某些有害生物獲得了更加有利的生存環(huán)境與繁衍條件，致使作物病蟲害問題日趨嚴(yán)重［2］。相關(guān)研究顯示，病蟲草害對玉米的侵害可導(dǎo)致其產(chǎn)量直接下降10%～25%［3］。植保施藥作為確保玉米優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的重要措施，在實(shí)施過程中遭遇了諸多問題。特別是在玉米植株高大且密集的生長環(huán)境中，傳統(tǒng)的人工施藥與機(jī)械化施藥方法不僅施藥作業(yè)難度較大，而且增加了作業(yè)人員暴露于有害化學(xué)物質(zhì)下的風(fēng)險。此外，為適配高地隙噴霧機(jī)的作業(yè)需求，還需對玉米的種植配置進(jìn)行必要的調(diào)整與優(yōu)化［4］。

航空施藥作為一種前沿的植保技術(shù)，具有高效率、高質(zhì)量的作業(yè)優(yōu)勢，尤其在應(yīng)對突發(fā)性與暴發(fā)性病蟲害時防控成效顯著，展現(xiàn)了強(qiáng)大的環(huán)境適應(yīng)性和資源高效利用特性［5-6］。張亞莉等［7］采用M45 多旋翼植保無人機(jī)開展水稻施藥田間試驗(yàn)，結(jié)果表明無人機(jī)水稻施藥作業(yè)中可選擇80% 的農(nóng)藥劑量進(jìn)行減量施藥。張梅等［8］使用極飛P20V2 植保無人機(jī)噴施氯蟲苯甲酰胺懸浮劑防治玉米螟，在施藥液量為12 L/hm2 的情況下，防效超過85%。王志慧等［9］使用大疆T16 植保無人機(jī)噴施氯蟲苯甲酰胺SC 防治玉米螟，防效可達(dá)87.1%。

已有研究證明無人機(jī)搭配合適的藥劑配方在防治玉米病蟲害作業(yè)中取得了較好的效果［10-11］。但是不同農(nóng)藥作用機(jī)制不同，同一助劑對不同藥劑的溶液理化性質(zhì)改善程度不同［12-13］，不同植保無人機(jī)額定載質(zhì)量、額定噴施流量、額定噴幅度等數(shù)據(jù)不一［14］，無人機(jī)噴霧所用藥劑類型、藥劑用量及作業(yè)機(jī)型影響藥液沉積分布和沉積效果。Zang 等［15］研究表明，采用無人機(jī)進(jìn)行施藥，并配以適宜的藥劑防治玉米螟，可顯著增強(qiáng)霧滴在玉米葉片上的沉積效率。即便在節(jié)水20% 的條件下，其防治效果依然能達(dá)到83% 的優(yōu)異水平。Shan 等［16］采用無人機(jī)防治貪夜蛾在中國的暴發(fā)，結(jié)果表明隨著用水量的增加防治效果逐漸提高，不同施水量下防治效果在59%～85%，考慮到工作效率，他們建議現(xiàn)場作業(yè)用水量為22.5 L/hm2。劉平知等［17］使用極飛P20 植保無人機(jī)噴施氯蟲苯甲酰胺防治玉米螟，在施藥液量為7.5 L/hm2的情況下，防效可達(dá)87.6%，添加飛防助劑后可達(dá)92%。

目前無人機(jī)飛防技術(shù)研究主要集中在飛行高度、施藥量和是否添加助劑等單一因素，結(jié)合作業(yè)機(jī)型、藥劑配伍方式（農(nóng)藥類型+助劑）和施藥液量的綜合研究相對較少。因此，為客觀真實(shí)地獲取無人機(jī)在玉米田噴灑效果較優(yōu)的作業(yè)參數(shù)，本研究以作業(yè)機(jī)型、農(nóng)藥類型和施藥液量等參數(shù)為因素設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，擬通過霧滴沉積效果和玉米螟幼蟲的防治效果評價不同處理的效果，同時與高地隙噴霧機(jī)防治效果進(jìn)行對比，篩選效果較佳的作業(yè)方式，以期為無人機(jī)精準(zhǔn)施藥防治玉米螟提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 作業(yè)機(jī)型與供試殺蟲劑及飛防助劑

1）作業(yè)機(jī)型。XP2020 植保無人機(jī)，廣州極飛電子科技有限公司制造，最大載藥量為20 L，離心噴頭SNZ-18000A，工作流量最高可達(dá)7.2 L/min；T16 植保無人機(jī)，深圳市大疆創(chuàng)新科技有限公司制造，其最大載藥量為16 L，配置了8 個XR11001VS 液力噴頭，其工作流量最高可達(dá)3.6 L/min；3WPZ-700 高地隙噴桿噴霧機(jī)，青州嘉億農(nóng)業(yè)裝備有限公司制造，最大噴霧寬度23 m，離地間隙0.97 m，輪距1.74 m，藥箱容量700 L，最大行走速度40 km/h。

2）供試殺蟲劑。10% 甲維·茚蟲威EW（水乳劑，emulsion in water），有效成分為1% 甲氨基阿維菌素苯甲酸鹽和9% 茚蟲威，東莞市瑞德豐生物科技有限公司生產(chǎn)，當(dāng)?shù)責(zé)o人機(jī)施藥植保隊(duì)推薦用藥；5% 氯蟲苯甲酰胺SC（懸浮劑，suspension concentrate），有效成分為5%氯蟲苯甲酰胺，深圳諾普信農(nóng)化股份有限公司生產(chǎn)，連續(xù)2 a用于無人機(jī)防治玉米螟均取得較好效果［18］；1.3% 氰·魚藤EC（乳油，emulsifiable concentrate），主要成分為0.8%魚藤酮，0.5%氰戊菊酯，廣東新秀田化工有限公司生產(chǎn)，當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶推薦用藥。

3）供試飛防助劑。全豐，主要成份有機(jī)硅，具有超延展性，有助于藥液霧滴在作物表面潤濕鋪展，安陽全豐生物科技有限公司生產(chǎn)。前期研究發(fā)現(xiàn)該助劑與供試殺蟲劑搭配使用時，效果較為顯著［18］，基于此，本試驗(yàn)將不再對助劑進(jìn)行額外的對比研究。

1.2 試驗(yàn)條件與方法

本研究在廣州市增城區(qū)寧西鎮(zhèn)的華南農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)基地進(jìn)行，以華美甜8 號玉米為試驗(yàn)對象，植株生長至小喇叭口期時，平均高度約為31.5 cm，生長狀況均勻一致。試驗(yàn)地塊前茬亦為玉米，土壤肥力分布均勻，排灌設(shè)施完善，且四周無阻礙物，為無人機(jī)噴霧作業(yè)提供了理想的條件。玉米長勢如圖1A所示。

施藥前的蟲害調(diào)查于6 月13 日08：00-9：00 進(jìn)行，隨后于當(dāng)日09：00-11：00 實(shí)施無人機(jī)施藥作業(yè)。施藥期間，氣溫穩(wěn)定在（29.5±1） ℃，相對濕度保持60%～68%，風(fēng)力微弱（無持續(xù)風(fēng)向且風(fēng)速≤2 m/s），符合施藥作業(yè)的要求。當(dāng)日調(diào)查蟲害情況顯示，各試驗(yàn)區(qū)域的幼蟲數(shù)量200～300 只，害蟲密度較高，且主要為2～3 齡期的幼蟲，集中分布在玉米葉片上（圖1B）。

本試驗(yàn)采用L9 （34）4 因素3 水平的正交試驗(yàn)表，因素（水平）分別為作業(yè)機(jī)型（XP2020、T16）、農(nóng)藥類型（氯蟲苯甲酰胺SC、甲維·茚蟲威EW 和氰·魚藤EC）、施藥液量（15、22.5 和30 L/hm2），第4 個因素為空列以便進(jìn)行正交試驗(yàn)誤差的判斷［19］。結(jié)合正交試驗(yàn)表，本試驗(yàn)共11 個處理區(qū)，試驗(yàn)方案如表1 所示。其中A1～A6 是XP2020 無人機(jī)噴霧區(qū)，每個小區(qū)寬7 m，長48 m；B1～B3 是T16 無人機(jī)噴霧區(qū)，每個小區(qū)寬10 m，長48 m。A1～A6 與B1～B3 的9 個處理是作業(yè)機(jī)型、農(nóng)藥類型、施藥液量的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案。C1 區(qū)是高地隙處理區(qū)，寬22 m，長96 m。CK 區(qū)為空白對照區(qū)，寬12m，長48 m，不做任何處理，如圖2 所示。

1.3 霧滴沉積測定

噴霧開始前，將人工采樣器放置在5 個沿噴霧器中心均勻間隔的采樣點(diǎn)，如圖3 所示。為了避免地塊之間的交叉污染，取樣只在每個地塊的中心進(jìn)行。每個小區(qū)布設(shè)2 排水敏紙，每排設(shè)置5 個采樣點(diǎn)，每個采樣點(diǎn)間隔1 m，采樣點(diǎn)由1 張水敏紙組成，沿噴霧器飛行垂直方向均勻布置。田間試驗(yàn)結(jié)束后，逐一編號回收所布置的水敏紙，利用CanoScan LiDE300掃描儀對這些水敏紙進(jìn)行高精度掃描。通過Depositscan軟件對掃描圖像進(jìn)行深入的分析處理，最終精確獲取霧滴的體積中徑Dv50以及霧滴的沉積量等重要參數(shù)。

1.4 防治效果調(diào)查和統(tǒng)計(jì)

依據(jù)GB/T 17980.6-2000 標(biāo)準(zhǔn)對幼蟲的防治效果進(jìn)行評估。在每個試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取5 壟玉米作為樣本，每個小區(qū)共統(tǒng)計(jì)100 株玉米，對這些玉米進(jìn)行標(biāo)記。分別在施藥前、施藥后第3 天（即6 月16 日）以及第7 天（即6 月20 日）對玉米螟的數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

1.5 數(shù)據(jù)處理

使用SPSS 29.0 軟件計(jì)算95% 置信區(qū)間，并采用Duncan’s 新復(fù)極差法進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的差異顯著性檢驗(yàn)，同時利用Duncan’s 多重比較法對正交試驗(yàn)水平進(jìn)行優(yōu)選［20］。采用SPSS 29.0 軟件分析2 組數(shù)據(jù)的線性相關(guān)性。

2 結(jié)果與分析

2.1 霧滴沉積特性

各處理的霧滴沉積結(jié)果見圖4，XP2020 無人機(jī)沉積量最高的為A6 處理0.353 μL/cm2（XP2020，氰·魚藤EC+有機(jī)硅助劑，15 L/hm2），T16 無人機(jī)沉積量最高的為B3 處理0.336 μL/cm2（T16，氰·魚藤EC+有機(jī)硅助劑，22.5 L/hm2）；粒徑最大的為B2 處理，Dv50 為386 μm（T16，甲維·茚蟲威EW+有機(jī)硅助劑，15 L/hm2）。整體上，T16 無人機(jī)的霧滴Dv50大于XP2020 無人機(jī)，原因可能是由于2 種無人機(jī)噴嘴的霧化方式不同，液力式噴嘴的霧滴大于離心式噴嘴的霧滴。

通過相關(guān)性分析可知霧滴的體積中徑Dv50與霧滴的沉積量呈弱相關(guān)性（R2=0.712，Plt;0.05）。說明藥液霧化后的Dv50在一定范圍內(nèi)數(shù)值越大，藥液在作物表面的沉積量越大。在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，可以通過增加霧滴Dv50的方式，提高藥液在靶標(biāo)上的沉積。

2.2 對玉米螟的防治效果

施藥3 d 后對玉米螟的防治效果見圖5A，結(jié)果顯示，施藥后3 d 處理B3（T16，氰·魚藤EC，22.5L/hm2）的防治效果最佳，達(dá)到82%。對于不同農(nóng)藥類型，噴施氯蟲苯甲酰胺SC 的處理與噴施其他2 種藥劑的處理之間存在顯著差異（Plt;0.05），且其防治效果遠(yuǎn)低于后兩者。XP2020 噴施氰·魚藤EC 處理（A4、A5）和T16 噴施甲維·茚蟲威EW（B2）處理和氰·魚藤EC（B3）處理，其防治效果均顯著高于高地隙噴霧機(jī)的C1 處理（Plt;0.05）。此外，使用XP2020無人機(jī)噴施甲維·茚蟲威EW 和氰·魚藤EC 時施藥液量的影響不顯著，對噴施氯蟲苯甲酰胺SC 的影響顯著（Plt;0.05）。

施藥7 d 后對玉米螟的防治效果見圖5B，結(jié)果顯示，施藥后7 d 使用XP2020 無人機(jī)噴施作業(yè)，處理A3（甲維·茚蟲威EW，30 L/hm2）和A5（氰·魚藤EC， 30 L/hm2）的防治效果較為突出，分別達(dá)到81% 和70%，兩者之間差異不顯著，但整體表現(xiàn)優(yōu)于其他組，與其他處理相比存在顯著差異（Plt;0.05）。使用T16 無人機(jī)噴施作業(yè)，防治效果較好的為處理B3（ 氰·魚藤EC + 有機(jī)硅助劑，22.5 L/hm2），防治效果為72%，顯著優(yōu)于其他2 組處理（Plt;0.05）。

2.3 作業(yè)方式的差異

為探究正交試驗(yàn)中各因素對玉米螟防治效果的影響，運(yùn)用Duncan’s 新復(fù)極差法，分別對作業(yè)機(jī)型、農(nóng)藥類型、以及施藥液量3 個因素與防治效果之間的關(guān)系進(jìn)行單因素方差分析（表2）。3 個因素中只有農(nóng)藥類型對施藥后第7 天的防治效果有顯著影響（Plt;0.05），作業(yè)機(jī)型和施藥液量對玉米螟防效無顯著影響（Pgt;0.05）。在本研究設(shè)定的試驗(yàn)條件下，施藥后第7 天各因素的F 值從大到小依次為：農(nóng)藥類型、作業(yè)機(jī)型、施藥液量，表明農(nóng)藥類型對防治效果最為關(guān)鍵，其次是作業(yè)機(jī)型，最后是施藥液量。試驗(yàn)誤差的均方（46.992）小于各個因素的均方，因此本次正交試驗(yàn)的誤差在試驗(yàn)允許的范圍內(nèi)。

2.4 防治玉米螟的作業(yè)方式優(yōu)選

為了優(yōu)選防治玉米螟的較佳作業(yè)參數(shù)，對作業(yè)機(jī)型、農(nóng)藥類型和施藥液量3 個因素與施藥后第7 天防治效果（藥效較穩(wěn)定）進(jìn)行Duncan’s 多重比較（表3），結(jié)果顯示，施藥后第7 天，因素“作業(yè)機(jī)型”的3 個水平之間差異不顯著，但3 水平（T16）效果較好。因素“農(nóng)藥類型”的1 水平（氯蟲苯甲酰胺）和其他2 個水平差異顯著，水平優(yōu)劣順序?yàn)椋呵琛~藤EC gt;甲維·茚蟲威EW gt;氯蟲苯甲酰胺SC。但氰·魚藤EC中主要成分“魚藤酮”已被相關(guān)研究證實(shí)可能對部分魚類具有高毒性［21］，因此，在選擇氰·魚藤施藥時要充分考慮施藥安全性，必須考慮它可能對水生態(tài)系統(tǒng)帶來的安全風(fēng)險，必要時可考慮甲維·茚蟲威EW作為替代。因素“施藥液量”的3 個水平之間差異不顯著，考慮到較高施藥液量會降低無人機(jī)的作業(yè)效率和經(jīng)濟(jì)效益，而較低施藥液量會導(dǎo)致藥液霧滴數(shù)量減少，在實(shí)際作業(yè)時如遇多變的自然風(fēng)向，容易導(dǎo)致噴霧作業(yè)不均勻等問題，故認(rèn)為2 水平（22.5L/hm2）較合適。因此，綜合考慮無人機(jī)防治效果較好的因素水平為：T16，氰·魚藤EC +有機(jī)硅助劑，22.5 L/hm2。

3 討論

本研究探討了無人機(jī)多種作業(yè)模式對霧滴沉積效果和玉米螟幼飛防作業(yè)效果的影響，通過對比2 種型號無人機(jī)（T16 與XP2020）及高地隙噴霧機(jī)在玉米苗期的噴施作業(yè)，結(jié)合水敏紙收集的霧滴粒徑數(shù)據(jù)與防效評估結(jié)果，分析了作業(yè)機(jī)型、農(nóng)藥類型及施藥液量的不同組合對藥液沉積分布及防治成效的綜合作用。

無人機(jī)采用的超低容量噴霧技術(shù)，以其微小的霧滴粒徑，在旋翼風(fēng)場的助力下，有效促進(jìn)了藥液在葉片背面的附著，但過小的霧滴易增加飄移的風(fēng)險。相反，增大霧滴粒徑雖能減少飄移，卻可能加劇藥液在葉片上的彈跳滾落［22］。從霧滴測試結(jié)果來看，本試驗(yàn)條件下，當(dāng)霧滴粒徑體積中徑Dv50介于234 μm 和386 μm 之間，霧滴沉積量與Dv50 呈正相關(guān)。即在合適的范圍內(nèi)，通過優(yōu)化霧滴譜，增加大霧滴比例，能顯著提升藥液在玉米葉片上的沉積效率。搭載液力式噴嘴的T16 無人機(jī)的霧滴普遍大于搭載離心噴嘴的XP2020 無人機(jī)的霧滴，這是由于2種無人機(jī)噴霧的霧化方式不同，根據(jù)特定的作業(yè)環(huán)境，可以選擇不同霧化方式的無人機(jī)進(jìn)行飛防作業(yè)。

農(nóng)藥類型及其配伍方式直接關(guān)系到害蟲防治效果，對不同的作物與作業(yè)環(huán)境應(yīng)合理選取最佳的藥液配伍方式。此外，試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)施用氯蟲苯甲酰胺的處理區(qū)平均防治效果要顯著低于其他2 種藥劑的防治效果，結(jié)合當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶往年多次使用氯蟲苯甲酰胺的記錄分析，可能是玉米螟對氯蟲苯甲酰胺SC 已產(chǎn)生了抗藥性。因此，建議農(nóng)戶防治病蟲害時，盡量選取多種有效農(nóng)藥輪換使用。

本研究綜合考慮無人機(jī)防治玉米螟效果較好的作業(yè)方式時，“ 施藥液量”未選擇數(shù)據(jù)較佳的30L/hm2，而選擇了數(shù)據(jù)稍差的22.5 L/hm2，與現(xiàn)有研究作出了類似的決策［23］，說明指導(dǎo)農(nóng)戶生產(chǎn)時，要充分考慮現(xiàn)實(shí)因素，為農(nóng)戶規(guī)劃最佳性價比兼更抗風(fēng)險的作業(yè)方式。

綜上，無人機(jī)防治玉米螟的效果受施藥液量、作業(yè)機(jī)型及農(nóng)藥類型等多重因素影響。在當(dāng)前試驗(yàn)條件下，針對玉米喇叭口期，采用T16 無人機(jī)，以22.5L/hm2的施藥液量噴施含氰·魚藤EC 與有機(jī)硅助劑的混合藥液可以有效提高噴霧質(zhì)量及對玉米螟的防治效果。本研究在華南農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)基地進(jìn)行，雖然該基地提供了標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)環(huán)境，但與實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的復(fù)雜條件相比，仍存在一定的差距。例如，試驗(yàn)基地的土壤、氣候等條件可能與不同地區(qū)的農(nóng)田存在差異，這可能導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果在不同環(huán)境下的普適性受到限制。并且由于試驗(yàn)設(shè)計(jì)、樣本選擇等方面的限制，本研究結(jié)果可能無法完全代表所有類似條件下的實(shí)際情況。因此，在將研究結(jié)果應(yīng)用于實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)時，需要謹(jǐn)慎考慮試驗(yàn)條件與實(shí)際農(nóng)田環(huán)境的差異，并進(jìn)行必要的調(diào)整和優(yōu)化。

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（責(zé)任編輯：張志鈺）

基金項(xiàng)目：廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金項(xiàng)目（2020A1515110214）