小型无人机低空喷洒在玉米田的雾滴沉积分布及对玉米螟的防治效果初探

高圆圆， 张玉涛， 赵酉城， 李学辉， 杨代斌， 袁会珠＊

（1.中国农业科学院植物保护研究所，农业部作物有害生物综合治理综合性重点实验室，北京 100193；2.东北农业大学农学院，哈尔滨 150030；3.广西田园生化股份有限公司，南宁 530007）

玉米螟属于典型的钻蛀性害虫，寄主植物达60多种，主要为害玉米、高粱、谷子和棉花等，其中玉米受害减产最重［1］。近年来，玉米螟为害呈现逐年加重趋势。我国对玉米螟的化学防治做了大量的研究工作，针对其在夏玉米上发生量大、发生期长、幼虫为害部位分散的二代和三代玉米螟，采取喷雾方式，即可杀虫又可杀卵，效果理想［2］。玉米田施药技术主要包括人工施药和机械施药，由于玉米植株郁闭高大，操作人员进入玉米田后期喷雾作业非常困难；采用地面高杆喷雾机械喷雾，需要对玉米种植方式进行改善，在地头预留喷雾机行走道，并且需要增加玉米行间距，这样才能便于喷雾机的田间喷雾作业。调查表明，玉米生长中后期，除在玉米螟尤为严重的区域进行人工或机械局部施药外，基本在玉米生长后期不施药，缺乏适用于玉米的施药机械是种植户在玉米生长中后期不施药的主要原因［3］。

随着航空工业的发展，航空植保机械也得到了快速的发展。1911年，德国林务官阿尔福莱德·齐梅尔曼首先创意，利用飞机喷洒农药用于防治害虫，保护森林，开创了农用航空施药工作。随后，农用航空在新西兰、澳大利亚、英国、美国等国也逐步得到应用与推广［4］。1974年，我国开始利用农运5型农用运输机进行航空超低容量喷雾，但受我国管理体制、机制、政策和空管等问题的约束以及我国传统农业发展方式的影响，我国航空施药技术发展缓慢。现在全世界已有农用飞机2万多架，我国仅有200多架。航空施药具有效率高、效果好、立体性强、不损伤作物、劳动强度低、一机多用等优点［5］。近年来，小型无人机在我国得到了快速发展，在航拍、监测等民用方面发挥了重要作用，因其外形尺寸小，重量轻，操控灵活，小型无人机非常适合于中小田块的病虫害防治或是大田块内局部的精准施药等［6］。本文首次研究了Af－811小型无人机超低量喷雾质量及对玉米螟的防治效果，以期为小型无人机喷雾技术的进一步优化提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 供试药剂和指示剂

42%毒死蜱乳油（EC）、10%毒死蜱超低容量液剂（UL）、水分蒸发抑制剂（中国农业科学院植物保护研究所配制）。

1.1.2 试验仪器

Af－811小型无人机（广西田园生化股份有限公司提供），喷头类型：转盘式离心雾化喷头（山东卫士），喷头个数：4个；东方红3WX－280G型自走式高秆作物喷杆喷雾机（北京丰茂植保机械有限公司），美国Teejet喷头体，TP11003VP喷嘴；风速仪（北京中西远大科技有限公司）；温湿度仪（深圳市华图电气有限公司）；雾滴测试卡（中国农业科学院植物保护研究所）。

1.1.3 试验条件

喷雾时间：2012年8月11日；

试验地点：河南新乡七里营中国农业科学院植物保护研究所新乡科研中试基地；

环境温度：30.5℃；

环境湿度：51.5%；

空气流速：1～1.5m／s；

试验对象：玉米；

作物生长期：抽穗期（作物高250cm左右）；

防治对象：玉米螟；

无人 机 飞 行 速 度：18km／h（5m／s），流 量：1 L／min；

东方红3WX－280G型自走式高秆作物喷杆喷雾机行走速度：0.67km／h，流量：3L／min。

1.2 试验方法

1.2.1 雾滴沉积密度与玉米螟防效的关系

1.2.1.1 雾滴密度的测定

在进行田间小区试验时，通过改变飞行高度或喷洒不同剂型的药剂，使各小区玉米植株上形成不同的覆盖密度。喷雾开始前，在每小区随机布放雾滴测试卡；喷雾结束后，计数纸卡上每平方厘米的雾滴数，即为雾滴覆盖密度（个／cm2）［7］。

1.2.1.2 玉米螟防治效果的调查方法

试验前，室内培养玉米螟卵块。喷雾前，待卵发育至黑头期，将卵接在玉米花丝上，每株接一块，每小区随机接100株并逐株标记。待卵孵化后，喷雾。施药7d后进行调查，记录百株玉米植株上的玉米螟活虫数，用公式（1）计算防治效果，利用Excel数据处理软件进行统计分析。

1.2.2 无人机飞行高度对玉米冠层雾滴沉积分布和玉米螟防效的影响

喷雾开始前，分别在试验处理区与喷雾带相垂直的线上，采用雾滴测试卡从喷幅中心线分别向两边每行布1株，共15株，每株分别布在玉米第一片叶（上部）、第三片叶（中部）、第五片叶（下部）及雌穗上，用曲别针夹于叶片的正反两面。试验时，无人机飞行速度为5m／s，飞行高度（无人机距玉米植株顶部的高度）共设1、2.5、4m3个处理，药剂处理及编号详情见表1的处理1、2、3，设空白对照，每处理重复3次，随机区组排列，试验小区面积1000m2（100m×10m），小区之间留出10m的保护区。待雾滴沉降完毕后取回测试卡，放入自封袋内带回实验室，用1.2.1.1节方法检测雾滴密度。玉米螟防治效果的调查按照1.2.1.2节的方法，调查处理1、2、3及空白对照区的百株活虫数，用公式（1）计算防效。

1.2.3 农药剂型对无人机喷洒雾滴沉积分布及玉米螟防治效果的影响

试验时，无人机飞行速度为5m／s，飞行高度为2.5m，药剂处理及编号详情见表1的处理2、4、5、6，4个处理的单位面积有效成分用量相同，药剂剂型及处理方式不同。处理2喷洒药剂为10%毒死蜱超低容量液剂；处理4为42%毒死蜱乳油，用水稀释；处理5和处理6为42%毒死蜱乳油，用水＋不同用量的水分蒸发抑制剂稀释。喷雾前，按照1.2.2节的方法布卡，喷雾后，按照1.2.1节的方法检测雾滴密度及调查药效。

1.2.4 无人机低容量喷雾与喷杆喷雾机常量喷雾对玉米螟防效的比较

试验时，Af－811小型无人机飞行速度为18km／h（5m／s），飞行高度为2.5m，流量为1L／min；东方红3WX－280G型自走式高秆作物喷杆喷雾机行走速度为0.67km／h，流量为3L／min。药剂处理及编号详情见表1的处理4、7，处理4为42%毒死蜱乳油，用水稀释3.2倍，制剂用量为0.1L／667m2，施药液量为0.42L／667m2；处理7为42%毒死蜱乳油，用水稀释300倍，制剂用量为0.1L／667m2，施药液量为30L／667m2。玉米螟防治效果的调查按照1.2.1.2节的方法，调查处理2、7及空白对照区的百株活虫数，用公式（1）计算防效。

2 结果与分析

2.1 小型无人机低空喷雾雾滴在玉米冠层不同部位的沉积分布

由图1可看出，飞行高度越低时雾滴在玉米作物上的沉积密度越大，飞行高度为1m时平均沉积密度最大，第一片叶、第三片叶、第五片叶及雌穗四个部位的最大平均沉积密度分别为18.3、26.2、22.1、17.5个／cm2，飞行高度为2.5m 时沉积密度次之，第一片叶、第三片叶、第五片叶及雌穗四个部位的最大平均沉积密度分别为16.1、22.7、19.3、15.6个／cm2，而飞行高度为4m时沉积密度最小，第一片叶、第三片叶、第五片叶及雌穗四个部位的最大平均沉积密度分别为14.6、19.1、16.8个、13.2个／cm2；同一高度，玉米作物不同部位的雾滴沉积状况有差异：第三片叶（中部）＞第五片叶（下部）＞第一片叶（上部）＞雌穗；叶片正面和反面的雾滴沉积密度有明显差异，正面雾滴密度是反面的10倍左右，反面几乎很少有雾滴，这不利于防治叶片背面的害虫。

图1 不同飞行高度下无人机喷洒毒死蜱UL在玉米冠层的雾滴沉积分布状况Fig.1 Deposition and distributions of spray droplets inside corn canopy at different flying height of UAV spraying chlorpyrifos UL

2.2 不同飞行高度下，雾滴在玉米冠层的沉积分布及对玉米螟的防效

由图2可知，单个小区飞行单个航线时3个飞行高度中，对玉米螟防效最好的是飞行高度为2.5m时，达到80.7%；飞行高度为1m条件下雾滴沉积密度最大，但防治效果却最差，对玉米螟的平均防效只有74.4%，分析原因是单个小区飞行单个航线时，飞行高度越低，喷幅越窄，虽然整体的平均雾滴密度较大，但大部分雾滴都集中沉积在小区中部，而小区内的边缘区域雾滴沉积较少或无雾滴，从而影响整个小区的平均防效；而飞行高度越高，雾滴在降落过程中越容易随风飘移，虽然喷幅变宽，但雾滴沉积密度变低，防治效果不理想。

2.3 无人机喷洒不同农药剂型，雾滴在玉米冠层的沉积分布及对玉米螟的防效

由图3可知，飞行工作参数一致时，Af－811小型无人机喷洒不同剂型的毒死蜱对玉米螟的效果有差异，其中毒死蜱超低容量液剂的雾滴沉积密度最大，雌穗的平均雾滴密度达到15.6个／cm2，防效最好达到了80.7%；毒死蜱乳油加水稀释的处理雾滴沉积密度最小，其防效也最差，平均防效只有69.1%；毒死蜱乳油加水稀释后添加助剂的效果比只加水稍好一些，但还是比毒死蜱超低容量液剂的效果稍差。

2.4 无人机低空超低容量喷雾与地面常量喷雾对玉米螟防效的比较

由表1可知，处理4和处理7所用剂型及药剂处理方式均相同，采用Af－811型小型无人直升机喷施时的防效为69.1%，采用东方红3WX－280G型自走式高秆作物喷杆喷雾机喷施时防效达到了90.0%，明显高于无人机；处理2中，将毒死蜱乳油换成毒死蜱超低容量液剂后，虽仍比自走式高秆作物喷杆喷雾机稍差，但防效已明显增加，达到了80.7%。

表1 不同喷雾方式喷洒不同剂型毒死蜱对玉米螟的防效Table 1 The control effects of different chlorpyrifos formulations on the corn borer using different spray methods

3 结论与讨论

本文初次在玉米作物上应用Af－811小型无人机喷施不同剂型的毒死蜱防治玉米螟，为确定无人机的工作参数及探索适用于无人机施药的药剂剂型提供理论指导。试验表明，飞行速度为5m／s，试验设定的3个飞行高度中，以离植株顶部高度为2.5m时的防治效果最好，飞行高度既不能过高也不能过低，过高时，影响防治效果；过低时，影响作业效率。而同一飞行高度，雾滴在玉米植株不同部位的沉积密度，第三片叶（中部）＞第五片叶（下部）＞第一片叶（上部）＞雌穗，并不是我们想象中的第一片叶（上部）最多，分析原因是由于第一片叶与植株茎秆的夹角较小与地面几乎呈垂直角度，因而导致雾滴不能很好地沉积到叶片上，而雌穗位于作物下部且位于叶片内部，因而沉积效果稍差一些。在无人机施药过程中，除飞行高度外，施药所用剂型也是影响雾滴漂移的重要因素。试验表明，飞行工作参数一致时，毒死蜱超低容量液剂（UL）对玉米螟的防治效果最好，但国内主要的剂型都是水溶性的，若选用超低容量剂作为无人机施药的专用剂型就会限制无人机施药目前的发展，试验证明在毒死蜱乳油中添加一种抑制水分蒸发的助剂虽防效不如毒死蜱超低容量液剂，但与不添加助剂的处理相比，雾滴沉积密度及防效明显增大，这说明添加水分蒸发抑制剂能够起到减少雾滴漂移的作用，因而研制一种能够抑制水分蒸发的制剂是探索适用于无人机施药剂型的重要方向。本次试验中，小型无人机的飞行速度为5m／s，流量为1L／min，施药液量为0.42L／667m2，处理667m2需要25s，而东方红3WX－280G型自走式高秆作物喷杆喷雾机的行走速度为0.67km／h，流量为3L／min，施药液量为30L／667m2，处理667m2需要10min，两者相比，小型无人机更省工、省时、省水，但从防效上看，无人机的喷雾技术还需要进一步优化。

药物防治是确保农业稳产增收的重要措施。随着科技的进步，人们对施药机械和施药技术提出了更高的要求，即不仅能有效防治病虫害，还要尽量节约资源，降低环境污染，减少作物农药残留，保护操作人员的安全。航空施药机械效率高、效果好、立体性强、不损伤作物、劳动强度低，是玉米中后期机械化施药的理想机具，更是解决玉米施药难、保证玉米产业健康、快速发展的关键。与固定翼飞机、有人直升机、动力三角翼及滑翔伞等有人驾驶的飞机相比，小型无人直升机更具有优势［8－10］。它不需要跑道，可在田间地头随时起降加油、加药，减少无效作用时间、节约成本；爬升率大，转弯半径小，可在空中垂直上下飞行、悬停、掉头，机动灵活，方便在地形复杂地带作业；使用简便、维护简单，自动化程度高，作业机组人员相对较少，操作者可远距离操作，安全、便利、劳动强度低。

［1］ 麦玉强.玉米螟发生特点及综合防治措施［J］.现代农业科技，2012（1）：184，186.

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［6］ Huang Y，Hoffmann W C，Fritz B，et al.Development of an unmanned aerial vehicle－based spray system for highly accurate site－specific application［C］.ASABE Annual International Meeting，June 30，2008.

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