不同植保机械雾滴在水稻上的分布研究

2017-01-04万品俊王国荣袁三跃黄福旦杨稳堂赖凤香

浙江农业科学 2016年12期

万品俊，王国荣，袁三跃，黄福旦，李斌，杨稳堂，赖凤香，傅强*

（1.中国水稻研究所水稻生物学国家重点实验室，浙江杭州 310006；2.杭州市萧山区农业技术推广中心，浙江杭州 311200；3.杭州市广通植保防治服务专业合作社，浙江杭州 310026）

不同植保机械雾滴在水稻上的分布研究

万品俊1，王国荣2，袁三跃1，黄福旦2，李斌2，杨稳堂3，赖凤香1，傅强1*

对包括农用植保无人机在内的5款植保机械雾滴在水稻垂直高度上的穿透规律、水平分布规律及其对稻飞虱的防治效果进行研究。结果表明，不同植保机械喷雾效果有较大差异，农用植保无人机雾滴的垂直穿透力整体优于人工背负式喷雾机，在不同航道间的雾滴分布无显著差异。

农用植保无人机；穿透规律；水稻

近年来，我国航空植保机械领域得到快速发展，特别是农用无人直升机（unmanned aerial vehicle，又称为农用植保无人机）的出现，极大地改变了传统的植保防治方式。农用无人直升机分为固定翼无人机和旋翼无人直升机2种。与传统田间人工施药作业相比，无人直升机采用超低剂量喷雾方式作业，具有作业效率高、劳动强度低、防治效果好、施药人员安全系数高、适用性高、作物损伤小等优点［1］，是传统农业施药方式的一种重要补充，成为农业全程机械化作业的重要组成部分。目前，无人直升机已广泛应用于小麦、玉米、水稻、蔬菜、棉花、林木等［2-8］。在小麦和玉米上，相关人员研究了农用无人机喷雾的雾滴均匀度、雾滴沉积和飘失与气流场的关系等一系列问题［5-6，9-10］；在水稻上，研究者初步评价了多旋翼农用无人机的雾滴沉积分布，以及单旋翼农用无人机的防治效果和对稻米品质的影响［7-8，11-13］。本文综合研究和比较了3款农用无人机（2款单旋翼和1款多旋翼）以及背负式机动喷雾器、自走式喷杆喷雾机在水稻生长后期的雾滴沉积分布规律，现将主要结果报道如下。

1 材料与方法

1.1 试验机械

共使用以下5种型号机械，每种作为1个处理。具体如下。

WS0735W型机动喷雾器。日本株式会社丸山制作所生产，喷幅3 m，施药高度1.5 m，行走速度0.5 m·s-1，由杭州广通植保防治服务专业合作社防治服务人员操作，667 m2喷水量30 kg。

3WSH-500型自走式水旱两用喷杆喷雾机。山东临沂三禾永佳动力有限公司生产，喷幅13 m，施药高度1.5 m，行走速度0.8 m·s-1，由杭州广通植保防治服务专业合作社防治服务人员操作，667 m2喷水量50 kg。

3WQF125-16型智能悬浮植保机。河南安阳全丰航空植保科技有限公司生产，喷幅4 m，飞行高度2 m，飞行速度4 m·s-1，由公司技术人员操作，667 m2喷水量1 kg。

HY-B-15L型农用喷药无人机。广东深圳高科新农技术有限公司生产，喷幅4 m，飞行高度2 m，飞行速度4 m·s-1，由公司技术人员操作，667 m2喷水量1.5 kg。

谷上飞3WDM4-06型四旋翼遥控植保机。广东珠海羽人飞行器有限公司生产，喷幅3 m，飞行高度1.5 m，飞行速度2 m·s-1，由公司技术人员操作，667 m2喷水量1.5 kg。

1.2 示范田基本情况

示范地点设在杭州市萧山区义桥镇丁家庄村，示范田品种为甬优538，生育期为水稻灌浆期，面积80 000 m2。土壤类型为小粉土，pH值6.5，有机质含量30 g·kg-1左右，地势平坦，肥力均匀一致，保水性能好，排灌方便。各类植保机械的喷雾面积：WS0735W型机动喷雾器666.7 m2，3WSH-500型自走式水旱两用喷杆喷雾机1 213.3 m2，3WQF125-16型智能悬浮植保机2 000 m2，HY-B-15L型农用喷药无人机1 213.3 m2，谷上飞3WDM4-06型四旋翼遥控植保机1 213.3 m2，空白对照1 213.3 m2，不设重复。

1.3 施药日期、示范田防治对象及药剂

2015年8月25日施药1次，防治对象为稻飞虱、稻纵卷叶螟、纹枯病。防治药剂：10%阿维·氟酰胺悬浮剂（拜耳作物科学有限公司生产），667 m2用量21 m L；75%肟菌·戊唑醇水分散粒剂（拜耳作物科学有限公司生产），667 m2用量10.5 g；80%烯啶·吡蚜酮水分散粒剂（拜耳作物科学有限公司生产，20%烯啶虫胺，60%吡蚜酮），667 m2用量5.6 g。

2015年9月28日施药1次，防治对象为稻飞虱，防治药剂为80%吡啶·吡蚜酮水分散粒剂（拜耳作物科学有限公司生产），667 m2用量12 g。

1.4 施药方法及天气

先在塑料量杯加入1/5体积的水，然后加入适量药剂，待药剂完全溶解后，667 m2加入300 g大红复配着色剂（东莞市御豪食品有限公司生产），最后加入剩下的喷水量，充分搅匀，作全株均匀喷雾处理。8月25日施药当天天气为多云，气温26～29℃，平均相对湿度70%，风力3级，东南风；9月28日施药当天天气为阴转小雨，气温20～22℃，平均相对湿度75%，风力2级，东北风。气候条件对雾滴记数准确性影响不大。

1.5 雾滴测试

在药剂处理区，分别在小区长度的1/4、2/4、3/4处（纵向3个点），按与行走或飞行作业方向的垂直方向，各设置1横列的点（横向3个点，其中一纵列点布局于航路中心线，其余2点位于中心点两侧1 m处），每横列长3 m（3WSH-500型自走式水旱两用喷杆喷雾机为6 m），相邻点间隔1 m（3WSH-500型自走式水旱两用喷杆喷雾机间隔为2 m）各点编号。每点选取1丛稻株，在位于水稻距地面90 cm（位于剑叶中部的正面）、60 cm（位于茎秆）、30 cm（位于茎秆）处分别固定3～5枚雾滴测试卡（1 cm×2 cm）。此外，在位于稻株30 cm处的4个方向（即行进方向的前、后、左、右）各随机放置3～4片雾滴测试卡，将雾滴测试卡固定在稻株上。待机械喷施30 min后，将雾滴测试卡编号取回室内镜检计数。除3WQF125-16型智能悬浮植保机测试不同航道间雾滴分布和3WSH-500型自走式水旱两用喷杆喷雾机雾滴测试试验不设置重复外，其他雾滴测试均设置3个重复。

所有数据用Excel 2010进行整理，采用方差分析（one-way analysis of variance，ANOVA）方法进行数理统计。

2 结果与分析

2.1 不同植保机械喷雾在稻丛不同垂直高度上的雾滴分布

各类植保机械喷洒后，稻丛内不同垂直高度上的雾滴分布结果见表1。同一植保机械在稻丛不同高度的雾滴分布数量，均以90 cm处（剑叶中下部位置）的雾滴分布密度最高，基部30 cm处的雾滴分布密度最低，位于稻丛中间的60 cm处的雾滴分布密度居中。其中，3种无人机和背负式喷雾器的90 cm处雾滴均显著高于60 cm和30 cm处，后两高度处无显著差异，表明这些机械喷出的雾滴在稻丛中下部分的衰减明显，雾滴穿透性相对较差，且不同机器间有一定差异。从30 cm处占90 cm处雾滴数量的比例来看，HY-B-15L型单旋翼机为40%，优于3WDM4-6型四旋翼机的31%和背负式喷雾器的28%，远优于3WQF125-16型单旋翼机的12%（雾滴穿透力最差）。自走式水旱两用喷杆喷雾机60 cm与90 cm处雾滴密度无显著差异，均显著高于30 cm处，且30 cm处雾滴密度相当于90 cm处的53%，为所试验的各类机械中的最高值，在垂直高度的雾滴穿透性能最好。

从各高度雾滴密度的变异系数来看，90 cm处变异系数最低，30 cm处变异系数最高，即前者雾滴分布均匀性优于后者，与雾滴分布数量结果类似。60 cm处的变异系数，HY-B-15L型单旋翼无人机、3WDM4-6型四旋翼无人机、自走式喷杆喷雾机均远低于30 cm处，而与90 cm处较为接近，表明这3种机械在60 cm高度的雾滴均匀性与90 cm处接近而远优于30 cm处，其中自走式喷雾机的变异系数均处于同一高度的最小值，其雾滴均匀性最好。3WQF125-16型单旋翼机60 cm处的变异系数高达157.1%，与其在30 cm处的168.2%接近，居各类机器变异系数之前2位，说明该型无人机雾滴的均匀性最差。

表1 稻丛内不同垂直高度处各植保机械的雾滴分布密度

此外，不同机械在雾滴数量上有一定的差异，其中用水量较多的自走式喷雾机、背负式机动喷雾机雾滴较多，而3种用水量较少的无人机雾滴相对较少。以90 cm处为例，前2种机械的雾滴数量是无人机的1.3～3.4倍，这种差异远小于用水量的差异，前两者的用水量是无人机的30余倍，说明无人机喷出雾滴较细，雾化效果明显较好。

2.2 不同植保机械在稻丛基部（30 cm）稻株不同方位的雾滴分布

除3WQF125-16型单旋翼植保无人机缺失有效观察数据外，4种植保机械喷雾雾滴在距离地面30 cm的稻株4个方位的雾滴分布见表2。可以看出，HY-B-15L型单旋翼无人机、自走式喷杆喷雾机、背负式喷雾机在稻株不同方位的雾滴分布密度无显著性差异，且最大值与最小值的比值2.0～2.8；而3WDM4-6型四旋翼无人机不同方位的雾滴数量差异显著，最大值与最低值之比高达16，说明该型无人机雾滴存在明显的方位分布差异，不适合喷雾。

表2 基部30 cm处稻株不同方位的雾滴分布密度

2.3 不同植保机械在喷幅范围内不同位置的雾滴分布

在稻株基部（30 cm）观察喷幅范围内不同位置的雾滴分布，结果（表3）表明，WS0735W型背负式机动喷雾机、3WSH-500型自走式水旱两用喷杆喷雾机在其喷幅范围内不同位置的雾滴分布密度均无显著性差异，而3WQF125-16型单旋翼植保无人机一侧的雾滴密度显著大于另外2个测试点的雾滴密度，说明喷幅范围内无人机的雾滴分布均匀性较差，这可能与喷雾时风速较大有关（植保无人机由南向北飞行，当日东南风，风力3级），上风向的雾滴密度显著小于下风向，也体现出无人机受喷雾时刮风天气的影响较大。

表3 稻丛基部30 cm处各机械喷幅范围内的雾滴分布密度

2.4 植保无人机（3WQF125-16型）不同航道的雾滴分布

为测试植保无人机在不同航道间雾滴分布的均匀性，测定不同航道间雾滴数。因试验当日（2015年9月28日）的天气不利（16：00—20：00小雨）及HY-B-15L型、3WDM4-6型植保无人机均未按指定航道飞行，因此仅测试2015年8月25日3WQF125-16型单旋翼植保无人机在不同航道间的雾滴分布。取不同航道30 cm的雾滴测试卡，记录稻丛平均雾滴密度（表4）。可以看出，不同航道的平均雾滴密度0.88～1.63个·cm-2，航道间无显著差异；不同航道雾滴密度的变异系数92.6%～106.6%，相互间亦较接近，表明不同航道间的雾滴分布密度接近，均匀性较好。

表4 植保无人机（3WQF125-16）不同航道间雾滴密度

3 讨论

通过对稻丛上部（90 cm处）和稻丛内部（距离地面60 cm及30 cm处）雾滴分布数量和均匀性等方面的观察，结果表明各植保机械雾滴穿透能力由高至低依次为自走式水旱两用喷杆喷雾机＞HYB-15L型单旋翼植保无人机＞3WDM4-6型四旋翼植保无人机＞WS0735W型背负式机动喷雾机＞3WQF125-16型单旋翼植保无人机。可见，不同植保机械喷雾效果有较大的差异，其中，3WSH-500型自走式水旱两用喷杆喷雾机效果最好。由于植保机械具有不同类型的喷头，导致其喷药的药液雾化程度（大小）不同，而雾滴大小是影响雾滴在靶标沉积的主要因素之一［14］。喷杆式喷雾机的雾滴直径较大（240～600μm），且无需风场［15］，由此可能具有更强的穿透性。3款无人机中，HY-B-15L型单旋翼机、3WDM4-6型四旋翼机有较好的雾滴穿透性（雾滴达到稻丛基部），且以前者的雾滴均匀性较好。由此表明，农用植保无人机在低量喷洒时形成的小雾滴（80～150μm）具有水平方向分速度大，弥漫性能好的特点，致使螺旋桨产生的下旋气流能使雾滴具有较好的穿透性。此外，本研究中3WQF125-16型单旋翼机雾滴向稻丛基部的穿透性和雾滴均匀性均相对较差，可能与该型机旋翼风速较大导致稻株“成片倒伏”有关。

［1］蒙艳华，周国强，吴春波，等.我国农用植保无人机的应用与推广探讨［J］.中国植保导刊，2014（增刊）：33-39.

［2］李兵，樊江岩，王玉宏.冀北农用无人机优化设计及露地蔬菜飞防植保应用探讨［J］.中国蔬菜，2016（3）：10-12.

［3］李飞，何立平，郑明辉，等.植保无人机在勐腊县橡胶树病虫害预警监测与防治上的应用［J］.福建农业，2015（8）：140.

［4］马小艳，王志国，姜伟丽，等.无人机飞防技术现状及在我国棉田应用前景分析［J］.中国棉花，2016（6）：7-11.

［5］高圆圆，张玉涛，张宁，等.小型无人机低空喷洒在小麦田的雾滴沉积分布及对小麦吸浆虫的防治效果初探［J］.作物杂志，2013（2）：139-142.

［6］高圆圆，张玉涛，赵酉城，等.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［J］.植物保护，2013，39（2）：152-157.

［7］吴水祥，狄蕊，赵丽稳，等.水稻病虫害无人机防控试验初探［J］.浙江农业科学，2016，57（7）：1007-1008.

［8］薛新宇，秦维彩，孙竹，等.N-3型无人直升机施药方式对稻飞虱和稻纵卷叶螟防治效果的影响［J］.植物保护学报，2013，40（3）：273-278.

［9］王玲，兰玉彬，HOFFMANN W C，等.微型无人机低空变量喷药系统设计与雾滴沉积规律研究［J］.农业机械学报，2016，47（1）：15-22.

［10］张京，何雄奎，宋坚利，等.无人驾驶直升机航空喷雾参数对雾滴沉积的影响［J］.农业机械学报，2012，43（12）：94-96.

［11］薛新宇，屠康，兰玉彬，等.无人机高浓度施药对水稻品质的影响［J］.农业机械学报，2013，44（12）：94-98.

［12］杜文，曹英丽，许童羽，等.无人机喷雾参数对粳稻冠层沉积量的影响及评估［J］.农机化研究，2017，39（4）：182-186.