杉木种子园无人机辅助授粉效果分析

王邦富，黄云鹏，范繁荣，李恩佳，叶代全，林峰铭，沈琼桃

(1.福建三明林业学校，福建 三明 365001； 2.福建省洋口国有林场，福建 顺昌 353200)

杉木(Cunninghamialanceolata(Lamb.) Hook.)因其花枝结构特殊，雌雄同株，雄花主要集中在树冠的中下部，雌花主要集中在树冠的中上部，在自然授粉条件下，主要依靠风力进行传粉，但因重力作用的影响，授粉部位主要集中在雌花较少的树冠中下部，而树冠中上部的雌花授粉不足，座果率低，产量和质量受到较大影响[1-4]。传统的杉木人工辅助授粉方法主要是采用花粉装入纱布袋绑挂于竹竿顶端手工振动授粉(简称振粉法)[5]，或采用风力灭火机把树冠下部的雄花粉吹到树冠中上部授粉[1]；但振粉法和风力灭火机吹风授粉对树体较高的杉木树冠中上部雌花较多的花枝难以授粉，而且工作效率低，需要大量的人力，延长了授粉时间。据福建闽西、闽北地区杉木种子园授粉的历年观测记载，杉木授粉时期一般为每年2月中旬—3月上旬[2]，要求天气晴朗。在天气条件和授粉时间的双重限制影响下，致使杉木种子园自然授粉和人工授粉很难达到预期的效果；因此，寻求一种杉木种子园高效授粉的方法一直是个尚未突破的难点。

近几年来，国内无人机以其高效、安全、环保、节水、节药、成本低等诸多优势越来越多地应用于农林作业生产，起到良好的应用效果。经查阅相关研究，目前在农业生产中应用无人机开展了杂交水稻制种辅助授粉效果显著[6-10]；在林业生产中，中国林科院亚林所应用无人机开展了山核桃、香榧无人机授粉技术攻关试验，效果显著[11]；应用无人机进行山地杉木种子园辅助授粉国内研究未见报道。为提高山地杉木种子园的授粉效率及种子产量，本试验于2018年3月上旬，应用无人机在福建省洋口国有林场杉木第3代种子园开展辅助授粉试验，取得较好效果，现予总结，旨在为无人机山地杉木种子园辅助授粉提供技术参考。

1 试验地概况

选择福建省洋口国有林场道坪工区的“国家级良种基地杉木第3代种子园”为无人机辅助授粉试验地。杉木种子园位于顺昌县建西镇际会村4林班2大班2小班，东经117°90′23″—29″、北纬26°84′72″—81″，坡向东南，平均坡度20°～25°，海拔165～224 m。种子园为2003年嫁接，嫁接植株生长、开花结实良好。试验地面积3.3 hm2。

2 试验方法

2.1 试验设计

试验所用花粉为洋口国有林场杉木第3代种子园内采集调制的当年新鲜雄花粉。于2018年3月9—10日，采用六轴旋翼无人机(型号SH-X6-10B)，平台配备粉剂喷洒挂件、液体喷洒挂件。

①不同飞行高度授粉试验：飞行高度分别为距树梢4～6、6～8、8～10 m进行授粉效果比较；②不同飞行速度授粉试验：飞行速度分别为2～3、3～4、4～5 m·s-1进行授粉效果比较；③不同授粉介质授粉试验：采用滑石粉(800目)、面粉、清水，配比为花粉∶介质(重量)=1∶50进行授粉效果比较；④不同花粉∶介质(滑石粉)配比授粉试验：花粉∶介质(滑石粉)配比分别为1∶50、1∶100、1∶200进行授粉效果比较；⑤不同授粉方法授粉试验：采用无人机辅助授粉、人工辅助授粉(振粉法)、自然授粉(CK)进行授粉效果及作业效率比较。设置30 m×30 m的正方形样地进行无人机辅助授粉试验，人工辅助授粉(振粉法)、自然授粉(CK)分别在上坡、中坡、下坡随机设置样地。每个试验处理重复授粉3次。

2.2 座果率调查与统计分析

于2018年4月上旬，对授粉样地的杉木座果率进行调查。采用六轴旋翼无人机(机型KWT—X6M)，平台配备高清变焦图传云台吊舱/YT-PL-B30(野外型地面观测站)，机身配备30倍变焦高清摄像头进行近距离(2～3 m)拍摄雌球花授粉情况。采用抽样调查方法，在不同试验处理样地的上、中、下部位各随机抽取3株授粉杉木进行座果率调查，通过无人机把授粉杉木植株不同部位(上、中、下)不同方向枝条的雌球花分段拍摄成高清影像图片，雌球花苞鳞完全闭合为授粉成功，在高清影像图片上清点统计不同部位(上、中、下)不同方向枝条的苞鳞完全闭合与未闭合的雌球花数量，累加统计整株座果率，同一样地内所有调查的授粉杉木座果率平均值为该样地平均座果率。试验数据分析比较采用dpsv 9.50版软件进行统计分析和检验。

3 结果与分析

3.1 无人机飞行高度、飞行速度对杉木座果率的影响

经调查比较，距树梢飞行高度以6～8 m飞行授粉的效果最好，杉木座果率达65.0%；距树梢飞行高度4～6、8～10 m的授粉效果稍低，杉木座果率分别为59.3%、61.0%(表1)。飞行速度以2～3、3～4 m·s-1的授粉效果较好，杉木座果率分别达67.2%、65.4%；4～5 m·s-1飞行速度的授粉效果次之，杉木座果率为61.7%(表2)。无人机不同飞行高度、飞行速度授粉的杉木座果率经方差分析及显著性检验，差异均达显著水平(表6)。

3.2 授粉介质及花粉浓度对杉木座果率的影响

经调查比较，授粉介质与花粉在相同的配比浓度下，以滑石粉为介质的授粉效果最好，杉木座果率达66.0%；面粉、清水的授粉效果较低，杉木座果率分别为47.8%、38.2%(表3)；花粉与介质(滑石粉)配比浓度以1∶50的授粉效果较好，杉木座果率达66.1%；1∶100、1∶200配比的授粉效果较低，杉木座果率分别为53.2%、41.3%(表4)。不同授粉介质、花粉与介质配比浓度的杉木座果率经方差分析及显著性检验，差异均达极显著水平(表6)。

3.3 不同授粉方法对杉木座果率及作业效率的影响

经调查比较，授粉方法以无人机辅助授粉的效果最好，杉木座果率达65.7%；人工辅助授粉的效果次之，杉木座果率为45.0%；自然授粉的杉木座果率最低，为30.2%(表5)；经比较，无人机辅助授粉的山地作业效率是人工辅助授粉的33倍。无人机辅助授粉、人工辅助授粉、自然授粉的杉木座果率经方差分析及显著性检验，差异达极显著水平(表6)。

表1 杉木种子园授粉不同飞行高度的座果率

表2 杉木种子园授粉不同飞行速度的座果率

表3 杉木种子园授粉不同授粉介质的座果率

表4 杉木种子园授粉不同花粉∶介质(滑石粉)配比的座果率

表5 杉木种子园授粉不同授粉方法的座果率及作业效率

表6 杉木种子园授粉不同试验处理的座果率指标方差分析及显著性检验

*：F0.05(2，24)=3.40，F0.01(2，24)=5.61；*为差异显著；**为差异极显著。

4 结论与讨论

1)无人机授粉飞行高度、飞行速度对杉木座果率具有显著影响。经分析比较，无人机以距树梢6～8 m高度飞行授粉的杉木座果率最高，达65.0%，飞行高度(距树梢)4～6、8～10 m授粉的杉木座果率均有降低。主要原因：距树梢4～6 m的飞行高度的花粉在树冠层覆盖面较窄小，花粉较集中于树冠局部位置，不同方向树冠层的花粉分布不均匀，降低了授粉效果；飞行高度8～10 m的花粉在树冠层的覆盖面虽然较宽，但由于飞行高度距树梢较高，因空中自然风力的影响，致使部分花粉随风飘移到授粉区域外，也降低了授粉效果；飞行高度6～8 m的花粉覆盖面较宽，飞行高度适宜，受自然风力的影响较小，花粉在不同方向树冠层洒落均匀，授粉效果较好。飞行速度以2～3、3～4 m·s-1的授粉效果较好，杉木座果率分别达67.2%、65.4%；4～5 m·s-1飞行速度授粉的杉木座果率稍低；飞行速度过快，飘移洒落在树冠层的花粉量较少，降低授粉效果。

2)无人机授粉介质及花粉浓度对杉木座果率具有极显著影响。经分析比较，授粉介质与花粉在相同的配比浓度下，以滑石粉为授粉介质的杉木座果率最高，达66.0%，面粉、清水的授粉效果均较低。主要原因：以面粉为介质进行无人机授粉时，因面粉比重较轻，在空中不易下沉洒落，致使大量花粉随风飘移到授粉区域外，降低了授粉效果；清水比重大，无人机授粉时在空中迅速下沉，花粉在树冠层覆盖面较窄小，分布不均匀，降低了授粉效果；滑石粉的比重适中，无人机授粉时在空中的飘移洒落效果好，花粉在树冠层覆盖面大，分布均匀，授粉效果好。花粉与介质(滑石粉)配比浓度以1∶50的授粉效果较好，杉木座果率达66.1%；1∶100、1∶200的花粉配比浓度降低，杉木座果率也随之降低。

3)授粉方法对杉木座果率具有极显著影响。经分析比较，无人机辅助授粉的效果最好，杉木座果率达65.7%，比人工辅助授粉提高46.0%，比自然授粉提高117.5%。无人机辅助授粉的山地作业效率高，是人工辅助授粉的33倍。