助剂对无人机喷施棉花脱叶剂作业效果的影响

陈宇楠，胡红岩，任相亮，马小艳，马亚杰，宋贤鹏，王丹，单永潘，马艳

（中国农业科学院棉花研究所/ 棉花生物学国家重点实验室，河南安阳455000）

随着机械化水平的不断提高，机采棉面积逐步扩大，棉花全程机械化已成为减轻劳动强度、降低植棉成本、提高植棉效益的重要途径[1]。喷施脱叶催熟剂促进棉花集中吐絮和脱叶，是实现棉花机械采收的重要前提和关键环节[2-3]，有利于提高棉花脱叶率和吐絮率， 从而提高机采棉的作业效率和采净率，降低机收籽棉含杂率[4]。近年来植保无人机施药技术发展很快，采用植保无人机在棉田喷施脱叶剂受到广泛关注。 前人研究结果表明，无人机喷施棉花脱叶剂作业效果受多种因素的影响，如施药作业参数、喷雾量、药剂量、棉花叶面积指数等[5-8]。因此，在现有的施药条件下，如何提高对棉花的脱叶催熟效果，已成为棉田植保无人机喷施脱叶剂技术中急需解决的关键问题。本研究探索了3 种不同助剂对棉花脱叶和催熟效果及棉花产量主要因子和纤维品质指标的影响，旨在为植保无人机喷施脱叶剂提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

1.1.1 试验场地。试验设在中国农业科学院棉花研究所试验基地东场（河南省安阳县）。棉花品种为中棉所79，种植密度5.25 万株·hm－2，行距0.8 m。 喷施脱叶剂时正值棉花吐絮期，棉铃自然吐絮率平均在50%左右。

1.1.2 供试药剂。 棉田阔笑（540 g·L－1噻苯隆·敌草隆悬浮剂），由江苏绿利来股份有限公司提供；助剂1 为280 g·L－1烷基乙基磺酸盐， 由河南省登封市金博农药化工有限公司提供； 助剂2 为农健飞（高分子聚合物）， 由桂林集琦药业有限公司提供；助剂3 为倍达通（甲基化植物油），由河北明顺股份有限公司提供。

1.1.3 供试喷雾机械。试验无人机采用广州极飞科技有限公司提供的3WWDZ-15A 多旋翼植保机（电动，简称为“极飞无人机”），采用离心雾化喷头，主要性能指标见表1；人工喷雾采用西班牙盖世堡（GOiZPER）公司生产的“没得比”（MATABI）16 型背负式手动喷雾器进行，喷雾均匀。

表1 极飞3WWDZ-15A 多旋翼植保机主要性能指标

1.1.4 气象条件。采用手持式风速仪测定环境温湿度及风速。 无人机作业时平均气温为36.87 ℃，平均相对湿度为36.3%，风向为东南风，平均风速为1.47 m·s－1。 作业后连续5～7 d 日最低气温12 ℃以上，无降水。

1.2 试验设计

1.2.1 沉积分布试验。 在喷液量22.5 L·hm－2、作业高度2 m、作业速度3.3 m·s－1条件下，喷清水＋诱惑红（用量为300 g·hm－2），无人机自东向西进行一次单喷幅作业，测定雾滴沉积分布情况。 如图1 所示，在作业范围内横向间隔0.8 m 的棉株上布设铜版纸作为雾滴测试卡，铜版纸用曲别针分别固定在棉花的上、中、下部叶片上；每排在11 株棉花上布设铜版纸，共布设3 排，其中第1 株至第11 株棉花采样点分别标记为5、4、3、2、1、0、－1、－2、－3、－4、－5。

图1 雾滴测试卡布设示意图

1.2.2 棉花脱叶、催熟效果试验。 试验共设置4 个无人机喷雾处理，设置人工喷雾处理和清水喷雾作为对照，详见表2。 试验小区长100 m，宽14 m；处理之间设置4 m 隔离带，不设重复。 极飞无人机喷幅设为3.5 m，田间喷施作业高度为2 m，作业速度为3.3 m·s－1，每个处理进行1 次喷雾；喷头流量为1.2 L·min－1，喷液量为22.5 L·hm－2。

表2 各处理药剂种类与用量及对照处理

1.3 调查方法

1.3.1 雾滴沉积调查。 试验结束后收集铜版纸，放入信封并带回室内，通过扫描仪扫描铜版纸，用雾滴分析软件ImageJ 分析雾滴粒径及雾滴沉积密度等信息。

1.3.2 棉花脱叶、催熟效果调查。 在每个处理地块的中间区域按照“Z”字型随机选10 点取样，每点调查3 株，并挂牌标记。 药后5 d（9 月14 日）、10 d（9月19 日）、15 d（9 月24 日）、20 d（9 月29 日）、30 d（10 月9 日）调查脱叶率（rD）及吐絮率（rB），依据公式计算各处理的脱叶效果（ED）及吐絮效果（EB）。计算公式如下：

rD（%）＝（NL0－NL1）/NL0×100，

式中NL0为施药前植株叶片总数，NL1为施药后调查时植株残留叶片数；

ED（%）＝（rD1－rD0）/（1－rD0）×100，

式中rD1为处理区脱叶率，rD0为对照区脱叶率；

rB（%）＝（NB0－NB1）/NB0×100，

式中NB0为施药前未吐絮棉铃数，NB1为施药后调查时未吐絮棉铃数；

EB（%）＝（rB1－rB0）/（1－rB0）×100，

式中rB1为处理区药后棉铃吐絮率，rB0为对照区药后棉铃吐絮率。

1.3.3 棉花产量、纤维品质调查。 待田间吐絮率在90%左右，采收各处理小区棉花样品，每小区随机采收50 铃，3 次重复，计算铃重、衣分等；并从中随机称取100 g 皮棉样品进行纤维品质检测（由农业农村部棉花品质监督检验测试中心测试）。

1.3.4 数据分析。 试验数据采用SPSS 17.0 统计分析软件对调查结果进行单因素方差分析，采用邓肯多重范围检验（Duncan 新复极差法）比较处理间的差异显著性，评价极飞无人机不同处理对棉花的脱叶、催熟效果及其对棉花产量主要构成因素和品质指标的影响。

2 结果与分析

2.1 雾滴沉积分布结果

极飞无人机单喷幅作业下，各采样点的雾滴沉积情况如图2 所示。 从图2 a 可以看出，不同采样点的雾滴粒径有很大差异，在中心航线附近雾滴粒径较为均匀，远离航线的位置雾滴粒径较小；同一采样点，棉花上、中、下部叶片上的雾滴粒径差异不大； 棉花上部叶片平均雾滴中径为231.33 μm，中部叶片平均雾滴中径为234 μm， 而下部叶片平均雾滴中径略小，为196.8 μm。 总体来看，极飞无人机喷雾雾滴较小，满足喷施脱叶剂对雾滴粒径的要求。

图2 雾滴沉积分布

从图2 b 极飞无人机作业后各采样点的雾滴密度分布情况来看， 在－1～3 采样点间雾滴沉积密度较大，雾滴偏离中心航线，这可能与作业时的风向有关。 无人机自东向西飞行作业，在东南风的影响下，雾滴沉积向航线右侧偏移。－1～3 采样点间雾滴沉积密度在20 cm－2以上，根据中国民用航空局发布的《中华人民共和国民用航空行业标准》中《农业航空作业质量技术指标》的有效沉积区域的判定方法[9]，可以认为极飞无人机单喷幅作业的有效喷幅在3.2 m 以上。 从图2 b 还可以看出，在采样点－1、－2 之间和3、4 之间， 雾滴密度为20 cm－2左右。 在实际作业时，无人机呈“几”字形穿梭作业，在2 个喷幅交界处雾滴密度重叠，实际雾滴密度大于20 cm－2，因此，有效喷幅可达3.5 m 以上，满足极飞无人机作业质量要求。 在有效喷幅范围内，棉花冠层上部叶片的平均雾滴密度达到80.04 cm－2，大幅高于中部的53.86 cm－2和下部的51.83 cm－2。

2.2 混配不同助剂对棉花脱叶、催熟效果的影响

从表3 可以看出，施药后5 d，处理4 的脱叶率（12.59%）显著高于未添加助剂的处理1。药后10～15 d，各处理的脱叶效果逐渐提高，添加助剂的增效作用逐渐展现，人工喷雾脱叶效果显著高于其他处理。 药后20 d，添加助剂的处理脱叶效果显著高于未添加助剂的处理， 处理2 显著优于处理4，且均能达到或优于人工喷雾， 其中处理2 的脱叶率（99.28%）最高。 由此可见，烷基乙基磺酸盐助剂的效果显著优于倍达通助剂。 药后30 d，处理2、处理3、 处理4 脱叶效果均显著高于未添加助剂的处理1，与人工喷雾处理5 差异不大，且添加助剂的各处理之间差异不明显。 上述结果说明，使用无人机喷施脱叶剂时添加这些助剂可以提高 “棉田阔笑”的脱叶效果，达到人工喷雾水平。

同时，从吐絮效果（表3）可以看出，药后15～20 d，添加助剂的处理显著高于未添加助剂的处理1。 药后30 d，添加农健飞（处理3）和倍达通（处理4） 的处理的吐絮效果显著高于未添加助剂的处理1，达到人工喷雾水平，表明添加农健飞、倍达通吐絮效果可以提高脱叶剂对棉花的吐絮效果。

2.3 添加不同助剂对棉花产量主要构成因素和纤维品质指标的影响

从表4 可以看出，无人机各处理之间，棉花纤维上半部平均长度、长度整齐度指数、断裂比强度、马克隆值及断裂伸长率没有显著差异，无人机处理与空白对照之间上述指标也没有显著差异；但个别无人机处理与人工喷雾处理在产量构成因素上有差异，处理5 铃重显著高于处理4，处理1、2、3 衣分显著高于处理5，这可能与不同处理之间的棉花长势及水肥条件有关。

表3 药后各处理对棉花的脱叶催熟效果 %

表4 各处理和对照的棉花产量主要构成因素和纤维品质指标对比

3 讨论与结论

本研究采用极飞3WWDZ-15A 多旋翼植保机对吐絮率达到50%的棉田进行喷施作业，通过布置雾滴测试卡的方式研究了雾滴在棉花冠层的沉积分布情况，并且研究棉田阔笑（540 g·L－1噻苯隆·敌草隆悬浮剂）混配不同助剂对棉花的脱叶催熟效果及棉花纤维品质的影响。从本研究雾滴沉积分布结果来看，采用极飞无人机进行喷雾，中心航线附近采样点的雾滴粒径较为均匀， 而远离航线的两侧粒径较小； 大部分采样点的雾滴粒径在100～300 μm，雾滴沉积点主要在采样点－1～3 之间， 该区域内沉积密度在20 cm－2以上，满足脱叶剂喷洒作业需要；棉花冠层（上部）雾滴密度达到80.04 cm－2，中部和下部雾滴沉积密度也较高， 表明采用极飞无人机喷雾药液在棉花冠层有较好的穿透性。

助剂与药剂混配能增加药液在作物叶片上的润湿性，增强药液渗透性。 韩秀珍[10]试验证明在棉花脱叶剂中添加一定量的助剂有助于提高棉花的脱叶效果。 张煜等[11]采用植保无人机喷施脱叶剂，混配d- 柠檬烯助剂显著提高了脱叶剂对棉花的脱叶催熟效果。本研究选择了3 种不同类型的助剂与脱叶剂混配，药后20 d，添加助剂的3 个处理脱叶率均在70%以上，药后30 d，添加助剂的3 个处理脱叶率在85%以上， 显著高于未添加助剂的处理。阿力木江·克来木等[12]研究显示，添加植物油助剂处理的最终棉花脱叶率和吐絮率显著高于未添加助剂的处理和添加烷基乙基磺酸盐的处理，而本研究表明添加倍达通与烷基乙基磺酸盐助剂脱叶催熟效果差异不显著，分析原因可能是前者试验中添加了40%（质量分数）乙烯利作为催熟剂，提高了对棉花的脱叶催熟效果。

综上所述，采用极飞无人机喷施脱叶剂（棉田阔笑）时，添加烷基乙基磺酸盐、农健飞和倍达通3种助剂有助于提高对棉花的脱叶和催熟效果，对棉花产量和纤维品质无不利影响。本研究对添加助剂的类型进行了细化，为助剂使用提供更详实的数据支撑，同时为植保无人机在棉花脱叶催熟剂喷施方面的应用提供参考。