不同飞行高度对植保无人机雾滴沉积分布和水稻病虫防效的影响

2021-04-29蒲颇伍亚琼马利杨德斌徐应杰张伟

安徽农业科学 2021年7期

蒲颇伍亚琼马利杨德斌徐应杰张伟

摘要通过大田试验，评价不同飞行高度对大疆MG-1S植保无人机雾滴沉积分布及水稻病虫害防治效果的影响。结果表明，在3个飞行高度下，植保無人机施药处理的雾滴覆盖密度为（18.20±0.67）～（28.60±2.37）个/cm.2，沉积量为（7.53±0.23）～（11.20±1.86）L/hm.2。不同处理下水稻二化螟和水稻纹枯病的防治效果为85.8%～93.1%、89.7%～94.7%。不同飞行高度对植保无人机施药的雾滴覆盖密度和沉积量的影响存在差异，但对沉积量影响不显著。结合飞行作业质量技术指标和防治效果，植保无人机施药防治水稻病虫的优选作业高度为2.0～2.5 m。

关键词植保无人机;雾滴覆盖密度;沉积量;水稻病虫害;防治效果

中图分类号 S252.+.3文献标识码 A文章编号 0517-6611（2021）07-0154-03

Abstract Field experiments were conducted to evaluate the effects of different flight altitudes on distribution characteristics of pesticide spraying droplets deposition and control efficiency against the pest of rice by MG1S UAV. The results showed that at the three flight altitudes， the droplet density ranged from （18.20±0.67） to （28.60±2.37）ind/cm.2， the deposit rate ranged from （7.53±0.23） to （11.20±1.86） L/hm.2. The control efficiency against Chilo suppressalis and Rhizoctonia solani under different treatments was 85.8%-93.1% and 89.7%-94.7% respectively. The results showed that different flight altitudes had different effects on the droplet density and deposit rate of UAV. In addition to the significant effect on the droplet density under different flight altitudes， the deposit rate had no significant effects. Combined with the quality indexes of UAV and control efficiency， the preferred flight altitude of UAV was 2.0-2.5 m.

Key words UAV;Droplet density;Deposit rate;Pest of rice;Control efficiency

作者简介蒲颇（1988—），男，四川成都人，农艺师，硕士，从事农作物病虫害监测与防治研究。

水稻（Oryza sativa L.）是四川最主要的粮食作物，常年种植面积190万hm.2以上[1]。四川稻区属亚热带季风气候，气候温暖湿润，水稻病虫害常发重发，常年发生面积400万hm.2以上，主要有二化螟（Chilo suppressalis）、白背飞虱（Sogatella furcifera）、三化螟（Tryporyza incertulas）、稻纵卷叶螟（Cnaphalocrocis medinalis）、稻瘟病（Pyricularia grisea）、稻曲病（Ustilaginoidea oryzae）、水稻纹枯病（Rhizoctonia solani）等[2]。目前，普遍采用背负式机动喷雾器等大容量、大雾滴“淋洗式”技术喷施化学农药对水稻病虫害进行防治，药液流失严重，农药利用率低，对农业生产环境造成了严重威胁[3]。不合理使用农药造成的土壤污染问题越来越受到人们的重视，赵其国[4]和陈印军等[5]研究发现，全国受农药污染的农田土壤超过930万hm.2。2015年农业部提出到2020年农药零增长行动计划[6]，迫切需要高效施药机械，改进精准施药技术，以适应新阶段提高农药利用率、建立绿色农业的需要[7-8]。农用植保无人机应用于农作物病虫害防治，在省工省力的同时也大大降低了环境污染，正逐渐成为现代农业农事的亮点与突破点[9]。据不完全统计，2019年四川省植保无人机保有量1 160余架，作业面积49.3万hm.2以上。植保无人机的推广应用，对于四川省农药利用率和施药作业效率的提升发挥了重要作用，为实现农药使用量零增长目标作出了贡献[3，10]。在应用过程中，不同喷雾因子对农药雾滴沉积分布特性影响很大，前人也作了研究[11-20]，但多以研究无人机飞行作业质量技术指标为重点，少有结合水稻病虫害防治效果，综合优选飞行参数。笔者以大疆MG-1S植保无人机和四川稻区水稻病虫害为研究对象，研究了不同飞行高度对药液沉积分布特性和二化螟、纹枯病等稻田主要病虫害防效的影响，以期为指导植保无人机应用于防治水稻病虫害提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验药械为大疆MG-1S型农用植保无人机（深圳市大疆创新科技有限公司），华盛泰山3W-15A背负式机动喷雾机（山东华盛中天机械集团股份有限公司）。

试验药剂为10%阿维·氟酰胺悬浮剂，75%肟菌·戊唑醇水分散粒剂（拜耳股份公司）。

试验设备为PH-Ⅱ-C手持式气象站，V700N雾滴沉积分析系统，DZ-650实时雾滴沉积监测系统，水敏纸。

1.2 试验设计

共设5个处理，具体见表1。处理①～③为不同飞行高度下植保无人机施药处理，处理④为背负式机动喷雾机施药处理，处理⑤为对照区，试验小区面积1 200 m.2（20 m×60 m）。

1.3 试验方法

1.3.1 雾滴测试卡布置。

分别在处理①～③中设置3条长度为10 m的取样带（即3个重复），在每条取样带上间隔0.5 m设1个采样点，在水稻剑叶叶片布置1张水敏纸。每个处理区选定1条采样线，将实时雾滴沉积监测传感器装置固定在采样片的位置。喷雾结束后收取水敏纸并装入自封袋备用[19，21]（图1）。

1.3.2 雾滴覆盖调查。

利用光学显微镜、实时雾滴沉积监测系统和雾滴沉积分析软件，按式（1）和式（2）计算平均覆盖密度及其变异系数[22]。

=ki=1niSN（1）

CV1=（X.2i）-（Xi）.2/NN-1×100（2）

式中，为雾滴平均覆盖密度，单位为个/cm.2;ni为第i个样片的雾滴个数;S为样片测量面积，单位为cm.2;N为样片总数;CV1为平均覆盖密度的变异系数。

1.3.3 雾滴沉积调查。

利用雾滴沉积分析软件测定雾滴数值中值直径和体积中值直径，按式（3）和式（4）计算平均沉积量及其变异系数[21]。

式中，为平均沉积量，单位为L/hm.2;Di为第i个样片的沉积量，单位为L/hm.2;N为样片总数;CV2为沉积量的变异系数。

1.3.4 防治效果调查。

于药后21 d，采用五点取样法，每点选取20丛，调查统计水稻螟虫的枯心（白穗）数和稻瘟病、稻曲病、纹枯病等主要病害的病株（叶）数，按式（5）、（6）和（7）计算枯心（白穗）率、病情指数以及防效[23-25]。

枯心（白穗）率=调查枯心（白穗）数调查总数×100%（5）

病情指数=各级病株（叶）数×相对级数值调查總数×9×100（6）

防治效果=CK-PTCK×100%（7）

式中，CK为对照区药后枯心（白穗）率或病情指数;PT为处理区药后枯心（白穗）率或病情指数。

1.3.5 安全性调查。

于药后7、14和21 d目测各处理对水稻的安全性，主要观察处理区水稻叶色、株高等生长指标。

1.4 数据处理

试验数据采用WPS 2016进行统计分析。用邓肯氏新复极差法（DMRT）进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同飞行高度对雾滴覆盖密度和沉积率的影响

由表2可知，雾滴覆盖密度随飞行高度的增加而逐渐增加，为（18.20±0.67）～（28.60±2.37）个/cm.2，变异系数为（39.1±1.26）%～（66.0±1.12）%;沉积量随飞行高度的增加，表现为先增加后减少，为（7.53±0.23）～（11.20±1.86）L/hm.2，变异系数为（60.6±8.29）%～（78.1±4.75）%。单因素方差分析结果表明，飞行高度显著影响植保无人机施药的雾滴覆盖密度（F=9.98，df=2，P<0.05），其中，处理①与处理③之间存在显著差异（P=0.010 4），其余处理间差异不显著;飞行高度对沉积量（F=2.58，df=2，P=0.155）无显著影响。

雾滴覆盖密度变异系数和沉积量变异系数表示雾滴分布的离散程度，在一定程度上反映了雾滴的分布均匀度。在2.0～3.0 m高度内，飞行高度增加，雾滴覆盖密度变异系数和沉积量变异系数逐渐减小，说明飞行高度增加可以减小雾滴覆盖和沉积的离散程度，提高雾滴分布的均匀性。

2.2 不同飞行高度对水稻病虫防效的影响

因该试验田块三化螟、稻纵卷叶螟等水稻螟虫和稻瘟病、稻曲病等水稻病害零星发生为害，没有达到防治指标，故仅对水稻二化螟和水稻纹枯病进行分析。由表3可知，施药后21 d，植保无人机施药防治水稻二化螟的枯心率为0.296%～0.609%，防效为85.8%～93.1%;传统背负式机动喷雾机施药处理的枯心率为0.348%，防效为91.9%。

植保无人机施药防治水稻纹枯病的病情指数为0.499～0.968，防效为89.7%～94.7%;传统背负式机动喷雾机施药处理的病情指数为0.522，防效为94.5%。

2.3 水稻安全性

试验期间，未观察到水稻药害症状出现，未见对其他生物有明显影响。

3 结论与讨论

该研究属于低空低容量飞行喷雾。该研究结果表明，无人机产生的向下气流能够使药液在水稻植株的不同部位附着，飞防处理的各项作业质量技术指标符合MH/T 1002.1—2016要求[22]。

药剂沉积分布试验结果表明，雾滴覆盖密度随着飞行高度增加而显著增加，在飞行高度为2 m时，雾滴覆盖密度最小，这与前人研究结果不一致[11-12，15-17]，可能与飞行作业时风速变化有关（处理①：2.4 m/s，处理②：04 m/s，处理③：13 m/s），陈盛德等[12]和曾爱军等[26]的研究结果证实了风场对航空喷雾的雾滴沉积分布有很大影响。在该试验中，随着无人机飞行高度的增加，雾滴覆盖密度变异系数和沉积量变异系数总体表现逐渐减小，说明飞行高度的增加可以使雾滴沉积分布的离散程度减小，提高了雾滴沉积分布均匀性，这与王昌陵等[15]研究结果一致。但前人研究发现飞行高度的变化在影响沉积分布均匀性的同时也与雾滴漂移性质相关，高度过高时反而会减弱下旋气流对雾滴的下压作用，加重雾滴飘失，降低农药利用率[13]。

防效试验结果表明，植保无人机飞防处理对水稻二化螟和水稻纹枯病的防治效果分别为85.8%～93.1%、89.7%～94.7%，传统背负式机动喷雾机的防效分别为91.9%、945%，飞防处理与传统地面施药处理防效差别不大，表明植保无人机应用于防治水稻病虫害是可靠的。袁会珠等[27]研究发现，飞防处理中单位面积一定量的雾滴密度和沉积量即可产生良好的防治效果，因此，采用大容量、淋洗式喷雾是对资源的浪费，也增加了环境污染。结合该研究飞行作业质量技术指标和防治效果，植保无人机施药防治水稻病虫的优选作业高度为2.0～2.5 m。

该研究仅针对不同飞行高度下植保无人机的雾滴沉积分布特性及水稻主要病虫防效进行了研究，至于其他飞行参数如飞行速度以及外部风场，不同农药剂型、不同农药助剂等因子对植保无人机在防治水稻病虫的影响，飞行作业质量技术指标与病虫防效间的关系等还有待进一步研究。

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