植保无人机飞防助剂的筛选及其性能评价

宋睿 沈国清 张永涛 唐飞龙 吴仁铭 马云良 张乃昌

摘要： 无人机植保飞防技术因其省工、省时和省水等优势在中国多种农作物上推广应用。然而，在飞防作业过程中，农药雾滴的飘移和蒸发会造成药效降低、环境污染和作物药害等问题。本研究以70%吡蚜酮可湿性粉剂为试验药剂，采用液滴接触角分析、蒸发测定和雾滴检测等方法，研究5种表面活性剂及其不同添加量对农药药液润湿性、防蒸发性及沉积性能影响，结果表明，添加2.0%（质量分数）阴离子型表面活性剂AS-1的药液性能最优。在此基础上，进一步开展AS-1与多糖类化合物GD复配及其性能评价研究。结果表明，将2.0%（质量分数）AS-1与0.2%（质量分数）GD复配制备成飞防助剂TAB78，添加于5种水稻常用农药药液，与未添加助剂的空白药液相比，添加飞防助剂TAB78的农药液滴接触角降低、雾滴蒸发时间延长、沉积覆盖率和沉积密度提高。采用安飞易M6-AG型无人机进行农药田间飞防喷雾试验，向水稻常用农药中添加TAB78后，药液覆盖率及沉积密度显著提高。

关键词： 植保无人机;飞防助剂;润湿性;防蒸发性;沉积效果

中图分类号： S482  文献标识码： A  文章编号： 1000-4440（2021）02-0333-07

Abstract： Aerial spray control technology based on unmanned aerial vehicles （UAVs） for plant protection have been promoted and applied in many crops in China for its advantages such as saving labor， time and water. However， in the process of aerial spray control， the drift and evaporation of pesticide droplets will result in problems such as reduced efficacy of pesticide， environmental pollution and phytotoxicity. In this study， pymetrozine 70% wettable powder （WP） was taken as the research object， and the methods of contact angle of droplets analysis， evaporability detection and droplets detection were adopted to study the effect of five surfactants and their additive amounts on wettability， preventing evaporability and deposition performance of pesticide solution. The results showed that pesticide solution adding 2.0% （mass fraction） anionic surfactant AS-1 was the best in performance. On this basis， further studies on the compounding of AS-1 and polysaccharide GD and its performance evaluation were carried out. The results showed that， after preparing spray adjuvant TAB78 by compounding 2.0% （mass fraction） AS-1 and 0.2% （mass fraction） GD， it was added into five common pesticide solutions for rice. Compared with the blank solution without adjuvant， the pesticide solutions adding spray adjuvant TAB78 showed the characteristics such as the reduced contact angles of pesticide droplets， the extended evaporation time， the increased coverage rate and density of deposition. Anfeiyi M6-AG UAV was used in field spray control experiments of pesticides. It showed that coverage rate and deposition density of pesticide solutions increased after adding TAB78 into the common pesticides used for rice.

Key words： unmanned aerial vehicle（UAV） plant protection;spray adjuvant;wettability;prevent evaporability;deposition effect

近年來，中国植保无人机飞防作业的应用发展迅速。研究结果表明，在稳定控制飞行高度和速度等飞行参数的情况下，飞防药剂的理化性质与雾化性能是影响药效的直接因素[1]。与常规地面喷雾施药相比，植保无人机作业高度高、雾滴从喷头到靶标距离远，施药更容易产生飘移，而添加飞防助剂具有减少飘移、增加药液沉积和提高飞防药效的作用[2-4]。刘迎等[5]报道了在使用植保无人机喷施75%的肟菌·戊唑醇水分散粒剂和20%噻菌铜悬浮剂时，飞防助剂的添加能够增加药液润湿面积和雾滴覆盖率，提高飞防药效。高赛超等[6]利用风洞试验研究了3种飞防助剂对植保无人机喷雾防治柑橘木虱的影响，发现通过添加倍达通、806和Y-20079等助剂，可减少雾滴的飘移。陈晓等[7]研究发现，在进行22%氟啶虫胺腈悬浮剂飞防作业时，添加ND-800飞防助剂可有效提高棉花叶片背面的雾滴沉积密度。

水稻是中国种植面积第二大的粮食作物，随着水稻种植的产业化，植保无人机在水稻病虫害防治上的应用前景十分广阔[8-9]。本研究以吡蚜酮等5种水稻常用农药为研究对象，采用液滴接触角分析、蒸发测定和雾滴检测等方法，在研究不同表面活性剂及添加比例对吡蚜酮喷雾雾滴润湿性、防蒸发性及沉积效果影响的基础上，开展水稻飞防助剂筛选及其性能评价研究，并在田间条件下，进行了农药无人机飞防喷雾试验，以期为推动水稻飞防助剂的研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 试剂

阴离子型表面活性剂AS-1、AS-2（国药集团化学试剂有限公司产品），非离子型表面活性剂A105、T60、TX-10[桑达化工（南通）有限公司产品]，多糖类化合物GD（上海源叶生物科技有限公司产品），市售飞防专用助剂（深圳雨燕智能科技服务有限公司产品）。

1.2 药剂

70%吡蚜酮可湿性粉剂、25%噻嗪酮悬浮剂、4%阿维菌素·啶虫脒微乳剂、20%啶虫脒可湿性粉剂购自深圳诺普信农化股份有限公司，每1 hm2推荐用量分别为135～180 g、300～450 ml、225～375 ml、120～180 g;14%甲维·茚蟲威悬浮剂购自江苏长青生物科技有限公司，每1 hm2推荐用量为150～300 ml;32.5%苯甲·嘧菌酯悬浮剂购自湖南长青润慷宝农化有限公司，每1 hm2推荐用量为450～600 g。

1.3 仪器与设备

电子天平（梅特勒-托利多仪器有限公司产品），载玻片（江苏飞舟玻塑有限公司产品），0.1～2.5 μl移液枪（赛默飞世尔科技有限公司产品），计时器（深圳市铭霞创贸易有限公司产品），DSA100接触角测定仪（德国KRUSS公司产品），3S电池、8 mm水管、管内走水高压喷头、植保机无刷水泵（骏化绿植农业有限公司产品，喷头及泵头参数见表1与表2），手持风速仪[优利德科技（中国）股份有限公司产品]，雾滴检测卡（云南斌静农业科技发展有限公司产品），Lide300扫描仪[佳能（中国）有限公司]，25 mm PPR聚丙烯管（HDRF诸暨市宏润商贸有限公司产品），M6-AG型植保无人机（安飞易无人机服务中心提供）。

1.4 飞防喷雾液的制备

根据产品使用说明中的推荐用量，稀释供试农药。按比例添加飞防助剂，按照推荐量添加市售飞防助剂，混匀后即获得飞防喷雾液。

1.5 飞防助剂性能测试

1.5.1 润湿性测试 采用躺滴法[10]，设置测试温度为25 ℃，选择静态接触角测定模式，在接触角分析仪（DSA100）操作台上，放置水稻叶片作为测定基底（水稻品种：青角307）。测试时，将飞防喷雾液注入滴液器，待仪器稳定后，操作软件控制液滴滴落，记录相应的接触角数值，每次滴定液体积设定为5 μl，每组试验重复3次，取平均值。

1.5.2 防蒸发性能测试 用0.1～2.5 μl移液枪准确吸取1.0 μl药液，垂直悬滴，无初速度地滴在水稻叶片上，当液滴完全离开移液枪枪头时开始计时，液滴完全蒸发时停止计时，记录液滴在25 ℃和70%相对湿度条件下完全蒸发所需时间，每组试验重复3次，取平均值作为蒸发时间[11-12]。

1.5.3 沉积性能测试 采用水敏纸图像分析法，进行沉积性能测试[13-14]。雾滴检测卡是一种水敏纸，在接触雾滴后会由黄色变为蓝色，运用软件进行处理后，可以计算检测卡上沉积的雾滴数量及覆盖率，进而显示出沉积效果。

图1展示了室内沉积性能测试的设计及布点示意图。选取平整的0.5 m×3.0 m的样方，均匀设置12个采样点，每个采样点处设置不同高度（30 cm、50 cm、80 cm）的细杆，分别对应模拟药液在作物植株低、中、高3个沉积位置。将检测卡固定在细杆顶部，显色面水平朝上。

喷施时使用无人机喷头，喷头流量为0.8 L/min，喷液量为30 L/hm2。喷施过程中喷头顶部距离地面1.5 m，喷幅夹角为110°，喷洒方向垂直向下。喷头的移动方向与样方的长中轴线（图1中箭头方向）平行，移动速度为1 m/s。喷洒结束后等待15 min，待雾滴检测卡完全干燥后，利用扫描仪将检测卡导入电脑，使用雾滴分析软件，进行雾滴覆盖率及沉积密度分析，试验重复3次。

1.5.4 田间试验 田间试验在上海市奉贤区进行，当天风向为东北风，风速为0.3 m/s。作业过程中使用安飞易无人机服务中心提供的M6-AG型植保无人机，配备4个VP110-015喷头，其喷头压力为0.35 MPa，喷幅为3.0 m，总流量为0.82 L/min，喷液量为30 L/hm2，飞行高度距水稻叶尖1.5 m，飞行速度为3.3 m/s。大田试验中无人机作业情况及采样布点如图2所示。随机选取一块水稻田，设置3个小区，每个小区长30.0 m，宽12.0 m，面积为360 m2，共21个采样点，每个采样点分别放置40 cm、70 cm和100 cm 3个高度的PPR管，并用夹子将雾滴检测卡固定在管顶部，显色一面水平朝上[15-16]。喷施结束后，将完全干燥的雾滴检测卡取下，进行后续分析。

2 结果与分析

2.1 不同表面活性剂及其添加量对农药药液润湿性的影响

70%吡蚜酮可湿性粉剂用水稀释100倍后，分别加入质量分数为0.1%～2.5%的AS-1、AS-2、TX-10、A105及T60，未加任何表面活性剂的吡蚜酮药液作为空白药液对照，使用DSA100接触角分析仪测定每组药液接触角。

如图3所示，添加了质量分数为0.1%～2.5% 的AS-1、AS-2、TX-10、A105和T60的农药药液平均接触角分别为25.5°、34.2°、44.1°、53.1°及56.8°，比未加任何表面活性剂的吡蚜酮药液（空白药液对照）分别减小了62.8%、50.2%、35.8%、22.7%及17.3%，表明这5种表面活性剂均可提高农药药液的润湿性，其中，添加AS-1的药液平均接触角下降最多，达到62.8%。添加量对药液接触角影响的研究结果表明，随着AS-1添加量的增加，药液接触角呈现先下降后上升的趋势，添加量为1.0%（质量分数）时药液接触角最小，为16.7°，润湿性提高了75.7%。

2.2 不同表面活性剂及其添加量对农药药液防蒸发性的影响

图4中显示了不同添加量的AS-1、AS-2、TX-10、A105和T60对农药药液蒸发时间的影响，空白对照组为未加任何表面活性剂的吡蚜酮药液。由图4可见，与空白药液和其他表面活性剂相比，添加AS-1、AS-2和A105能够显著延长药液蒸发时间，提高农药药液防蒸发性。其中，在添加质量分数为1.0%、1.5%和2.0%的AS-1、AS-2与A105时，药液蒸发时间比对照延长18.9%～41.5%。T60在添加量为1.0%、1.5%和2.0%（质量分数）时，蒸发时间分别延长1.8%～16.7%，而TX-10的添加则缩短了药液蒸发时间。

2.3 不同表面活性剂及其添加量对农药药液沉积性能的影响

农药雾滴在靶标作物叶面的覆盖和沉积性能是影响农药有效利用的关键，也是关系农业生态环境安全的重要因素[17]。为进一步明确表面活性剂种类及其添加量对农药药液覆盖率和沉积密度的影响，选择质量分数为1.0%、1.5%和2.0% 3个添加量，根据方法1.5.3所述的方法开展室内喷施试验，测定吡蚜酮药液在水稻叶片上的沉积覆盖率和沉积密度，结果如图5所示。从图5中可以看出，与空白药液对照相比，添加AS-1、AS-2、TX-10、A105和T60均能显著提高药液的沉积覆盖率和沉积密度。其中，添加2.0%（质量分数）AS-1药液的沉积覆盖率和沉积密度最高，分别为22.5%和1 cm2 272.5个。

为进一步提高药液沉积效果，开展多糖类化合物GD与2.0%（质量分数）AS-1复配对药液沉积覆盖率及沉积密度的影响研究，结果如表3所示。由表3可见，随着GD添加量的增加，添加GD与2.0%（质量分数）AS-1复配助剂的药液沉积覆盖率及沉积密度呈先升高后降低的趋势。复配助剂中，GD添加量为0.2%（质量分数）时，药液覆盖率和沉积密度均达到最高，分别为32.1%和1 cm2 305.9个，与空白药液对照相比，提高了435.0%与165.3%;与单独添加2%（质量分数）AS-1相比，提高了42.7%与12.3%。

图6展示了添加2.0%（質量分数）AS-1与0.2%（质量分数）GD的复配助剂（命名为TAB78）的药液与空白药液对照的检测卡对比图。图6中可见，喷施含有TAB78的药液时，雾滴检测卡上蓝色液滴的覆盖面积和沉积密度明显高于空白药液对照。对其润湿性和防蒸发性的研究结果表明，添加TAB78的药液接触角、蒸发时间分别为15.4°和1 284 s。分别比空白药液对照的接触角降低77.6%，蒸发时间延长51.4%。与单一表面活性剂（图3、图4）相比，添加TAB78的药液接触角降低了7.6%～73.5%、蒸发时间延长了6.9%～164.7%。

2.4 添加TAB78的稻田常用农药药液的润湿、防蒸发以及沉积效果

为验证TAB78飞防助剂对水稻常用农药的应用效果，选取了70%吡蚜酮可湿性粉剂、25%噻嗪酮悬浮剂、4%阿维菌素·啶虫脒微乳剂、20%啶虫脒可湿性粉剂、14%甲维·茚虫威悬浮剂+32.5%苯甲·嘧菌酯悬浮剂复配农药为研究对象，对添加TAB78后的农药药液进行润湿、防蒸发以及沉积效果测试，结果如图7所示。

由图7可见，添加TAB78后，与空白药液对照相比，25%噻嗪酮悬浮剂、4%阿维菌素·啶虫脒微乳剂、20%啶虫脒可湿性粉剂、14%甲维·茚虫威悬浮剂+32.5%苯甲·嘧菌酯悬浮剂复配农药的药液接触角分别下降了77.5%、59.1%、42.7%、59.2%和67.7%，平均下降61.2%;蒸发时间分别延长51.4%、39.8%、94.6%、62.3%和22.3%，平均延长54.1%;沉积覆盖率分别提高4.3倍、1.0倍、2.1倍、1.2倍和0.9倍，平均提高1.9倍;沉积密度分别提高1.7倍、0.7倍、0.4倍、0.4倍和0.9倍，平均提高0.8倍。表明TAB78的添加均可显著提高稻田常用农药药液的润湿、防蒸发及沉积效果。

2.5 添加TAB78的稻田常用农药药液在水稻植株上的沉积覆盖率和沉积密度

选取14%甲维·茚虫威悬浮剂+32.5%苯甲·嘧菌酯悬浮剂复配农药为研究对象，研究农药药液中分别加入TAB78和市售飞防助剂的田间喷雾效果。图8为使用安飞易M6-AG型植保无人机在稻田喷施时，水稻株上（100 cm）、中（70 cm）和下（40 cm）3个部位处药液雾滴的覆盖率和沉积密度。

由图8可见，添加2.2%（质量分数）TAB78飞防助剂的药液在水稻植株低、中、高3个部位的覆盖率分别为4.7%、7.1%和13.3%，分别比空白药液对照提高3.1倍、2.1倍和2.4倍，比市售飞防助剂提高51.9%、56.1%和77.0%;沉积密度分别为1 cm2 325.9个、351.4个和407.5个，分别比空白药液对照提高1.7倍、1.1倍和0.7倍，比市售飞防助剂提高12.1%、11.3%和8.4%。不同植株高度药液覆盖率和沉积密度比较结果表明，水稻植株上部农药药液的沉积覆盖率及密度高于下部，主要原因是水稻叶片的遮挡导致农药雾滴难以沉积到位置较低的叶片上。

3 讨论

本研究采用室内与田间试验相结合的方法，通过测定农药液滴接触角、蒸发时间、沉积覆盖率及沉积密度，研究5种表面活性剂及其添加量对吡蚜酮药液润湿性、防蒸发性和沉积效果影响，结果表明，按2.0%（质量分数）添加阴离子型表面活性剂AS-1的药液沉积覆盖率和沉积密度最高，分别为22.5%和1 cm2 272.5个。室内试验结果表明，按2.2%（质量分数）添加量，在水稻常用农药70%吡蚜酮可湿性粉剂、25%噻嗪酮悬浮剂、4%阿维菌素·啶虫脒微乳剂、20%啶虫脒可湿性粉剂、14%甲维·茚虫威悬浮剂+32.5%苯甲·嘧菌酯悬浮剂中加入TAB78后，药液接触角显著降低，蒸发时间、沉积覆盖率和沉积密度明显提高。田间飞防喷雾试验结果表明，添加TAB78飞防助剂的药液在水稻植株上的沉积覆盖率和沉积密度均优于市售飞防助剂。

飛防助剂的种类及其添加量是影响喷雾药液润湿性、防蒸发性和沉积效果的重要因素，选用合适的飞防助剂对于提高喷雾药液的抗飘移性和作物表面的沉积量具有重要作用。已有研究结果表明，使用无人机进行喷雾作业时，药液雾滴粒径较小，在有风和高温环境条件下容易发生飘移和蒸发，导致农药药液损失，造成环境污染。向农药喷雾药液中添加飞防助剂后，助剂中表面活性剂分子在气-液界面定向排列，形成界面膜，使农药液滴的表面张力降低，液滴与作物表面的接触角减小，润湿性提高[18-19]。周召路等[20]的研究结果表明，表面活性剂可与农药溶液相互作用形成一定的自组装结构，并将水分子束缚在结构内，从而减缓雾滴蒸发。在喷雾雾滴沉积研究方面，Lan等[21]通过田间试验发现，助剂的添加能够改变喷雾雾滴的性能，例如雾滴大小、沉积性能等，进而提高其覆盖率与沉积密度;何玲等[22]提出喷雾助剂的使用会增加雾滴在水稻冠层的沉积分布。本研究结果表明，水稻生长期进行无人机喷雾作业时，在农药药液中添加复配飞防助剂TAB78，能够有效提高喷雾药液的润湿性、防蒸发性和沉积效果，增加药液的有效持留，减少蒸发和漂移损失，从而达到提高飞防药剂沉积效果，确保飞防药效的目的。有关飞防助剂TAB78优化农药液滴润湿性、抗蒸发性和沉积性能的科学机理还有待进一步研究。

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（责任编辑：陈海霞）