不同植保机械喷施雾滴在水稻冠层沉积分布规律及对病虫害防效比较

陈奕璇 覃贵亮 周晓欣 黄军军 蒙全 吴俊辉 闫晓静 袁会珠, *

不同植保机械喷施雾滴在水稻冠层沉积分布规律及对病虫害防效比较

陈奕璇1 覃贵亮2周晓欣1黄军军2蒙全3吴俊辉1闫晓静1袁会珠1, *

(1中国农业科学院 植物保护研究所，北京 100193；2广西壮族自治区植保站, 南宁 530022 ；3贵港市港南区植物保护工作站，广西 贵港 537100;*通信联系人,E-mail: hzhyuan@ippcaas.cn)

【】为阐明无人机与地面植保机械喷施雾滴在水稻冠层的沉积分布特征，比较其对不同冠层病虫害防治效果，科学推广及使用植保机械。【】采用雾滴沉积分布检测、利用率测定以及田间调查等方法，研究6种不同植保机械在水稻田喷雾后雾滴在冠层的沉积分布、利用率以及对纹枯病和稻纵卷叶螟的防治效果。【】3种无人飞机喷施雾滴在水稻冠层的沉积密度和覆盖率差异显著，在冠层上部的沉积量较其他3种地面植保机械高，但在下部的沉积量低。不同植保机械在冠层上、中、下层的沉积密度、覆盖率以及沉积量均呈递减趋势。施药后14 d，3种无人机较其他3种地面植保机械对稻纵卷叶螟的防效更高，为73.2%～84.7%。电动喷雾器和担架式喷雾机较3种无人飞机对纹枯病的防效更高，为79.6%～85.2%。【】针对水稻冠层上层虫害稻纵卷叶螟使用无人飞机进行防治效果更好，针对冠层下层病害纹枯病使用施药液量较大的地面植保机械防治效果更好。

植保机械; 纹枯病; 稻纵卷叶螟; 雾滴沉积分布; 防治效果

使用植保机械是农作物病虫草害防治的重要手段之一[1]。21世纪以来，中国植保机械的发展经历了从手动、低效向大型化、高效化、精准化、智能化发展的过程[2-3]。特别是国家大力推进统防统治及到2020年农药使用零增长行动等，拓宽了新型高效植保机械的需求空间，大大加快了中国植保机械升级换代步伐[4]。根据我国土地规模种植的特点，施药机具必然以中小型为主，例如背负式喷雾器、担架式喷雾机、无人飞机等，辅之以大型机械，例如喷杆喷雾机等。

水稻纹枯病是全球范围内危害严重的水稻三大病害之一[5-6]，主要危害冠层下层叶鞘、叶片，严重时叶片出现枯死，导致水稻不能正常抽穗，甚至整株死亡[7]。稻纵卷叶螟是水稻上的一种重要农业害虫，近年来常年暴发性发生，主要以幼虫取食冠层上层叶片并形成卷叶，最终影响水稻的光合作用造成减产，且卷叶率越高对水稻造成的影响越严重[8-9]。目前很多研究报道仅限于植保机械喷雾性能、雾滴沉积和对病虫害防治效果等方面。苏小计等[10]研究表明，电动喷雾器、机动弥雾机和自走式喷杆喷雾机沉积利用率较高，达到51.4% ～63.7%，单旋翼无人飞机和地面喷雾机械防治效果达到80%以上，优于其他低空低量植保机械。陈奕璇等[11]研究表明，添加合适的助剂后喷雾可显著提高农药在靶标叶片上的沉积量和沉积利用率。姚毅等[12]研究表明，植保无人飞机防治稻纵卷叶螟的防效在95.13%以上，与人工施药无显著差异。孙亦诚等[13]研究表明，使用高地隙喷杆喷雾机防治稻纵卷叶螟和纹枯病的防治效果显著优于使用担架式机动喷雾器和背负式机动弥雾机。然而针对水稻病虫害的不同危(为)害部位，无人飞机和地面植保机械是否会产生不同的药液沉积分布以及防治效果还未见系统报道。本比较选择了6种植保机械包括单旋翼无人飞机、多旋翼无人飞机、喷杆喷雾机、担架式喷雾机以及背负式喷雾器，比较分析市面上不同植保机械在水稻田喷雾后的雾滴沉积分布以及对不同冠层病虫害稻纵卷叶螟和纹枯病的防治效果，以期为科学推广及使用植保机械提供理论依据和技术支撑。

图1 单旋翼电动无人飞机

Fig. 1. Single-rotor electric unmanned aircraft.

图2 四旋翼电动无人飞机

Fig. 2. Four-rotor electric unmanned aircraft.

1 材料与方法

1.1 材料

试验在广西壮族自治区(简称广西)贵港市港南区木格镇良坡村水稻田进行。水稻种植区地势平坦，土壤为砂壤土，肥力中等、均匀一致且连片。采用机插移栽的种植方式，种植密度为24穴/m2，试验时水稻正处于孕穗期，株高0.9～1.1 m，品种为粮发香丝。主要病虫害为稻纵卷叶螟[(Guenée)]和纹枯病(Sheath blight)。试验期间，水稻田温度为32.8～35.4℃，相对湿度39.7%～ 45.2%，风速1.2～2.2 m/s。

试剂及药剂：示踪剂为诱惑红85，由浙江吉高德色素科技有限公司生产；助剂为三硅氧烷类助剂奇功，由桂林集琦生化有限公司生产；药剂为15%甲维·茚虫威(emamectin benzoate·indoxacarb)悬浮剂(防治稻纵卷叶螟)和325 g/L苯甲·嘧菌酯(difenoconazole·azoxystrobin)悬浮剂(防治纹枯病)，由河北威远生物化工有限公司生产。

仪器：水敏纸，中国农业科学院植物保护研究所；NK5000(Kestrel 5000)风速气象仪，美国 NK公司；MRS-2400U2C扫描仪，上海中晶科技有限公司；FlexStation 3全波长扫描多功能读数仪，美国Molecular Devices 公司；Z-3N单旋翼电动无人飞机，中国人民解放军总参谋部第六十研究所(图1)；P20四旋翼电动无人飞机，广州极飞科技有限公司(图2)；3WWDZ-16B六旋翼电动无人飞机，广西云瑞科技有限公司(图3)；3WSH-500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(图4)；3WH-36T手推担架式喷雾机，山东华盛中天机械集团有限公司(图5)；背负式电动喷雾器，山东卫士植保机械有限公司(图6)。

图3 六旋翼电动无人飞机

Fig. 3. Six-rotor electric unmanned aircraft.

图4 自走式喷杆喷雾机

Fig. 4. Self-propelled boom sprayer.

图5 手推担架式喷雾机

Fig. 5. Hand driven stretcher sprayer.

图6 背负式电动喷雾器

Fig. 6. Knapsack electric sprayer.

1.2 试验设计

试验于2019年9月24日进行，共设7个处理，包括1个空白对照和6个植保机械喷雾处理。6个处理的用药量均相同，15%甲维•茚虫威SC 0.75 L/ hm2，325 g/L苯甲•嘧菌酯SC 0.6 L/ hm2，诱惑红的用量均为450 g/hm2。作业小区长74 m，宽9 m，每个处理设3次重复(表1)。

1.3 试验方法

1.3.1 雾滴沉积密度及覆盖率的测定

根据陈奕璇等[14]的方法布置雾滴采集带和采集装置(图7)，计算雾滴沉积密度和覆盖率。

1.3.2 不同植保机械喷雾农药沉积量的测定

根据Gao等[15]的方法得到诱惑红标准曲线，计算不同冠层单位面积的沉积量。

1.3.3 不同植保机械喷雾农药沉积利用率的测定

本研究参照《农药利用率田间测定方法第1部分：大田作物茎叶喷雾的农药沉积利用率测定方法：诱惑红指示剂法》(NY/T3630.1－2020)[16]进行农药沉积利用率测定。试验前随机选取5个1 m×1m的试验田块，调查每个田块的水稻丛数，取平均值即得试验田水稻种植密度。试验结束后，每个小区内随机选取10个点，每点取1丛水稻，放入自封袋内进行沉积利用率的测定与计算。测定时向自封袋中加入50 mL蒸馏水，震荡洗涤5 min使诱惑红完全溶解于水中，洗脱液经0.22 µm水系过滤膜过滤后用全波长扫描多功能读数仪测定洗涤液在514 nm处的吸光值。根据1.3.2诱惑红标准曲线计算洗涤液中诱惑红的浓度，利用公式进一步计算得到农药沉积利用率。农药沉积利用率(%)=(洗涤液中指示剂的浓度×洗涤液体积×种植密度) /单位面积施药量×100%。

表1 各处理参数

1.3.4 不同植保机械喷雾对纹枯病防效的测定

参照《田间药效试验准则(一)：杀菌剂防治水稻纹枯病》(GB/T 17980.20－2000)[17]进行防效调查。在水稻田施药前调查病情基数，并在施药后14 d进行药效调查。根据水稻叶鞘和叶片为害症状程度分级，以株为单位，每小区对角线五点取样，每点调查相连10丛，共50丛，记录总株数、病株数和病级数，并计算病情指数和防治效果。采用直线取样法，每小区取50丛，调查记录病丛数、总株数和病株数，计算病丛率和病株率，病丛率(%)=(病丛数/调查总丛数)×100，病株率(%)=(病株数/调查总株数)×100。

1.3.5 不同植保机械喷雾对稻纵卷叶螟防效测定

参照《田间药效试验准则(一)：杀虫剂防治稻纵卷叶螟》(GB/T 17980.2－2000)[18]进行防效调查。在水稻田施药前调查病情基数，并在施药后14 d进行药效调查。每小区五点取样共查50丛稻，统计卷叶率，与对照区卷叶率比较，计算保叶效果即相对防效。卷叶率=调查卷叶数/调查总叶数×100%，防治效果=(对照区卷叶率−处理区卷叶率)×100%/对照区卷叶率。

图7 在水稻冠层取样位置放置的水敏纸和滤纸

Fig. 7. Placement of water-sensitive paper (WSP) and filter paper at each sampling position in rice canopy.

1.4 数据分析

采用DPS 14.50软件进行数据统计分析，应用Duncan新复极差法进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同植保机械喷施雾滴沉积密度及覆盖率的分布规律

由表2可知，三种无人飞机喷雾后雾滴在水稻冠层的沉积密度和覆盖率差异显著。四旋翼无人飞机喷雾后雾滴在水稻冠层上、中层的沉积密度显著大于单旋翼无人飞机以及六旋翼无人飞机。同时四旋翼无人飞机喷雾后在水稻冠层的覆盖率较其他两种植保无人飞机更高。雾滴在水稻冠层上、中、下3层的沉积密度和覆盖率均呈递减趋势，在水稻冠层下层的沉积密度和覆盖率最低，分别占上层的12.3%～18.6%和12.6%～14.5%。由于自走式喷杆喷雾机、担架式喷雾机和背负式电动喷雾器施药液量大，导致雾滴采集装置水敏纸被药液大面积浸湿，无法用扫描仪准确测得雾滴沉积密度和覆盖率数据，故此部分数据不予采用。

表2 不同植保机械喷施雾滴沉积密度及覆盖率的分布规律

表中数据为平均数±标准差。同列不同小写字母表示经Duncan新复极差法检验在<0.05水平差异显著。

Data are mean±SD. Different lowercase letters within the same column indicate significant difference at0.05 level by Duncan’s new multiple range test.

表中数据为平均数±标准差。同列不同小写字母表示经Duncan新复极差法检验在<0.05水平差异显著。

Data are mean±SD. Different lowercase letters with in the same column indicate significant difference at0.05 level by Duncan’s new multiple range test.

2.2 不同植保机械喷雾在水稻冠层沉积量的比较

由表3可知，3种无人飞机在水稻冠层上层的沉积量较其他3种地面植保机械的更高；6种植保机械在水稻冠层中层的沉积量无显著差异；3种无人飞机在水稻冠层下层的沉积量显著低于其他3种植保机械。雾滴在水稻冠层上、中、下3层的沉积量呈递减趋势，雾滴在水稻冠层下层的沉积量最低，占上层的13.8%～48.6%，与雾滴在水稻冠层的沉积密度和覆盖率变化基本一致。

2.3 不同植保机械在水稻田喷雾农药沉积利用率的比较

如表3所示，四旋翼无人飞机和六旋翼无人飞机喷雾在水稻田的农药沉积利用率较其他4种植保机械更高。

2.4 不同植保机械喷雾对水稻纹枯病防效的比较

不同植保机械喷雾后对水稻纹枯病的防效如表4所示，背负式电动喷雾器的防效最高，其次为担架式喷雾机，再次为单旋翼无人飞机，四旋翼、六旋翼无人飞机及自走式喷杆喷雾机的防效相当。

2.5 不同植保机械喷雾对稻纵卷叶螟防效的比较

不同植保机械喷雾后对稻纵卷叶螟的防效如表5所示。6种植保机械施药后14 d，水稻田的卷叶率明显降低。3种无人飞机在水稻田喷雾后的卷叶率较其他3种地面植保机械更低。六旋翼无人飞机施药后对稻纵卷叶螟的防效最高，其次为四旋翼无人飞机和单旋翼无人飞机，自走式喷杆喷雾机、担架式喷雾机、背负式电动喷雾器的防效相当。

3 讨论

系统研究无人飞机和地面植保机械在水稻田喷雾后药液雾滴在冠层的沉积分布以及对不同冠层病虫害防治效果的影响是本文的核心目的。研究表明四旋翼无人飞机喷雾后雾滴在水稻冠层上、中层的沉积密度显著大于单旋翼无人飞机以及六旋翼无人飞机。可能是由于单旋翼和六旋翼无人飞机使用的为圆锥雾喷头，而圆锥雾喷头的飘移潜在指数大，小雾滴(体积中径＜100 µm)所占的百分比大，雾滴更容易发生飘移[19]。3种无人飞机在水稻冠层上层的沉积量较其他3种地面植保机械更高，但在下层的沉积量较其他3种地面机械更低且差异显著，可能是因为地面植保机械较无人飞机施药液量更高且距作物冠层更近，药液超过叶片的最大持留量发生聚并流失且更容易穿透到作物冠层下[20-21]。6种植保机械在水稻冠层上、中、下3层的沉积量呈递减趋势，在水稻冠层下层的沉积量最低。

表5 不同植保机械喷雾对稻纵卷叶螟防效的比较

施药后14 d，对水稻纹枯病的防效以背负式电动喷雾器和担架式喷雾机2种地面植保机械的防效最高，表明防控水稻下层、基部的病害，地面植保机械较无人飞机防治效果更好，可能因为无人飞机空中作业，雾滴更容易飘移、蒸发，且施药量低，药液难以穿过层层叶片渗透到作物下部[22-23]。由于无人飞机水稻田喷雾在冠层上层的农药沉积量更高，所以防控水稻冠层上层虫害稻纵卷叶螟的防效均高于3种地面植保机械。苏小记等[10]研究结果表明，防控小麦冠层上层虫害，无人飞机比电动喷雾器、担架式喷雾机和自走式喷杆喷雾机更具优势，本研究验证了以上结果。宁清丽等[24]研究表明，植保无人飞机防治水稻冠层上层虫害稻纵卷叶螟较地面植保机械防效更好，本研究验证了以上结果。

本研究结果表明，虽然四旋翼和六旋翼的农药沉积利用率较其他植保机械更高，但在水稻冠层下层的药液沉积量较其他植保机械更低，所以对发生在水稻基部的纹枯病的防效较低。地面植保机械施药液量大，雾滴累积的药液量超出叶片的流失点，药剂随药液流失，药液用量越多，药剂流失越多，与未流失者相比需要2倍以上的农药剂量才能保证害虫获得致死剂量，导致地面植保机械对稻纵卷叶螟的防效较低[25]。综上所述，针对水稻冠层上层稻纵卷叶螟应使用无人飞机进行防治，针对冠层下层纹枯病使用施药液量较大的地面植保机械防治效果更好。本研究仅在水稻田进行了不同植保机械的田间沉积测试和为害冠层不同部位的两种病虫害防治效果比较，不同喷雾技术对其他病虫害的防治效果有待进一步研究。

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Deposition and Distribution of Droplets Sprayed by Different Plant Protection Machinery in Rice Canopy and Comparison of Control Effects on Diseases and Pests

CHEN Yixuan1, QIN Guiliang2, ZHOU Xiaoxin1, HUANG Junjun2, MENG Quan3, WU Junhui1, YAN Xiaojing1, YUAN Huizhu1, *

(1Institute of Plant Protection, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100193, China;2Plant Protection Station of Guangxi Zhuang Autonomous Region, Nanning 530022, China;3Plant Protection Station of Gangnan District of Guigang City,Guigang 537100, China;*Corresponding author, E-mail: hzhyuan@ippcaas.cn）

【】To clarify the deposition and distribution characteristics of droplets sprayed by unmanned aircrafts and ground plant protection machinery in rice canopy, compare their control effects on diseases and pests in different canopy, and scientifically popularize and use plant protection machinery. 【】The distribution and utilization of droplets on the canopy of six kinds of plant protection machinery were studied by means of droplet deposition distribution detection, utilization rate measurement and field investigation, and their control effects on sheath blight andwere also studied. 【】The results showed that the deposition density and coverage of droplets sprayed by the three UAVs in rice canopy were significantly different. The deposition in the upper part of the rice canopy was higher than that of the other three ground plant protection machines, but the deposition in the lower part was lower and the difference was significant. The deposition density, coverage and deposition of different plant protection machinery on the upper, middle and lower layers of rice canopy showed a decreasing trend. Fourteen days after application, the control effect of the three kinds of unmanned aircraft on rice leaf rollers was higher than that of the other three kinds of ground plant protection machinery, up to 73.2%－84.7%. The electric sprayer and stretcher sprayer are more effective against the sheath blight than the 3 UAVs, up to79.6%－85.2%. 【】It is better to use unmanned aircraft to control rice leaf rollers in the upper layer of rice canopy, while it is better to use ground plant protection machinery with large amount of pesticide solution for sheath blight in the lower layer of canopy.

plant protection machinery; sheath blight;; droplet deposition distribution; control effect

10.16819/j.1001-7216.2022.210704

2021-07-09；

2021-12-07。

国家自然科学基金资助项目(32072468)；国家重点研发计划资助项目(2016YFD0201305)。