植保无人飞机低容量喷雾在山东设施茶园防治半翅目害虫的应用研究

张瑞瑞　郝岩岩　张瑜等

关键词 植保无人飞机；设施茶园；雾滴沉积分布；防治效果

中图分类号：S 49 文献标识码：B DOI：10.16688／j.zwbh.2022251

随着山东茶区茶树种植面积的不断扩大，害虫的种类逐渐增多，为害程度逐渐加重。小贯小绿叶蝉Empoasca onukii Matsuda和黑刺粉虱Aleuro-canthus spini ferus Quaintance防治压力增大[1]。叶蝉刺吸茶树新梢汁液为害，影响树体养分和水分正常运输，导致新梢生长受阻，使茶芽畸形、焦枯[2]；黑刺粉虱主要以若虫栖息于茶树叶背刺吸汁液为害，排泄蜜露诱发煤烟病，降低茶树光合作用，茶树发芽率低、芽头瘦弱[3-4]。

植保无人飞机施药具有靶标精准、高效灵活、不伤害作物、不对土壤产生重复碾压、省时省力省药等优点。近年来，植保无人飞机在作物病虫害防治中的应用越来越广泛，是植保施药方式的发展趋势[5]。植保无人飞机施药适用于作物上刺吸式口器害虫的防治。例如，植保无人飞机在距玉米株冠顶部1m、飞行速度6m／s、施药量为15 L／hm的条件下作业对玉米三点斑叶蝉Zygina salina Mit速效性和持效性均较理想[6]。刘明云等[7]的研究表明，四旋翼植保无人飞机喷施氟啶虫酰胺、噻虫嗪等对棉蚜Aphis gossypii Glover防效较优。

山东地区茶园多分布于鲁中南山丘区和胶东丘陵区，该地区主要依靠设施栽培措施和矮化密植方式保护茶树越冬，这些因素给传统人工施药带来诸多不便。另外，随着农村劳动力日益老龄化和短缺，迫切需求高功效、轻简化的无人机施药技术来缓解茶园害虫防治压力和节省劳动成本[8]。本研究对两种不同类型植保无人飞机在设施茶园中施药与目前山东茶区普遍使用的常规背负式电动喷雾器进行比较，研究不同施药器械的雾滴在茶树冠层沉积分布规律及对茶园优势害虫的防效，以期为植保无人飞机施药技术在山东设施茶园害虫防治中的应用提供参考。

1材料与方法

1.1试验地概况及气象条件

试验于2021年6月18日在泰安市东兴农业有限公司茶园（36.17°N，116.49°E）进行，试验茶园处于山坡丘陵地带，茶树品种为‘鸠坑种’，树龄为10年。设施棚架高2.4m，宽7.5m。茶行高度为0.7m左右，宽幅0.9m，茶垄间距0.6m。在试验进行时，用温湿度表和风速仪测量并记录环境参数：平均温度29.5℃，相对湿度50%，风速为1.2m／s。

1.2试验材料与设备

1.2.1试验药剂

试验药剂为100g/L联苯菊酯乳油（EC）和25 g/L溴氰菊酯乳油（EC），拜耳作物科学（中国）有限公司；22%氟啶蟲胺腈悬浮剂，科迪华农业科技有限责任公司。

1.2.2施药器械

I型植保无人飞机（极目E-A2021全域感知植保无人飞机，苏州极目机器人科技有限公司）旋翼4个、有效载荷为20 kg、喷幅4m、喷头类型为弥雾喷头；Ⅱ型植保无人飞机（极飞P20 2017款植保无人飞机，广州极飞科技股份有限公司）旋翼4个、有效载荷为16 kg、喷幅4m、喷头类型为离心喷头；背负式电动喷雾器（田宝3WBD-20型电动喷雾器，山东摩森机械有限公司）配锥形压力喷头。

1.2.3试验仪器

PM6252风速仪，华谊仪表有限公司；DT-83温湿度仪，深圳市华图电气有限公司；136W惠普扫描仪；水敏纸，规格76 mm×26 mm，瑞士先正达作物保护公司。

1.3试验方法

1.3.1试验设计

每种施药器械处理为100 g/L联苯菊酯乳油60 mg/L、25 g/L溴氰菊酯乳油60 mg/L、22%氟啶虫胺腈悬浮剂60、120 mg/L和240 mg/L。每个茶棚为一个试验小区，面积为300 m，共设10个飞防处理和5个人工喷雾处理，植保无人飞机飞行参数采取中等水平，用水量为30L／hm，植保无人飞机的作业高度为3.7 m（植保无人飞机距棚架为1.3 m），飞行速度为3m／s，喷幅4m。人工喷雾处理：垄距60 cm，5行区，行长20 m，小区面积60m，喷药时人工使用手动喷雾机左右“Z”形摆动推进，人工作业行走速度为0.207m/s，喷施时注意将喷嘴对准茶树不同位置，确保农药喷施均匀，试验随机区组排列，设置不施药空白对照。

1.3.2雾滴在茶树冠层的沉积分布调查

喷雾开始前，在联苯菊酯处理区的茶树冠层的上（离地面0.7m）、中（离地面0.4 m）、下（离地面0.1 m）部叶片的正反两面各布置一张水敏纸；喷雾结束后，待药液干后分别收集不同位置的水敏纸装入装有干燥剂的5#自封袋，带回实验室用Depositscan软件统计雾滴粒径、密度及农药覆盖率和沉积量。

1.3.3对茶园半翅目害虫防治效果及天敌数量的调查

分别在施药后的3d和5d调查施药区和空白对照区的虫口数量。每小区调查统计100个芽下第2片嫩叶上的小贯小绿叶蝉和黑刺粉虱虫口数量。另外，为了进一步利用天敌防治茶园半翅目害虫，本试验对芽头上的瓢虫进行记录。

根据调查数据计算虫口减退率和防治效果。虫口减退率=（施药前活虫数－施药后活虫数）／施药前活虫数×100%；防治效果=（药剂处理区虫口减退率－空白对照区虫口减退率）／（1－空白对照区虫口减退率）×100%。

1.4数据统计分析

相关数据使用Excel和SPSS 21软件进行统计分析。用Tukey’s HSD检验进行差异显著性分析。作图软件为Origin 2021。

2结果与分析

2.1不同部位茶树叶片上雾滴覆盖密度和沉积量分析

Ⅰ型植保无人飞机、Ⅱ型植保无人飞机和背负式喷雾器在茶树叶片上平均雾滴密度分别为102.72个／cm、50.58个／cm和29.83个/cm，以工型植保无人飞机喷雾在茶树叶片上的雾滴密度最大。两种植保无人飞机施药雾滴在茶树上层的沉积密度最大，其次中层，下层沉积较少；茶树叶片正面雾滴密度大于叶片反面；雾滴密度在茶树不同部位和叶片正反面差异显著（P<0.05）；传统背负式喷雾器施药方式在茶树中层的雾滴沉积密度大于上层和下层（图2）。Ⅰ型植保无人飞机、Ⅱ型植保无人飞机和背负式喷雾器药液沉积总量分别为0.175、0.371μL/cm和53.562μL/cm，雾滴覆盖率均值分别为1.95%、2.52%和19.42%。植保无人飞机喷雾在茶树上层、中层和下层叶片正面上的药液沉积量和覆盖率显著低于背负式喷雾器；不同施药器械雾滴在茶树叶片正面的沉积量和覆盖率大于反面；植保无人飞机处理区中雾滴在茶树上、中、下层中叶片正、反面的沉积量和覆盖率比背负式喷雾器均匀（图2）。

2.2不同施药处理对茶园半翅目害虫的防治效果

如图3所示，Ⅰ型植保无人飞机喷施100g/L联苯菊酯乳油60mg/L、25g/L溴氰菊酯乳油60 mg/L、22%氟啶虫胺腈悬浮剂60 mg/L，施药后3d对黑刺粉虱的防效分别为54.22%、73.07%、66.49%，施药后5d的防效分别为47.91%、67.11%、51.13%。Ⅱ型植保无人飞机这3个药剂处理施药后3d对黑刺粉虱的防效分别为57.67%、60.29%、65.35%（图3），5d后的防效分别为39.98%、44.83%、64.11%。植保无人飞机施药后的防效和持效性高于背负式喷雾器。两种植保无人飞机喷施22%氟啶虫胺腈悬浮剂240 mg/L后对黑刺粉虱3d的防效分别为82.20%和82.12%，5d的防效为71.73%和57.68%，该浓度处理对防治茶树黑刺粉虱具有速效性且持续性较好。植保无人飞机与背负式喷雾器施药后对小贯小绿叶蝉的防效无显著性差异（图3）。Ⅰ型植保无人飞机喷施22%氟啶虫胺腈悬浮剂240 mg/L和25 g/L溴氰菊酯乳油60 mg/L3d后，对小贯小绿叶蝉的防效分别为84.44%和76.16%；Ⅱ型植保无人飞机喷施25 g/L溴氰菊酯乳油60 mg/L、100 g/L联苯菊酯乳油60 mg/L和22%氟啶虫胺腈悬浮剂240 mg/L 3 d后，防治效果分别为98.18%、94.70%和93.94%;背负式喷雾器各种药剂处理3d对小贯小绿叶蝉的防效均高于85%（图3）。与空白对照相比，不同施药器械不同药剂处理中瓢虫数量没有显著差异（图4）。

2.3不同施药器械的经济成本分析

两种施药器械一次施药的成本估计见表1，对比分析了两者防治1hm茶园时其用药、用水及成本的差别。结果显示1hm茶园人工背负式喷雾的用药量及成本是植保无人飞机的2倍，用水量及成本是植保无人飞机的20倍，人工成本是植保无人飞机的5.8倍，动力成本是植保无人飞机的6.3倍，总成本是植保无人飞机的8.9倍。

3结论与讨论

农药喷雾时的雾滴沉积分布特征是评价植保无人飞机喷施作业性能的重要标准，对靶标害虫的防效也具有显著影响[9]。离心式噴头具有雾滴分布均匀[10]、雾化性能好[11]等优点，因此，植保无人飞机喷雾的雾滴密度均高于背负式电动喷雾器。同时，与背负式喷雾器喷雾雾滴主要集中在茶树中层叶片正面相比，植保无人飞机通过螺旋桨产生的下旋气流能很好地使雾滴具有穿透性，显著提高茶树不同部位和叶片背面的着药量，这都说明植保无人飞机的喷雾效果要优于背负式电动喷雾器。但植保无人飞机施药的高利用率可能会导致茶树叶片有较高的农药残留[8，12]，植保无人飞机施药雾滴在茶树不同部位的沉积分布规律总体为上层>中层>下层，茶树叶片正面>背面。植保无人飞机喷雾在甘蔗、水稻等作物的上层雾滴沉积量同样大于中层和下层雾滴沉积量，与本试验结果相符[13-14]，原因主要是受重力作用、叶片阻挡效应以及受环境影响产生雾滴飘移，造成上述雾滴分布规律[15]。背负式喷雾器的雾滴大部分分布在茶树中上层叶片正面，主要是因为喷嘴主要在茶行中上层作业，喷雾的穿透力弱，大雾滴容易覆盖在叶片正面，叶片背面难以积聚药液。较细的雾滴能增加农药接触靶标的几率，覆盖也更加均匀[8]。

施药雾滴沉积分布和穿透程度以及靶标害虫的习性直接影响药剂对害虫的防效，这与飞行作业高度、飞行速度、喷头类型、气温、风速等参数和环境因素密切相关[6]。茶树灌丛郁闭度大，黑刺粉虱主要在茶丛中下层滋生，并栖息在茶树叶片背面[3]，传统施药方式防治难度较大[16]。本试验结果表明，植保无人飞机喷雾雾滴在叶片背面沉积量、覆盖率、雾滴密度要优于背负式喷雾器作业，喷雾雾滴穿透性好，在茶树不同部位分布较均匀，叶片背面也有大量沉积布展，背负式喷雾器施药雾滴难以穿透茶树上层而沉积到茶树中下层，因此，植保无人飞机喷雾对黑刺粉虱的防治效果和持效性显著优于背负式喷雾器。植保无人飞机施药对小贯小绿叶蝉的防效与背负式喷雾器相当。研究表明，植保无人飞机喷施虫螨腈等杀虫剂对小贯小绿叶蝉的防效与背负式喷雾器相当，但雾滴沉积分布和作业效率均优于背负式电动喷雾器[8，17]。小贯小绿叶蝉主要分布在茶树上层幼嫩茶梢上，而植保无人飞机和背负式喷雾器施药在茶树上层的雾滴沉积量最大，因此，两种施药方式之间效果没有差异[8，17]。而瓢虫在茶园中短距离迁徙能力较强，不同施药方式对其在茶园中数量影响较小。

采用植保无人飞机施药能显著节水、减药，减少农田土壤与水质污染，有效降低理论农业成本与资源成本[17]。在保证防治效果的前提下，使用植保无人飞机防治茶园害虫可节水、省药，减少了劳动力和资源投入，有效降低山区丘陵茶园害虫的防治成本。利于田间通风透光，减少荫蔽，降低湿度，改善田间小气候，抑制锈病的发生流行，也有利于玉米增产；三是注意田间水分管理，生长期间如遇持续降雨，应及时排除田间积水；四是推广不同基因型玉米品种间作，可以明显减轻玉米南方锈病的发生[13]，如通过‘鲁单981’（抗病）和‘郑单958’（感病）1：1间作可以减轻高感品种‘郑单958’南方锈病的发病程度[14]。

3.4发病初期及时进行药剂防治

南方锈病的药剂防治关键是掌握防治时期，要做到早防早治，力求在发病初期（零星病叶期）及时进行药剂防治，以达事半功倍的效果。要加强病害监测预警工作，根据天气情况、南方菌源数量、当地品种抗性等因素对当年玉米南方锈病发生时期及发病程度进行科学预判，指导病害药剂防治工作。在施药防治技术方面，可以利用自走式植保施药机械或植保无人机在玉米大喇叭口期或发病初期进行喷药，药剂可选用12.5%烯唑醇可湿性粉剂4000～5000倍液、25%粉锈宁可湿性粉剂1000倍液、18.7%丙环·嘧菌酯悬乳剂1000mL／hm、32.5%苯甲·嘧菌酯悬浮剂500 mL/hm、43%戊唑醇悬浮剂300 g／hm等[9-10，15-16]，一般喷药一次即可，必要时间隔2～3周后再施药一次。如喷药后12h遇雨，要在雨后及时补治。