植保无人机喷施球孢白僵菌制剂防治水稻二化螟飞行参数筛选

张 强，朱晓敏，赫思聪，高 悦，李启云，田志来,**.

（1.吉林省农业科学院植物保护研究所/吉林省农业微生物重点实验室/农业农村部东北作物有害生物综合治理重点实验室，公主岭 136100；2.吉林省吉兴农业技术服务中心，公主岭 136100）

植保无人机是近年来发展最快的农用植保机械[1-3]。截至2019 年，我国植保无人机总量已经超过了5.5万架，作业面积达到3000 多万公顷[4]，广泛应用于玉米[5-7]、水稻[8-11]、小麦[12-14]等大田农作物以及荔枝、甘蔗、油菜等果蔬作物的病虫害防治[15-20]。采用植保无人机喷施化学农药防治农作物害虫已经成为我国植保机械发展的一大新特征[21]。

植保无人机飞行参数设置直接影响到农作物病虫害的防治效果，其中以飞行高度和飞行速度参数最为重要。近年来我国科技工作者对植保无人机在不同农作物上飞行参数的筛选及防治技术进行了大量的研究探索，其中以水稻上的研究最为深入，主要涉及稻飞虱（rice planthoppers）、水稻纹枯病（rice sheath blight）、稻纵卷叶螟Cnaphalocrocismedinalis等水稻病虫害的防治[22]。国内外现有的植保无人机主要以喷施化学农药为主，对人畜及自然环境造成了一系列安全问题。

球孢白僵菌Beauveriabassiana作为研究最深入的虫生真菌，已经在各类农作物害虫防治中得到了广泛的应用。近年来，球孢白僵菌制剂逐步应用到水稻二化螟Chilosuppressalis的防治中，并取得了较好的防治效果，但对于应用植保无人机喷施球孢白僵菌制剂防治水稻二化螟的研究，还未见报道。在植保无人机防治水稻二化螟的田间实际操作过程中，操作者往往根据的是“经验”来设定飞行参数，缺乏数据理论支持，导致防治效果达不到预期目标。由于球孢白僵菌制剂与化学制剂存在本质上的区别，植保无人机喷施化学制剂的飞行参数并不适合于喷施球孢白僵菌制剂，在植保无人机防治水稻二化螟的田间实际操作过程中，操作者经常依据喷施化学制剂的“经验”来指导球孢白僵菌制剂的使用，因此筛选出一套适合于植保无人机喷施球孢白僵菌制剂的飞行参数就显得尤为必要。

本文以深圳大疆公司生产的T20 型植保无人机为研究对象，试验不同飞行高度、不同飞行速度下球孢白僵菌制剂在水稻植株上的沉积量及其对水稻二化螟的防治效果，为植保无人机喷施球孢白僵菌制剂筛选最优飞行参数组合，进而为植保无人机喷施球孢白僵菌制剂防治水稻二化螟上的应用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验设备

本次作业采用深圳大疆公司生产的T20 型植保无人机，其折叠尺寸（长×宽×高）为1180.0 mm×570.0 mm×732.0 mm，有效载荷为20.0 kg，最大起飞质量为40.0 kg，飞行速度为1.0 m/s～10.0 m/s，飞行高度为1.0 m～10.0 m，喷头类型为离心喷头，其他试验设备包括风速检测仪、温湿度检测仪等。

1.2 试验制剂

球孢白僵菌可湿性粉剂（250.0 亿/g，孢子萌发率90.0%），由吉林省农业科学院植物保护研究所微生物农药实验室提供，药剂量100.0 g/（亩·次）。

1.3 其他试验材料

装有PDA 平板培养基的培养皿（规格：r＝4.5 cm）、特制木架、密封袋、记号笔。

1.4 试验方法

在微风条件下，通过GPS 地面站系统将飞行高度（无人机作业面与水稻冠层面距离H）分别设置H1：1.5 m；H2：2.0 m；H3：2.5 m；H4：3.0 m 共4 个高度，飞行速度（S）分别设置S1：3.0 m/s；S2：4.0 m/s；S3：5.0 m/s；S4：6.0 m/s；S5：7.0 m/s 共5 个速度，本试验共设置20 个飞行参数处理，具体试验设计见表1。然后，将球孢白僵菌可湿性粉剂按照每亩所需用量加入植保无人机内，兑水溶解并搅拌均匀后，进行喷雾作业，每个处理喷施一次后进行采样。

表1 各处理飞行参数设定Table 1 The flight parameter setting of the processing groups

1.5 采样点设置

采样点设置如图1 所示，在试验区域内每个处理中间布置3 条采集带，每个采集带放置5 个特制木架，每个木架放置1 个装有PDA 培养基的培养皿，木架间隔为10.0 m，用于球孢白僵菌可湿性粉剂雾滴收集。每次作业后在每条采集带各随机取1 个培养皿，即3 个培养皿为一个采样点，共设置5 个采样点。

图1 采样点布置图Fig.1 The layout of sampling points

1.6 球孢白僵菌制剂孢子沉积量检测

植保无人机施药作业完成后，随机收集采样点培养皿，将同一采样点培养皿放入同一密封袋，并做好标记，然后进行下一个处理布置。试验完成后将收集的培养皿带回实验室，用10.0 mL 0.01%吐温-80（v/v）溶液分数次清洗培养皿，将清洗得到的球孢白僵菌孢子悬浮液收集到试管中用振荡器进行充分混匀，然后在显微镜下用血球计数板进行球孢白僵菌孢子数量统计，计算每个培养皿内白僵菌孢子数，最后得出白僵菌制剂孢子沉积量。对采集的20 组试验数据使用DPS 软件进行统计分析，应用双因素随机区组进行方差分析，多重比较采用邓肯氏新复极差法（Duncan’s）。

球孢白僵菌制剂孢子沉积量＝球孢白僵菌制剂孢子悬浮液浓度×球孢白僵菌制剂孢子悬浮液体积/培养皿面积。

1.7 田间防治二化螟试验

试验地点：长春市双阳区长泡村，处理区面积5.0 hm2，空白对照区0.5 hm2；施药时间：7 月2 日第1次施药，7 月9 日第2 次施药；施药剂量：球孢白僵菌可湿性粉剂用量为100.0 g/亩，50.0 g/次，2 次施药；飞行参数：飞行高度1.5 m，飞行速度5.0 m/s；调查时间：7 月22 日；调查方法：在水稻分蘖盛期调查水稻枯心数和枯鞘数，采用“Z”型取样方法，每个处理取5 点，每点取200 穴水稻，记录枯心数和枯鞘数。

枯心率（%）＝枯心数/调查总穴数×100；枯鞘率（%）＝枯鞘数/调查总穴数×100；被害株率（%）＝枯心率＋枯鞘率。

试验用被害株减退率表示防治效果，防治效果（%）＝（对照田被害株率―处理田被害株率）/对照田被害株率×100。

2 结果与分析

2.1 飞行高度和飞行速度对球孢白僵菌制剂孢子沉积量的影响

飞行高度和飞行速度对球孢白僵菌制剂孢子沉积量的影响结果见表2。从试验结果可以看出，飞行高度和飞行速度对球孢白僵菌制剂孢子沉积量均具有显著影响。在飞行高度因素中，飞行高度在1.5 m 时球孢白僵菌制剂孢子沉积量最大，为98.70×104个孢子/cm2,与飞行高度在2.0 m、2.5 m、3.0 m 时球孢白僵菌制剂孢子沉积量均存在显著性差异（F＝10.32，P＝0；F＝12.19，P＝0；F＝14.72，P＝0）。在飞行速度因素中，飞行速度为3.0 m/s 时，球孢白僵菌制剂孢子沉积量最大，为63.95×104个孢子/cm2，其次是5.0 m/s 时，为51.20×104个孢子/cm2，但两者之间差异不显著（P＞0.05）；飞行速度为5.0 m/s、7.0 m/s和4.0 m/s 三个处理的制剂孢子沉积量之间差异不显著（P＞0.05）；飞行速度为 7.0 m/s、4.0 m/s 和6.0 m/s三个处理的制剂孢子沉积量之间差异也不显著（P＞0.05）。

表2 飞行高度、飞行速度对球孢白僵菌制剂孢子沉积量的差异显著性Table 2 The significant difference between flight altitude and speed on spore deposition of B.bassiana formulation

双因素方差分析表明，飞行高度和飞行速度两个因素均对球孢白僵菌制剂孢子沉积量有显著影响（F＝41.77，P＝0；F＝4.49，P＝0.0026），其中飞行高度因素对其影响更为显著，但两者之间的交互作用对其影响不显著（F＝1.78，P＝0.0513）。

2.2 相同飞行高度下不同飞行速度对球孢白僵菌制剂孢子沉积量的影响

相同飞行高度下不同飞行速度对球孢白僵菌制剂孢子沉积量的影响结果如图2。从试验结果可以看出，在飞行高度为1.5 m条件下，飞行速度为3.0 m/s和5.0 m/s时球孢白僵菌制剂孢子沉积量较高，分别是115.12×104个/cm2和114.02×104个/cm2，其次是飞行速度为4.0 m/s 时，孢子沉积量是88.54×104个/cm2，三者间差异不显著；飞行速度为3.0 m/s、5.0 m/s 时的球孢白僵菌制剂孢子沉积量与飞行速度为6.0 m/s、7.0 m/s时的孢子沉积量之间差异显著（F＝2.83，P＝0.0049）；飞行速度为4 m/s、6 m/s 和7 m/s 时，孢子沉积量在三者之间差异不显著。

图2 相同飞行高度下不同飞行速度时球孢白僵菌制剂孢子沉积量Fig.2 The spore deposition of B.bassiana formulation at the same flight altitude and different flight speeds

在飞行高度为2.0 m 条件下，飞行速度为3.0 m/s 时，孢子沉积量最大，为66.84×104个/cm2，飞行速度5.0 m/s 时，孢子沉积量为38.69×104个/cm2，飞行速度7.0 m/s 时，孢子沉积量为54.42×104个/cm2，三者间差异不显著；当飞行速度在4.0 m/s、5.0 m/s、6.0 m/s 和7.0 m/s 时，四者间孢子沉积量差异不显著。

在飞行高度为2.5 m 和3.0 m 条件下时，各飞行速度处理间孢子沉积量均差异不显著。

从结果中可知，当飞行高度在1.5 m 和2.0 m 时，飞行速度对孢子沉积量有显著影响，而当飞行高度在2.0 m 以上时，飞行速度对孢子沉积量无明显的影响，由此可见飞行高度对孢子沉积量起主导作用，可直接影响植保无人机喷施球孢白僵菌制剂的作业效果。

2.3 相同飞行速度下不同飞行高度对球孢白僵菌制剂孢子沉积量的影响

相同飞行速度下不同飞行高度对球孢白僵菌制剂孢子沉积量的影响结果如图3。从试验结果可以看出：在飞行速度为3.0 m/s 条件下，飞行高度为1.5 m 时球孢白僵菌制剂孢子沉积量最大，为115.12×104/cm2，与飞行高度为2.0 m、2.5 m 和3.0 m 时的孢子沉积量之间差异均显著（F＝5.14，P＝0.0163）；在飞行速度为3.0 m/s 条件下，飞行高度为2.5 m 时球孢白僵菌制剂孢子沉积量与飞行高度2.0 m、3.0 m 时孢子沉积量之间差异均不显著。

图3 相同飞行速度下不同飞行高度时球孢白僵菌制剂孢子沉积量Fig.3 The spore deposition of B.bassiana formulation at the same flight speed and different flight altitudes

在飞行速度4.0 m/s、5.0 m/s 和6.0 m/s 条件下，均是飞行高度为1.5 m 时球孢白僵菌制剂孢子沉积量最大，且与其他处理呈显著差异，而其他处理间孢子沉积量均差异不显著。

在飞行速度为7.0 m/s 条件下，飞行高度在1.5 m 时，球孢白僵菌制剂孢子沉积量最大，为66.21×104/cm2，与飞行高度在2.0 m 时孢子沉积量差异不显著，但与飞行高度在2.5 m 和3.0 m 时的孢子沉积量差异显著（F＝4.34，P＝0.0273）。

从结果中可知，在不同的飞行速度中，飞行高度为1.5 m 时的球孢白僵菌制剂孢子沉积量基本明显高于其他飞行高度的孢子沉积量；而其他飞行高度下，孢子沉积量之间基本差异不显著。由此再次证明：飞行高度对球孢白僵菌制剂孢子沉积量起主导作用。

2.4 不同飞行参数组合对球孢白僵菌制剂孢子沉积量的影响

不同飞行参数组合对球孢白僵菌制剂孢子沉积量的影响结果见表3。从试验结果可以看出，H1S1（高度1.5 m，速度3.0 m/s）、H1S3（高度1.5 m，速度5.0 m/s）两个处理的球孢白僵菌制剂孢子沉积量较高，除与H1S2（高度1.5 m，速度4.0 m/s）处理孢子沉积量差异不显著外，与其他处理的孢子沉积量差异均显著。总体上看，飞行高度在1.5 m 时与不同飞行速度组合处理的球孢白僵菌制剂孢子沉积量，要高于飞行高度在2.0 m、2.5 m、3.0 m 与不同飞行速度组合处理的孢子沉积量。

表3 不同飞行参数组合对球孢白僵菌制剂孢子沉积量的差异显著性Table 3 The significant difference in spore deposition of B.bassiana formulation under different flight parameter combinations

因此，植保无人机喷施球孢白僵菌制剂的最优飞行参数应为飞行高度1.5 m，飞行速度3.0～5.0 m/s。但综合防治效率和防治成本因素，飞行高度为1.5 m、飞行速度为5.0 m/s 的飞行参数为植保无人机喷施球孢白僵菌制剂的最佳飞行参数。

2.5 田间防治水稻二化螟试验效果

水稻二化螟田间防治效果见表4。从试验结果中可以看出，处理区的被害株率仅为5.40%，对照区的被害株率为21.90%，防治效果达到75.34%。由此可见，利用植保无人机喷施球孢白僵菌制剂，在飞行高度为1.5 m，飞行速度为5.0 m/s 时，对水稻二化螟有较好的防治效果。

表4 水稻二化螟田间防治效果Table 4 The control effect of Chilo suppressalis in field

3 讨论

本试验使用的是目前市场上应用最广泛的大疆T20 型植保无人机，利用双因素随机区组方差分析的方法对飞行参数进行筛选。结果表明：当飞行高度在1.5 m 和2.0 m 时，飞行速度对球孢白僵菌制剂孢子沉积量有显著影响，而当飞行高度在2.0 m 以上时，飞行速度对孢子沉积量无明显的影响，飞行高度对孢子沉积量起主导作用；研究发现飞行高度为1.5 m、飞行速度为3.0 m/s～5.0 m/s 时球孢白僵菌制剂孢子沉积量最高，但综合防治效率和防治成本因素，飞行高度为1.5 m、飞行速度为5.0 m/s 的飞行参数为植保无人机的最佳飞行参数。利用该型号植保无人机在此飞行参数下喷施球孢白菌制剂防治水稻二化螟，防治效果达到75.34%。

目前利用植保无人机防治水稻二化螟主要以喷施化学农药为主，农药剂型以液态剂型（SE 和EC）为主，开展的研究内容多数是不同药剂对二化螟的防治效果，飞行参数的设定大多都是参考植保无人机在其他农作物上的飞行参数，并未针对特定的靶标害虫进行系统的飞行参数筛选试验[22,23]。孙娟等[24]使用植保无人机喷施化学农药在飞行高度1.8 m、速度3.0 m/s 时对水稻纹枯病Rhizoctoniasolani和稻纵卷叶螟CnaphalocrocismedinalisGuenée 的防效最高，分别达到95.6%和94.1%；伏荣桃等[25]研究表明，在植保无人机飞行高度距离水稻冠层2 m、飞行速度3.0 m/s 时，雾滴沉降密度（22.3 个/cm2）最大；佘为仆等[26]研究结果表明，以大疆MS-G1 为代表的无人机型飞行参数设置飞行高度为1.8 m，在4.0～6.0 m/s 飞行速度范围内都能达到良好的防治效果，但随着飞行速度的增加，防治效果有所下降，从综合防治效率和防治成本来看，飞行速度设为5.0 m/s 的处理防治效益优于其他处理。姚毅等[27]在飞行高度为1.8 m，飞行速度为4.5 m/s 时，与人工施用化学农药之间均无显著性差异，调查期间防效均超过94.97%。从已有的研究结果中可以看出，利用植保无人机喷施化学农药防治水稻二化螟的田间操作中，飞行高度为1.5～2.0 m、飞行速度3.0～5.0 m/s 时防治效果最佳，与本研究中植保无人机喷施球孢白僵菌生物制剂防治水稻二化螟飞行参数基本相同。

本研究的数据表明：飞行速度5.0 m/s 时球孢白僵菌制剂孢子的沉积量优于4.0 m/s 时的沉积量，较佘为仆等[26]研究结果略有不同。分析认为：由于该试验在田间进行，受外界影响因素较多，尤其是田间的瞬时风向及风速的改变对试验结果影响较大。推测认为，在进行飞行速度为4 m/s 的试验处理时，田间出现了瞬间的风向改变，造成植保无人机的喷幅发生了较小偏移，使得4 m/s 试验处理的个别采样点数据出现了误差，从而导致了飞行速度为4 m/s时球孢白僵菌制剂孢子沉积量低于飞行速度为5 m/s时的孢子沉积量，但对试验整体结果没有实质性影响。

球孢白僵菌作为生物药剂，其理化性质与化学药剂有着本质的区别，因此植保无人机喷施化学药剂的飞行参数并不完全适合喷施白僵菌制剂。本研究在国内首次针对植保无人机喷施球孢白僵菌生物制剂进行了系统的飞行参数筛选试验，并参考植保无人机在其他农作物上飞行参数的设定，在飞行高度及飞行速度上进行优化，最终筛选出最优的飞行参数，并利用该飞行参数在田间进行二化螟防治试验，虽然防治效果与化学农药的防治效果存在一定的差距，但在有效控制二化螟为害的同时，避免了因为使用化学农药所带来的各种负面影响。本研究为今后利用植保无人机喷施球孢白僵菌制剂防治水稻二化螟提供了充分的数据支持，并在实际应用中证明了植保无人机喷施球孢白僵菌制剂防治水稻二化螟是一种切实可行的技术手段。