小型無人機低空噴灑在玉米田的霧滴沉積分布及對玉米螟的防治效果初探

高圓圓， 張玉濤， 趙酉城， 李學輝， 楊代斌， 袁會珠＊

（1.中國農業科學院植物保護研究所，農業部作物有害生物綜合治理綜合性重點實驗室，北京 100193；2.東北農業大學農學院，哈爾濱 150030；3.廣西田園生化股份有限公司，南寧 530007）

玉米螟屬于典型的鉆蛀性害蟲，寄主植物達60多種，主要為害玉米、高粱、谷子和棉花等，其中玉米受害減產最重［1］。近年來，玉米螟為害呈現逐年加重趨勢。我國對玉米螟的化學防治做了大量的研究工作，針對其在夏玉米上發生量大、發生期長、幼蟲為害部位分散的二代和三代玉米螟，采取噴霧方式，即可殺蟲又可殺卵，效果理想［2］。玉米田施藥技術主要包括人工施藥和機械施藥，由于玉米植株郁閉高大，操作人員進入玉米田后期噴霧作業非常困難；采用地面高桿噴霧機械噴霧，需要對玉米種植方式進行改善，在地頭預留噴霧機行走道，并且需要增加玉米行間距，這樣才能便于噴霧機的田間噴霧作業。調查表明，玉米生長中后期，除在玉米螟尤為嚴重的區域進行人工或機械局部施藥外，基本在玉米生長后期不施藥，缺乏適用于玉米的施藥機械是種植戶在玉米生長中后期不施藥的主要原因［3］。

隨著航空工業的發展，航空植保機械也得到了快速的發展。1911年，德國林務官阿爾福萊德·齊梅爾曼首先創意，利用飛機噴灑農藥用于防治害蟲，保護森林，開創了農用航空施藥工作。隨后，農用航空在新西蘭、澳大利亞、英國、美國等國也逐步得到應用與推廣［4］。1974年，我國開始利用農運5型農用運輸機進行航空超低容量噴霧，但受我國管理體制、機制、政策和空管等問題的約束以及我國傳統農業發展方式的影響，我國航空施藥技術發展緩慢。現在全世界已有農用飛機2萬多架，我國僅有200多架。航空施藥具有效率高、效果好、立體性強、不損傷作物、勞動強度低、一機多用等優點［5］。近年來，小型無人機在我國得到了快速發展，在航拍、監測等民用方面發揮了重要作用，因其外形尺寸小，重量輕，操控靈活，小型無人機非常適合于中小田塊的病蟲害防治或是大田塊內局部的精準施藥等［6］。本文首次研究了Af－811小型無人機超低量噴霧質量及對玉米螟的防治效果，以期為小型無人機噴霧技術的進一步優化提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 供試藥劑和指示劑

42%毒死蜱乳油（EC）、10%毒死蜱超低容量液劑（UL）、水分蒸發抑制劑（中國農業科學院植物保護研究所配制）。

1.1.2 試驗儀器

Af－811小型無人機（廣西田園生化股份有限公司提供），噴頭類型：轉盤式離心霧化噴頭（山東衛士），噴頭個數：4個；東方紅3WX－280G型自走式高稈作物噴桿噴霧機（北京豐茂植保機械有限公司），美國Teejet噴頭體，TP11003VP噴嘴；風速儀（北京中西遠大科技有限公司）；溫濕度儀（深圳市華圖電氣有限公司）；霧滴測試卡（中國農業科學院植物保護研究所）。

1.1.3 試驗條件

噴霧時間：2012年8月11日；

試驗地點：河南新鄉七里營中國農業科學院植物保護研究所新鄉科研中試基地；

環境溫度：30.5℃；

環境濕度：51.5%；

空氣流速：1～1.5m／s；

試驗對象：玉米；

作物生長期：抽穗期（作物高250cm左右）；

防治對象：玉米螟；

無人 機 飛 行 速 度：18km／h（5m／s），流 量：1 L／min；

東方紅3WX－280G型自走式高稈作物噴桿噴霧機行走速度：0.67km／h，流量：3L／min。

1.2 試驗方法

1.2.1 霧滴沉積密度與玉米螟防效的關系

1.2.1.1 霧滴密度的測定

在進行田間小區試驗時，通過改變飛行高度或噴灑不同劑型的藥劑，使各小區玉米植株上形成不同的覆蓋密度。噴霧開始前，在每小區隨機布放霧滴測試卡；噴霧結束后，計數紙卡上每平方厘米的霧滴數，即為霧滴覆蓋密度（個／cm2）［7］。

1.2.1.2 玉米螟防治效果的調查方法

試驗前，室內培養玉米螟卵塊。噴霧前，待卵發育至黑頭期，將卵接在玉米花絲上，每株接一塊，每小區隨機接100株并逐株標記。待卵孵化后，噴霧。施藥7d后進行調查，記錄百株玉米植株上的玉米螟活蟲數，用公式（1）計算防治效果，利用Excel數據處理軟件進行統計分析。

1.2.2 無人機飛行高度對玉米冠層霧滴沉積分布和玉米螟防效的影響

噴霧開始前，分別在試驗處理區與噴霧帶相垂直的線上，采用霧滴測試卡從噴幅中心線分別向兩邊每行布1株，共15株，每株分別布在玉米第一片葉（上部）、第三片葉（中部）、第五片葉（下部）及雌穗上，用曲別針夾于葉片的正反兩面。試驗時，無人機飛行速度為5m／s，飛行高度（無人機距玉米植株頂部的高度）共設1、2.5、4m3個處理，藥劑處理及編號詳情見表1的處理1、2、3，設空白對照，每處理重復3次，隨機區組排列，試驗小區面積1000m2（100m×10m），小區之間留出10m的保護區。待霧滴沉降完畢后取回測試卡，放入自封袋內帶回實驗室，用1.2.1.1節方法檢測霧滴密度。玉米螟防治效果的調查按照1.2.1.2節的方法，調查處理1、2、3及空白對照區的百株活蟲數，用公式（1）計算防效。

1.2.3 農藥劑型對無人機噴灑霧滴沉積分布及玉米螟防治效果的影響

試驗時，無人機飛行速度為5m／s，飛行高度為2.5m，藥劑處理及編號詳情見表1的處理2、4、5、6，4個處理的單位面積有效成分用量相同，藥劑劑型及處理方式不同。處理2噴灑藥劑為10%毒死蜱超低容量液劑；處理4為42%毒死蜱乳油，用水稀釋；處理5和處理6為42%毒死蜱乳油，用水＋不同用量的水分蒸發抑制劑稀釋。噴霧前，按照1.2.2節的方法布卡，噴霧后，按照1.2.1節的方法檢測霧滴密度及調查藥效。

1.2.4 無人機低容量噴霧與噴桿噴霧機常量噴霧對玉米螟防效的比較

試驗時，Af－811小型無人機飛行速度為18km／h（5m／s），飛行高度為2.5m，流量為1L／min；東方紅3WX－280G型自走式高稈作物噴桿噴霧機行走速度為0.67km／h，流量為3L／min。藥劑處理及編號詳情見表1的處理4、7，處理4為42%毒死蜱乳油，用水稀釋3.2倍，制劑用量為0.1L／667m2，施藥液量為0.42L／667m2；處理7為42%毒死蜱乳油，用水稀釋300倍，制劑用量為0.1L／667m2，施藥液量為30L／667m2。玉米螟防治效果的調查按照1.2.1.2節的方法，調查處理2、7及空白對照區的百株活蟲數，用公式（1）計算防效。

2 結果與分析

2.1 小型無人機低空噴霧霧滴在玉米冠層不同部位的沉積分布

由圖1可看出，飛行高度越低時霧滴在玉米作物上的沉積密度越大，飛行高度為1m時平均沉積密度最大，第一片葉、第三片葉、第五片葉及雌穗四個部位的最大平均沉積密度分別為18.3、26.2、22.1、17.5個／cm2，飛行高度為2.5m 時沉積密度次之，第一片葉、第三片葉、第五片葉及雌穗四個部位的最大平均沉積密度分別為16.1、22.7、19.3、15.6個／cm2，而飛行高度為4m時沉積密度最小，第一片葉、第三片葉、第五片葉及雌穗四個部位的最大平均沉積密度分別為14.6、19.1、16.8個、13.2個／cm2；同一高度，玉米作物不同部位的霧滴沉積狀況有差異：第三片葉（中部）＞第五片葉（下部）＞第一片葉（上部）＞雌穗；葉片正面和反面的霧滴沉積密度有明顯差異，正面霧滴密度是反面的10倍左右，反面幾乎很少有霧滴，這不利于防治葉片背面的害蟲。

圖1 不同飛行高度下無人機噴灑毒死蜱UL在玉米冠層的霧滴沉積分布狀況Fig.1 Deposition and distributions of spray droplets inside corn canopy at different flying height of UAV spraying chlorpyrifos UL

2.2 不同飛行高度下，霧滴在玉米冠層的沉積分布及對玉米螟的防效

由圖2可知，單個小區飛行單個航線時3個飛行高度中，對玉米螟防效最好的是飛行高度為2.5m時，達到80.7%；飛行高度為1m條件下霧滴沉積密度最大，但防治效果卻最差，對玉米螟的平均防效只有74.4%，分析原因是單個小區飛行單個航線時，飛行高度越低，噴幅越窄，雖然整體的平均霧滴密度較大，但大部分霧滴都集中沉積在小區中部，而小區內的邊緣區域霧滴沉積較少或無霧滴，從而影響整個小區的平均防效；而飛行高度越高，霧滴在降落過程中越容易隨風飄移，雖然噴幅變寬，但霧滴沉積密度變低，防治效果不理想。

2.3 無人機噴灑不同農藥劑型，霧滴在玉米冠層的沉積分布及對玉米螟的防效

由圖3可知，飛行工作參數一致時，Af－811小型無人機噴灑不同劑型的毒死蜱對玉米螟的效果有差異，其中毒死蜱超低容量液劑的霧滴沉積密度最大，雌穗的平均霧滴密度達到15.6個／cm2，防效最好達到了80.7%；毒死蜱乳油加水稀釋的處理霧滴沉積密度最小，其防效也最差，平均防效只有69.1%；毒死蜱乳油加水稀釋后添加助劑的效果比只加水稍好一些，但還是比毒死蜱超低容量液劑的效果稍差。

2.4 無人機低空超低容量噴霧與地面常量噴霧對玉米螟防效的比較

由表1可知，處理4和處理7所用劑型及藥劑處理方式均相同，采用Af－811型小型無人直升機噴施時的防效為69.1%，采用東方紅3WX－280G型自走式高稈作物噴桿噴霧機噴施時防效達到了90.0%，明顯高于無人機；處理2中，將毒死蜱乳油換成毒死蜱超低容量液劑后，雖仍比自走式高稈作物噴桿噴霧機稍差，但防效已明顯增加，達到了80.7%。

表1 不同噴霧方式噴灑不同劑型毒死蜱對玉米螟的防效Table 1 The control effects of different chlorpyrifos formulations on the corn borer using different spray methods

3 結論與討論

本文初次在玉米作物上應用Af－811小型無人機噴施不同劑型的毒死蜱防治玉米螟，為確定無人機的工作參數及探索適用于無人機施藥的藥劑劑型提供理論指導。試驗表明，飛行速度為5m／s，試驗設定的3個飛行高度中，以離植株頂部高度為2.5m時的防治效果最好，飛行高度既不能過高也不能過低，過高時，影響防治效果；過低時，影響作業效率。而同一飛行高度，霧滴在玉米植株不同部位的沉積密度，第三片葉（中部）＞第五片葉（下部）＞第一片葉（上部）＞雌穗，并不是我們想象中的第一片葉（上部）最多，分析原因是由于第一片葉與植株莖稈的夾角較小與地面幾乎呈垂直角度，因而導致霧滴不能很好地沉積到葉片上，而雌穗位于作物下部且位于葉片內部，因而沉積效果稍差一些。在無人機施藥過程中，除飛行高度外，施藥所用劑型也是影響霧滴漂移的重要因素。試驗表明，飛行工作參數一致時，毒死蜱超低容量液劑（UL）對玉米螟的防治效果最好，但國內主要的劑型都是水溶性的，若選用超低容量劑作為無人機施藥的專用劑型就會限制無人機施藥目前的發展，試驗證明在毒死蜱乳油中添加一種抑制水分蒸發的助劑雖防效不如毒死蜱超低容量液劑，但與不添加助劑的處理相比，霧滴沉積密度及防效明顯增大，這說明添加水分蒸發抑制劑能夠起到減少霧滴漂移的作用，因而研制一種能夠抑制水分蒸發的制劑是探索適用于無人機施藥劑型的重要方向。本次試驗中，小型無人機的飛行速度為5m／s，流量為1L／min，施藥液量為0.42L／667m2，處理667m2需要25s，而東方紅3WX－280G型自走式高稈作物噴桿噴霧機的行走速度為0.67km／h，流量為3L／min，施藥液量為30L／667m2，處理667m2需要10min，兩者相比，小型無人機更省工、省時、省水，但從防效上看，無人機的噴霧技術還需要進一步優化。

藥物防治是確保農業穩產增收的重要措施。隨著科技的進步，人們對施藥機械和施藥技術提出了更高的要求，即不僅能有效防治病蟲害，還要盡量節約資源，降低環境污染，減少作物農藥殘留，保護操作人員的安全。航空施藥機械效率高、效果好、立體性強、不損傷作物、勞動強度低，是玉米中后期機械化施藥的理想機具，更是解決玉米施藥難、保證玉米產業健康、快速發展的關鍵。與固定翼飛機、有人直升機、動力三角翼及滑翔傘等有人駕駛的飛機相比，小型無人直升機更具有優勢［8－10］。它不需要跑道，可在田間地頭隨時起降加油、加藥，減少無效作用時間、節約成本；爬升率大，轉彎半徑小，可在空中垂直上下飛行、懸停、掉頭，機動靈活，方便在地形復雜地帶作業；使用簡便、維護簡單，自動化程度高，作業機組人員相對較少，操作者可遠距離操作，安全、便利、勞動強度低。

［1］ 麥玉強.玉米螟發生特點及綜合防治措施［J］.現代農業科技，2012（1）：184，186.

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