農用植保無人機茶園病蟲害防治效果分析*

趙新陽 ， 陳煥金 ， 韓 杰 ， 謝映妹 ， 曹曉林 ， 葉 春

（1.潮州市農業機械化管理處，廣東 潮州 521000；2.江西省農業科學院農業工程研究所，江西 南昌 330299；3.江西省智能農機裝備工程研究中心，江西 南昌 330299）

0 引言

目前，我國的茶園面積及茶葉年產量穩居世界第一。茶葉是世界上三大飲料原料之一，也是我國出口創匯的重要農產品之一。當前，茶產業發展進入發展新時期，世界茶葉種植面積和世界茶葉產量連續10年上漲。2020年，我國實有茶園面積4 825萬畝，產量為293.18萬噸，茶園面積逐漸擴大[1]。隨著茶園作業勞動力的日益緊張和茶樹病蟲害施藥技術的改進，應用省力、省藥的植保無人機開展施藥已成為茶園病蟲害防治的發展趨勢[2]。

廣東省潮州市是單叢茶的歷史產地和主要產區，茶葉已經成為潮州市山區丘陵的農業支柱產業，在農村經濟體系中占有重要的地位。潮州單叢茶是中國烏龍茶類中的極品名茶，由于獨特的制作工藝，形成了它特殊的品質，其條索緊結，呈烏褐色或灰黃褐色，油潤，有自然的花香、山韻蜜味；湯色橙黃初制茶或金黃精制茶，透徹明亮；滋味醇爽、持久、回甘力強，極耐泡。潮州市是我國烏龍茶的歷史產地和主要產區，是中國功夫茶文化的主要傳承地區[3]。

潮州茶園地域地形復雜，機械化難度大，綜合機械化作業水平不足10%。近十年，單叢茶生產主要在種植、施肥、植保、采摘、制作加工等方面發展機械化。在茶葉制作方面已經由手工完全向全過程機械化過渡，茶葉攤青機、茶葉搖青機、茶葉殺青機、茶葉揉捻機、茶葉烘焙機、茶葉篩選機等制茶機械基本成熟，已大面積推廣應用。單叢茶產量逐年擴大，2014年為15萬畝，截至2020年年底茶葉種植面積已達23.6萬畝，產量2.06萬噸，產值52億。但在茶園生產管理機械上，還沒有能完全適用的單叢茶生產管理機械，是發展茶葉生產的短板，特別是在茶園植保機械化的問題亟須解決。

茶樹常見蟲害有茶小綠葉蟬、茶尺蠖、茶毛蟲、黑刺粉虱、茶黑毒蛾、茶麗紋象甲等，并以茶小綠葉蟬發生較普遍且持續時間較長[3]；病害有茶云紋葉枯病、茶炭疽病、茶煤病等。目前茶園病蟲害防治以化學方式為主。農用植保無人機在水稻、果樹等病蟲害防治上得到較大范圍應用，而在茶園采用無人機防治病蟲害則處于起步階段[4]。因此，本研究選用市場上主流的電動四旋翼植保無人機，對比植保無人機和人工電動噴霧機在茶園防治效果、產量及經濟效益方面的差異，以期為潮州丘陵山區茶園管理和豐產高效栽培提供技術支持。

1 茶園植保機械化現狀

做好茶園病蟲害防治工作是確保茶農增產增收的關鍵，現在茶園病蟲害防治主要有物理防治和化學防治方法。物理防治方法采用殺蟲燈、色板等，利用燈光、色澤、氣味誘殺和生物防治技術。太陽能殺蟲燈的應用較多，它以太陽能作為能源，具有自動時控功能，殺蟲燈一般掛在高出茶樹1 m左右處，利用高壓汞燈、頻振式殺蟲燈進行誘殺，燈光誘殺對有趨光性的害蟲有效，同時對有趨光性的天敵昆蟲同樣具有誘殺作用。色板誘殺的茶蚜、茶小綠葉蟬等茶樹害蟲具有趨黃綠色的特性，每隔5 m～6 m放置1張具有黏性的黃綠色板，可誘捕和黏殺害蟲，但需要定期對色板進行更換。個別病蟲害運用物理防治控制效果差，還是需要定期進行化學防治，常用的噴施機械設備有背負式電（手）動噴霧器、機動噴霧機、懸掛式機動噴霧機等，背負式電（手）動噴霧器等機械霧化細度中徑值為50 μm～100 μm，在高速度氣流的沖擊下，藥液被粉碎成很細的霧滴吹送到茶樹上；機動噴霧機水平射程可達7 m以上，可覆蓋4～5行茶蓬。懸掛式機動噴霧機掛接在茶樹專用跨行底盤上，運用于規模化茶園，僅適用于較大地塊的緩坡茶園，對茶園的道路、行距有要求，作業適用性需進一步研究。

目前，茶園種植主要集中在丘陵山地，茶樹行距較窄，人行走通過都有困難。人工使用施藥機械植保作業艱苦，勞動強度大，操作人員易中暑、中毒，青壯年勞動力向城鎮轉移，農村留守人員勞動力低，影響病蟲害防治效果和效率。因此，在茶園運用高效、操作舒適的機械設備防治茶園病蟲害，提高機械化程度，是發展茶園植保機械化的目標。

2 材料與方法

2.1 試驗設計

試驗在廣東省潮州市潮安區歸湖鎮高峰村茶樹種植區開展，茶園總面積為507畝。開展了春、秋季時間段農用植保無人機的茶園病蟲害防治技術試驗。試驗比對處理區面積為163畝，分成3個處理方法，分析機具作業效率、防治效果、經濟效益等。處理1使用植保無人機噴施農藥，處理2使用背負式電動噴霧器噴施農藥，處理3使用背負式電動噴霧器噴施清水作為空白對照。施藥后至調查結束前不施用其他殺蟲劑、殺菌劑或物理方法防治，其他茶園管理措施正常進行。

2.2 試驗材料

1）試驗機具。采用植保無人機，型號為大疆T20型，最大裝藥容積為20 L，噴幅7 m，噴灑系統配備 4個液泵及 8個噴頭，最大流量6 L/min。采用背負式電動噴霧器，型號欣農來3WBD-20型，最大裝藥容積為20 L，流量1.1 L/min，噴幅1 m。

2）使用農藥。根據當期病蟲害情況選擇使用30%吡丙·呋蟲胺可溶液劑200 mL、27%阿維·螺螨酯懸浮劑200 mL進行殺蟲試驗。處理1和處理2按相同畝數用藥量進行稀釋備用，再用水稀釋裝上試驗機具使用，處理1加入飛防專用助劑中量元素鎂100 mL。

2.3 測定項目與方法

1）調查時間和方法。調查噴藥效率在植保無人機、噴霧器到達噴藥區域后開始計時，記錄噴藥面積、藥液量、用水量和所用時間，計算噴藥效率。

2）噴藥效果調查。施藥前、施藥后7天調查茶園中茶小綠葉蟬、害螨的蟲口密度，計算蟲口減退率和防治效果。采用盆拍法查茶小綠葉蟬，每處理查5點，每點一盆（25 cm×40 cm白搪瓷盆，面積0.1m2），平接于茶叢下方，用手拍打盆上方的茶叢3下，記錄落盆茶小綠葉蟬數；采用葉片觀察法查害螨，每處理查5點，每點查10個新梢下的3片成葉，記錄蟲口密度，計算蟲口減退率和防效。

3）藥效對比。在單位面積用藥量相同的前提下，對比植保無人機和背負式電動噴霧器的效果，調查是否對茶樹產生藥害現象。

3 試驗結果與分析

3.1 不同機具防效分析

噴霧霧滴沉積效果的好壞受多種因素影響，科學合理地選擇噴頭流量、作業高度、飛行速度等作業參數是無人機作業能夠取得良好霧滴沉積效果和達到預期防治效果的關鍵[5]。在本研究中，經過對比，植保無人機采用噴頭流量調整為2.5 L/min、作業高度為2.5 m、飛行速度為2.0 m/s的參數組合進行噴施時，噴霧霧滴沉積效果最佳。

病蟲害防治效果以采集蟲口減退率和防效2個技術指標作為判定標準，計算方法見公式（1）和公式（2），防效達到90%以上說明達到防治效果。

式（1）中：蟲口減退率，單位為%。

式（2）中：防效，單位為%。

由表1計算可以看出病蟲害防治效果方面，使用植保無人機、背負式電動噴霧對茶葉中的主要害蟲茶小綠葉蟬、害螨防效均達到90%以上，說明試驗藥劑30%吡丙·呋蟲胺可溶液劑+27%阿維·螺螨酯懸浮劑對茶小綠葉蟬、害螨防效優良，均能達到防治目標。

表1 茶園害蟲數據調查結果

植保無人機和背負式電動噴霧器對茶小綠葉蟬防效相對平均偏差為0.4%，對害螨防效相對平均偏差為0.5%，2種方式對蟲害的防效無顯著性差異，能達到要求的防治效果。

經過田間調查，各對比處理試驗區均未發現對茶樹產生藥害現象，未影響茶樹新芽的生長，2種機具施藥的藥效是相同的。

因此，在防效上，使用植保無人機防治效果可以代替人工背負式電動噴霧器。

3.2 作業效率分析

由表2可知，在作業效率方面，植保無人機噴灑效率日作業量可達480畝，人均日作業量240畝；人工背負式電動噴霧器日作業量為9.6畝，植保無人機人均日作業量的25倍，植保無人機可在1天內可將試驗區全部噴灑一次，作業效率大大優于人工。

表2 作業效率對比表

3.3 經濟效益分析

由表3可知，與背負式電動噴霧器噴施相比，植保無人機的防治效果和產量略低或持平。植保無人機的用工成本顯著低于人工植保，用工成本僅為15元/畝，而人工植保為50元/畝，兩者相差35元/畝。按照年打藥5次和機收毛茶售價8 元/千克。計算經濟效益的結果表明，植保無人機比人工植保的凈收益高75元/畝，產投比高22%，差異均達到顯著性水平，經濟效益顯著。

表3 不同植保方式的產量及經濟效益比較

3.4 生態環保效益分析

植保無人機能減少農藥使用量，據不完全統計，潮州市2020年茶葉專業化統防統治區減少使用化學農藥0.6 噸，減少農藥包裝等廢棄物3.6 萬個，減少化學防治1～2 次，降低化學農藥使用量20%以上，有效降低了茶葉農藥使用風險，降低了農藥殘留率，生態效益、環保效益非常顯著。

3.5 試驗結論分析

從試驗效果看，相比人工植保，利用植保無人機防治茶園害蟲，防治效果相同，作業效率高出25倍，降低勞動強度，對解決農業勞動力缺乏問題具有很大的優勢；利用植保無人機防治凈收益高75元/畝，投入產出比高22%，經濟生態效益明顯，可以被茶農及茶葉種植專業合作社接受，植保無人機防治害蟲值得有關部門大力推廣。

但植保無人機在茶葉防治中還存在些問題需要解決，主要有飛行會出現不穩定問題，易受地形影響，精準控制飛行高度和航跡的問題；此外，植保無人機電池續航時間短、裝載藥量小，嚴重影響機具的日作業量，如何更高效、安全地在茶園使用植保無人機技術有待持續開展深入研究。

4 茶園使用植保無人機的建議

4.1 發展植保專業隊伍，開展茶園專業化統防統治

近年來，隨著我國經濟迅速發展和農村勞動力大量轉移，適齡勞動力短缺和用工成本增加等問題日益突出，茶葉管理迫切需要以機械化作業為核心的現代技術[6-7]。由于植保專業無人機服務組織進行服務，能夠在源頭上杜絕違規用藥和過量用藥[8]，嚴格按照病蟲害防治適期、合理劑量、保證用藥安全間隔期，實行農藥統購統供、統配和統施，推廣應用高效、低毒低殘留的環境友好型農藥，從源頭上控制和杜絕了假冒偽劣農藥、禁限用高毒農藥的使用，有效降低化學農藥使用量，減輕面源污染[9]。因此，下一步要大力發展植保專業隊伍，有效降低農藥殘留及使用量，提高茶葉產量及質量。

4.2 抓好技術培訓，提高病蟲害綜合防治技術水平

利用新型職業農民培育、專業化統防統治、茶葉綠色防控技術示范項目等，對基層農技人員、涉農企業、服務組織、種茶大戶和農民群眾開展綜合技術培訓，讓廣大茶農掌握茶葉病蟲害生態調控、理化誘控及生物農藥防控技術，提高茶園病蟲害防治水平。

4.3 整合資金，加大植保無人機政策扶持的力度

與人工/傳統植保機械相比，利用植保無人機防治茶園害蟲，不受地形限制，體積小、重量輕，轉移作業方便[9]，工作效率高，防治效果好，能解決病蟲害防治勞動強度大、勞力短缺等問題。同時，一旦出現病情，植保無人機飛防能快速反應，同時起到統防的目的，需加大對茶園植保無人機的政策扶持力度。建議對茶葉綠色防控，使用新技術新設備，創新推進茶葉病蟲害統防統治[10]，大力發展統防統治專業化服務組織，種茶大戶進行獎勵和資金扶持。