植保無人飛機作業(yè)參數(shù)及噴霧助劑對馬鈴薯葉片上霧滴沉積分布的影響

馬建雄，趙 峰，石海春，陳元輝，冀欽隴，李惠霞，劉永剛*，張海英*

（1.甘肅農業(yè)大學植物保護學院，蘭州 730070；2.甘肅省農業(yè)科學院植物保護研究所，蘭州 730070）

植保無人飛機飛防作業(yè)是一種高效減量的農藥施用方式，近年來在我國得到大面積的推廣應用。與傳統(tǒng)的人工噴霧作業(yè)相比，可提高工作效率50～80倍，并能及時對農作物病蟲害進行有效防治，避免貽誤防治時機，造成嚴重損失[1-2]。尤其在我國西北干旱或半干旱山區(qū)，人工噴霧需水量大，作業(yè)強度高，病蟲草害的防治一直以來都是個難題，植保無人飛機的應用，不僅節(jié)水還節(jié)省勞動力，得到越來越多的認可。農業(yè)農村部出臺的化肥和農藥使用零增長行動計劃也提出了農藥精確高效使用的要求，植保無人飛機已成為我國農業(yè)發(fā)展的必然趨勢[3-4]。

植保無人飛機施藥作業(yè)過程中，其作業(yè)參數(shù)、噴霧助劑、噴頭型號、氣候環(huán)境都會影響霧滴沉積分布[5-6]。相關研究表明，植保無人飛機的噴霧霧滴中25%會飄移到非靶標區(qū)域，對周邊區(qū)域的生物和環(huán)境產生不良影響，添加助劑有助于解決無人飛機作業(yè)霧滴飄移問題[7-9]。很多學者在無人飛機作業(yè)參數(shù)和霧滴沉積分布特性方面作了大量研究，郭祥雨等[10]發(fā)現(xiàn)單旋翼油動無人飛機對高大喬木棕櫚樹作業(yè)時，最佳參數(shù)為噴頭流量4.2 L/min、作業(yè)高度3 m、飛行速度3 m/s；余文勝等[11]發(fā)現(xiàn)影響小型四旋翼農用植保無人飛機在水稻冠層霧滴沉積分布的因素主次順序為作業(yè)速度、飛行高度、噴頭流量；Huang等[12]研究表明，植保無人飛機飛行參數(shù)的準確獲取和飛行參數(shù)質量的準確評估對提高噴藥效果和精度具有重要意義。何玲等[13]通過對水稻冠層霧滴沉積分布的研究，發(fā)現(xiàn)助劑對霧滴沉積分布具有較好的作用。包斐等[14]發(fā)現(xiàn)添加邁飛助劑，使用XR11001VS型號噴頭、飛行速度3.0～3.8 m/s時，對鮮食玉米草地貪夜蛾的防治效果最佳。目前，植保無人飛機的應用越來越廣泛，但有關馬鈴薯的飛防試驗和相關文章鮮有報道[15]。本試驗采用雙旋翼植保無人飛機從作業(yè)高度、飛行速度和噴霧助劑含量3個關鍵因素入手，研究其對霧滴沉積分布的影響，為植保無人飛機在馬鈴薯上的防治應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

極飛V40雙旋翼植保無人飛機（搭載Super×4智能控制系統(tǒng)）、智能離心霧化噴頭（60～400 μm霧化區(qū)間），廣州極飛科技股份有限公司；霧滴測試卡，重慶市六六山下植?？萍加邢薰?；掃描儀，愛普生（中國）有限公司；手持風速儀、溫濕度計，廣州市速為電子科技有限公司；高精度測畝儀，得力集團有限公司。

邁飛助劑，北京光源益農化學有限責任公司。

供試馬鈴薯品種為‘冀張薯10號’。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗地概況

試驗地位于甘肅省榆中縣園藝場馬鈴薯試驗地（104°07′E，35°49′N），海拔1 666 m，日照時間長，土壤為黃綿土，采用統(tǒng)一田間管理。2021年4月中旬播種，約3 500～4 000株/667 m2，地膜幅寬為80 cm，覆膜后壟面寬約為60 cm，壟距40 cm，壟高15～20 cm。每壟種兩行，行距35～40 cm，株距33～35 cm。該試驗地連續(xù)多年種植馬鈴薯，田間水利設施良好，排灌方便，試驗區(qū)面積為0.42 hm2。

1.2.2 植保無人飛機飛防作業(yè)參數(shù)確定試驗

本試驗于2021年6月30日在甘肅省農業(yè)科學院榆中園藝試驗場進行，試驗時天氣晴朗，氣溫為25.3℃，相對濕度為39%，風速小于2.1 m/s，試驗設計為飛行高度（距離馬鈴薯植株冠層高度）和飛行速度的雙因素完全隨機試驗，共9組處理組合，每組處理6次重復，具體作業(yè)參數(shù)組合如表1所示。

表1 不同飛防作業(yè)參數(shù)處理

每組試驗選擇長勢相同的馬鈴薯，參考國家植保無人飛機標準NY/T 3213—2018《植保無人機質量技術評價規(guī)范》進行測量[16]。在馬鈴薯試驗區(qū)隨機選擇6個樣點，每個樣點1株，并在其頂部選擇1片長勢良好，且保持每個樣點葉片一致。將霧滴測試卡用訂書機固定在采樣點的馬鈴薯葉片正面和反面，植保無人飛機以不同的飛行參數(shù)作業(yè)結束后，收集霧滴測試卡并編號，保存在自封袋中，帶回實驗室，測定及計算霧滴覆蓋率、體積中值直徑、霧滴覆蓋密度，確定最佳飛防作業(yè)參數(shù)。

1.2.3 噴霧助劑用量篩選試驗

本試驗于2021年7月15日進行，試驗時天氣晴朗，氣溫為26.3℃，相對濕度為41%，風速小于2.2 m/s。試驗過程中，植保無人飛機按1.2.2節(jié)篩選出的最佳飛行參數(shù)作業(yè)，添加不同用量的邁飛助劑，其中空白對照不添加助劑，共4組處理（表2），每組處理6次重復，設計單因素試驗，測定及計算霧滴覆蓋率、體積中值直徑、霧滴覆蓋密度。

表2 植保無人飛機噴霧助劑用量方案

1.3 數(shù)據(jù)分析

試驗結束后，霧滴測試卡采用愛普生V39掃描儀掃描和六六山下霧滴分析軟件（V2.0）進行分析，可得出覆蓋率、體積中值直徑、霧滴覆蓋密度等信息，采用Excel對數(shù)據(jù)進行初步整理，用DPS軟件進行單因素方差分析。

2 試驗結果

2.1 植保無人飛機不同作業(yè)參數(shù)下藥液霧滴在馬鈴薯上的沉積分布

2.1.1 對葉片正反面霧滴覆蓋率的影響

在植保無人飛機不同的作業(yè)參數(shù)下馬鈴薯葉片的霧滴覆蓋率具有差異，結果見圖1。葉片正面霧滴覆蓋率為0.94%～2.13%，葉片反面霧滴覆蓋率為0.12%～0.78%，霧滴主要集中在葉片正面。在葉片正面處理7與處理3差異顯著，且處理7的霧滴覆蓋率最大，為2.13%；在葉片反面，處理7與處理6差異顯著，且處理7的霧滴覆蓋率最大，為0.78%。作業(yè)速度相同，飛行高度增加時，葉片正反面霧滴覆蓋率呈現(xiàn)遞減趨勢。綜上，馬鈴薯葉片正面和反面霧滴覆蓋率最佳作業(yè)參數(shù)為處理7，即飛行速度為5 m/s，飛行高度為3 m。

圖1 不同作業(yè)參數(shù)下植保無人飛機在馬鈴薯葉片上霧滴覆蓋率

2.1.2 對葉片正反面霧滴體積大小的影響

植保無人飛機不同作業(yè)參數(shù)對葉片正反面霧滴粒徑的影響結果見圖2。葉片正面，體積中值直徑主要分布在160.10～194.14 μm；葉片反面主要分布在104.79～184.34 μm。葉片正面霧滴體積中值直徑無顯著性差異，葉片反面處理7和處理3顯著高于處理6。

圖2 不同作業(yè)參數(shù)下植保無人飛機在馬鈴薯葉片霧滴體積中值直徑

2.1.3 對馬鈴薯葉片霧滴覆蓋密度的影響

在不同的作業(yè)參數(shù)處理中，葉片正面霧滴覆蓋密度存在顯著差異，反面無顯著差異，結果見圖3。葉片正面霧滴覆蓋密度為6.03～13.90滴/cm2，葉片反面霧滴覆蓋密度為0.97～3.77滴/cm2，霧滴主要集中在葉片正面。在葉片正面處理7與處理2、處理3差異顯著，且處理7的霧滴覆蓋密度最大，為13.90滴/cm2；葉片反面無顯著差異，但處理7的霧滴覆蓋密度最大，為3.77滴/cm2。作業(yè)速度相同，飛行高度增加時，葉片正面霧滴覆蓋密度呈現(xiàn)遞減趨勢，葉片反面同樣呈增減趨勢。綜上，馬鈴薯葉片正面和背面霧滴覆蓋密度最佳作業(yè)參數(shù)為飛行速度為5 m/s，飛行高度為3 m。

圖3 馬鈴薯葉片霧滴覆蓋密度

2.2 噴霧助劑對霧滴沉積分布的影響

不同用量的噴霧助劑對馬鈴薯葉片正反面的霧滴沉積分布有顯著性影響，如表3所示。助劑用量在3‰時，葉片正反面霧滴覆蓋率和覆蓋密度均與對照有顯著差異，其葉片正反面覆蓋密度與助劑用量2‰有顯著差異，其葉片反面覆蓋率與助劑用量2.5‰有顯著差異，且當助劑用量為3.0‰時，葉片正反面霧滴覆蓋率最大，分別為4.34%和1.44%；葉片正反面覆蓋密度最大，分別為25.56滴/cm2和17.17滴/cm2。

表3 不同用量噴霧助劑處理霧滴在馬鈴薯葉片上的沉積分布

體積中值直徑與對照組無顯著差異，葉片正面主要分布在163.03～179.50 μm；葉片反面主要分布在157.51～176.92 μm。

3 討論與結論

植保無人飛機在進行飛防作業(yè)過程中，由于作物枝葉的高低、大小、柔韌程度等自身生長特性，導致作業(yè)參數(shù)的需求不同。本試驗結果顯示，飛行速度為3～5 m/s，高度為3～5 m時，葉片正面霧滴體積中值直徑主要分布在160.10～194.14 μm，葉片反面主要分布在104.79～184.34 μm，其中作業(yè)高度為3 m、速度為5 m/s時，葉片正反面霧滴體積中值直徑差異均最小，分別為190.03、184.34 μm。Chen等[17]報道了霧滴的穿透結果隨著粒徑的增大而增大，體積中值直徑為185.09 μm的霧滴穿透結果最好，與本試驗結果相似。

當飛行速度為5 m/s，飛行高度3 m時，霧滴覆蓋率和覆蓋密度均為最大值，葉片正面分別為2.13%和13.90滴/cm2，葉片反面分別為0.78%和3.77滴/cm2。崔言省等[18]探索了植保無人飛機技術在馬鈴薯病蟲害防治上的可行性，發(fā)現(xiàn)飛行速度在2.5～5.5 m/s，飛行高度控制在2～3 m時，噴灑效果較為理想，作業(yè)過程中可根據(jù)地形等因素適當調整飛行參數(shù)，這與本試驗結果相似。劉小譚等[19]探索了植保無人飛機在馬鈴薯上的作業(yè)條件，發(fā)現(xiàn)飛行速度為2.0～3.0 m/s，飛行高度1.5 m時，作業(yè)效果更為理想，與本試驗結果有所差異，原因可能是環(huán)境因素影響或者植保無人飛機型號不同。此外，作業(yè)速度相同，高度增加時，葉片正反面霧滴覆蓋率和覆蓋密度均呈現(xiàn)遞減趨勢，與Chen等[17]的結果一致。綜上，植保無人飛機飛行速度為5 m/s，飛行高度3 m時，馬鈴薯葉片霧滴覆蓋率和覆蓋密度均最大，霧滴沉積分布最均勻，作業(yè)效果最佳。

噴霧助劑是影響植保無人飛機霧滴沉積分布的重要因素，添加助劑可以改變農藥溶液的理化性質[20]。本試驗研究結果表明，體積中值直徑與對照組無顯著差異，葉片正面主要分布在163.03～179.50 μm；葉片反面主要分布在157.51～176.92 μm。邁飛助劑用量在3‰時，其葉片正面霧滴覆蓋密度與2‰用量存在顯著差異，葉片反面霧滴覆蓋率與2.5‰用量存在顯著差異。葉片正反面霧滴覆蓋率最大值分別為4.34%和1.44%，覆蓋密度最大值分別為25.56滴/cm2和17.17滴/cm2。陳奕璇等[21]研究發(fā)現(xiàn)噴霧助劑增大了鋪展系數(shù)從而減少了藥液流失，可以改變藥液理化性質，提升植保無人飛機的霧滴沉積分布和防治效果；張武云等[22]發(fā)現(xiàn)增加適量的噴霧助劑可加強防治效果，更能發(fā)揮植保無人飛機的優(yōu)點；胡中澤等[23]研究發(fā)現(xiàn)，植保無人飛機添加噴霧助劑的防治效果優(yōu)于未加噴霧助劑或減少藥用量的處理，而且植保無人飛機添加噴霧助劑可顯著增加霧滴沉積分布，本試驗結果與上述結果一致。因此，飛防作業(yè)中添加3‰邁飛助劑可顯著增加霧滴沉積分布，提高飛防作業(yè)的霧化效果。

本研究僅針對雙旋翼植保無人飛機作業(yè)參數(shù)及噴霧助劑對馬鈴薯葉片上霧滴沉積分布的影響開展試驗，針對其他機型無人機以及馬鈴薯病蟲害的防效有待進一步研究。