陳 曉，龔 艷，張 曉，王 果，陳 偉，劉德江

(農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，江蘇南京 210014)

我國是農(nóng)業(yè)大國，植物保護(hù)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中必不可少的一項(xiàng)活動，其中噴灑化學(xué)農(nóng)藥是進(jìn)行病蟲草害防治最為經(jīng)濟(jì)、快速的手段[1]。但由于目前施藥方法的局限性，大部分農(nóng)藥并沒有發(fā)揮作用。據(jù)農(nóng)業(yè)部數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2015年我國水稻、玉米、小麥3大糧食作物農(nóng)藥利用率為36.6%，比2013年提高1.6百分點(diǎn)。雖然農(nóng)藥利用率有提高，但與歐美發(fā)達(dá)國家相比，我國的農(nóng)藥利用率仍然偏低，既浪費(fèi)了大量的人力物力，又由于大部分的農(nóng)藥流失到土壤、地下水中，造成環(huán)境污染，破壞生態(tài)平衡[2]。因此，選擇適應(yīng)作物種植模式、種植階段的植保機(jī)械至關(guān)重要。

我國是世界上小麥產(chǎn)量最高、消費(fèi)量最大的國家。其中，小麥的種植面積占我國糧食作物總面積的22%左右，在我國糧食安全戰(zhàn)略中處于非常重要的地位[3-5]。在不同的小麥生長階段所對應(yīng)的病蟲害不同，但由于農(nóng)民本身植保機(jī)具品種單一，不能滿足麥田中不同時期，不同病蟲害的防治的要求，導(dǎo)致作業(yè)效率降低，不能適應(yīng)不同地區(qū)的要求[6]。在小麥生長的中后期，即孕穗至揚(yáng)花期以及灌漿期，都是多種病蟲害的高峰期。目前在小麥病蟲害防治中主要用到的植保機(jī)械主要有背負(fù)式手動噴霧器、背負(fù)式電動噴霧器、背負(fù)式噴霧噴粉機(jī)、自走式噴桿噴霧機(jī)、單旋翼無人航空施藥裝備、多旋翼無人航空施藥裝備等[7]，但適用于小麥中后期病蟲害防治的植保機(jī)具須要進(jìn)一步進(jìn)行試驗(yàn)研究。因此，針對目前在小麥病蟲害防治中應(yīng)用較多的植保機(jī)械進(jìn)行田間試驗(yàn)，通過對比不用機(jī)具在小麥不同部位的霧滴分布規(guī)律以及藥液沉積量，篩選出適用于小麥生長中后期病蟲害防治的施藥技術(shù)與裝備，并為進(jìn)一步研究適用于小麥等矮稈旱地作物生長中后期病蟲害防治的施藥技術(shù)裝備提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)基地位于陜西省三原縣新型施藥機(jī)械推廣項(xiàng)目示范區(qū)以及河南省蘭考縣。試驗(yàn)時小麥株高為50～60 cm。

施藥機(jī)具主要有自走式旱田作物噴桿噴霧機(jī)3WX-400G型、單旋翼無人航空施藥裝備3WQF80-10型、多旋翼無人航空施藥裝備3WTXC8-5型、自走式水旱兩用噴桿噴霧機(jī)3WSH-1000型、自走式噴桿噴霧機(jī)3WX-1200G、手動噴霧機(jī)3WBS-16A、背負(fù)式噴霧噴粉機(jī)3W-18。

主要儀器有V5100可見光分光光度計(上海元析儀器有限公司)、DT321S空氣溫濕度計、KA31風(fēng)速儀、電子秤、皮尺、移液器、φ110 mm圓盤濾紙、76 mm×76 mm便簽紙。

噴霧試劑主要有5%誘惑紅(浙江吉高德色素科技有限公司)水溶液。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

根據(jù)不同試驗(yàn)機(jī)具的噴幅，在噴幅范圍內(nèi)每隔1 m或 2 m 選定1株小麥作為采樣點(diǎn)。在每個采樣點(diǎn)上分4層布樣(紙卡布樣為3層，濾紙布樣的第4層在地面，主要是為了通過測定地面的沉積量來確定地面流失)，分別為小麥穗部、小麥旗葉、小麥倒二葉、地面。在布樣時應(yīng)保證各層紙卡、濾紙之間不存在遮擋或干涉。在機(jī)具前進(jìn)方向上間隔5 m選取1行小麥，共選取3行，按照相同的方式進(jìn)行布樣，作為試驗(yàn)的3次重復(fù)。具體布樣方案見圖1。第1組重復(fù)的布樣點(diǎn)在距離機(jī)具起始位置25～30 m處，以保證機(jī)具在到達(dá)采樣點(diǎn)時工況穩(wěn)定。試驗(yàn)結(jié)束，待采樣點(diǎn)上的紙卡與濾紙干燥后，進(jìn)行收集并用自封袋密封。

對采集到的霧滴樣本進(jìn)行分析處理。(1)藥液沉積率測定。將濾紙放入培養(yǎng)皿中，加入20 mL清水浸泡3～4 h，確保濾紙上的誘惑紅充分溶解于水中，用移液器吸取濾紙洗滌液注入玻璃比色皿中，放入分光光度計中測定溶液的吸光度，根據(jù)在分光光度計上配置的誘惑紅標(biāo)準(zhǔn)曲線換算出試驗(yàn)靶標(biāo)上誘惑紅示蹤劑的沉積量，將沉積量數(shù)據(jù)導(dǎo)入Excel軟件，對機(jī)具噴福范圍內(nèi)的霧滴沉積情況進(jìn)行分析；(2)對霧滴覆蓋率進(jìn)行測定。用相機(jī)拍攝試驗(yàn)過程中靶標(biāo)物上的紙卡，將其導(dǎo)入霧滴圖像分析軟件中進(jìn)行分析計算，得到在每個采樣點(diǎn)上紙卡的覆蓋率，將數(shù)據(jù)結(jié)果導(dǎo)入Excel軟件，對機(jī)具噴幅范圍內(nèi)的霧滴覆蓋狀況進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施藥機(jī)具霧滴覆蓋率比較

2.1.1 霧滴覆蓋率 農(nóng)藥的霧滴粒徑大小、覆蓋密度以及覆蓋的均勻性都會對藥效發(fā)揮有顯著影響[8]。通過拍攝采樣點(diǎn)上的紙卡，對紙卡進(jìn)行分析所測定霧滴的覆蓋率可以確定噴霧效果的均勻性。采樣點(diǎn)上的紙卡情況如圖2所示。

圖3為各個施藥機(jī)具在其噴幅范圍內(nèi)的霧滴覆蓋率變化曲線。其中，對單旋翼、多旋翼的無人機(jī)施藥裝備進(jìn)行有助劑與無助劑的覆蓋率比較。

2.1.2 霧滴覆蓋率結(jié)果分析 由圖3可知，各個試驗(yàn)機(jī)具在小麥植株上的藥液沉積量均呈自上而下遞減的趨勢。由表1可看出，3WSH-1000型在下層、中層的變異系數(shù)較小，分別為0.25、0.29，因此其作業(yè)效果在小麥下部以及中部較好，但其在上層的覆蓋率為 19.51% 比3WX-1200G的35.13%與3WX-400G的 42.19% 都少；而3WX-400G在上層的變異系數(shù)最小，為 0.21，所以其在上層的作業(yè)效果較好。

由表2可知，無人機(jī)施藥機(jī)具的平均覆蓋率與自走式噴桿噴霧機(jī)相比，無人機(jī)施藥機(jī)具的覆蓋率偏低，變異系數(shù)較大。3WSH-1000自走式噴桿噴霧機(jī)在上層覆蓋率最低，為19.51%，變異系數(shù)為0.43；而單旋翼無人機(jī)在有助劑的在上層作業(yè)效果最好，其覆蓋率為7.689%，變異系數(shù)為0.744。綜合考慮，自走式噴桿噴霧機(jī)的霧滴覆蓋率較無人機(jī)好一些。但是在有助劑的情況下，多旋翼與單旋翼無人機(jī)的覆蓋率都有所改善。手動噴霧機(jī)覆蓋率的平均值為22.45%，變異系數(shù)為 0.50。背負(fù)式噴霧噴粉機(jī)覆蓋率平均值為1.55%，變異系數(shù)為0.84。綜合比較上述幾種施藥機(jī)具，在小麥生長的中后期采用自走式噴桿噴霧機(jī)與無人機(jī)航空施藥裝備的防治效果優(yōu)于手動噴霧器與背負(fù)式噴霧噴粉機(jī)。

2.2 不同施藥機(jī)具沉積量比較

2.1.1 霧滴沉積量 在對霧滴沉積量進(jìn)行試驗(yàn)時，在1株樣本上分別布4層濾紙，與紙卡相比，多了地面1層，主要是為了測定施藥機(jī)具在噴灑農(nóng)藥的過程中流失到地面上的藥液量。由于布樣的差異，所以在對數(shù)據(jù)處理時，對自走式噴桿噴霧機(jī)采用了折線圖形式，無人機(jī)采用了柱狀圖形式。

2.2.2 霧滴沉積量結(jié)果分析 結(jié)合圖4，由表3可以看出，各個試驗(yàn)機(jī)具(除單旋翼加助劑外)在小麥植株上的藥液沉積量均呈自上而下遞減的趨勢。3WSH-1000的平均沉積量由上部的204.74 ng/cm2降為102.40 ng/cm2； 3WX-1200G的平均沉積量由上部的425.50 ng/cm2降為113.70 ng/cm2；3WX-400G的平均沉積量由上部的875.70 ng/cm2降為 93.60 ng/cm2。在3種噴桿噴霧機(jī)中3WX-1200G的噴霧均勻性較好，在小麥植株上的沉積優(yōu)于其他2個噴桿噴霧機(jī)，可能是因?yàn)?WX-1200G的霧滴較細(xì)，更容易在葉片沉積。

表1 不同自走式噴桿噴霧機(jī)施藥機(jī)具平均覆蓋率

由表4可以看出，各個試驗(yàn)機(jī)具在小麥植株上的藥液沉積量均呈自上而下遞減的趨勢。與自走式噴桿噴霧機(jī)相比，無人機(jī)施藥機(jī)具在小麥植株上的藥液沉積量優(yōu)勢明顯，尤其在植株的上部，無論有無助劑在小麥植株的上部，無人機(jī)的沉積量均>1 000 ng/cm2。在無人機(jī)施藥裝備作業(yè)時，添加助劑能明顯增加藥液在小麥中下部的沉積量，如多旋翼飛機(jī)的底部沉積量由372.1 ng/cm2增加為451.9 ng/cm2；單旋翼底部的沉積量由63.3 ng/cm2增加到473.6 ng/cm2。但無人機(jī)施藥機(jī)具的變異系數(shù)整體偏大，所以在對小麥病蟲害的防治效果上可能并不理想。

表2 不同無人機(jī)施藥機(jī)具平均覆蓋率

表3 不同自走式施藥機(jī)具平均沉積量

由圖5可以看出，除手動噴霧機(jī)以及電動噴霧機(jī)以外，其他機(jī)型(除單旋翼外)在小麥植株上的沉積分布呈明顯的自上而下減少的趨勢。其原因?yàn)槭謩訃婌F機(jī)與電動噴霧機(jī)中有人為因素的影響，其施藥過程本身為上下噴施。綜合比較發(fā)現(xiàn)，彌霧機(jī)在小麥生長中后期的防治效果最差，可能是由于霧滴的粒徑太細(xì)，導(dǎo)致藥液流失；自走式噴桿噴霧機(jī)在小麥植株中下層的沉積量變化比較平穩(wěn)，變異系數(shù)小于無人機(jī)，其原因可能是無人機(jī)作業(yè)時產(chǎn)生的旋翼氣流對霧滴的沉降產(chǎn)生了部分干擾[9-10]。由表5(蘭考縣植保站提供的防效數(shù)據(jù))可以看出，自走式噴桿噴霧機(jī)的防治效果最佳，在施藥后7 d，防效可達(dá)95%及其以上，其中3WX-1200G的防效最佳，在施藥后 7 d 防效可達(dá)到99%；手動噴霧機(jī)的防效最差，施藥后7 d僅為77%；無人機(jī)的防效在施藥后7 d達(dá)到82%。分析其原因可能是由于無人機(jī)的變異系數(shù)較大，其穿透性相對于噴桿噴霧機(jī)較弱，對于防止中下部的病蟲害不利。

表4 不同無人機(jī)施藥機(jī)具平均沉積量

表5 不同施藥機(jī)具防治效果對比

3 結(jié)論

通過對比試驗(yàn)機(jī)具發(fā)現(xiàn)，自走式噴桿噴霧機(jī)與無人機(jī)施藥裝備在小麥生長中后期的防治效果明顯優(yōu)于手動噴霧機(jī)、背負(fù)式噴霧噴粉機(jī)、背負(fù)式電動噴霧機(jī)等小型施藥機(jī)具。各個機(jī)具的變異系數(shù)由大到小依次為背負(fù)式噴霧噴粉機(jī)、手動噴霧機(jī)、無人機(jī)施藥裝備、自走式噴桿噴霧機(jī)。各個試驗(yàn)機(jī)具在小麥植株上的霧滴覆蓋率以及霧滴沉積量均是呈自上而下遞減的趨勢，其中背負(fù)式噴霧噴粉機(jī)的霧滴覆蓋率最低(平均值為1.55%)。3WX-1200G自走式噴桿噴霧機(jī)采用了變量技術(shù)，其噴霧量可以根據(jù)機(jī)具的行走速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了定量噴霧，但與3WSH-1000、3WX-400G相比，其霧滴的覆蓋率與沉積量并沒有明顯的變化，所以變量作業(yè)時對小麥植株的藥液沉積分布并無明顯影響。無人機(jī)施藥裝備作業(yè)時，添加助劑可以改善霧滴在小麥中下部的覆蓋率以及沉積分布，減少霧滴的飄移，在小麥生長中后期有利于病蟲害的防治。但無人機(jī)施藥裝備的變異系數(shù)較大，所以對小麥病蟲害的防治效果有待進(jìn)一步研究。

通過試驗(yàn)比較，在小麥生長中后期自走式噴桿噴霧機(jī)在小麥植株的中下層霧滴覆蓋率與沉積量變化平穩(wěn)，均勻性較好，變異系數(shù)小，適合作業(yè)。但不同的自走式噴桿噴霧機(jī)對小麥的種植規(guī)格有要求，因此在種植小麥時應(yīng)與施藥機(jī)具相對應(yīng)。