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        植保無人飛機防治玉米南方銹病施藥參數(shù)和防效探究

        2024-11-03 00:00:00趙方奎劉杰馬學軍李好海牛朝陽楊代斌袁會珠閆曉靜
        植物保護 2024年5期

        摘要為了利用植保無人飛機有效防治玉米南方銹病,開展了施藥液量和藥劑篩選研究。試驗結果表明:植保無人飛機在飛行高度2 m和飛行速度3 m/s條件下,施藥液量為2 L/667m2時,藥液霧滴在玉米植株下三葉、棒三葉和上三葉上的沉積密度分別為91.72、57.75個/cm2和13.42個/cm2,且施藥液量增加到3 L/667m2和4 L/667m2時藥液霧滴的沉積密度沒有顯著變化。施藥液量為2、3 L/667m2和4 L/667m2時農藥沉積利用率分別為52.59%、53.89%和57.88%。綜合考慮作業(yè)效率,植保無人飛機施藥防治玉米南方銹病的最佳施藥液量為2 L/667m2。在此施藥條件下,噴施30%丙硫菌唑OD、20%丙環(huán)唑ME、32.5%苯甲·嘧菌酯SC和40%丙硫菌唑·戊唑醇SC 14 d后對玉米南方銹病的防治效果分別達到96.72%、70.68%、80.54%和69.71%。因此,植保無人飛機在飛行高度2 m,飛行速度3 m/s,作業(yè)行距5 m,施藥液量2 L/667m2時噴施30%丙硫菌唑OD、32.5%苯甲·嘧菌酯SC、20%丙環(huán)唑ME和40%丙硫菌唑·戊唑醇SC可有效防治玉米南方銹病。

        關鍵詞玉米南方銹病;植保無人飛機;施藥液量;防效

        中圖分類號:S 435.131文獻標識碼:BDOI:10.16688/j.zwbh.2023504Study on the application parameters and control efficacy against southern

        maize rust by plant protection unmanned aerial vehiclesZHAO Fangkui LIU Jie MA Xuejun LI Haohai NIU Zhaoyang YANG Daibin YUAN Huizhu YAN Xiaojing(1. Institute of Plant Protection, 2025d4936068e673d15b5e23be75642cChinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing100193, China; 2. National

        Agricultural Technology Extension Centre, Beijing100125, China; 3. Agriculture and Rural Affairs Bureau of

        Muye District, Xinxiang City, Henan Province, Xinxiang453000, China; 4. Henan Plant Protection and

        Quarantine Station, Zhengzhou450000, China; 5. Plant Protection Station of Zhenping

        County, Nanyang City, Henan Province, Nanyang474200, China)AbstractIn order to use plant protection unmanned aerial vehicles (UAV) to effectively control maize southern rust, spray volume of pesticide application solution and pesticide selection for the disease prevention and control by plant protection UAV was investigated. The results showed that when the application solution was 2 L/667m2 at a flight altitude of 2 m and a flight speed of 3 m/s, the deposition density of the pesticide droplets on the lower three leaves, three-ear-leaves and upper three leaves of maize plants was 91.72, 57.75 droplets/cm2 and 13.42 droplets/cm2, respectively, and the deposition density of the droplets did not change significantly when the application solution increased to 3 L/667m2 and 4 L/667m2. When the application solution was 2, 3 L/667m2 and 4 L/667m2, the pesticide deposition utilization rate was 52.59%, 53.89% and 57.88%, respectively. Considering the operation efficiency, the optimal application solution of plant protection UAV for southern maize rust control was 2 L/667m2. Under these conditions, the control effects of spraying prothioconazole 30% OD, propiconazole 20% ME, difenoconazole·azoxystrobin 32.5% SC and prothioconazole·tebuconazole 40% SC against southern maize rust reached 96.72%, 70.68%, 80.54% and 69.71%, respectively, 14 days after spraying. Therefore, spraying prothioconazole 30% OD, difenoconazole·azoxystrobin 32.5% SC, propiconazole 20% ME and prothioconazole·tebuconazole 40% SC at a flight altitude of 2 m, flight speed of 3 m/s, operation row spacing of 5 m, and application solution of 2 L/667m2 can effectively control southern maize rust.

        Key wordssouthern maize rust;plant protection unmanned aerial vehicle;amount of application solution;control efficacy

        玉米南方銹病是一種典型的氣傳型病害[1],近年來,已成為我國夏玉米產區(qū)和南方玉米產區(qū)的一種普遍流行病害,對我國玉米生產造成了嚴重損害[2]。目前,噴施化學殺菌劑是防治玉米南方銹病的主要措施,據(jù)中國農藥信息網(wǎng)資料顯示,目前我國登記在銹病上的農藥總量為323種,其中68.3%登記在小麥銹病上,其余藥劑登記在大豆、大蒜等作物上,但至今沒有登記在玉米銹病上的藥劑。生產上常選用戊唑醇、三唑酮、苯醚甲環(huán)唑、丙環(huán)唑、嘧菌酯、吡唑醚菌酯[3]等藥劑進行玉米南方銹病的防治。但玉米南方銹病主要在玉米中后期的下部葉片開始發(fā)病,但玉米生長中后期田間郁閉,植株遮擋[4],使用傳統(tǒng)的人工施藥器械進行玉米南方銹病的防治工作難度較大。

        植保無人飛機是指配備有農藥噴灑系統(tǒng),用于植保作業(yè)的旋翼無人飛機[5],其在進行作物病蟲害防治工作時,具有人機分離[6]、機動靈活[7]、不受作物長勢和地勢限制、便于操作控制[8]等突出優(yōu)勢,已成為進行植物病蟲害防治工作的首選器械。據(jù)統(tǒng)計,截至2023年底,我國植保無人飛機保有量達到20萬架,防治面積達14 200萬公頃次,是我國總防治面積的1/4左右,植保無人飛機的保有量和防治面積均居世界首位[9],且已經(jīng)被廣泛應用于水稻、小麥、玉米等主要糧食作物和以棉花為主的經(jīng)濟作物的病蟲害防治工作中[7]。高圓圓等[10]在夏玉米生長中后期,利用Af-811小型無人機開展不同劑型毒死蜱防治玉米螟Ostrinia furnacalis試驗,結果表明,Af-811小型無人機噴灑10%毒死蜱超低容量液劑對玉米螟的防治效果可達80.7%,噴灑42%毒死蜱乳油時添加霧滴蒸發(fā)抑制劑對玉米螟的防治效果可達75.8%。臧曉韻等[11]為明確植保無人機噴施過程中添加助劑對甲氨基阿維菌素苯甲酸鹽乳油防治玉米田草地貪夜蛾Spodoptera frugiperda的影響開展試驗,結果表明添加噴霧助劑可有效降低甲氨基阿維菌素苯甲酸鹽乳油的表面張力,降低霧滴在玉米葉片上的接觸角,提高霧滴鋪展系數(shù),添加助劑后可明顯提高甲氨基阿維菌素苯甲酸鹽乳油對草地貪夜蛾的防治效果。Yan等[12]在2021年首次使用植保無人飛機噴施微型顆粒劑(0.4%氯蟲·甲維顆粒劑)對草地貪夜蛾進行防治,試驗結果表明微型顆粒劑可借助植保無人飛機下壓風場的作用滾落至玉米心葉處,當植保無人飛機飛行速度為4~6 m/s時,微型顆粒劑在玉米冠層的沉積可達50.8%~58.7%,且對草地貪夜蛾的防治效果優(yōu)于水溶噴霧。單常峰[13]研究發(fā)現(xiàn)植保無人飛機噴施不同化學藥劑對玉米草地貪夜蛾防治效果不同,其中25%乙基多殺菌素懸浮劑與5%甲氨基阿維菌素苯甲酸鹽乳油對草地貪夜蛾的防治效果均超過了95%。因此,植保無人飛機施藥技術為玉米南方銹病防治提供了一種新的解決方案。

        植保無人飛機施藥液量是藥液霧滴在玉米植株沉積分布的主要因素之一[1415],也是有效防治玉米南方銹病的關鍵點。為探究植保無人飛機在進行防治玉米南方銹病時最佳施藥液量并篩選適用于植保無人飛機防治玉米南方銹病的化學藥劑,本試驗對植保無人飛機施藥防治玉米南方銹病時施藥液量進行了探究,通過對霧滴在玉米下三葉(穗下2~4葉)、棒三葉及上三葉(穗上2~4葉)的霧滴密度、沉積量以及不同施藥液量下農藥沉積利用率進行分析,明確利用植保無人飛機防治玉米南方銹病時的最佳施藥液量,同時在最佳施藥液量基礎上,根據(jù)不同化學殺菌劑對玉米南方銹病的防治效果,對防治玉米南方銹病的化學殺菌劑進行篩選。為植保無人飛機防治玉米南方銹病科學防控提供理論依據(jù)。

        1材料與方法

        1.1試驗地點

        試驗地選在河南省南陽市鎮(zhèn)平縣雪楓街道七里莊村(32°59′N,112°15′E),當?shù)貙偌撅L大陸濕潤半濕潤氣候,適合玉米種植。

        玉米品種為‘好日子738’,寬窄行種植:60~90 cm,株距22 cm,處于灌漿初期。

        1.2試驗材料和儀器

        85%誘惑紅(浙江吉高德色素科技有限公司),植保無人飛機大疆T50(深圳市大疆創(chuàng)新科技有限公司)、風速儀(北京中西遠大科技有限公司)、掃描儀(上海中晶科技有限公司)、溫濕度儀(深圳市華圖電氣有限公司)、Depositscan(ImageJ 1.38X)軟件(分辨率為600 dpi)等。

        1.3試驗藥劑

        30%丙硫菌唑可分散油懸浮劑(OD)、40%丙硫菌唑·戊唑醇懸浮劑(SC)(安徽久易農業(yè)股份有限公司提供)、20%丙環(huán)唑微乳劑(ME)(河北中保綠農作物科技有限公司提供)、32.5%苯甲·嘧菌酯懸浮劑(SC)(江蘇克勝集團股份有限公司提供)、125 g/L氟環(huán)唑懸浮劑(SC)(河南標普農業(yè)科技有限公司提供)。5種殺菌劑所選用劑量均為登記田間推薦使用劑量。

        1.4試驗設計

        1.4.1植保無人飛機防治玉米南方銹病施藥液量確定試驗共分為3個處理, 在玉米抽雄期噴施30 g/667m2誘惑紅水溶液,共設置3種施藥液量(2、3、4 L/667m2),在作業(yè)過程中植保無人飛機飛行高度為2 m,飛行速度為3 m/s,作業(yè)行距為5 m,噴霧霧滴粒徑為100 μm。每個試驗小區(qū)面積規(guī)格為20 m×50 m。噴霧前,在試驗小區(qū)內布置霧滴測試裝置。具體布樣方法為:垂直于植保無人飛機噴霧方向布置3排霧滴采集卡,即為3個重復,分別將霧滴采集卡布置于玉米植株下三葉(穗下2~4葉)、棒三葉、上三葉(穗上2~4葉),每株玉米植株共布置9張濾紙(4.5 cm×4.5 cm)和9張標簽紙(3 cm×6 cm),每排布置10株玉米,相鄰2株玉米之間的距離為1 m,2排間隔10 m,試驗小區(qū)霧滴采集卡布置情況如圖1所示。

        1.4.2植保無人飛機防治玉米南方銹病藥劑篩選

        試驗共設置6個處理,其中處理1~5為植保無人飛機大疆T50分別噴施30%丙硫菌唑OD、20%丙環(huán)唑ME、32.5%苯甲·嘧菌酯SC、40%丙硫菌唑·戊唑醇SC、125 g/L氟環(huán)唑SC,以噴施清水為空白對照,具體試驗處理見表1。

        植保無人飛機采用低空低容量噴霧作業(yè),根據(jù)施藥液量試驗結果,以每667 m2用水量為2 L,飛行速度為3 m/s,相對作物高度為2 m,作業(yè)行距為5 m的飛行作業(yè)參數(shù)進行植保作業(yè)。作業(yè)過程中采用全自主飛行模式,并開啟仿地跟隨系統(tǒng)以確保飛行高度恒定。植保無人飛機采用LX8060SZ噴頭,噴霧霧滴粒徑為100 μm。植保無人飛機防治玉米南方銹病情況如圖2所示。

        1.5數(shù)據(jù)分析

        1.5.1霧滴測試卡處理

        噴霧結束后,待濾紙上誘惑紅晾干后,收集濾紙裝入自封袋中,做好標記。在實驗室內,向裝有濾紙的自封袋中裝入5 mL蒸餾水,振蕩搖勻5 min,待濾紙上的誘惑紅全部洗入溶液中,用帶有0.22 μm水系濾膜的注射器進行過濾處理,處理后的溶液用SMP500型MD酶標儀于波長514 nm處測定吸光度。根據(jù)誘惑紅標準曲線計算洗脫液的濃度,進而根據(jù)洗脫液的體積和濾紙面積,按式(1)計算單位面積上的沉積量(μg/cm2)。

        βdep=[(ρsmpl-ρblk)-Bcal]×Vdil/(Fcal×Acol)(1)

        式中:βdep為沉積量,單位為μg/cm2;ρsmpl為樣品的吸光度;ρblk為空白對照樣品的吸光度;Fcal為誘惑紅標準曲線的斜率值;Bcal為誘惑紅標準曲線的截距;Vdil為洗脫液的體積,單位為mL;Acol為濾紙的面積,單位為cm2。

        噴霧結束后,收取標簽紙裝入5#自封袋,利用掃描儀對標簽紙逐一掃描,通過圖像處理軟件Desposit Scan進行數(shù)據(jù)分析,得出在不同施藥液量下每個采集位點的霧滴密度。

        噴霧結束30 min后,每個小區(qū)隨機選取5個點,每點選取2株玉米植株。在實驗室條件下,向裝有玉米植株的自封袋中加入200 mL自來水,振蕩洗滌5 min,確保將植株上的誘惑紅完全洗脫,用帶有0.22 μm水系濾膜的注射器進行過濾處理,處理后的溶液用SMP500型MD酶標儀于波長514 nm處測定吸光度。根據(jù)誘惑紅標準曲線計算洗脫液的濃度,然后根據(jù)式(2)計算農藥利用率。

        βdep=[(ρsmplblk)-Bcal]×Vdil×ρ/Fcal×M×100%(2)

        式中:βdep為大田作物的農藥沉積利用率;ρsmpl為樣品的吸光度;ρblk為空白(空白植株和洗脫液)的吸光度;Bcal為誘惑紅標準曲線的截距;Fcal為誘惑紅標準曲線的斜率值;Vdil為洗脫液的體積,單位為mL;ρ為種植密度,單位為株/m2;M為單位面積誘惑紅的施用總量,單位為μg/m2。

        1.5.2玉米南方銹病調查標準與防治效果計算公式在玉米田施藥前調查各小區(qū)病情指數(shù),并在施藥后7、14 d進行藥效調查。每小區(qū)對角線五點取樣,每點調查10株,共50株,記錄總株數(shù)、病株數(shù)、病葉數(shù),并按式(3)計算防治效果。

        玉米南方銹病調查分級:0級:全株無病斑;1級:有零星孢子堆,病斑面積占葉面積的5%以下;3級:葉片有少量孢子堆,病斑面積占葉面積的5%~25%;5級:葉片有較多孢子堆,病斑面積占葉面積的26%~50%;7級:葉片有大量孢子堆,病斑相連,病斑面積占葉面積的51%~75%;9級:葉片有大量孢子堆,病斑面積占葉面積的76%以上至葉片枯黃。

        防治效果=[1-(空白對照區(qū)施藥前病葉數(shù)×處理區(qū)施藥后病葉數(shù))/(空白對照區(qū)施藥后病葉數(shù)×處理區(qū)施藥前病葉數(shù))]×100%(3)

        試驗數(shù)據(jù)使用DPS 14.50軟件進行統(tǒng)計分析,應用Duncan氏新復極差法進行差異顯著性檢驗。使用Origin 2022進行圖表制作。

        2結果與分析

        2.1植保無人飛機不同施藥液量作業(yè)玉米植株霧滴沉積密度分布情況不同施藥液量處理下霧滴在玉米植株不同部位的分布情況如圖3所示。不同施藥液量下,霧滴在玉米植株下三葉的分布可達到91.72、95.69、100.93個/cm2,霧滴在玉米植株棒三葉的分布可達到57.75、64.34、65.41個/cm2,隨施藥液量的增加,藥液霧滴在下三葉、棒三葉上的分布雖呈現(xiàn)增加趨勢,但是不同施藥液量間在下三葉、棒三葉上的霧滴分布并不存在顯著性差異。不同施藥液量下,霧滴在玉米植株上三葉的分布可達到13.42、12.07、12.67個/cm2。藥液霧滴在玉米植株上三葉的分布雖不同于在下三葉、棒三葉上的分布趨勢,但不同施藥液量下藥液霧滴在玉米植株上三葉的分布并不存在顯著性差異。

        2.2植保無人飛機不同施藥液量作業(yè)玉米植株霧滴沉積量分布情況植保無人飛機不同施藥液量下霧滴沉積量結果見圖4。對于玉米植株下三葉,不同施藥液量下霧滴沉積量分別可達0.77、0.84、1.39 μg/cm2,其中施藥液量為4 L/667m2時,霧滴沉積量表現(xiàn)為最佳,且與施藥液量2、3 L/667m2存在顯著性差異,當施藥液量為2、3 L/667m2時,二者霧滴沉積量并不存在顯著性差異。對于玉米植株棒三葉,不同施藥液量下霧滴沉積量分別可達0.53、0.56、0.65 μg/cm2;對于玉米上三葉,不同施藥液量下,霧滴沉積量分別可達0.28、0.31、0.34 μg/cm2;不同施藥液量下,藥液霧滴在玉米植株棒三葉、上三葉的沉積分布并不存在顯著性差異。

        2.3植保無人飛機不同施藥液量作業(yè)農藥利用率

        植保無人飛機不同施藥液量下農藥利用率如圖5所示,施藥液量為2、3 L/667m2和4 L/667m2時的農藥利用率分別為52.59%、53.89%、57.88%。試驗表明在用藥量一致條件下,施藥液量在2~4 L/667m2之間,植保無人飛機噴霧在玉米植株上的農藥利用率未呈現(xiàn)顯著性差異。

        2.4不同化學殺菌劑對玉米南方銹病的防治效果通過對施藥液量為2 L/667m2條件下,植保無人飛機噴施30%丙硫菌唑OD、20%丙環(huán)唑ME、32.5%苯甲·嘧菌酯SC、40%丙硫菌唑·戊唑醇SC、125 g/L氟環(huán)唑SC等5種藥劑對玉米南方銹病的防治效果調查分析。從表2可以看出,植保無人飛機施藥后7 d,30%丙硫菌唑OD、20%丙環(huán)唑ME、32.5%苯甲·嘧菌酯SC、40%丙硫菌唑·戊唑醇SC等4種化學殺菌劑對玉米南方銹病的防治效果均達到75%以上,其中40%丙硫菌唑·戊唑醇SC對玉米南方銹病的防治效果表現(xiàn)最佳,達到90.38%。125 g/L氟環(huán)唑SC在藥后7 d對玉米南方銹病無防治效果。施藥后14 d,對玉米南方銹病防效最優(yōu)的是30%丙硫菌唑OD(96.72%)、其次分別為32.5%苯甲·嘧菌酯SC(80.54%)、20%丙環(huán)唑ME(70.68%)、40%丙硫菌唑·戊唑醇SC(69.71%)。125 g/L氟環(huán)唑SC在施藥后14 d對玉米南方銹病的防治效果僅為45.42%。

        3結論與討論

        作為我國玉米的主要病害之一,玉米南方銹病的防治工作已經(jīng)成為亟待解決的植保問題。但由于該病害常發(fā)生于植株郁閉的玉米生長中后期,故使用傳統(tǒng)人工施藥器械進行化學藥劑防治較為困難。隨著人工智能技術的快速發(fā)展,植保無人飛機逐漸成為防治作物病蟲害的主要器械[16]。植保無人飛機在進行噴霧作業(yè)時,飛行高度[1718]、飛行速度[1920]、施藥液量[21]等對藥液霧滴在靶標作物冠層的沉積分布具有較大影響。方治豪等[15]比較了植保無人飛機噴施不同施藥液量(1、1.5、2 L/667m2)藥液霧滴在棉花冠層上的沉積分布及對棉花薊馬的防治效果,發(fā)現(xiàn)施藥液量為2 L/667m2時,霧滴密度、覆蓋率及穿透性均優(yōu)于施藥液量1、1.5 L/667m2。劉玉生等[22]以番茄晚疫病為研究對象,探究不同施藥液量對番茄晚疫病防效的影響,結果表明施藥液量為2 L/667m2時,植保無人飛機低容量噴霧效果與常規(guī)大容量噴霧效果相當,且當施藥液量為3 L/667m2時,藥效不再增加。Arakawa等[23]通過評估植保無人飛機超低量農藥在板栗上的應用效果,發(fā)現(xiàn)施藥液量分別為20、40 L/hm2時,藥液霧滴在板栗樹上的噴霧覆蓋率沒有顯著差異,且對蟲害的防治與傳統(tǒng)噴霧器防治效果相當。本試驗研究表明,植保無人飛機3種施藥液量下,同冠層不同施藥液量間隨施藥液量增加霧滴密度、沉積量呈增加趨勢,但并不存在顯著性差異,且植保無人飛機在3種施藥液量下,噴霧霧滴在玉米上三葉、棒三葉、下三葉的霧滴密度、沉積量均表現(xiàn)為下三葉>棒三葉>上三葉,這可能與植保無人飛機在進行作業(yè)過程中,自身所產生的下洗氣流有關,植保無人飛機下洗氣流是影響農藥霧滴在靶標作物冠層沉積分布的主要因素[24],藥液霧滴經(jīng)過旋翼所產生的下洗氣流吹送到玉米植株下部冠層[25]。同時,也可能與霧滴粒徑大小有關,本試驗霧滴粒徑設置為100 μm,小霧滴能增加農藥接觸靶標作物的幾率,更容易穿透作物冠層落到中下層[11, 26]。

        使用化學藥劑仍然是防治作物病蟲害的主要措施[27]。近年來,應用植保無人飛機防治玉米病蟲草害主要集中于玉米螟、草地貪夜蛾和雜草等,張梅等[14]以植保無人飛機為施藥器械噴施20%氯蟲苯甲酰胺懸浮劑,在施藥后7 d對玉米螟的防治效果達到85%以上。范明洪等[28]探究了植保無人飛機在玉米田噴施28%煙嘧磺隆·莠去津可分散油懸浮劑的雜草防除效果,結果表明,施藥后30 d對雜草的株防效達到70%以上,鮮重防效達到80%以上。包斐等[29]以植保無人飛機為施藥器械,在鮮玉米灌漿期噴施3%甲氨基阿維菌素苯甲酸鹽水分散粒劑探究其對草地貪夜蛾的防效,研究發(fā)現(xiàn)施藥后7 d對草地貪夜蛾的防治效果達67%以上。但采用植保無人飛機防治玉米南方銹病試驗的研究尚匱乏,故本試驗以植保無人飛機為施藥器械,在最佳施藥條件下,探究30%丙硫菌唑OD、20%丙環(huán)唑ME、32.5%苯甲·嘧菌酯SC、40%丙硫菌唑·戊唑醇SC和125 g/L氟環(huán)唑SC對玉米南方銹病的防治效果,通過對施藥后7 d和14 d防治效果進行分析可知,在進行防治玉米南方銹病時, 30%丙硫菌唑OD、20%丙環(huán)唑ME、32.5%苯甲·嘧菌酯SC、40%丙硫菌唑·戊唑醇SC等藥劑均對玉米南方銹病有較好的防效。

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        (責任編輯:田喆)

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