电动多旋翼植保无人机低容量喷雾防治玉米三点斑叶蝉的应用研究

赵冰梅 丁丽丽 张强 董红强

摘要

利用KT10Ⅱ型四旋翼植保无人机开展玉米灌浆期三点斑叶蝉的防治试验，研究无人机飞行高度、飞行速度、施药液量以及喷雾助剂等因素对农药雾滴在玉米冠层的沉积分布影响及对三点斑叶蝉防效的影响。结果表明：在无人机飞行高度为距玉米株冠顶部1 m、飞行速度6 m/s、施药液量15 L/hm2，并加入1.5%喷雾助剂“迈飞”的条件下，喷雾雾滴在玉米冠层上部、中部和下部的沉积密度分别达到41.9、27.3和14.9个/cm2，对三点斑叶蝉药后1 d防效可达91.3%，药后14 d防效96.8%以上，速效性和持效性均较理想。

关键词

无人机； 玉米； 三点斑叶蝉； 雾滴沉积分布； 防治效果

中图分类号：

S 435.132

文献标识码： B

DOI： 10.16688/j.zwbh.2017100

Control effects of low volume spraying using unmanned aerial

vehicle （UAV） against Zygina salina Mit

ZHAO Bingmei1， DING Lili1， ZHANG Qiang1， DONG Hongqiang2

（1. General Station of Agricultural Technology Extension，Xinjiang Production and Construction Corps，

Urumqi 830011， China；2. College of Plant Science，Tarim University， Aral 843300， China）

Abstract

Field trials were conducted with the KT10Ⅱ fourrotor unmanned aerial vehicles （UAV） to control Zygina salina Mit during grain filling stage in maize. The influence of UAVs flight altitude， velocity， spray volume and special additives on the deposit distribution of pesticide droplet on maize canopy was investigated and the control effect on Z.salina was also studied. The results showed that under the conditions of 1 m flying altitude from the corn crown top， 6 m/s flying speed， 15 L/hm2spray volume and 1.5% spray adjuvants “Maifei”， the spray droplet deposits density on the upper， middle and lower part of corn canopy were 41.9， 27.3 and 14.9 particle/cm2， respectively. The control efficacy was 91.3% and 96.8% at the first and the 14th day after spraying pesticides with KT10Ⅱ UAV， respectively. The results indicated that this optimized method was of quick and persistent action on the control of Z.salina Mit.

Key words

unmanned aerial vehicles； maize； Zygina salina； droplets deposition distribution； control efficacy

玉米三點斑叶蝉Zygina salina Mit 属半翅目叶蝉科小叶蝉亚科。自20世纪90年代以来，该虫在北疆各地为害日趋严重，成为新疆玉米田继玉米螟之后的第二大害虫，玉米被害率达100%，严重影响玉米产量和质量[1]。玉米三点斑叶蝉主要以二代、三代成、若虫为害玉米。7月中下旬和8月中旬为其为害高峰期。而玉米生长中后期，株高叶茂，田间郁闭，人员进地施药困难。近年来虽然有大型自走式喷雾机械、玉米去雄机、热力烟雾机等投入使用，但仍无法满足玉米生长中后期病虫害防治需求。无人机飞防具有工效高、劳动强度低、不受地形、作物高度限制等优点，但其施药效果与诸多参数如飞行作业高度、飞行速度、气温、风速、喷头等密切相关，这些参数直接影响雾滴的沉积量与均匀程度及穿透程度等[27]。而在农药的田间喷雾中，农药雾滴沉积密度对病虫害的防治效果起决定性作用[89]。无人机飞防及其施药技术的研究在新疆目前处于起步阶段。本文利用KT10Ⅱ型四旋翼无人机，对其飞行作业高度、飞行速度、施药液量以及喷雾助剂等因素对农药雾滴在玉米冠层的沉积分布影响及对三点斑叶蝉防效的影响进行了研究，以期为无人机喷雾技术应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料与设备

试验药械为KT10Ⅱ型四旋翼无人机（重庆金泰航空工业有限公司），配备6个德国进口气压式扇形喷头，型号LECHLER ST11001，单个喷头流量0.428 L/min。作业高度和速度可以根据作业要求调控。喷幅6 m，有效载荷10 kg。

试验药剂为4.5%高效氯氰菊酯水乳剂（EW），购于济南中科绿色生物工程有限公司、70%吡虫啉可湿性粉剂（WP），购于山东东泰农化有限公司、飞防专用喷雾助剂“迈飞”（甲基化植物油），由北京广源益农化学有限责任公司提供。

采用雾滴测试卡（26 mm×76 mm）布置在玉米叶片上，测试雾滴沉积密度。

1.2 试验方法

试验于2016年7月21日（玉米灌浆期）在新疆兵团第六师共青团农场场部玉米田进行。玉米品种为‘郑单958，种植密度84 000株/hm2（行距60/30 cm宽窄行、株距20 cm）。植株高度2.6 m左右。在试验进行时，用温湿度表和风速仪测量并记录环境参数：平均温度32.9℃，相对湿度31%，风速0.7 m/s。

除空白对照外，施药试验共设6个飞防处理，每处理重复3次，随机区组排列。试验小区面积3 500 m2（100 m×35 m）；不施药空白对照面积30 m2。在药剂用量、飞防助剂加入量、施药液量、飞行速度和飞行作业高度（距玉米株冠顶部）五个方面进行对比。具体设定见表1。

1.2.1 喷雾雾滴在玉米冠层的沉积分布调查

分别在第2、3、5、6四个飞防处理区内随机选定5个雾滴采集点，每个雾滴采集点在玉米植株上中下3个位置叶片的正反两面各布放一张雾滴测试卡，分别对应玉米冠层雄穗下1叶（冠层上部）、穗部叶（冠层中部）及基部叶第3叶（冠层下部）3个部位。喷雾结束后，分别收集各处理不同位置的雾滴测试卡，带回实验室用软件 ImageJ （中国农业科学院植物保护研究所提供）进行数据处理，记录雾滴密度。

1.2.2 对三点斑叶蝉防治效果的调查

分别在施药前和施药后第1、7、14天调查6个飞防施药处理区与空白对照区的虫口数量。每小区随机取5点，每点扫5网（来回算一网），计数每网中三点斑叶蝉数量。根据调查数据计算虫口减退率和防治效果。

虫口减退率=（施药前活虫数-施药后活虫数）/ 施药前活虫数×100%；

防治效果=（药剂处理区虫口减退率-空白对照区虫口减退率）/（100-空白對照区虫口减退率）×100%。

1.3 数据统计分析

数据采用DPS数据处理系统Duncan氏新复极差法进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 雾滴沉积分布

由表2可看出，KT10Ⅱ型四旋翼无人机旋翼产生的向下气流使玉米冠层不同部位和叶片正反两面均可着药，但各部位和叶片正反面农药雾滴沉积状况有较大差异。雾滴在上部的沉积密度最大，其次中部，下部沉积较少。叶片正面雾滴沉积密度大于反面；在飞行速度6 m/s、作业高度距玉米植株冠层1 m、施药液量15 L/hm2，并在药液中加入1.5%的飞防专用喷雾助剂“迈飞”时（处理2），雾滴在玉米冠层上部、中部和下部的沉积密度分别达到41.9、27.3和14.9个/cm2；当喷雾助剂“迈飞”的添加量从1.5%增加到2%时（处理5），玉米冠层各部位雾滴沉积密度不升反降，但与处理2差异不大；飞行作业高度由距玉米植株冠层1 m升至2 m时（处理3），喷雾雾滴在玉米上部叶片的沉积密度略有下降，而在中下部叶片的沉积密度迅速衰减达53%～56%；随着无人机飞行速度的增加（6 m/s增加到8 m/s）和施药液量的降低（15 L/hm2降至10.5 L/hm2）（处理6），玉米冠层各部位雾滴沉积密度均大幅减少，尤其是上部和中部叶片的雾滴沉积密度减少56%～53%，影响较大。

2.2 防治效果

由表3可知，在无人机飞行速度6 m/s、作业高度距玉米植株冠层1 m、施药液量15 L/hm2条件下，喷施 4.5%高效氯氰菊酯EW 33.75 g/hm2+70%吡虫啉WP 157.5 g/hm2（处理1），药后1、7、14 d对三点斑叶蝉的防效分别为85.4%、87.4%和95.2%；当在药液中加入占总药液量1.5%的飞防专用喷雾助剂“迈飞”时（处理2），药后各天防效均有所提高，升幅在4.1%～9.7%；但此时若将飞行作业高度从1 m升高到2 m（处理3），药后1 d防效大幅降低，只有78.8%，药后7、14 d的防效又回升至91.3%以上。

1） 处理编号对应处理方式同表1。表中数据为平均数。同列数据后不同小写字母表示在0.05水平上差异显著。

Treatment number was the same as in table 1. The data in the table are mean. Different small letters in the same column indicated significant difference at 5% level.

表3结果显示，在药液中加入占总药液量1.5%的飞防喷雾助剂“迈飞”，同时减少30%用药量，即以4.5%高效氯氰菊酯EW 23.63 g/hm2+70%吡虫啉WP 110.25 g/hm2喷施（处理4），药后1、7、14 d对三点斑叶蝉的防效分别在91.3%、93.7%和96.8%，虽略低于同等条件下农药不减量喷施的处理2，但两者差异不大；继续增加飞防喷雾助剂“迈飞”的添加比例至2%（处理5），药后各天防效略有降低；将无人机喷施药液量由15 L/hm2降至10.5 L/hm2，飞行速度由6 m/s增加到8 m/s时（处理6），药后1 d防效迅速降至65.6%，药后7、14 d的防效又上升至94.0%以上。

3 结论与讨论

试验结果表明，KT10Ⅱ型四旋翼无人机施药时，在飞行作业高度距玉米植株冠层1 m、飞行速度6 m/s、施药液量15 L/hm2的条件下，螺旋桨产生的下旋气流能很好地使雾滴具有穿透性，保证玉米植株上中下部均能着药。防治三点斑叶蝉时，药剂可选用4.5%高效氯氰菊酯EW 23.63～33.75 g /hm2+70%吡虫啉WP 110.25～157.5 g /hm2，并加入喷施药液量1.5%的飞防专用助剂“迈飞”，药后1 d防效91.3%～93.8%，药后14 d防效96.8%～99.3%。

新疆气候干燥，蒸发量大，开发应用具有抗蒸发、抗飘移功能的飞防专用喷雾助剂，提高农药雾滴在作物表面的有效沉积，对在新疆应用无人机飞防作业具有实际意义[10]。试验表明，在喷雾药液中加入总药液量1.5%的飞防专用助剂“迈飞”，药后各天对玉米三点斑叶蝉的防治效果可提高4.1～9.7百分点，尤其是药后1～7 d的防效升高9百分点左右，且“迈飞”的使用可减少30%的农药使用量。但继续增加“迈飞”的添加比例至2%时，药后各天的防效未相应升高，此现象与雾滴密度的沉积结果相对应。

飞行作业高度的变化会带来雾滴在玉米冠层分布趋势的改变。随着无人机作业高度的增加，玉米叶片感知到旋翼向下的气流减弱，使冠层顶部到下部的雾滴沉积密度呈下降趋势，当作业高度升高达2 m时，中下部叶片的雾滴沉积密度衰减加速，反映到防治效果上，药后1 d对三点斑叶蝉的防效同比降低了近15百分点。

当前的植保无人机多采用农药喷洒可控速率技术，即农药喷洒速率与飞行器飞行状态特别是速度状态相关联，当飞行速度升高时，农药喷洒相应变快。本试验为了比较无人机喷施药液量对防效的影响，通过提高飞行速度（由6 m/s提高到8 m/s），将每hm2喷液量由15 L减为10.5 L。从结果来看，飞行速度的增加，致使进入玉米冠层内的风量减少，冠层顶部和中部雾滴沉积明显减少，反映到防治效果上，药后1 d对三点斑叶蝉的防效同比降低了25.7百分点。

虽然升高飞行作业高度至2 m或加快飞行速度至8 m/s、降低喷施药液量至10.5 L/hm2改变了喷雾雾滴在玉米冠层的分布趋势，大幅降低了药后1 d的防治效果，但随着施药时间的延长，药效逐渐增加，防效上升，至药后7～14 d即与常规无显著差异。分析原因，可能是喷雾雾滴的减少，使杀虫剂对害虫存在亚致死效应。相关研究表明，一些杀虫剂的亚致死剂量可对害虫个体发育、取食行为、生殖和寿命等产生抑制作用，从而能持续控制害虫的危害，甚至能增强某些药剂的田间防治效果，尤其是在作物生长后期[1112]。王小强等[13]的研究也表明，吡虫啉、高效氯氰菊酯亚致死剂量处理绿色型豌豆蚜成蚜后，对其寿命和繁殖力均起到抑制作用。尽管如此，在害虫暴发期，种群密度偏高时建议还是控制好飞行作业高度和飞行速度，保证一定的雾滴沉积，以实现对害虫的快速有效控制。

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（责任编辑：杨明丽）