多旋翼无人机施药防治甘蔗绵蚜的研究

龚恒亮，孙东磊，陈立君，卢颖林，赵欢欢，安玉兴

多旋翼无人机施药防治甘蔗绵蚜的研究

龚恒亮，孙东磊，陈立君，卢颖林，赵欢欢，安玉兴*

(广东省生物工程研究所(广州甘蔗糖业研究所)，广东省甘蔗改良与生物炼制重点实验室，广州 510316)

本文报道了应用多旋翼无人机喷施农药防治甘蔗绵蚜CeratovacunalanigeraZehntner大爆发的研究。作者根据甘蔗绵蚜大爆发的特点，应用多旋翼无人机进行飞防试验；并根据多旋翼无人机施药特点，自行研究了2种微胶囊杀虫剂ALV-1501和ALV-1502，以及2种喷雾助剂SPA-01和SPA-02，进行防治蚜虫试验。试验结果显示：ALV-1501剂量2.25 L/hm2，药后1 d防治效果为60.02%，药后5 d为54.14%，ALV-1502剂量2.1 L/hm2，药后1 d和5 d的防治效果分别为76.35%和81.35%。ALV-1501中分别添加0.6 L/hm2SPA-01和SPA-02，防治效果分别比单用提高1.42-1.47倍和1.16-1.45倍；ALV-1502中分别添加0.6 L/hm2SPA-01和SPA-02，防治效果分别比单用时提高1.23-1.25倍和1.15-1.16倍。3 m/s、5 m/s和8 m/s 3个飞行速度试验，对绵蚜的防治效果分别为：99.72%-99.97%、81.6%-99.81%和63.52%-68.77%。

多旋翼无人机；甘蔗；绵蚜；药剂；喷雾助剂

多旋翼无人机航空植保技术是近几年来发展起来的。它是农业机械化在空中的发展和延伸，用飞机化作业，是现代化大农业应具有的重要特征和标志之一，是农业生产应用中的一项高新技术。多旋翼无人机是由4、6、8、18、24 等旋翼组成的系列飞行器为载体，携带药箱和雾化喷头进行空中喷洒农药的新型航空植保机械，是代替人工、地面机械实现高效率施药的一种设备。多旋翼无人机施药具有高效、节水、优质、全能、安全和便利等优点(张炳功，2014)。

在国外，农用航空植保最早起源于美国。1918年，美国第一次用飞机喷撒农药杀灭棉虫，开创了农业航空的历史(薛新宇等，2008)。到上世纪50年代，为农业而设计的专用和多用途农业飞机相继出现。目前，农业航空较发达的国家主要有美国、俄罗斯、澳大利亚、加拿大、巴西、日本、韩国等国家，其中美国、俄罗斯、澳大利亚、加拿大、巴西等国家由于户耕地面积较大，普遍采用有人驾驶固定翼飞机作业，而日本、韩国等国家属于户均耕地面积较小，而普遍采用微小型无人机作业(周志艳等，2014)。在我国，农用航空植保技术是开展最早的飞机作业项目，1951年5月22日，军委民航局派出一架C-46型飞机在广州市上空执行了蚊蝇化灭飞行任务，标志着我国农用航空植保事业的诞生(王乃天，1989)。航空喷雾与地面喷雾作业相比有着高效、灵活、快速、突击性强等特点，在航空植保、航空施肥和卫生防疫等领域显示了不可替代的作用。如今，我国每年使用飞机喷雾防治农作物病虫害面积达70多万hm2，防治草原虫害面积54-70万hm2，小麦叶面施肥140多万hm2(李长江，2009)。但是，应该说，在2010年之前，我国的航空植保还主要停留于森林、草原、大型农场等大面积种植区，对于一家一户种植模式的广大农村应用极少。

近几年，随着我国经济的飞速发展和市场化进程的加快，农村劳动力减少和老龄化问题加剧，农业人工成本激增。在农业品价格中，劳动力成本所占比例远高于国外水平，因此实现农业机械化，以机械手替换人手已成为我国农业生产的重大变革之一。而就当前农作物生产过程病虫草害防治作业仍以手工、半机械化操作，已很难满足农业生产的需要。大力发展和推广农用航空植保技术是解决我国农业劳动力不足的重要手段。多旋翼无人机的发展为我国广大农户打开了方便之门。航空植保技术正以其集成度高、装备先进、防控效果好、防治成本低，以及专业化的统防统治可有效控制病虫害爆发成灾，在现代农业生产中越来越多地得到关注与应用。随着我国农用航空产业的兴起，航空植保将乘势而跃。在相关制度及配套核心技术不断完善的情况下，中国农业航空植保必将得到健康、有序和高速发展，有利于实现农业病虫害统防统治，实现精准作业，极大地提速中国现代农业的进程。农业部专家对中国航空植保技术的需求情况进行的预测表明，中国农业航空产业是一个尚未真正启动的大产业，未来中国农业航空市场的需求将会有爆发性增长，拉动新增机型投入将达到465亿元以上。

甘蔗绵蚜CeratovacunalanigeraZehntner是甘蔗地上部普遍发生的一种重要害虫。绵蚜1年可发生约20个世代，无翅成蚜聚集于蔗叶中脉两侧，刺吸汁液，致使蔗叶枯黄，并排泄蜜露，诱发煤烟病，降低叶片的光合作用。受害严重的甘蔗生长萎缩，导致产量降低，糖分下降。留作种苗发芽率低，留作宿根发株率差。绵蚜的暴发与当年的气候因素密切相关。当气候温暖干燥时，易引起绵蚜大面积暴发，当高温高湿，雨水多而分布均匀时，蚜群数量低，蚜虫为害轻(安玉兴等，2010)。

2014年秋-2015年春季，由于广东地区干旱少雨、温度适中，甘蔗绵蚜在湛江遂溪一种苗基地秋繁甘蔗上呈大面积爆发性危害，若不能及时消除绵蚜的为害，可能危及整片甘蔗种苗，给繁种企业带来重大损失。作者及时应用航空植保技术，用多旋翼无人机进行喷雾作业，及时扑灭了蚜害。并根据多旋翼无人机施药特点，对开发的2种无人机专用杀虫制剂和喷雾助剂进行了试验研究。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 药剂

ALV-1501、ALV-1502微胶囊混配制剂以及喷雾助剂SPA-01和SPA-02，由广州甘蔗糖业研究所研制。ALV-1501和ALV-1502使用剂量分别为2.25 L/hm2和2.1 L/hm2，SPA-01和SPA-02用量均为0.6 L/hm2。

1.1.2 施药器械

多旋翼无人机(TJ-10)，由重庆金泰航空工业有限公司生产。多旋翼无人机载重量为10 kg/架次，雾化喷头为悬挂式，悬挂于两侧的药杆上，每侧悬挂3个喷头，喷幅为6 m。喷头为德国ST110-01型，孔径0.01 mm，压力0.4 MPa，5-10滴/cm2(清水)。多旋翼无人机由地面控制站操控，飞行速度0-10 m/s。

1.1.3 作物

甘蔗：夏秋植，用于繁殖种苗。施药时甘蔗植株高2.0 m以上。

1.1.4 防治对象

甘蔗绵蚜CeratovacunalanigeraZehntner：试验地绵蚜处于暴发状态，田间有蚜株数约占70%以上。蔗株中上部叶片布满蚜虫，部分叶片因蚜虫为害发黄，下部叶片发生煤烟病。甘蔗生长衰弱，叶色暗淡。

1.2 试验设计

1.2.1 药剂试验

采用随机区组排列法。试验设ALV-1501、ALV-1501+SPA-01、ALV-1501+SPA-02、ALV-1502、ALV-1502+SPA-01、ALV-1502+SPA-02和CK(空白对照)共7个处理，每处理重复3次，21个小区，每小区面积300 m2，小区间设6 m隔离带。

1.2.2 飞控速度试验

采用随机区组排列法。试验设3 m/s、5 m/s和8 m/s共3个飞行速度梯次，喷施药剂分别为ALV-1501+SPA-01和ALV-1502+SPA-01共6个处理，每处理重复3次，18个小区，每小区面积300 m2，小区间设6 m隔离带。

2.2.3 施药方法

采用多旋翼无人机喷雾。将药剂按剂量兑水稀释后装入无人机药箱中，启动无人机并升至距蔗株上空约1 m高处，启动喷雾装置，当喷头喷出的雾滴均匀一致后开始按预设的飞控速度进行喷雾。

1.2.4 施药时间及次数

于2015年3月19日喷雾，共喷药1次。

1.3 调查方法、时间及次数

1.3.1 调查方法

每小区调查20株甘蔗，每株标记一张中等蚜量的中部叶片，统计整张叶片的蚜虫数。为避免处理间的相互干扰，调查点尽量选在小区中心的位置。

1.3.2 调查时间和次数

药前调查虫口基数，药剂及助剂试验分别于药后1 d和5 d调查残留虫口数，飞控速度试验均于药后5 d调查残留虫口数。

1.3.3 药效计算方法

药效按(1)、(2)式计算：

(1)

(2)

式中，R：虫口减退率；c0：药前虫口基数，头；c1：药后活虫数，头；P：防治效果(%)；r1：处理区虫口减退率(%)；r0：对照区虫口减退率(%)。

1.3.4 统计分析

所有试验数据采用SPSS进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 药剂及添加喷雾助剂对甘蔗绵蚜的防治效果

ALV-1501和ALV-1502两种药剂及其分别添加喷雾助剂SPA-01和SPA-02飞防试验结果见表1和图1。

试验数据显示：通过对6个药剂处理喷药后1 d与5 d观察数据比较，除ALV-1501外，其余5个处理对绵蚜的防治效果均为药后5 d好于1 d。而在6个试验处理中，以ALV-1502+SPA-01表现最佳，药后1 d虫口减退率达99.57%，防治效果为99.59%，药后5 d虫口减退率和防治效果分别为99.98%和99.98%；其次为ALV-1502+SPA-02，药后1 d虫口减退率和防治效果分别为87.52%和88.16%，药后5 d分别为94.38%和94.99%，ALV-1501在6个处理中表现最差，药后1 d虫口减退率和防治效果分别仅为58.81%和60.02%，药后5 d分别为48.51%和45.14%；另外三个处理ALV-1501+SPA-01、ALV-1502和ALV-1501+SPA-02则分别位列第3、第4和第5。

Duncan’s新复极差法对药后1 d防治效果的统计分析结果显示，ALV-1502+SPA-01处理与其他5个处理之间在防治效果上存在显著差异；ALV-1502+SPA-02处理与ALV1501+SPA-01处理之间无显著差异，但两者与ALV-1501+SPA-02、ALV-1502和ALV-1501+SPA-02和ALV-1501三个处理之间存在显著差异；ALV-1501+SPA-02处理和ALV-1502处理之间无显著差异，但两者与ALV-1501之间有显著差异。药后5 d的统计分析结果显示，ALV-1502+SPA-01、ALV-1502+SPA-02和ALV1501+SPA-01三个处理之间无显著差异，但三者与ALV-1502、ALV-1501+SPA-02和均存在差异显著性；ALV-1502与ALV-1501+SPA-02差异不显著，但二者与ALV-1501具有显著差异，见表1和图1。

2.2 两种喷雾助剂对药剂的增效作用试验

将SPA-01和SPA-02以每hm2用量0.6 L(约4%药液量)分别添加到ALV-1501和ALV-1502的稀释液中，喷雾飞行时速为5 m/s。试验数据分析显示，喷雾助剂对药剂的防治效果有明显的促进作用，但不同助剂其增效作用有所差异。如在ALV-1501加入SPA-01，防治效果由单用时的54.14%-60.02%提高到85.47%-92.88%，增效比值达1.42-1.47，而在ALV-1501中加入SPA-02，防治效果由单用时54.14%-60.02%提高到69.67%-78.72%，增效比值为1.16-1.45；同样在ALV-1502中加入SPA-01，防治效果由76.35%-81.35%提高到95.95%-99.98%，增效比值为1.23-1.25，加入SPA-02时，防治效果由单用时的76.35%-81.35%提高到88.16%-94.99%，增效比值为1.15-1.16。见表2和图2。

图1 不同试验处理对绵蚜的防治效果Fig.1 Control efficacy of different treatment against Ceratovacuna lanigera Zehntner注： A，微胶囊杀虫剂ALV-1501；B，微胶囊杀虫剂ALV-1501+喷雾助剂SPA-01；C，微胶囊杀虫剂ALV-1501+喷雾助剂SPA-02；D，微胶囊杀虫剂ALV-1502；E，微胶囊杀虫剂ALV-1502+喷雾助剂SPA-01；F，微胶囊杀虫剂ALV-1502+喷雾助剂SPA-02。Note: A, Microcapsule ALV-1501; B, Microcapsule ALV-1501+ Spaying additive SPA-01; C, Microcapsule ALV-1501+ Spaying additive SPA-02; D, Microcapsule ALV-1502; E, Microcapsule ALV-1502+ Spaying additive SPA-01; F, Microcapsule ALV-1502+ Spaying additive SPA-02.

表1 航空专用杀虫剂及喷雾助剂防治甘蔗绵蚜试验结果Table 1 Control test result of aeronautical fixed insecticide and spaying additive against Ceratovacuna lanigera Zehntner

注：多旋翼无人机飞行速度为5 m/s。Note: The flying speed of multi-rotor aircraft is 5 m/s.

表2 喷雾助剂对药剂防治效果的影响Table 2 Effect of spaying additive on insecticide efficacy

图2 不同助剂(SPA-01、SPA-02)对微胶囊杀虫剂(ALV-1501、ALV-1502)的增效作用Fig.2 Synergistic effect of spaying additive(SPA-01、SPA-02) on microcapsules (ALV-1501、ALV-1502)

2.3 不同飞行速度对喷施效果的影响

为探索多旋翼无人飞机喷雾时的飞行速度与药剂防效之间的关系，以研究喷雾时的最佳飞行速度，设计了3 m/s、5 m/s和8 m/s三个梯次的试验，结果见表3和图3。

图3 不同飞行速度对喷施效果的影响Fig.3 Effect of different flying speed on control efficacy注：ALV-1501、ALV-1502：微胶囊杀虫剂；SPA-01、SPA-02：喷雾助剂。Note: ALV-1501, ALV-1502: Microcapsule; SPA-01, SPA-02: Spaying additive.

从表中数据可以看出，飞行速度与药剂药效之间存在一定的负相关，即喷雾时飞行速度愈快，防治效果愈差，且参试的ALV-1501+SPA-01和ALV-1502+ SPA-01两种药剂均符合这一趋势。以3 m/s喷雾时，防治效果可达99.72%-99.97%，5 m/s时防治效果为81.6%-99.81%，8 m/s时，防治效果仅有63.52%-68.77%。统计分析结果显示，对于ALV-1501+SPA-01，3 m/s的防治效果显著优于5 m/s和8 m/s的防治效果，5 m/s的防治效果又显著优于8 m/s的防治效果。对于ALV-1502+SPA-01，3 m/s与5 m/s之间在防治效果上无显著差异，而与8 m/s存在显著差异。从上述试验结果可以认为，无人机喷雾时的飞行速度3 m/s和5 m/s均可选，且以3 m/s的效果更好些，但从无人飞机的工作效果和成本核算考虑，甘蔗绵蚜的防治选择5 m/s的飞行速度已能达到较理想的防治效果。

表3 多旋翼无人机飞行速度对防治效果的影响Table 3 Effect of flying speed on control efficacy

3 讨论与结论

3.1 二种药剂的防治效果以及2种喷雾助剂对药剂的增效作用

从本次试验结果可以看到：ALV-1502对绵蚜的防治效果明显优于ALV-1501。在ALV-1502药后1 d和5 d的防治效果分别比ALV-1501药后1 d和5 d的防治效果提高22.21%和21.33%(见表1和图1)。喷雾助剂能明显改善多旋翼无人机的喷雾效果。如在ALV-1501中添加SPA-01时比不添加助剂的喷雾效果提高1.42-1.72倍，添加SPA-02比不添加时的效果提高1.16-1.45倍；同样在ALV-1502中分别加入SPA-01和SPA-02比不添加时的喷雾效果分别提高1.23-1.25倍和1.15-1.16倍，且从SPA-01的增效效果比SPA-02的效果更好(见表2和图2)。

因此，根据试验结果，防治甘蔗绵蚜的药剂与喷雾助剂的最佳组合为ALV-1502 +SPA-01。

3.2 飞行速度明显影响飞防效果

在3种不同飞行控制速度中，以3 m/s飞防效果最佳，其次为5 m/s，而8 m/s为最差。从效率与作业成本综合考虑，本次试验中，喷雾时的无人机飞行速度以5 m/s为宜。

3.3 喷雾助剂在航空喷雾中的重要性

与传统的喷雾方式不同，无人机喷雾属于超低容量喷雾。由于航空植保的超低容量喷雾，农药用量小，药剂浓度高，防治效果好，环境污染小等优点，是目前最先进的农药使用技术(曾强，2015)。航空喷雾用药液量7.5-15 L/hm2，仅为传统喷液量的1/60-1/30，喷洒雾滴直径为80 μm左右，因此，在航空喷洒时，应尽量选用适于超低容量喷洒的农药剂型和制剂，以提高农药的利用率(朱传银等，2014)。从本试验结果可以看到，在无人机飞防作业中，选择药剂种类固然重要，选用适当的喷雾助剂亦非常重要，可有效提高药剂的飞防效果，最大限度地减少用药成本，提高作业效率。由于飞机的飞行速度快，药液释放位点距作物冠层较高，受风力、温度、空气湿度等因素影响大，其飘移、蒸腾损失较大，造成用药浪费和对环境的污染。据测定表明，在以水作稀释剂进行航空喷雾作业时，约占总喷施量60%的药液在沉降过程中被挥发掉或飘移到作业区域以外的地方，只有约25%的药液沉积到作物植株上。通过在航空喷液中加入某种助剂的方法，可改变喷液的黏度、表面张力、挥发度等性质，有利于药液雾化的均匀性和雾滴沉降，减少飘移，改善药液在作物植株表面的展着性、提高附着率和渗透性(简捷等，1997)。

3.4 多旋翼无人机植保在甘蔗作物上的发展前景

甘蔗属于热带、亚热带高秆作物，植株高大，行间密闭，中后期很难进行农事操作，长期以来，由于缺乏有效的作业机械，一直无法解决甘蔗中后期病虫害防控问题，给甘蔗生产和蔗农的丰产丰收带来很大影响。无人机航空植保技术的发展，通过飞行平台(固定翼、单旋翼、多旋翼)加装喷洒机构，通过地面遥控、导航、定位等技术，使无人飞机飞临蔗田上空喷施农药，能够很好地解决甘蔗中后期病虫害防治的问题，且省工省时省力，突击能力强。甘蔗种植区域又位于丘陵、坡地，地形复杂多变，种植模式多为一家一户式的，面积小，作业面小，因此，大型直升机亦艰以在蔗区发挥有效作用。由于多旋翼无人机具有可折叠、垂直起降、轻巧、灵活、可悬停、对作业环境和场地要求低、易操控等优点，非常适合甘蔗种植区域的立地环境，因此，多旋翼无人机航空植保的发展和介入，必将改变我国传统的甘蔗植保作业模式和手段，极大地提升我国甘蔗病虫害防控水平和效率，该项技术的推广也才可能从真正意义上实现甘蔗有害生物的统防统治工作。

应用多旋翼无人机实施农药喷雾是最广泛和最有效的作业方式，较传统的背负式或半机械喷雾效果提高50-80倍。但是，由于影响多旋翼无人机喷雾效果的因素很多，如害虫种类、药剂种类、剂型、助剂以及无人机种类、作业环境、操控手素质，等等，因此，在无人机喷施作业时，应根据当时当地的作业环境进行多因素试验，在获得可信的数据后，制定最优的作业条件，达到事半功倍的效果。

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Application of multi-rotor aircraft as sprayer for chemical control ofCeratovacunalanigeraZehntner

GONG Heng-Liang, SUN Dong-Lei, CHEN Li-Jun, LU Ying-Lin, ZHAO Huan-Huan, AN Yu-Xing*

(Gongdong Provincial Bioengineering Institute (Guangzhou Sugarcane Industry Research Institute), Guangzhou Key Lab of Sugarcane Improvement & Biorefinery, Guangzhou 510316, China)

Application of multi-rotor aircraft as chemical sprayer to controlCeratovacunalanigerawas conducted.2 types of microcapsules, ALV-1501 and ALV-1502, and 2 spaying additives, SPA-01 and SPA-02, were designed according to the specific feature of the aircraft, and control test was conducted for sugarcane wooly aphid.The result showed ALV-1501 with application rate of 2.25 L/hm2would bring efficacy of 60.02% one day after spraying and 54.14% five days after spraying.Efficacy of 76.35% and 81.35% was obtained for ALV-1502 with application rate of 2.1 L/hm2one day or five days after spraying respectively.ALV-1501 added with SPA-01 or SPA-02 at the rate of 0.6 L/hm2would increase efficacy 1.42-1.47 times and 1.16-1.45 times respectively.1.23-1.25 and 1.15-1.16 times in efficacy would be obtained for ALV-1502 adding the same amount of SPA-01 or SPA-02 respectively.The efficacies when running the aircraft at 3 different speed, i.e.3, 5 and 8 m/s, were 99.72%-99.97%, 81.6%-99.81% and 63.52%-68.77% respectively.

Multi-rotor aircraft; sugarcane; wooly aphid; farm chemical; additive

龚恒亮，孙东磊，陈立君，等.多旋翼无人机施药防治甘蔗绵蚜的研究[J].环境昆虫学报，2017,39(3):687-693.

中央农业科技成果转化资金项目(2014GB2E000042)；国家现代农业产业体系专项资金(CARS-20-2-1)

龚恒亮，男，1959年生，高级农艺师，E-mail: ghl59505@163.com

*通讯作者Author for correspondence, E-mail: yanxing888@126.com

Received: 2016-04-06; 接受日期Accepted: 2016-05-27

Q968.1;S433.39

A

1674-0858(2017)03-687-07