植保无人机喷施草铵膦在叶菜田清园灭茬中的效果

郭文磊， 冯 莉， 张泰劼， 田兴山

(广东省农业科学院植物保护研究所/广东省植物保护新技术重点实验室，广东广州 510640)

广东省是我国重要的蔬菜生产大省，以叶菜类生产为主，其种植面积和产量均占本省蔬菜总种植面积和产量的50%左右，其生长周期短，复种指数高[1]。广东省热带、亚热带的气候特点为农作物生产提供了丰富的光、热及水资源，因此在人均耕地面积有限的情况下，该地区的叶菜田通常连作，1年内种植多茬[2]。

叶菜类蔬菜在收获后，会留下大量残茬，且高温高湿的气候易导致杂草迅速滋生[3]。因此，农民通常喷施灭生性除草剂进行清园灭茬处理，待残茬和杂草死亡后翻耕，为下茬播种做准备。目前，背负式喷雾器、农用喷雾机等是菜田清园中最常用的喷雾器械，该类器械用水量大，费时费力，且有时进地作业较为困难。近年来，植保无人机行业发展迅速，利用无人机搭载喷雾系统，通过手持控制设备进行远距离遥控作业，不仅克服了人工喷雾劳动强度大、效率低，地面喷雾机进地困难等问题，还具有喷洒效果好、无人驾驶、地块适应性强、安全系数高、省水省药等优点[4]。近年来，随着草甘膦抗性杂草的蔓延，以及百草枯退出市场，草铵膦用量逐渐上升，成为菜田清园中最为依赖的除草剂。目前，植保无人机在我国仍处于推广应用阶段，主要用于喷洒杀虫剂或杀菌剂[5-6]，尚未见在规模化菜场喷施草铵膦等灭生性除草剂进行清园处理的报道。因此，本研究在广东省广州市花都区一规模化菜场开展试验，对植保无人机雾滴沉积分布及飘移情况进行研究，并比较植保无人机与常规农用喷雾器喷施草铵膦对叶菜残茬及主要杂草的防除效果，以期为植保无人机在叶菜田清园灭茬中的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于广东省广州市花都区花山镇永丰菜场(23.47°N、113.24°E)，该菜场总面积约为 8.6 hm2，长期种植菜心[BrassicarapaL. var.chinensis(L.) Kitam.]、芥蓝(BrassicaoleraceaL. var.albifloraKuntze)2种叶菜类蔬菜。试验地地势平坦，土壤类型为沙壤土，pH值为 5.0，有机质含量为2.7%。施药时蔬菜已收获，除菜心、芥蓝残茬外，还包括酸模叶蓼(PolygonumlapathifoliumL.)、鳢肠(EcliptaprostrataL.)、牛筋草[Eleusineindica(L.) Gaertn]、稗[Echinochloacrusgalli(L.) Beauv.]、碎米莎草(CyperusiriaL.)等杂草，株高在20～80 cm 之间，多处于生长旺盛期。

1.2 施药器械及药剂

施药器械为P20 2018款植保无人机(广州极飞科技有限公司)，喷头类型为转盘式离心喷头；3WBD-20 型背负式电动喷雾器(广东省博罗县东田实业有限公司)，喷头类型为液力扇形喷头(型号为TeeJet 11002)。

供试药剂：200 g/L草铵膦水剂，购自永农生物科学有限公司；农博士低容量施药专用助剂，购自广西田园生化股份有限公司。

1.3 试验设计

本试验中，无人机飞行速度为3 m/s，飞行高度距植物冠层1.5 m，喷幅为3.0 m。P20 2018款植保无人机药箱容积为7.5 L，每次飞行作业面积为 3 000～5 000 m2；人工喷雾处理小区面积为200 m2。试验共设6个处理，具体见表1。每个处理3次重复，不同小区间边界间隔10 m，随机区组排列。施药时间为2018年4月11日，天气多云，温度为22～29 ℃，风速为0.0～0.5 m/s，适合进行喷雾作业。

1.4 调查方法

1.4.1 植保无人机雾滴沉积分布调查 P20 2018款植保无人机具有4个旋翼，在旋转过程中会推动空气流动导致在植物冠层形成独特的旋翼下压风场。本试验为验证P20 2018款植保无人机的喷雾效果，按照倒置“W”9点取样法在试验小区内设置样点，每个样点选取2株植物，分别用回形针将水敏纸(26 mm×76 mm)固定在叶片的正面和背面，飞行完成后取回水敏纸，拍照并利用Image J软件统计水敏纸上雾滴的分布情况。

1.4.2 植保无人机雾滴飘移情况调查 分别在离无人机飞行边界垂直距离2.5、5.0、7.5 m处的地面上放置水敏纸，飞行完成后取回水敏纸，拍照并利用Image J软件统计水敏纸上雾滴的分布情况。

表1 试验药剂处理及喷雾相关参数Table 1 Herbicide treatments and the associated spraying parameters

注：处理A、处理B、处理C及处理D中加入体积分数为4%的低容量施药专用助剂。

1.4.3 杂草防效调查 共调查3次，分别在施药后3 d(2018年4月14日)、7 d(2018年4月18日)、14 d(2018年4月25日)进行。药后3 d采用估计值调查法。药后7、14 d采用绝对数调查法，每个试验小区均按照倒置“W”9点取样法随机调查9个样点，每个样点为1.0 m2，调查各处理区内存活杂草株数，药后14 d在调查杂草株数的同时调查鲜质量防效。参照农药田间药效试验准则(一)[7]中关于除草剂防治非耕地杂草的方法进行试验，按下列公式进行防效计算：

式中：PT为药剂处理区残存活草株数(鲜质量)；CK为空白对照区活草株数(鲜质量)。

1.4.4 统计分析 使用DPS(v7.05版)软件对数据进行处理，采用邓肯氏新复极差法对数据进行统计分析，评价不同试验处理对叶菜田杂草的防除效果。

2 结果与分析

2.1 植保无人机雾滴沉积分布及飘移情况

由表2可知，P20 2018款植保无人机喷雾雾滴不仅可以沉积分布在叶片正面，还可沉积在叶片反面。喷液量对雾滴沉积密度影响较大，而草铵膦用量对雾滴沉积密度无明显影响。喷液量为15.0 L/hm2时，药剂处理区雾滴总沉积密度为44.8～46.1个/cm2；喷液量为22.5 L/hm2时，药剂处理区雾滴总沉积密度为59.7～60.7个/cm2。距离飞行边界2.5 m处，叶片正反面雾滴总沉积密度为3.0～4.3个/cm2；距离飞行边界5.0 m处，叶片正反面雾滴总沉积密度为1.0～1.4个/cm2；距离飞行边界7.5 m处未发现有雾滴沉积。

表2 植保无人机喷雾雾滴在叶片正面和反面的沉积分布情况Table 2 Droplet distribution of the plant protection UAV on front and back of leaves

注：同列数据后不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。下表同。

2.2 杂草防效调查

施药后3 d对杂草及叶菜残茬生长情况进行观察发现，与空白对照区相比，药剂处理区的鳢肠、酸模叶蓼等阔叶草已明显失水萎蔫，牛筋草、稗草等禾本科杂草叶片已枯死、茎秆发黄，碎米莎草已褪绿失色，菜心叶片边缘已褪绿干枯、茎秆略发黄，芥蓝叶片已枯死脱落，茎秆仍呈淡绿色。其中，处理C和处理D的杂草及叶菜残茬受害症状较为明显，草铵膦在同等剂量下，不同喷雾方式及喷液量处理未观察到明显差异。

施药后7 d，药剂处理区杂草已基本死亡，由表3可知，不同处理对禾本科杂草、阔叶杂草及莎草的株防效均高于90%，对菜心及芥蓝残茬的株防效在75.8%～92.4%之间，略低于对杂草的株防效，这可能与蔬菜残茬生物量较大有关。当草铵膦有效成分用量相同时，不同喷雾方式及喷液量处理对总草的防除效果未表现出显著性差异。用P20 2018款植保无人机施药，当草铵膦用量为 1 500 g a.i./hm2、喷液量为15.0、22.5 L/hm2时，对总草的株防效分别达93.9%、94.3%，但两者未表现出显著性差异。

表3 施药后7 d不同处理对杂草及叶菜残茬的株防效Table 3 Plant control effect of weeds and leafy vegetable stubbles 7 days after treatment

由表4可知，施药后14 d，各处理对杂草和叶菜残茬的株防效均有所提高，说明草铵膦具有较好的持效性。当草铵膦用量为1 500 g a.i./hm2时(处理C和处理D)，利用植保无人机喷雾，对杂草的株防效在96.7%～100.0%之间，对叶菜残茬的株防效在91.6%～97.8%之间，总体株防效高于97.0%。当草铵膦用量为750 g a.i./hm2时，对杂草和叶菜残茬也有较好的防除效果，处理A、处理B和处理E的总体株防效分别为94.2%、94.7%、94.3%。施药后14 d，有些杂草和叶菜残茬植株虽未死亡，但生长受到抑制，导致生物量偏低，因此不同处理的鲜质量防效较株防效略有提高(表5)。总体来看，同等施药剂量下不同施药方式及喷液量处理对杂草和叶菜残茬的株防效和鲜质量防效均无显著性差异。

表4 施药后14 d不同处理对杂草及叶菜残茬的株防效Table 4 Plant control effect of weeds and leafy vegetable stubbles 14 days after treatment

表5 施药后14 d不同处理对杂草及叶菜残茬的鲜质量防效Table 5 Fresh weight control effect of weeds and leafy vegetable stubbles 14 days after treatment

3 结论与讨论

本试验结果表明，当P20 2018款植保无人机飞行速度为3 m/s、高度为1.5 m(距植物冠层)、喷液量为15.0～22.5 L/hm2、草铵膦有效成分用量为750～1 500 g a.i./hm2时，药剂处理区雾滴总沉积密度可达44.8～60.7个/cm2，在飞行边界5.0 m处雾滴飘移量极少，上述处理对叶菜田常见杂草及叶菜残茬具有优良的防效，建议植株较大时使用高剂量处理。同等施药剂量下，不同施药方式及喷液量处理对杂草或叶菜残茬的株防效和鲜质量防效均无显著性差异，P20 2018款植保无人机可用于叶菜田清园处理。

P20 2018款植保无人机具有4个转盘式离心喷头，产生的雾滴直径为95～135 μm[8]，且喷头均位于螺旋桨电机正下方中心位置，旋翼风场稳定，不存在扰流现象，能够让药液穿透作物冠层到达植株茎基部，从而使药液在整个植株生长空间内均匀分布，有利于更好地发挥药效。施药过程中应注意无人机与植物冠层之间的距离，根据植株高度合理调整飞行高度，避免因飞行高度过低导致相邻喷头总喷幅变窄，从而产生漏喷现象。旋翼风场的存在增强了雾滴的穿透性，使其分布更为均匀，有助于减少药液飘移。实际应用中，若施药区域周围有其他尚未收获的蔬菜，为避免雾滴飘移可能造成的对蔬菜品质的影响，建议在施药时留出5.0 m以上的空间，或对相邻蔬菜进行临时遮挡。

截至2016年，我国植保无人机保有量为4 890架，2017年保有量已达8 393架[9]。然而，目前我国航空植保作业面积仅占耕地总面积的1.65%，不仅远低于美国、日本等发达国家，与世界平均水平也有较大的差距[9-10]。目前，利用植保无人机进行喷雾在我国仍处于经验积累阶段，植保无人机喷施灭生性除草剂进行菜田清园处理鲜有报道。安徽太和县植保植检站利用转盘式离心喷头无人机对4 hm2小麦田进行除草作业，施药后40 d对阔叶杂草的株防效仍达85.2%以上，小麦生长后期株防效和鲜质量防效均达100.0%，防治效果显著[8]。朱德慧利用高压雾化喷头无人机在麦田开展化学除草示范试验，结果表明，应用植保无人机在小麦田进行化学除草是可行的，选择安全性高的除草剂，不仅可以保证除草效果，还对小麦生长安全，具有显著的增产效果[11]。

植保无人机因采用液力喷头或转盘式离心喷头，可实现超低量喷雾，具有显著的节水效果。目前，植保无人机喷液量一般在7.5～15.0 L/hm2之间，用水量仅为传统人工喷雾设备的1/60～1/30[12]。然而实际应用中，植保无人机喷液量须根据具体药剂而定，并非越低越好。兰波等评价了植保无人机超低容量喷雾对水稻纹枯病的防治效果，结果表明，防治效果与喷液量呈正相关关系[13]。李运超研究表明，利用植保无人机喷施5%精喹禾灵乳油(喷液量为9.0～12.0 L/hm2)可有效防除大豆田1年生禾本科杂草，防除效果与背负式电动喷雾器(喷液量为450 L/hm2)相当[14]。

总体来看，植保无人机具有传统施药机械无可比拟的多种优势，在农村劳动力减少、耕地逐渐规模化经营的新形势下，具有广阔的发展空间，将助力实现精准、智能、高效的农事操作。但目前植保无人机行业还存在很多的问题和不足，如超低量喷雾专用的农药制剂及无人机植保服务专业人才仍十分缺乏，无人机电池续航能力有待提高，植保无人机国家及行业标准有待制定等[15-16]。另外，相对于喷施杀虫剂和杀菌剂，利用无人机喷施除草剂具有一定的特殊性，尤其是喷施灭生性除草剂时须特别注意可能对周围作物带来的飘移药害。例如，2016年湖南益阳某农户利用植保无人机喷施草甘膦、2甲4氯钠、高效氟吡甲禾灵等除草剂，结果周边其他农户所种植的莲藕、水稻等作物均遭受了不同程度的药害[17]。因此，利用植保无人机进行除草剂喷雾作业，不仅应提高无人机的定位精度，做到不重喷、不漏喷，还应选择同一作物连片种植的区域，尽量在无风天气施药，减少雾滴飘移可能产生的药害，未来须针对不同地区、不同作物、不同防治对象开展更多的田间试验，总结经验，完善管理办法，以促进植保无人机低剂量喷雾技术在杂草防治中的应用。