无人机施药液量对棉花脱叶效果的影响

蒙艳华，兰玉彬，梁自静，马艳，胡红岩

（1.华南农业大学工程学院/ 国家精准农业航空施药技术国际联合研究中心，广州510642；2.安阳全丰航空植保科技股份有限公司/ 农业农村部航空植保重点实验室，河南 安阳455000；3.中国农业科学院棉花研究所，河南 安阳455000）

我国是世界上重要的原棉生产国和消费国[1-2]。棉花采收劳动力缺乏和效率低下已成为限制我国棉花产业发展的主要因素之一[3-4]。棉花机械化采收具有效率高、劳动强度低等特点[5]；而化学脱叶和催熟是机械采棉的重要环节，不仅能促使棉铃提早成熟，还能有效地减少机采棉花的杂质含量[6-7]。目前，我国棉花脱叶催熟基本上采用机车喷施化学脱叶催熟剂，但是机车在行走过程中，容易损坏已经吐絮的棉铃，同时机车在地头转弯时碾压棉花植株和棉铃，造成产量损失。近几年，我国植保无人机发展迅猛，其具有效率高、适应性广、突击能力强等优点，逐步受到广大种植户的认可[8-12]。目前国内有关植保无人机在棉田喷施脱叶剂应用方面的研究主要集中在脱叶剂筛选和脱叶效果及吐絮效果等方面，如张坤朋等[13]探讨了植保无人机喷施不同棉花催熟、脱叶复合药剂对棉花的脱叶、催熟效果；马艳等[14]研究不同植保无人机喷施棉花脱叶剂对棉花脱叶效果及棉花品质的影响。但在实际应用中，由于脱叶剂容易受到气候条件和施药技术的影响，在不同棉区及栽培条件下的应用效果差异较大，因此及时筛选出植保无人机在不同棉区的施药方式和作业方案，是推动机采棉技术快速发展的基础。由于植保无人机采用的是低容量高浓度施药方式，在脱叶效果达到要求的情况下，选择合适的单位面积施药液量可以有效提高作业效率。本研究通过田间试验初步探讨了在新疆棉区高密度种植条件下，不同施药液量对棉花脱叶效果和棉花主要产量构成因素及纤维品质的影响，旨在筛选出植保无人机喷施棉花脱叶剂的适合施药液量，为植保无人机科学喷施棉花脱叶剂提供依据，助力棉花机械化采收。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1供试植保无人机。机型为安阳全丰航空植保科技股份有限公司提供的3WQF120-12 型智能悬浮植保无人机（下文简称“3WQF120-12 型无人机”），主要性能指标如表1所示。

1.1.2试验地情况。试验地选在新疆昌吉回族自治州呼图壁县园户村镇，地块长200 m，宽108 m。棉花品种为新陆早64。2017年4月12日播种，一膜6 行，宽窄行距分别为66 cm 和10 cm，平均株高为75 cm，平均种植密度为22.5 万株·hm-2，喷洒脱叶剂时棉铃平均吐絮率在45%左右。

1.1.3供试药剂。540 g·L-1“棉海”悬浮剂（有效成分为360 g·L-1噻苯隆＋180 g·L-1敌草隆），使用量为180 g·hm-2，由江苏激素研究所股份有限公司生产；“棉海”助剂（烷基乙基磺酸盐），使用量为720 g·hm-2，由江苏激素研究所股份有限公司生产；40%（质量分数）乙烯利水剂，使用量为450 mL·hm-2，由安阳全丰生物科技有限公司生产。

表1 3WQF120-12 型无人机主要性能指标

1.2 试验方法

1.2.1试验条件与处理。试验共设9 个不同的施药量处理（编号1～9），另设1 个空白对照（编号10，CK，既不喷施药液，也不喷施清水），见表2。处理1～9 所使用的药剂种类及每公顷药剂使用量均为1.1.3 中的3 种药剂混配及所述的使用量。即每个处理所使用的农药配方及使用量是一致的，区别在于每公顷用水量不同，即施药液量不同。棉花脱叶施药分为2 次，第1 次于2017年9月2日施药，第2 次于2017年9月9日施药。不同施药液量条件下，植保无人机飞行参数见表3。

表2 试验处理L·hm-2

表3 不同施药液量条件下植保无人机飞行参数

1.2.2脱叶率调查。根据《农药田间药效试验准则》[15]，每个处理随机选择3 个调查点，每点调查10 株，并挂牌标记。施药前调查整株棉花叶片数，第1 次药后5 d、7 d 和第2 次药后7 d（第1 次药后14 d）、13 d（第1 次药后20 d）调查残留的绿色叶片数，计算无人机喷施药剂后的脱叶率。

1.2.3产量、品质调查。待田间吐絮达到90%左右时，对各处理区进行棉花样品采收，每个处理采收3 个样点[15]。每个点在其周围棉株的上、中、下部共采收25 个吐絮棉铃，晾干至籽棉含水率低于12%时进行室内考种和轧花，计算铃重、衣分、籽指、衣指；并从中随机称取100 g 皮棉样品送至农业农村部棉花品质监督检验测试中心（安阳）进行纤维品质检测。

1.2.4计算公式及统计方法。计算公式：

数据统计采用软件SPSS 19.0 和Origin 8.5 进行分析。

2 结果与分析

2.1 施药液量对棉花脱叶效果的影响

如图1所示，第1 次药后5 d，施药液量为22.5 L·hm-2的平均脱叶率为33.49%，显著高于施药液量为15 L·hm-2的处理，与施药液量为18 L·hm-2的处理差异不大；离层形成后，各处理脱叶率逐渐上升，至第1 次药后7 d 施药液量为22.5 L·hm-2的平均脱叶率达到58.93%，显著高于施药液量为15 L·hm-2的处理（47.96%）和施药液量为18 L·hm-2的处理（51.07%）的脱叶率。结果表明，药后5 d、7 d 脱叶剂用药量相同的情况下，脱叶率随施药液量提高而上升，施药液量为22.5 L·hm-2的处理脱叶效果最佳。

如图2所示，第2 次药后7 d（第1 次药后14 d），第1 次施药液量为15 L·hm-2的3 个处理中，第2次施药液量22.5 L·hm-2的处理3 脱叶率为82.05%，显著高于施药液量为15 L·hm-2的处理1（75.53%）和施药液量为18 L·hm-2的处理2（74.15%）。第1 次施药液量为18 L·hm-2的3 个处理和第1 次施药液量为22.5 L·hm-2的3 个处理与第1 次施药液量为15 L·hm-2的3 个处理表现出一致的规律，即第1 次施药液量相同的3 个处理中，第2 次施药液量为22.5 L·hm-2的处理脱叶率均显著高于其他2 个处理。

图1 不同施药量第1 次药后5 d 和7 d 的脱叶率

图2 不同处理第2 次药后7 d（第1 次药后14 d）脱叶率

图3 不同处理第2 次药后13 d（第1 次药后20 d）脱叶率

如图3所示，第2 次药后13 d （第1 次药后20 d），在第1 次施药液量不同的条件下，均表现出第2 次施药液量为22.5 L·hm-2的处理（处理3、处理6 和处理9）脱叶率显著高于15 L·hm-2和18 L·hm-2的处理；在第2 次施药量为15 L·hm-2时，以第1 次施药量为15 L·hm-2的处理1 脱叶率最高（85.74%），显著高于第1 次施药量为18 L·hm-2的处理4 （80.30%），但与第1 次施药量为22.5 L·hm-2的处理7（81.57%）没有显著差异；在第2 次施药量为18 L·hm-2时，以第1 次施药量为22.5 L·hm-2的处理8（90.45%）为最高，第1 次施药量为18 L·hm-2的处理5（89.05%）次之，第1次施药量为15 L·hm-2处理2（85.72%）最低，3 个处理之间无显著差异；不管第1 次施药量是15 L·hm-2，18 L·hm-2还是22.5 L·hm-2，第2 次施药量为22.5 L·hm-2的3 个处理脱叶率均大于90%，其中第1 次施药量为22.5 L·hm-2的处理9 的脱叶率最高，达到97.02%。因此，从本试验可以看出，无人机喷施脱叶剂第1 次采用15～22.5 L·hm-2的施药量、第2 次采用22.5 L·hm-2的喷液量进行喷雾对棉花具有较好的脱叶效果。

2.2 不同处理对棉花主要产量构成因素的影响

对田间样品检测分析结果（表4）表明：棉田喷施脱叶剂后，无人机处理与对照处理在棉花铃重、衣分、籽指、衣指等主要产量因子上无明显差异，且处理间也不存在显著性差异。与空白对照相比，植保无人机喷施脱叶剂各处理未对棉花主要产量构成因素产生不利影响。

表4 不同处理对棉花主要产量构成因素的影响

2.3 不同处理对棉花纤维品质的影响

棉花皮棉样品经农业农村部棉花品质监督检验检测中心（安阳）检测，结果表明，无人机喷施脱叶剂处理与空白对照处理棉花上半部平均长度、长度整齐度指数、断裂比强度、断裂伸长率、马克隆值等指标均无显著性差异，且无人机处理间也不存在明显差异（表5）。说明与空白对照相比，植保无人机喷施脱叶剂未对处理区棉花的纤维品质产生不利影响。

3 结论与讨论

研究不同喷施参数对棉花脱叶率以及棉花主要产量构成因素和纤维品质的影响，对应用植保无人机喷施棉花脱叶剂具有重要的指导意义。本研究通过改变单位面积施药液量，比较了不同喷施液量对棉花脱叶效果的影响。第1 次施药后5 d 内未出现降雨，施药期间日平均气温保持在20 ℃以上，有利于药效的发挥。结果表明，植保无人机喷施棉花脱叶剂在采用合适的施药液量基础上，可达到较好的脱叶效果，满足机采棉要求。同时，无人机喷施棉花脱叶剂对棉花的产量和品质无影响，这一研究结果同马艳等[14]、姜伟丽等[16]的研究结果一致。试验具体结果如下：1）与空白对照相比，喷施脱叶剂可显著提高棉花的脱叶速率，第2 次药后13 d，第2 次施药液量为22.5 L·hm-2的3 个处理和第2 次施药液量为18 L·hm-2且第1 次施药液量为22.5 L·hm-2的处理脱叶率均大于90%，达到了机采棉采收标准。2）与空白对照相比，植保无人机喷施脱叶剂对棉花铃重、衣分、籽指、衣指等产量构成主要因素及纤维品质指标无影响。

新疆棉区以种植单株结铃数少，种植密度大的品种为主，不利于药液的沉降，需喷施2 次才能达到较好的脱叶效果。

航空植保作为一项方兴未艾的技术，受到各界的广泛关注，以其精准、高效、安全的独特优势，正在推动我国植保器械、植保技术的快速发展，提升我国农作物病虫害防治水平，增强机械化和植保现代化发展水平[17-19]。但目前其发展状况还远远无法满足我国农业病虫害防治的需求。因此，针对不同作物及不同栽培方式，增强植保无人机性能，探索匹配的施药技术，研究制定合理的作业规范和技术标准是推动我国航空植保健康发展的重要保障[20-21]。