植保无人机喷施对玉米田土壤处理除草剂的减量效应

岳德成 姜延军 李青梅 柳建伟 史广亮 韩菊红 牛树君 贾春虹

摘要在陇东旱塬条件下，以40%乙·莠SE为指示除草剂，测定了植保无人机喷施对玉米田土壤处理除草剂的减量效应。结果表明：通过植保无人机喷施，40%乙·莠SE的控草效果随施药量的减少呈逐渐降低的趋势，玉米果穗有效长度、果穗粗、穗粒数、百粒重、产量及纯收益均随施药量的减少呈先增后降的态势，当施用量降至2400mL/hm²，即较推荐用量（4500mL/hm²）减少用药46.67%时，对藜、狗尾草和总草的株防效仍分别高达93.31%、65.51%和86.40%，鲜重防效分别高达99.12%、78.61%和93.44%;对玉米穗部性状、产量及纯收益的影响程度亦降至较低或最低，其产量较人工除草和背负式喷雾器以药剂常用量喷施分别减产0.17%和增产5.61%，其纯收益较人工除草和背负式喷雾器以药剂常用量喷施分别增加652.08元/hnl2和1076.85元/hm²。可见，植保无人机喷施对玉米田土壤处理除草剂的减量效应显著，具有大面积推广应用的价值。

关键词玉米田;植保无人机;土壤处理除草剂;减量效应

中图分类号：S451.22，S251文献标识码：B DOI：10.16688/j.zwbh.2018167

玉米是我国主要的粮食与饲料作物，稳定其种植规模、提高单产对于确保国家粮食安全、推动畜牧产业发展和增加农民收入都具有十分重要的意义。杂草的发生与危害对玉米产量及其种植效益有十分明显的影响。化学防除依然是大面积控制玉米田草害最主要的手段，但现有的除草剂喷施器械较为落后。传统的人工背负式喷药和行走式机械喷雾仍占主导地位，分别占到化防总面积的60%以上和38%。这两种施药方式均存在用药量大、药剂利用率低、施药质量差、工作效率低下、施药者接触农药几率大等问题，由此带来的环境污染、作物药害、施药者健康受威胁和劳动强度大等已备受社会关注。研发、引进和推广经济、安全、高效的杂草化学防除技术及其装备是玉米产业发展中亟待解决的问题。植保无人机是目前最为先进的农业航空施药器械，具有喷洒效果好、喷雾效率高、适用性好、安全系数高（人药、人机分离）、作物损伤小以及显著减少农药施用量等优点，美国、日本等为代表的发达国家早有广泛应用并已具备完善的航空施药作业规范、农业航空组织体系和齐全的施药配套部件，其作业面积已占到作物种植面积的50%以上，几乎涉及所有作物种类，其中美国以固定翼飞机为主，旋翼飞机直升机为辅，日本则以微、小型的植保无人机为主。近年来，国内的航空植保产业也呈迅猛发展态势，自从国内第一架植保无人机于2010年诞生以来，在黑龙江、内蒙古、新疆、河南等粮食作物主产区已被大面积应用于小麦、玉米、果树等粮经作物田的农药喷施。全国性的无人机植保展示也层出不穷。相关行政主管部门陆续出台配套的扶持和引导性政策，科研推广机构纷纷加入其研发、应用和推广之中，一些专门的植保服务机构也相继成立。随着人力成本的不断提高、农村劳动力的显著减少和人们对良好生态环境需求的不断提高，国内对高科技的农用植保无人机的需求日益迫切。植保无人机必将成为我国农药精准、减量施用的重要途径。

但植保无人机在我国的研究和应用才刚刚起步，其本身的机械性能、作业参数和配套的药剂及其剂型等还有待深化研究，植保作业面积也不足3%。现有研究多侧重于航空喷施作业参数对雾滴沉积分布特性的影响等方面，而且所涉及的作物、有害生物及药剂种类还很狭窄，有关其对玉米田除草剂特别是土壤处理除草剂减量效应的研究几乎为空白。为此，笔者以40%乙·莠SE为玉米田土壤处理除草剂的代表性品种，于2017年度试验测定了植保无人机在不同施药剂量下的喷施效果，以期为玉米田土壤处理除草剂减量施用提供有效途径。

1材料与方法

1.1试验区概况

试验于2017年布设在平凉市农业科学院高平试验站（35°17'26.63"N，107°29'43.83"E），该站所在地海拔1360m，年降水量511.2mm，年蒸发量1466.55mm。秋季多雨，冬季干燥，春季至初夏少雨多风。“十年九旱”是该地区典型的气候特点。试验地地块平整，地力均匀，黄土层厚度80～100m，田问持水率21.3%，pH 8.1，有机质6.65g/kg，土壤质地中壤土，土粒中黏粒占33.65%，前茬高梁;田内杂草分布均匀，其主要种类有藜Chenopodiumalbum L_、狗尾草Setaria viridis（L.）Beauv.、反枝苋Amaranthus retro flexus L、铁苋菜Acalyphaaustralis L、打碗花Calystegia hederacea Wall.exRoxb.、水棘针Amethystea caerulea L.等，以藜和狗尾草占绝对优势。

1.2试验材料

参试除草剂为40%乙·莠悬乳剂（SE），由河北宣化农药有限责任公司生产;植保无人机型号为大疆MG-1，搭载4个喷头，喷头型号XR11001，雾化粒径130～250um，由甘肃天翼航空科技有限责任公司提供;背负式静电喷雾器型号为3WJD-18，工作压力0.15～0.4MPa，由山东卫士植保机械有限公司生产;玉米品种为‘先玉335，由美国先锋良种国际有限公司育成。

1.3试验设计

试验设置6个喷施除草剂处理，另设空白对照和人工除草处理，详见表1。处理随机排列，重复3次，小区面积204m²（6mX 34m）。

4月下旬（4月21日），依次整地、施肥（尿素300kg/hm²、磷酸二銨225kg/hm²）、旋地和划分小区，各小区问预留3m的隔离带;随后，采用点播器等行距点播玉米，行距50cm，穴距34cm，每穴播2粒，玉米4叶1心期（5月18日），每穴选留1株健壮植株。播后翌日，按设计的除草剂施用剂量和喷雾器械种类将除草剂均匀喷施到相应小区的土壤表面，植保无人机沿小区长边所指方向飞行，飞行高度60cm，飞行速度3.4m/s，喷幅3m，喷雾量为30kg/hm²;背负式喷雾器喷雾量为450kg/hm²。施药当日晴天，最高气温26.2℃，相对湿度62%，风力小于3级。人工除草处理区采取人工方法及时拔除杂草，使之在玉米全生育期始终处于无杂草危害状态;空白对照区的杂草任其自然生长。其他管理同大田。

1.4测定项目与方法

1.4.1除草效果调查

玉米大喇叭口期（6月15日），每小区斜对角线3点取样，样点面积0.25m²，同一小区3样点的所有杂草拔出后混合装入同一个塑料袋，室内分别记载藜、狗尾草及其他杂草的株数并分别称取其鲜重。

株防效=[（空白对照区杂草株数一除草剂处理区杂草株数）/空白对照区杂草株数]×100%;

鲜重防效=[（空白对照区杂草鲜重-除草剂处理区杂草鲜重）/空白对照区杂草鲜重]×100%。

1.4.2玉米产量及其性状测定

玉米成熟后，每小区在其中间2行选取3点，每点随机收获10株玉米，共收获30株，收获面积5.1m²，其果穗装入同一网袋并挂牌标记。晒场内晒干后，每小区随机选取20个果穗，测定果穗粗、果穗有效长度（果穗实际结实部分的长度）和穗粒数;之后，按小区脱粒计产，每小区随机选取500粒玉米籽粒称重。

1.5数据统计分析

利用Excel 2007和DPS 7.05统计软件分析处理数据，用Duncans氏新复极差法比较处理问差异显著性。

2结果与分析

2.1对杂草的防除效果

由表2看出，采用植保无人机喷施时，40%乙·莠SE以3300mL/hm²用药量对藜、狗尾草及总草的株防效和鲜重防效以及2850mL/hm²用量对藜和总草的株防效和鲜重防效均在90%以上，或极显著高于背负式喷雾器以3300mL/hm²喷施（P<0.01），或与之相当（P>0.05，下同）;2400mL/hm²用药量的控草效果较为理想，对藜的株防效与背负式喷雾器以3300mL/hm²喷施无显著差异，对总草的鲜重防效极显著高于背负式喷雾器以3300mL/hm²喷施，对藜的鲜重防效、对狗尾草的株防效和鲜重防效及对总草的株防效虽极显著低于背负式喷雾器以3300mL/hm²喷施，但仍分别达到99.12%、65.5l%、78.61%和86.40%;1950mL/hm²用药量的控草作用较差，对藜、狗尾草的株防效和鲜重防效及对总草的株防效极显著低于背负式喷雾器以3300mL/hm²用药量喷施，仅对总草的鲜重防效极显著高于背负式喷雾器以3300mL/hm²喷施;1500mL/hm²用药量对藜、狗尾草和总草的株防效仅分别为39.52%、15.41%和38.87%，鲜重防效仅分别为54.92%、27.79%和42.33%，均极显著低于背负式喷雾器以3300mL/hm²用药量喷施。可见，土壤处理除草剂40%乙·莠SE采用植保无人机喷施，其施用量在2400mL/hm²及以上时有较好的控草效果。

2.2玉米穗部性状表现

由表3看出，40%乙·莠SE采用植保无人机喷施，玉米果穗有效长度、果穗直径、穗粒数和百粒重均随药剂施用量的减少呈“先增后降”的态势。其中果穗有效长度以3300、2850和2400mL/hm²用药量下的较大，极显著大于1950和1500mL/hm²用药量，但与人工除草及背负式喷雾器以3300mL/hm²用药量喷施无显著差异;果穗直径以3300、2850、2400和1950mL/hm²用药量下的稍大且相互问无显著差异，与人工除草及背负式喷雾器以3300mL/hm²用药量喷施相比较亦无显著差异;穗粒数和百粒重以2400mL/hm²用药量下的显著或极显著高于其他用药量，也显著或圾显著高于背负式喷雾器以3300mL/hm²用药量喷施，但与人工除草处理无显著差异。可见，40%乙·莠SE采用植保无人机喷施，玉米穗部性状以2400mL/hm²施药量的较为优异。

2.3玉米产量及收益表现

收益核算中玉米价格为1.70元/kg成本核算中，40%乙·莠SE价格为28.57元/L，植保无人机和背负式喷雾器喷药人工费分别为150.00和300.00元/hm²，人工除草费900.00元/hm²，玉米种子、化肥、旋耕地、播种、追肥培土、收获至入库等生产性投入各处理均相等，依次为900.00、l 230.00、1500、375.00、675.00和1950.00元/hm²。具体核算结果详见表4。

由表4可知，40%乙·莠SE采用植保无人机喷施，3300mL/hm²施药量下的玉米产量与背负式喷雾器相同用药量喷施无显著差异，但极显著低于人工除草，其纯收益与背负式喷雾器喷施相当，但明显低于人工除草;2850和2400mL/hm²施药量下的玉米产量极显著高于背负式喷雾器以3300mL/hm²用药量喷施，与人工除草无显著差异，其纯收益明显高于背负式喷雾器以3300mL/hm²用药量喷施及人工除草，2400mL/hm²施药量下的产量和纯收益最高;1950和1500mL/hm²施藥量下的玉米产量极显著低于背负式喷雾器以3300mL/hm²用药量喷施及人工除草，其纯收益明显低于背负式喷雾器以3300mL/hm²用药量喷施及人工除草。

可见，40%乙·莠SE采用植保无人机喷施，玉米的产量和纯收益均随药剂施用量的减少呈先增后降的态势，以2400mL/hm²施药量下的最高，其产量较人工除草和背负式喷雾器以3300mL/hm²施药量喷施分别减产0.17%和增产5.61%，其纯收益较人工除草和背负式喷雾器以3300mL/hm²剂量喷施分别增加652.08元/hm²和1076.85元/hm²。

3讨论

土壤处理除草剂是广泛应用于玉米田的一类重要除草剂，喷洒时雾滴的大小、分布均匀性、沉降密度等对其作用效应有明显影响。研发、引进和推广先进的喷雾器械是提高喷雾质量最有效的途径。植保无人机田问作业时，其旋翼向下产生巨大气流，将药液下压至靶标对象（土壤表面或植物表面），其雾滴细匀、穿透力强、飘移量小、沉降均匀、沉降密度大，加之作业全程由GPS导航并自动规划航线，减少或避免漏喷、重喷现象，从而可大幅度提高药剂的利用率和防治效果，减少药害发生几率，降低施药剂量，是目前最为先进的农药喷洒器械。近年来，植保无人机也开始应用于玉米田农药喷施，并被证明是切实可行的，但有关其在玉米田除草剂喷施方面的研究缺乏报道。本研究旨在揭示植保无人机在玉米田土壤处理除草剂喷施中的应用价值，其结果表明：利用植保无人机喷施土壤处理除草剂能够充分发挥除草剂的控草效应，并可显著降低除草剂的施用量。参试除草剂40%乙·莠SE喷施后，其控草效果随施药量的减少呈逐渐降低的态势，玉米果穗的有效长度、果穗粗、穗粒数、百粒重、产量及纯收益均随药剂施用量的减少呈先增后降的态势，施药量降至2400mL/hm²时的效果最好，对杂草仍有较好的控制效果，对玉米穗部性状的影响降至较小或最小，并可取得较高的产量和纯收益，继续降低施药量则引起控草效果明显下降、玉米穗部性状明显变劣、玉米产量及收益显著降低。分析其原因，主要是因为除草剂作用下的玉米生长发育状况不但受除草剂本身的影响，还与存活下来的杂草的持续危害有关，当除草剂施用量较大时，虽对杂草有理想的控制作用，明显减轻甚至避免了杂草的危害，但也加重了除草剂对玉米生长发育的影响;当除草剂施用量适宜时，不但可起到有效控制杂草危害的作用，还可降低除草剂的药害水平，从而最大限度地减轻了对玉米农艺性状、产量及收益的影响;当除草剂施用量较小时，虽然减轻甚至避免了除草剂对玉米的负面作用，但控草效果明显下降，存活下来的杂草对玉米生长发育仍有一定影响。

天气状况、土壤理化性状、无人机飞行参数等对土壤处理除草剂的作用效应和植保无人机的作业质量均有明显影响。土壤中黏粒比例大、有机质含量高和土壤干旱等状况下，除草剂被土壤吸附的可能性大，不利其药效发挥;风力超过3级、飞行高度超过一定限度，雾滴飘移流失较多，尤其是在土壤处理除草剂喷施期，作物和杂草尚未出苗，土壤表面完全裸露，雾滴不能被有效“拦截”，飘移现象更为严重。雾滴飘移加大了相邻作物受药害的风险，严重影响雾滴沉降的有效性和均匀性;土壤整地质量较差时，地面不平整、土块较大、前茬作物根茬残留量较大，对雾滴沉降的有效性及其分布的均匀性也会产生明显影响;喷雾量和助剂对植保无人机作业效果亦有明显影响，现有研究认为，利用植保无人机喷施农药时，宜将喷雾量掌握在7.5～15kg/hm²，并在药液中添加“迈飛”、“烈鹰”、“百美达”等飞防专用助剂可充分发挥药剂的作用效应、显著降低药剂的施用量。陇东旱塬区玉米播种期，往往多风少雨，气候干旱，适度降低机飞高度和增加喷雾量是有效减少雾滴飘移损失，提高雾滴在土壤表面的沉降密度和分布均一性的主要措施，筆者观察认为，该地区的机飞高度（距离地面高度）宜控制在0.5～0.8m，喷雾量（兑水量）宜提高至30kg/hm²左右。

综上表明，利用植保无人机喷施土壤处理除草剂，对杂草的控制效果较好，对玉米的生长发育无明显影响，对药剂的减量效应显著，是玉米生产上值得推广应用的经济、安全、高效的除草剂喷施新技术。为了确保植保无人机的喷施效果，实际应用中还要做到以下四点，一要掌握适宜的气候和土壤环境;二要掌握适宜的作业参数;三要采取必要的抗飘移措施，如药液中添加适量的飞防助剂等;四要尽可能地提高整地质量并搞好田园卫生。

4结论

农药减量施用是改善农业生态环境、推进农业绿色发展的重要抓手之一，也是植保无人机应用价值之所在。本研究表明，在陇东旱塬条件下，植保无人机喷施对玉米田土壤处理除草剂的减量效应明显，参试除草剂40%乙·莠SE的施用剂量可降至2400mL/hm²，较推荐施用量4500mL/hm²减少用药46.67%。该施药量下，对杂草仍可起到较好的控制效果，对玉米的穗部性状、产量及其纯收益的影响可降至较小或最小。可见，植保无人机喷施是大幅度减少玉米田土壤处理除草剂施用量的有效手段，具有大面积推广应用的价值。