植保无人机对水稻病虫害防治条件与防效的研究

伏荣桃, 陈诚, 王剑, 陈雪娟, 卢代华

(四川省农业科学院植物保护研究所, 农业农村部西南作物有害生物综合治理重点实验室, 成都 610066)

水稻是我国主要粮食作物之一，种植面积广泛。当前，受环境条件和栽培技术的影响，水稻病虫害发生日趋严重，尤其是水稻稻曲病、纹枯病、稻瘟病、螟虫、稻飞虱等病虫害发生频率高，危害加重，造成水稻产量损失加剧[1]。为了确保水稻产量增收、保障水稻生产质量安全，水稻的病虫害防治工作显得尤为重要。

在使用农药进行病虫害防治时，农药的喷洒离不开植保器械，因此，植保器械对农药喷洒效果的好坏直接决定药剂的防治效果。长期以来，我国植保机械主要以背负式喷雾机和中小型喷杆式喷雾机等相对落后的传统机械为主[2]，农药利用率不高，且作业效率低。近年来，随着农村土地流转的深入，种田大户和农民专业合作社等成为生产经营主体，在作物病虫害防治方面需要大量人工作业。而传统的植保机械喷雾作业模式已经不满足现代农业发展的需求，特别是难以对爆发性病虫害进行及时的防治，造成严重损失。

植保无人机具有作业效率高、速度快、劳动强度低、效果好等特点。目前，全国各地大力发展植保无人机对作物的病虫草害防治[3]。荀栋等[4]研究了TH80-1型植保无人机不同施药方式对水稻主要病虫害的防治效果。钟玲等[5]应用贝尔206型直升飞机对水稻纹枯病进行了防治，发现飞防区的防效高于人工防治区。赵敏等[6]用植保无人机对水稻螟虫、稻纵卷叶螟、稻飞虱等进行了防治效果试验，结果表明，飞防处理1次或2次后对稻纵卷叶螟防效高于常规喷施。吴小凡[7]用植保无人机对直播小麦、油菜田进行了飞防封闭除草试验。植保无人机与传统植保器械相比，具有快速、高效、省工、喷洒药量少等优势[8]。但是，植保无人机作为一种新型施药技术，在病害防治过程中还要受飞行参数、飞防助剂、飞防药剂配方、气候环境等一系条件影响[4]。蒙艳华等[9]研究了植保无人机防治小麦蚜虫的主要作业参数，结果表明，小麦冠层上部、中部、底部以作业高度1 m、速度 3 m·s-1、喷施流量1.7 L·min-1时沉降密度最大。

植保无人机的飞行参数、飞防助剂及防治药剂配方等条件对防治效果影响尤为重要，且目前研究报道相对较少。为此，本文对植保无人机飞行参数、飞防助剂、防治药剂组合对水稻病虫害防治效果进行了研究，以期为植保无人机对水稻病虫害防治提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1供试药剂5%己唑醇悬浮剂，开封市普朗克生物化学有限公司；20%氯虫苯甲酰胺悬浮剂(康宽)，美国土邦公司；甜核·苏云菌可湿型粉剂(禾生绿源)，武汉楚强生物科技有限公司；2.5%井·100亿活芽孢·mL-1枯草芽孢杆菌(纹曲宁)，江苏省苏科农化有限责任公司；迈飞(飞防助剂)，北京广源益农化学有限责任公司。

1.1.2试验器材植保无人机大疆MG-1S，喷头型号XR110015VS×4，深圳市大疆创新科技有限公司；背负式电动喷雾器，台州市黄岩绿野喷雾器厂；雾滴测试卡(水敏纸)，重庆市六六山下植保科技有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1试验区条件试验区设在三台县八洞镇进行，水稻品种为台沃粤禾丝苗。试验区面积为1.3 hm2，栽培地排灌方便，田块周围没有电线杆和建筑物等障碍物。施药时间为2018年7月20日(水稻孕穗期)早上，天气晴，平均温度24.3 ℃，相对湿度86%，风速小于3 m·s-1。

1.2.2雾滴沉降密度、中直径测定在试验开始前，分别在各试验区的中心航道上均匀插上15根标杆，同时从喷雾中心线分别向两边间隔0、1、2、3、4 m插上9根标杆，将雾滴测试卡固定于离地高10 cm(水稻下部)、水稻中部和水稻冠层(上部)的标杆上。待雾滴沉降完后，收集雾滴测试卡并编号，放入盛有硅胶颗粒的盒中保存，带回实验室，计数雾滴测试卡上每平方厘米上的雾滴数，即雾滴沉降密度(个·cm-2)，再通过DepositScan应用软件分析雾滴中直径、雾滴覆盖率等[5]。

1.2.3植保无人机飞行参数处理设置距离水稻冠层飞行高度4个水平：1、1.5、2、2.5 m；飞行速度3个水平： 2、3、4 m·s-1，共12个处理，待雾滴沉降完后，收集雾滴测试卡，放入盛有硅胶颗粒的盒中保存，采用1.2.2节方法分析雾滴沉降密度。

1.2.4飞防助剂处理设置添加飞防助剂和不添加飞防助剂2个处理，待雾滴沉降完后，收集雾滴测试卡，放入盛有硅胶颗粒的盒中保存，采用1.2.2节方法分析雾滴沉降密度和中直径。

1.2.5药剂处理本试验主要对水稻纹枯病[Thanatephoruscucumeris(Frank) Donk.]、水稻稻曲病[Ustilagrnoideavirens(Cooke) Tak]和水稻螟虫[Chilosupperssalis(Walker)]进行防治。试验设置5个处理:T1、T2为植保无人机施药，T3、T4为人工背负式电动喷雾器施药，T5为对照。施药方案见表1。

表1 药效试验喷施方案Table 1 Scheme of pharmacodynamic test spraying

1.3 调查方法

1.3.1施药安全性分别于施药后3、7、14 d调查水稻植株生长情况。

1.3.2水稻纹枯病防效采取定点调查方法在每小区用竹竿标志固定好5点，每点 20 丛，以株为单位分别调查施药前、施药后7、14 d的发病情况。发病分级如下：0 级：全株无病；1 级：基部叶片叶鞘发病；2 级：第3叶片以下各叶鞘或叶片发病(以箭叶为第1叶，下同)；3 级：第2叶以下各叶鞘或叶片发病；4 级：箭叶叶片及其以下各叶鞘发病；5 级：全株发病枯死[4]。

病情指数 =∑(各级发病株数×相应病级数)/(调查总株数×9)×100

防治效果=[(对照区病情指数-处理区病情指数)/对照区病情指数] ×100%

1.3.3水稻稻曲病防效施药后，于水稻黄熟期进行调查，每个小区采取 5 点取样，每点调查20 丛，共调查100 丛。发病分级标准如下：0 级：病穗率0%；1 级：病穗率0.1%～3.0%；3 级：病穗率3.1%～7.0%；5 级：病穗率7.1%～15.0%；7 级：病穗率15.1%～25.0%；9 级：病穗率>25.1%[10]。

病穗率= (发病穗数/调查总穗数)×100%

病情指数和防治效果计算方法同1.3.2。

1.3.4水稻螟虫防效每个小区采用平行跳跃式取样法取50丛，调查每小区施药前、施药后14 d的枯穗数量。

枯穗率= 调查枯穗数/调查总穗数 ×100%

防治效果计算方法同1.3.2。

1.4 数据统计分析

数据采用DPS9.01软件进行统计分析。田间数据为平均数±标准误差，Duncan 氏新复极差分析法进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 飞行高度、飞行速度对雾滴沉降密度影响

由图1可知，当在飞行高度为距冠层1 m、飞行速度为2～4 m·s-1时，雾滴沉降密度在7.3～10.6个·cm-2；当在飞行高度为距冠层1.5 m、飞行速度为2～4 m·s-1时，雾滴沉降密度在9.5～15.4个·cm-2；当在飞行高度为距冠层2 m、飞行速度为2～4 m·s-1时，雾滴沉降密度在13.6～22.3个·cm-2；当飞行高度为距冠层2.5 m、飞行速度为2～4 m·s-1时，雾滴沉降密度在5.6～9.8个·cm-2。因此，可以看出，当飞行高度距离冠层2 m、飞行速度3 m·s-1时，雾滴沉降密度(22.3 个·cm-2)最大。

2.2 雾滴在水稻冠层不同部位的沉降密度

本试验选择植保无人机的飞行高度为距冠层2 m、飞行速度3 m·s-1。由图2可知，雾滴在水稻冠层不同部位的沉降密度存在差异：上部>中部>下部，雾滴在水稻上部的沉降密度在5.1～22.3个·cm-2之间，中部的雾滴沉降密度在3.2～17.6 个·cm-2之间，下部的雾滴沉降密度在0.8～11.6 个·cm-2之间。

2.3 飞防助剂对雾滴特性的影响

添加飞防助剂对雾滴特性的影响见表2。可以看出，添加飞防助剂后，药液的湿润面积增加76.4%，雾滴的沉降密度、雾滴中直径和雾滴覆盖率分别为(16.4±1.3)个·cm-2、(327.5±10.1)μm、9.82%±0.65%；不添加飞防助剂，雾滴的沉降密度、雾滴中直径和雾滴覆盖率分别为(20.3±2.4)个·cm-2、(256.3±11.5)μm、(5.56%±0.86%)。结果表明，添加飞防助剂可增加药液湿润面积、雾滴中直径和雾滴覆盖率，但降低了雾滴沉降密度。

2.4 药剂防治效果分析

2.4.1安全性施药3、7、14 d后观察水稻，未发现施药对水稻正常生长造成不良影响，表明本试验选用的生物药剂和化学药剂在植保无人机高浓度药液低空喷雾对水稻生长安全。

2.4.2水稻纹枯病防治效果由表3可知，用两种方式喷洒化学药剂防治效果均达79.91%以上，施药14 d后植保无人机施药防治效果为86.20%，显著高于人工电动喷雾防治效果；用两种方式喷洒生物药剂防治效果均达75.74%以上，施药14 d后植保无人机施药防治效果为83.20%，显著高于人工电动喷雾防治效果。从两种不同药剂防治效果可看出，植保无人机喷洒对纹枯病的防治效果显著优于人工电动喷雾对纹枯病的防治效果。

表2 添加飞防助剂对雾滴特性的影响Table 2 Effect of adding adjuvant on droplet characteristics

表3 不同施药设备对水稻纹枯病的防治效果Table 3 Control effects of different spray equipment on rice sheath blight

2.4.3水稻稻曲病防治效果由表4可知，两种方式喷洒化学药剂防治效果均达85.99%以上，喷洒生物药剂防治效果均达83.63%以上，与对照相比防治效果显著。从两种不同药剂防治效果可看出，植保无人机与人工电动喷雾对稻曲病的防治效果相近，不存在差异显著性。

2.4.4水稻螟虫防治效果由表5可知，植保无人机和人工电动喷雾喷洒化学药剂的防治效果分别为89.32%、87.79%，喷洒生物药剂的防治效果分别为81.47%、80.13%。从对水稻螟虫的防治效果可看出，植保无人机和人工电动喷雾喷的防效不存在差异显著性，与对照相比防治效果显著。

3 讨论

植保无人机是一种高浓度、低容量的喷雾方式，与传统的喷雾方式相比，具有作业效率高、劳动强度低等特点[11]，能对水稻爆发性病虫害进行及时的防治，避免防治贻误时机，造成严重损失。但是，植保无人机作为一种新型施药技术，在病害防治过程中还要受飞行参数、飞防助剂、飞防药剂配方、气候环境等一系条件影响[4]。本文采用大疆MG-1S机型研究了飞行高度、飞行速度对雾滴沉降密度的影响，结果显示，当飞行高度距离水稻冠层2 m、飞行速度为3 m·s-1时，植保无人机的雾滴沉降密度最大，此结果与孙娟等[12]对无人机施药防治水稻病虫害参数组合筛选数据存在差异。此外，本试验用雾滴测试卡检测到，在相同飞行高度和飞行速度条件下，雾滴在水稻冠层不同部位的沉降密度呈在差异：上部>中部>下部。

表4 不同施药设备对水稻稻曲病的防治效果Table 4 Control effects of different spray equipment on rice false smut

表5 不同施药设备对水稻螟虫的防治效果Table 5 Control effects of different spray equipment on rice stem borer

飞防助剂是一种喷雾助剂，伴随飞防农药喷洒，其对雾滴特性和药效具有重要影响[13]。本文研究了飞防助剂对雾滴特性的影响，结果表明，添加飞防助剂可增加药液湿润面积、雾滴中直径和雾滴覆盖率，但降低了雾滴沉降密度。因此，添加飞防助剂可以改善药液雾滴性能，增强田间飞防防效，这与刘迎等[13]报道结果一致。

本研究在筛选的最佳飞行高度、飞行速度以及添加飞防助剂条件下，进行了水稻纹枯病、稻曲病和螟虫防治效果研究。试验选择了化学药剂和生物药剂两种配方，施药后14 d观察发现水稻正常生长，并未造成不良影响，表明选用药剂在植保无人机高浓度药液低空喷雾对水稻生长安全。该结果进一步验证了植保无人机施药对作物安全的特点[4,12]。从对水稻纹枯病防治效果来看，植保无人机喷洒对纹枯病的防治效果显著优于人工电动喷雾对纹枯病的防治效果，这可能是因为水稻纹枯病是属于水稻基部病害，无人机防治借助飞机旋翼向下产生的气流将药液压到植物叶片的正反面及茎基部，同时喷雾添加了飞防助剂提高了药液的附着力、增加药液在植株上的附着时间，有利于植株对药液吸收，提高了药剂的防治效果[14]。从对水稻稻曲病和螟虫的防治效果来看，植保无人机与人工电动喷雾器对稻曲病与螟虫的防治效果相近，差异不显著。

本研究结果表明，在合适的飞行高度、飞行速度、添加飞行助剂以及同种等量农药等条件下，植保无人机对水稻纹枯病的防效显著优于人工电动喷雾器处理；然而植保无人机对水稻稻曲病和水稻螟虫的防效与电动喷雾器处理无显著差异。因此，在确保对田间病虫害防效的前提下，可用植保无人机替代人工电动喷雾器，能提高施药效率，大大节约劳动成本和用水量。