M45型多旋翼植保无人机减量施药对稻飞虱防治效果的影响

张亚莉，高启超，邓继忠，陈鹏超，黄晓宇，林芳源，曾 文，贾瑞昌

(1 华南农业大学 工程学院，广东 广州 510642； 2 国家精准农业航空施药技术国际联合研究中心，广东 广州 510642； 3 华南农业大学 电子工程学院/人工智能学院，广东 广州 510642； 4 广东省江门市新会区农业农村局，广东 江门 529100)

作为我国主要的粮食作物，2019年国内水稻种植面积达到了0.3亿hm2[1]，广东省水稻种植面积已达179万hm2[2]。水稻是病虫害种类最多和危害程度最高的农作物之一，广东省水稻种植区水稻纹枯病、稻纵卷叶螟、稻飞虱均达中等偏重程度[3-4]。近年来，由于效率高、作业不受地形限制、节水节药等优势，植保无人机施药技术在水稻病虫草害的防治上发展迅速[5-9]。

植保无人机应用于水稻施药已开展大量研究。薛新宇等[10]对N-3型无人直升机喷施药剂防治稻飞虱和稻纵卷叶螟的效果进行了研究。Qin等[11]研究了无人机的喷雾高度和速度等作业参数对水稻冠层上雾滴沉积和对稻飞虱的防治效果的影响。陈盛德等[12]通过不同的飞行高度、飞行速度研究了不同喷雾作业参数对水稻冠层的雾滴沉积分布的影响。漆海霞等[13]采用5款植保无人机进行稻田雾滴沉积分布试验研究。张海艳等[14]测试并对比了电动单旋翼和电动多旋翼植保无人机在水稻田间的喷施作业效果。Chen等[15]在水稻抽穗扬花期和分蘖期比较了不同喷嘴对稻飞虱防治和雾滴沉积效果的影响。然而现有研究多从机型、喷头、飞行参数等方面对雾滴沉积分布规律进行分析，植保无人机不同施药液量和不同施药剂量对水稻病虫害防治效果的影响研究较少。

为了促进减量施药技术在水稻生产中的研究和应用，本研究以M45多旋翼植保无人机为施药载体开展了水稻航空喷雾试验，探索不同施药液量和农药剂量在水稻不同冠层的雾滴沉积规律，以及不同农药剂量对稻飞虱的防治效果，以期为植保无人机农药减施增效提供数据参考。

1 材料与方法

1.1 试验机型与试验地点

喷雾试验机型采用M45多旋翼植保无人机(深圳高科新农技术有限公司，深圳)，机身为三角形设计，并搭配压力式喷头，其空机质量达到27 kg，载荷质量为 20 kg，飞行速度为 0～6 m/s，喷洒宽度为6～8 m，飞行高度为 2～5 m，整机喷雾量为 1.8～2.6 L/min。无人机作业如图1所示。

图1 M45多旋翼植保无人机Fig.1 M45 multi rotor plant protection UAV

试验地点位于广东省江门市新会区三江镇(22°27′36″N，113°08′24″E)，具体位置如图2所示。试验田晚稻采用撒播方式播种，施药试验时间为晚稻分蘖末期，晚稻平均高度为0.7～0.9 m。

图2 试验田位置Fig.2 Location of test field

1.2 气象数据

地面最大风速为 2.6 m/s，平均气温 20 ℃，平均湿度为53.6%，大气压强为101.5 kPa，满足《植保无人飞机防治水稻病虫害施药指南》的作业要求[16]。

1.3 试验试剂与材料

铜版纸 (长 8 cm，宽 3 cm)、诱惑红 (ALLURA RED)试剂、金龟子绿僵菌Metarhizium anisopliae油悬浮剂 (有效成分总含量是 8×109mL-1[17])、万向夹、塑料杆、米尺、橡胶手套、自封袋、信封、Kestrel NK-3500 气象风速仪、HP Scanjet 200 扫描仪以及雾滴图像分析处理软件。

1.4 试验设计与数据处理

试验采用了 2 种施药液量：15.0 和 22.5 L/hm2，以及人工施药金龟子绿僵菌推荐剂量的100%、90%、80% 3种减量农药剂量，对不同施药液量和减量农药剂量对雾滴沉积效果以及稻飞虱防治效果的影响进行分析，试验设计如表1所示。

表1 试验田施药测试处理区Table 1 Treatments for pesticide application test in experimental field

根据试验需求，将试验田划分为6个处理区，每隔20 m插一面旗子，作为每个小区的边界点，共放置14面旗子，每个小区面积约0.2 hm2。在试验田附近放置Kestrel NK-3500气象风速仪，用来监测地面实时气象信息。

喷洒药剂使用金龟子绿僵菌油悬浮剂进行现场配置，采取喷洒1次调配1次的原则，严格遵守标准配药步骤，同时为了在铜版纸上显示的雾滴更明显，在试验药剂里添加诱惑红试剂。

为了研究雾滴沉积与稻飞虱防治效果的关系，按照水稻冠层的垂直方向选取上部和下部布置铜版纸，将铜版纸夹在万向夹上，调整铜版纸水平放置，再将万向夹固定在塑料管上插入稻田里，本次试验塑料管的放置位置按照图3所示，每个处理区里设置2条雾滴采集带，每条雾滴采集带共设有11 个采样点 (以-5，…，-1，0，1，…，5 标记)，每个采样点间隔1 m。作业时，保持无人机的飞行高度在水稻冠层以上 1.5 m，飞行速度为 5 m/s。

图3 试验采样点的布置方式以及航线设计Fig.3 Layout of test sampling points and route design

本研究进行了3次稻飞虱防治效果的田间调查，第1次调查为施药前1天，第2次调查为施药后第1天，第3次调查为施药后第7天。按照《稻飞虱测报调查规范》[18]，在每个处理区内随机选择30株水稻，然后采用目测法，观察每株水稻上的稻飞虱数量并记录。根据各处理区施药前后稻飞虱的数量，利用公式[19]计算虫口减退率和防效。

当无人机在一个处理区内施药结束后，将铜版纸收好放入自封袋中，然后放入事先编号的信封中，带回实验室处理。使用HP Scanjet 200扫描仪，设置图像是灰度、分辨率是600，将铜版纸扫描下来，然后再通过DepositScan图像扫描软件对已扫描图片进行分析，得到每个采样点的粒径分布、覆盖率、雾滴沉积等信息，同时计算出雾滴分布均匀性，用变异系数 (Coeffecient of variation,CV)表示，变异系数越小，说明雾滴穿透性越好。数据统计处理在SPSS23.0中完成。

2 结果与分析

2.1 不同施药液量的雾滴沉积效果

表2为施药液量为15 L/hm2的各采样点的雾滴沉积效果。通过分析雾滴沉积量，可以发现水稻植株上层的雾滴沉积要比水稻植株下层的好，由采样点从左到右，雾滴沉积量呈先增大后减小的趋势，中间的0号采样点的水稻植株上层雾滴沉积量最高，为0.74 μL/cm2，水稻植株下层最高的是2号采样点，为0.30 μL/cm2，但差异不显著；雾滴分布均匀性同样呈现先变差后变好的趋势，4号采样点水稻植株下层的雾滴分布均匀性最佳，为13.33%；0号采样点水稻植株下层的雾滴分布均匀性最差，高达97.02%。

表2 施药液量为15.0 L/hm2时各采样点的雾滴沉积效果Table 2 Droplet deposition effect at each sampling point with 15.0 L/hm2 of spraying solution

表3为施药液量为22.5 L/hm2的各采样点的雾滴沉积效果。由采样点从左到右，水稻植株上层雾滴沉积量呈一直减小的趋势，其中，-5号采样点的雾滴沉积量最高，为0.53 μL/cm2，水稻植株下层的雾滴沉积量是先增大后减小的趋势，其中，最高的是1号采样点，为0.26 μL/cm2；水稻植株上层雾滴分布均匀性呈现持续变差的趋势，其中，-2号采样点的雾滴分布均匀性最佳，为48.14%，所以该农药剂量的小区内，普遍雾滴分布均匀性较差。

表3 施药液量为22.5 L/hm2时各采样点的雾滴沉积效果Table 3 Droplet deposition effect at each sampling point with 22.5 L/hm2 of spraying solution

2.2 不同施药液量不同农药剂量的雾滴沉积效果

以雾滴沉积量为基础参数对各施药液量的雾滴沉积效果进行分析评价，结果(表4、表5)显示，2个不同施药液量的小区，除了90%的农药剂量，其他2个农药剂量22.5 L/hm2的小区雾滴沉积量都优于15.0 L/hm2的小区，出现这一现象的原因可能是，在试验时，水稻上方的垂直风场过小，在自然风的影响下，导致雾滴漂移，没有被铜版纸接收到。同时也说明增加施药液量，有助于雾滴沉积，而且水稻植株上层的雾滴均匀性好于水稻植株下层。

表4 施药液量为15.0 L/hm2时不同农药剂量雾滴沉积量效果试验结果Table 4 The effect of different pesticide dosages on droplet deposition with 15.0 L/hm2 of spraying solution

表5 施药液量为22.5 L/hm2时不同农药剂量雾滴沉积量效果试验结果Table 5 The effect of different pesticide dosages on droplet deposition with 22.5 L/hm2 of spraying solution

2.3 稻飞虱防治效果分析

通过对施药前后共计3次的稻飞虱数量进行田间调查并分析防治效果，施药后第1次调查和第2次调查的不同农药剂量以及施药液量对虫口减退率和校正防效如表6、表7所示。

表6 施药液量为15.0 L/hm2时不同农药剂量对稻飞虱的防治效果Table 6 Different pesticide dosages on the control effect of rice planthopper with 15.0 L/hm2 of spraying solution

表7 施药液量为22.5 L/hm2时不同农药剂量对稻飞虱的防治效果Table 7 Different pesticide dosages on the control effect of rice planthopper with 22.5 L/hm2 of spraying solution

施药后第1次调查结果显示，在22.5 L/hm2施药液量、100%农药剂量下，虫口减退率最高为38%，其他情况下都集中在15%～20%，22.5 L/hm2施药液量、100%农药剂量下，校正防效最好(30%)；施药后第2次调查结果显示，在22.5 L/hm2施药液量、100%农药剂量下，虫口减退率最高为45%，22.5 L/hm2施药液量、100%农药剂量下，校正防效最好(53%)。

当施药液量是15 L/hm2时，农药剂量是100%、90%、80%的第2次调查的虫口减退率分别比第1次提高了8、9和10个百分点，校正防效分别提高了30、31和31个百分点；当施药液量是22.5 L/hm2时，农药剂量是100%、90%、80%的第2次调查的虫口减退率分别比第1次提高了7、17和13个百分点，校正防效分别提高了23、38和15个百分点，明显发现施药后1周的防治效果比施药后1 d的防治效果好。

在施药液量是15 L/hm2的情况下，农药剂量是100%与80%的第2次虫口退减率相差3%，在施药液量是22.5 L/hm2时，农药剂量100%与80%的第2次虫口退减率相差2%，说明农药剂量对稻飞虱的防治效果影响不大。在农药剂量相同的情况下，施药液量多的比施药液量少的防治效果好，跟雾滴沉积量呈正相关关系。

3 结论

以高科新农M45多旋翼植保无人机为施药作业平台，在江门新会的水稻试验田进行航空雾滴沉积试验，重点研究了不同施药液量和不同农药剂量在水稻试验田对雾滴沉积量和稻飞虱的防治效果的影响，得出以下结论：

1)农药剂量相同时，施药液量越大，雾滴沉积效果越好，但是每个小区的雾滴分布不均匀；在施药液量相同时，农药剂量越高，雾滴沉积的效果越好；每个小区明显水稻植株上层的雾滴沉积效果要好于下层。水稻冠层上部的雾滴沉积效果优于下层，主要是由于无人机施药位置高、雾滴小，难以穿透分蘖后期长势茂盛的水稻。

2)试验结果发现，本研究中的2种施药液量、3种农药剂量以及施药液量和农药剂量的交互作用对雾滴沉积量均没有显著影响。本次试验中设置的参数不能明显地体现其对雾滴沉积量的影响，下次可以把施药参数的间隔增大一些，增加更多组重复试验，减小误差，获得更准确的数据。

3) 100%农药剂量与80%农药剂量对稻飞虱的防治效果没有显著差异，所以可以适当降低金龟子绿僵菌的农药剂量，达到农药减施目的。施药7 d后田间调查的稻飞虱防治效果优于施药后第1天，经过分析认为，金龟子绿僵菌属于广谱性杀虫真菌，可以让稻飞虱受到致命感染，慢性中毒而死，而施药后7 d的调查周期相对较短，导致校正防效不高。在今后的研究工作中可适当延长调查周期，同时其他杀虫剂的减施效果有待进一步研究和分析。

综上所述，本研究使用多旋翼植保无人机减量施药用于防治水稻稻飞虱，防治效果较好，提高了农药利用率，降低了病虫害防治成本，同时对减轻环境污染有利。本研究为促进水稻减量施药研究提供了试验数据参考。由于水稻植株的中下层是稻飞虱集中危害部位，为改善植保无人机减量施药在水稻稻飞虱防治作业上的广泛应用，可从以下2个方面进行深入研究：进一步优选多旋翼植保无人机的作业参数，增加施药过程中药液雾滴的穿透性；探索航空静电喷雾等施药技术，增加水稻中下层的雾滴沉积量，提高稻飞虱防治效果。