用P20型植保无人机减量施药防治稻纵卷叶螟

曾　文，邓继忠，高启超，贾瑞昌，兰玉彬，张建瓴，陈鹏超，肖汉祥，张亚莉

·农业航空工程·

用P20型植保无人机减量施药防治稻纵卷叶螟

曾文1,2，邓继忠1,2，高启超1,2，贾瑞昌1,2，兰玉彬2,3，张建瓴1,2，陈鹏超2,3，肖汉祥4，张亚莉1,2※

（1. 华南农业大学工程学院，广州 510642；2. 国家精准农业航空施药技术国际联合研究中心，广州 510642；3. 华南农业大学电子工程学院，广州 510642；4. 广东农业科学研究院植物保护研究所，广州 510640）

为探讨植保无人机（UAV）减量施药对水稻病虫害的防治效果，该研究采用P20型植保无人机进行水稻田间施药作业。分别在水稻分蘖末期、孕穗期开展了两种施药液量（15、22.5 L/hm2）的水稻冠层雾滴沉积试验，以及两种施药液量下480、540、600 mL/hm23种农药剂量（阿维·氯苯酰推荐剂量的80%、90%、100%）的防治稻纵卷叶螟减量施药田间药效试验，并与背负式电动喷雾器（Knapsack Electric Sprayer，KES）人工施药的常规防治方法进行施药效果对比。雾滴沉积试验结果表明，水稻冠层上部的雾滴分布均匀性优于水稻冠层下部；施药液量15、22.5 L/hm2的冠层上部雾滴沉积有显著差异，且施药液量22.5 L/hm2的冠层上部雾滴沉积显著优于施药液量15 L/hm2。药效试验结果表明，农药剂量越大稻纵卷叶螟防治效果越好，采用农药剂量100%的植保无人机施药防治效果最好，并优于KES人工施药；施药液量15、22.5 L/hm2的稻纵卷叶螟防治效果有显著差异，且施药液量22.5 L/hm2较15 L/hm2的防治效果更好；施药液量15 L/hm2且农药剂量90%、施药液量22.5 L/hm2且农药剂量80%与KES人工施药的防治效果没有显著差异。采用植保无人机施药防治稻纵卷叶螟，施药液量22.5 L/hm2可以获得更好的雾滴沉积和稻纵卷叶螟防治效果；施药液量22.5 L/hm2时，减少20%的农药剂量也能保证稻纵卷叶螟防治效果。该结果对水稻田间植保无人机减量施药具有实践指导意义。

无人机；喷雾；减量施药；雾滴沉积；稻纵卷叶螟

0 引 言

水稻是中国的主要粮食作物之一，也是世界上主要的粮食作物，是全世界超过30亿人口的主要食粮[1]。水稻病虫害是制约水稻安全生产的主要因素。水稻病虫害种类繁多，水稻的病害据记载有61种，害虫有78种，其中稻飞虱、稻纵卷叶螟、二化螟、稻瘟病、纹枯病、稻曲病等经常发生且严重影响产量[2-3]。目前，国内水稻病虫害防治施药作业的主要方式有人工喷施、地面机械喷施和航空喷施三种方式。由于水稻田的特殊作业条件，地面机械在水稻田中作业困难，且易压坏秧苗，其作业成本高、农药利用较低[4-6]。人工喷施劳动强度大，喷药均匀性差，对施药人员会产生严重药害，同时大容量喷雾导致农药有效利用率较低，对生态环境造成严重的危害[7]。航空喷施作业效率高、成本低、施药效果好，克服了地面机械水田作业困难、人工喷施劳动强度大及药害的问题。

近年来，植保无人机航空喷施的迅猛发展和应用引起了人们的广泛关注，并得到了广泛的推广应用[8-11]。各国学者也针对植保无人机航空施药的作业参数、工效、喷雾系统[12-15]，雾滴飘移沉积规律[16-18]，病虫害防治效果[19-20]等开展了大量的研究。陈盛德等[21]比较分析了植保无人机和人工两种水稻施药作业的喷施方式，发现航空喷施优于人工喷施的雾滴沉积效果，且作业效率高、成本低、效益高。薛新宇等[22]开展了飞机不同作业高度和不同喷洒浓度的田间药效试验，结果显示，N-3型无人直升机对稻飞虱和稻纵卷叶螟的防治效果均优于传统担架式喷雾机。陈盛德等[23]研究了单旋翼无人机不同飞行高度、飞行速度下水稻冠层的雾滴沉积分布，结果显示，飞行高度和飞行速度对雾滴平均沉积量有显著影响，对雾滴沉积均匀性影响不显著。漆海霞等[24]研究了不同旋翼类型和喷头类型对雾滴沉积的影响，发现相比液力式喷头，离心喷头雾滴沉积粒径更小，且可以获得更好的雾滴穿透效果。李继宇等[25]研究了无人机4种喷雾粒径的水稻冠层雾滴沉积效果，发现4种粒径的雾滴在水稻冠层的分布均匀性和穿透性都较好，且雾滴粒径越小，沉积量越大，分布均匀性越好。张海艳等[26]测试和对比了电动单旋翼与电动多旋翼植保无人机在水稻田间的作业效果，结果表明，单旋翼植保无人机喷施效果更好，两种类型的植保无人机对水稻病虫害的防治效果均能达到国家防效标准。Qin等[27]研究了单旋翼无人机飞行高度、飞行速度等参数对水稻冠层和底部的雾滴沉积、稻飞虱防效的影响，发现飞行高度1.5 m、飞行速度5 m/s时冠层底部的雾滴沉积量最大，同时稻飞虱防治效果最好。

目前国内外学者在水稻植保无人机施药技术领域主要研究了不同的旋翼、飞行高度、飞行速度、喷头类型、施药液量下的雾滴沉积分布规律，植保无人机施药与人工施药的作业效率与病虫害防效对比。对于植保无人机不同施药液量下减量施药对水稻病虫害防治效果的研究尚未见相关报导。因此，本文通过P20植保无人机两种施药液量下水稻冠层的雾滴沉积分布试验、两种施药液量下的不同农药剂量对稻纵卷叶螟防治效果的田间试验，研究不同施药液量、农药剂量等因素下，植保无人机减量施药对水稻病虫害防治效果的影响，拟为植保无人机农药减施增效提供理论指导和数据支持，促进农药减量使用，提升农药利用率。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本次试验的试验田位于中国广东省肇庆市高要区（23°13'56"N，112°19'26"E）。水稻品种为自留种籼稻，采用久保田（2ZGQ-6D1）乘座式高速插秧机进行移栽，其行距为30 cm，穴距为18 cm，漏秧率≤2%，移栽密度为1.82×105穴/hm2。

药剂为阿维·氯苯酰（Acitretin · Chlorobenzoyl），生产厂家：先正达南通作物保护有限公司，剂型：悬浮剂，有效成分为阿维菌素17 g/L、氯虫苯甲酰胺43 g/L，推荐剂量：600～750 mL/hm2，防治对象：稻纵卷叶螟、二化螟。

1.2 施药设备

本试验使用的植保无人机为广州极飞科技有限公司生产的P20型4旋翼无人机（如图1a所示）。该植保无人机搭载SUPERX®3 Pro RTK飞控系统，可实现厘米级精准导航；搭载使用离心雾化喷头的喷洒系统，可通过控制离心雾化喷头的转速调整雾化颗粒的大小。P20植保无人机作业时可根据需求设置飞行高度、飞行速度、喷幅、雾滴粒径、施药液量等作业参数，喷洒系统根据飞行速度、喷幅、施药液量等参数自动计算泵的流量，以保证施药液量的精确性。对照使用的电动喷雾器为艺锦园公司3WBD-20型背负式电动喷雾器（如图1b所示），经水敏纸测试，其雾滴体积中径（DV50）为410m。P20型植保无人机与3WBD-20型背负式电动喷雾器的参数如表1所示。

依据前人研究基础[21,23,26-27]及作业实践经验，除施药液量外，植保无人机施药的其他作业参数均设置为飞行速度4 m/s、高度2 m、喷幅3.5 m，雾滴粒径125m。背负式电动喷雾器的施药液量按农药兑水建议设置为450 L/hm2。

表1 P20植保无人机及背负式电动喷雾器参数

1.3 试验设计

为验证无人机施药时不同施药液量和不同农药剂量对水稻病虫害防治效果的影响，根据作业实践经验设置2个施药液量，分别为15、22.5 L/hm2；设置3个农药剂量为480、540、600 mL/hm2，分别为阿维·氯苯酰推荐剂量（600 mL/hm2）的80%、90%、100%。为与无人机减量施药进行对比，设置1个背负式电动喷雾器（Knapsack Electric Sprayer, KES）人工施药的常规防治处理区，以及1个不施用农药的空白对照（CK）处理区。根据试验田情况，将试验田划分成如表2所示的8个处理区，为避免相邻处理区间雾滴漂移的影响，每个处理区距边缘3 m内作为缓冲区，缓冲区内不采集雾滴沉积数据，也不调查防效数据。在防效调查时，按处理区长度将每个处理区等量划分成5个小区，作为同一处理的多次重复。

表2 试验田处理区

1.4 雾滴沉积测试与方法

为研究雾滴沉积与水稻病虫害防治效果的关系，在无人机施药过程中，同时开展水稻雾滴沉积试验。在植保无人机施药作业时，沿幅宽方向和喷雾路径方向的雾滴沉积会随气象条件和操作员水平产生变化[28]。为尽可能消除这种变化的影响，本次研究中在喷雾路径方向设置了两条雾滴沉积的采样带，采样带间隔为20 m。在幅宽方向布置了11个采样位置，幅宽方向采样位置间隔为1 m（图2a）。为避免相邻田块施药的交叉影响，所有采样位置布置在田块中心位置。由于植保无人机施药时，相同施药液量下雾滴沉积的差异很小，所以本次研究选取了处理区T3（农药剂量100%，施药液量15 L/hm2）、处理区T6（农药剂量100%，施药液量22.5 L/hm2）设置了雾滴沉积数据采集。

雾滴沉积测试中常采用水敏纸收集雾滴，但在水稻田使用时，水敏纸易受到稻田中水的污染，因此试验中改用铜版纸进行雾滴收集。同时采用罗丹明B玫瑰红染色剂作为雾滴示踪剂，每升水中添加10 g罗丹明B染色剂。

每个采样位置处插一根塑料杆，使用双头夹将两片铜版纸水平布置在杆上下两个位置，上层位置的铜版纸位于水稻冠层顶部位置，下层位置的铜版纸位于水稻冠层下部位置（图2b），分别用来采集水稻冠层上部和下部沉积的雾滴。

在施药结束后，为避免收集铜版纸时水稻叶面上的雾滴掉落到铜版纸上，待水稻叶面和铜版纸上的雾滴干燥后收集铜版纸。铜版纸收集后，为保护罗丹明B的示踪效果，将每片铜版纸单独装入拉链密封袋中，在密封袋上标记处理区号、采样点等信息，并尽快送回实验室进行雾滴数据分析。

铜版纸使用分辨率600 dpi的扫描仪进行扫描，然后用图像处理软件DepositScan (USDA, USA)[29]进行图像识别与分析，获取纸卡选取区域中的所有雾滴，计算雾滴直径、体积，并最终获得雾滴覆盖率、雾滴密度、雾滴沉积量等数据[29-30]。雾滴直径计算公式为

=1.060.455（1）

式中为雾滴直径，m；为图像识别后的雾滴面积，m2。雾滴面积用扫描图像雾滴的像素数量进行计算。

雾滴体积计算公式为

式中为雾滴体积，m3。

雾滴覆盖率、雾滴密度、雾滴沉积量计算公式分别为

式中cov为雾滴覆盖率，%；den为雾滴密度，滴/cm2；dep为雾滴沉积量，L/cm2；为纸卡选取区域内雾滴的总数量；A为纸卡选取区域内所有雾滴的总面积，cm2，A为纸卡选取区域面积，cm2；V为纸卡选取区域内所有雾滴的体积，L。

1.5 稻纵卷叶螟减量施药测试与防效调查

在本次施药作业时，试验田水稻纹枯病、稻瘟病、稻飞虱、二化螟不明显，以预防为主。稻纵卷叶螟较严重，因此本次试验主要防治稻纵卷叶螟。为保证施药效果，分别于水稻分蘖末期和孕穗期进行了两阶段施药作业。两阶段施药的处理区划分、农药、农药剂量、施药液量均相同。使用气象仪记录两次试验期间气象数据，试验期间田间温度、相对湿度、风速分别为27.3～34.5 ℃、52.3%～65.4%、0.15～1.52 km/h。

依据农药田间药效试验准则[31]，针对水稻稻纵卷叶螟进行了施药效果调查与记录。共进行了3次稻纵卷叶螟的调查，第一次调查为施药前1天，第二次调查为第一次施药后15天，第三次调查为第二次施药后7天。将每个处理区划分为5个小区，每个小区采用5点平行取样方法，每点取样5穴水稻，共25穴。记录每个取样点的处理区号、小区号、株数、叶片数（每株水稻按4片叶子计算）、卷叶数。利用以下公式计算每个处理区的卷叶率（Leaf Roll Rate，LRR）和防治效果（Control Efficacy，CE）指标[31]。

式中LRR为卷叶率，%；CE为防治效果指标，%；N为调查卷叶数；N为调查总叶数；CK为空白对照区药后卷叶率，%；PT为处理区药后卷叶率，%。

1.6 数据分析

试验数据采用EXCEL2013(Microsoft Inc., USA)软件进行录入、整理，利用SPSS19.0(SPSS Inc., USA) 统计分析软件进行Duncan法多重比较及显著性分析（=0.05），分析图采用 EXCEL 2013 软件绘制。

2 结果与分析

2.1 雾滴沉积与分布情况

2.1.1 不同施药液量的雾滴分布均匀性

雾滴在田间的分布均匀性对水稻病虫害的防治有重要影响。为描述雾滴田间分布的均匀性，采用各采样点雾滴密度的变异系数（Coefficient of Variation，CV）作为雾滴分布均匀性的指标。图3a、3b分别为水稻分蘖末期、孕穗期两阶段施药后，田间各雾滴采样点水稻冠层上部（Upper Canopy，UC）、冠层下部（Lower Canopy，LC）的雾滴沉积分布。水稻分蘖末期，施药液量22.5 L/hm2时水稻冠层上部、下部的雾滴密度变异系数分别为35.04%、82.71%；施药液量15 L/hm2时水稻冠层上部、下部的雾滴密度变异系数分别为49.3%、72.44%。水稻孕穗期，施药液量22.5 L/hm2时水稻冠层上部、下部的雾滴密度变异系数分别44.55%，143.95%；施药液量15 L/hm2时水稻冠层上部、下部的雾滴密度变异系数分别55.61%，57.94%。结果表明，冠层上部的雾滴分布均匀性明显优于冠层下部。冠层上部的雾滴分布主要取决于无人机离心雾化喷头的雾滴分布。冠层下部雾滴分布均匀性较差，可能主要有以下原因：水稻每个位置的疏密、长势有区别，导致雾滴穿透量不一致；无人机的下旋风场使水稻产生倒伏，倒伏中心位置冠层底部裸露，因而雾滴沉积量大，倒伏四周水稻堆叠使得雾滴无法穿透，因此雾滴沉积量极少。

2.1.2 不同施药液量对雾滴沉积的影响

水稻分蘖末期、孕穗期两施药阶段，水稻冠层的雾滴沉积如表3所示。结果显示，分蘖末期、孕穗期水稻冠层上部的雾滴沉积均远远大于下部，相同施药阶段与施药液量时，水稻冠层上部和下部的雾滴沉积量均有极显著差异（<0.01）。施药液量22.5、15 L/hm2时，水稻冠层上部雾滴沉积量分别较冠层下部增加了208.42%、152.81%。可能主要是因为水稻分蘖末期、孕穗期，水稻高度已接近90 cm，长势茂盛，无人机施药的雾滴穿透性不足。

水稻分蘖末期、孕穗期两施药阶段，施药液量22.5与15 L/hm2的水稻冠层上部雾滴沉积量均有显著差异（分别为=0.02，=0.005），施药液量22.5 L/hm2较15 L/hm2的水稻冠层上部雾滴沉积量分别增加了64.77%，60.53%。施药液量22.5与15 L/hm2对水稻冠层下部的雾滴沉积量没有显著差异。

相同施药液量时，分蘖末期、孕穗期两施药阶段的水稻冠层上部雾滴沉积量没有显著差异，冠层下部雾滴沉积量也没有显著差异。

从以上分析可知，无人机施药时水稻冠层上部的雾滴沉积效果较好，且增加施药液量对水稻冠层上部雾滴沉积的增加比较显著，有助于农药的利用。但水稻冠层下部的雾滴沉积远低于冠层上部，可能原因为当水稻比较茂盛时，无人机施药时雾滴难以穿透水稻冠层。因此，采用无人机施药，对于防治稻纵卷叶螟、水稻纹枯病等主要在水稻冠层上部的病虫害，增加施药液量会有更好的防效。

表3 不同施药液量下水稻上、下冠层的雾滴沉积

注：表中数据为均值±标准差。数据列的字母表示相同冠层及施药时期下不同施药液量间存在显著差异（<0.05）。

Note: Data in the table are the average value ± the standard deviation. The letter in the data column express that there are significant differences between different spray volume under the same canopy and spray period (<0.05).

2.2 不同施药液量的稻纵卷叶螟减量施药防治效果

在水稻分蘖末期、孕穗期两阶段，两种施药液量下的减量施药对稻纵卷叶螟的防治效果如表4所示。同一施药阶段、施药液量时，农药剂量对稻纵卷叶螟的防治效果均有显著差异（<0.05）。农药剂量100%时，稻纵卷叶螟防治效果最好；农药剂量80%时，稻纵卷叶螟防治效果最差。与人工电动喷雾器施药（KES）的常规防治效果相比，两阶段施药结果表明：农药剂量100%时，施药液量15、22.5 L/hm2的稻纵卷叶螟防治效果均优于人工电动喷雾器施药（KES）。施药液量15 L/hm2、农药剂量90%时，两阶段的防治效果与人工电动喷雾器（KES）均没有显著差异，即施药液量15 L/hm2、农药减量10%可达到人工电动喷雾器（KES）的常规防治效果。施药液量22.5 L/hm2、农药剂量80%时，两阶段的防治效果与人工电动喷雾器（KES）均没有显著差异，即施药液量22.5 L/hm2、农药减量20%可达到人工电动喷雾器（KES）的常规防治效果。

农药剂量相同条件下，在分蘖末期、孕穗期两阶段，施药液量22.5、15 L/hm2时的稻纵卷叶螟防治效果均存在显著差异。分蘖末期施药后，农药剂量80%、90%、100%时，施药液量22.5 L/hm2的防效较15 L/hm2分别提升了26.8%、25.11%、14.32%；孕穗期施药后，农药剂量80%、90%、100%时，施药液量22.5 L/hm2的防效较15 L/hm2分别提升了11.25%、5.88%、4.37%。由雾滴沉积试验结果分析可知，施药液量22.5与15 L/hm2对水稻冠层上部的雾滴沉积有极显著差异，施药液量22.5 L/hm2时水稻冠层上部的雾滴沉积量较15 L/hm2时增加了60.53%。因此，在相同农药剂量下，由于施药液量22.5 L/hm2较15 L/hm2有更好的雾滴沉积效果，水稻叶片表面雾滴沉积量更大不仅有利于内吸性农药的吸收，也有利于非内吸性农药增大触杀面积，从而有效提高稻纵卷叶螟的防治效果。

表4 不同施药液量下无人机减量施药的稻纵卷叶螟防效

注：表中数据为均值±标准差。数据列的字母表示相同施药方式及施药液量下不同农药剂量间存在显著差异（<0.05）。

Note: Data in the table are the average value ± the standard deviation. The letter in the data column express that there are significant differences between different pesticide dosage under the same spray method and spray volume (<0.05).

3 讨 论

雾滴沉积试验结果表明，无人机施药时，水稻冠层上部的雾滴沉积效果要极大的优于冠层下部，施药液量22.5、15 L/hm2时水稻冠层上部的雾滴沉积量较冠层下部分别增加了的208.42%、152.81%；增大施药液量有利于提升水稻冠层上部的雾滴沉积效果，施药液量22.5 L/hm2时，水稻冠层上部的雾滴沉积量比15 L/hm2时的提升了60.53%。Wang等[28]在小麦无人机施药中测试了3种施药液量（9.0、16.8、28.1 L/hm2）下小麦冠层的雾滴沉积，结果显示，施药液量9.0 L/hm2时雾滴沉积量较小，且防治效果较差。Qin等[27]在水稻无人机施药中测试了两种飞行高度（0.8、1.5 m）、两种飞行速度（3、5 m/s）下水稻冠层的雾滴沉积，雾滴采样数据显示上层的雾滴沉积量显著大于下层。Chen等[32]在水稻无人机施药中测试了3种喷嘴（LU110-01、LU110-015、LU110-02）下水稻冠层的雾滴沉积，雾滴沉积量数据也显示上层显著高于下层。但以上文献没有对上下层雾滴沉积进行量化对比分析，也没有分析上层的雾滴沉积量显著高于下层的原因。水稻冠层上部的雾滴沉积极大的优于下层，主要是由于在无人机施药位置高、雾滴小，难以穿透分蘖后期长势茂盛的水稻。虽然无人机的下压风可以增加部分位置的水稻冠层下部的雾滴沉积，但下压风同时也使得水稻向四周倒伏，同样使得雾滴难以穿透到倒伏处水稻冠层下部，同时导致冠层下部的雾滴分布均匀性变差。施药液量22.5 L/hm2较15 L/hm2水稻冠层上部的平均雾滴沉积量提升了60.53%，高于施药液量50%的提升。可能主要原因应为两种施药液量下穿透到水稻冠层下部的雾滴沉积量差异较小，且都较少，大部分沉积在冠层上部。

两种施药液量、3种农药剂量的水稻稻纵卷叶螟防治试验结果表明，施药液量越大稻纵卷叶螟的防效越好，施药液量22.5 L/hm2较15 L/hm2的防治效果在水稻分蘖末期、孕穗期分别提升了21.51%、7%；农药剂量越大稻纵卷叶螟的防效越好；处理（施药液量22.5 L/hm2、农药剂量80%）、处理（施药液量15 L/hm2、农药剂量90%）和背负式电动喷雾器（KES）人工施药的稻纵卷叶螟防治效果没有显著差异。薛新宇等[22]在N-3型无人直升机施药方式对稻纵卷叶螟防治效果的田间试验中，测试了不同剂量和不同飞行高度下稻纵卷叶螟的防治效果，结果表明四种农药剂量（60%、70%、80%、100%）下剂量100%的防治效果最好，3种飞行高度（3、5、7 m）下高度3 m时的防治效果最好。张海燕等[26]测试了电动单旋翼与电动多旋翼无人机水稻田间的农药喷施作业效果，试验结果表明电动单旋翼在防治稻纵卷叶螟时效果更好。但没有涉及施药液量、农药剂量组合与水稻稻纵卷叶螟的防治效果关系及农药减量的研究。施药液量越大稻纵卷叶螟的防效越好，主要原因应为施药液量越大时雾滴的沉积越好。施药液量22.5 L/hm2、农药剂量80%时与常规背负式电动喷雾器（KES）人工施药的稻纵卷叶螟防治效果没有显著差异，主要是因为常规背负式电动喷雾器（KES）人工施药高度低、施药液量大、雾滴大，雾滴的穿透性较好，下层的雾滴沉积量相对较大，同时流失到稻田中的雾滴也多，导致水稻冠层上部的农药沉积量相对较少。

4 结 论

本文使用了罗丹明B示踪剂及铜版纸测量了无人机施药时不同施药液量下水稻冠层上部和下部的雾滴沉积，测试了无人机施药时两种施药液量、3种农药剂量组合及背负式电动喷雾器人工施药下水稻稻纵卷叶螟的防治效果。对试验结果的分析得到以下结论：1）无人机施药较人工施药，对稻纵卷叶螟的防治有更好的防效；2）无人机施药时，施药液量22.5 L/hm2较15 L/hm2的水稻冠层上部的雾滴沉积效果更好，农药利用率更高，对主要危害水稻冠层上部的稻纵卷叶螟有更好的防治效果；3）无人机施药时，施药液量22.5 L/hm2较15 L/hm2有更好的农药减量效果，施药液量22.5 L/hm2、农药剂量80%的无人机施药可达到农药剂量100%时背负式电动喷雾器人工施药的稻纵卷叶螟防治效果。

[1] 张玲. 水稻重要病虫害综合防治技术与应用研究[D]. 长沙：湖南农业大学，2018.

Zhang Ling. Studies of Integrated Control Technology and Application of Important Pests and Diseases in Rice[D]. Changsha: Hunan Agricultural University, 2018. (in Chinese with English abstract)

[2] 王艳青. 近年来中国水稻病虫害发生及趋势分析[J]. 中国农学通报，2006，22(2)：343-347.

Wang Yanqing. Analysis on the occurrence and development of rice diseases and insects in China[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2006, 22(2): 343-347. (in Chinese with English abstract)

[3] 全国农业技术推广服务中心. 2017年全国水稻主要病虫害发生趋势预报[J]. 种业导刊，2017(3)：11.

[4] 何雄奎. 中国植保机械与施药技术研究进展[J]. 农药学学报，2019，21(5/6)：921-930.

He Xiongkui. Research and development of crop protection machinery and chemical application technology in China[J]. Chinese Journal of Pesticide Science, 2019, 21(5/6): 921-930. (in Chinese with English abstract)

[5] 何雄奎. 改变我国植保机械和施药技术严重落后的现状[J]. 农业工程学报，2004，20(1)：13-15.

He Xiongkui. Improving severe draggling actuality of plant protection machinery and its application techniques[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2004, 20(1): 13-15. (in Chinese with English abstract)

[6] 弋晓康. 我国植保机械的现状及发展趋势探讨[J]. 农机化研究，2007(3)：218-220.

Yi Xiaokang. Discussion on the present situation and development trends of plant protection equipment in China[J]. Journal of Agricultural Mechanization Research, 2007(3): 218-220. (in Chinese with English abstract)

[7] 华小梅，江希流. 我国农药环境污染与危害的特点及控制对策[J]. 环境科学研究，2000，13(3)：40-43.

Hua Xiaomei, Jiang Xiliu. Characteristics and control countermeasures of pesticide pollution and its damage on environment in China[J]. Research of Environmental Sciences, 2000, 13(3): 40-43. (in Chinese with English abstract)

[8] Lan Y B, Chen S D, Fritz B K. Current status and future trends of precision agricultural aviation technologies[J]. International Journal of Agricultural and Biological Engineering. 2017, 10(3): 1-17.

[9] 袁会珠，薛新宇，闫晓静，等. 植保无人飞机低空低容量喷雾技术应用与展望[J]. 植物保护，2018，44(5)：152-158.

Yuan Huizhu, Xue Xinyu, Yan Xiaojing, et al. Applications and prospects in the unmanned aerial system for low-altitude and low-volume spray in crop protection[J]. Plant Protection, 2018, 44(5): 152-158. (in Chinese with English abstract)

[10] Wang L L, Lan Y B, Zhang Y L, et al. Applications and prospects of agricultural unmanned aerial vehicle obstacle avoidance technology in China[J]. Sensors 2019, 19: 642.

[11] Yang S L, Yang X B, Mo J Y. The application of unmanned aircraft systems to plant protection in China[J]. Precision Agriculture, 2018(19): 278-292.

[12] Kim J, Kim S, Ju C, et al. Unmanned aerial vehicles in agriculture: A review of perspective of platform, control, and applications[J]. Ieee Access, 2019(7): 105100-105115.

[13] Huang Y, Hoffmann W C, Lan Y, et al. Development of a spray system for an unmanned aerial vehicle platform[J]. Applied Engineering in Agriculture, 2009, 25(6): 803-809.

[14] Hassler S C, Baysal-Gurel F. Unmanned aircraft system (UAS) technology and applications in agriculture[J]. Agronomy, 2019, 9: 618.

[15] Fritz B K, Hoffmann W C. Update to the USDA-ARS fixed-wing spray nozzle models[J]. Transactions of the ASABE, 2015, 58(2): 281-295.

[16] Lan Y B, Hoffmann W C, Fritz B K, et al. Spray drift mitigation with spray mix adjuvants[J]. Applied Engineering in Agriculture, 2008, 24(1): 5-10.

[17] Wang C L, He X K, Wang X N, et al. Testing method and distribution characteristics of spatial pesticide spraying deposition quality balance for unmanned aerial vehicle[J]. International Journal of Agricultural and Biological Engineering, 2018, 11(2): 18-26.

[18] Teske M E, Wachspress D A, Thistle H W. Prediction of aerial spray release from UAVs[J]. Transactions of the ASABE, 2018, 61(3): 909-918.

[19] Meng Y H, Song J L, Lan Y B, et al. Harvest aids efficacy applied by unmanned aerial vehicles on cotton crop[J]. Industrial Crops & Products, 2019, 140: 111645.

[20] Zhou Q Q, Xue X Y, Qin W C, et al. Analysis of pesticide use efficiency of a UAV sprayer at different growth stages of rice[J]. International Journal of Precision Agricultural Aviation, 2020, 3(1): 38-42

[21] 陈盛德，兰玉彬，李继宇，等. 航空喷施与人工喷施方式对水稻施药效果比较[J]. 华南农业大学学报，2017，38(4)：103-109.

Chen Shengde, Lan Yubin, Li Jiyu, et al. Comparison of the pesticide effects of aerial and artificial spray applications for rice[J]. Journal of South China Agricultural University, 2017, 38(4): 103-109. (in Chinese with English abstract)

[22] 薛新宇，秦维彩，孙竹，等. N-3型无人直升机施药方式对稻飞虱和稻纵卷叶螟防治效果的影响[J]. 植物保护学报，2013，40(3)：273-278.

Xue Xinyu, Qin Weicai, Sun Zhu, et al. Effects of N-3 UAV spraying methods on the efficiency of insecticides against plant hoppers and cnaphalocrocis medinalis[J]. Acta Phytophylacica Sinica, 2013, 40(3): 273-278. (in Chinese with English abstract)

[23] 陈盛德，兰玉彬，李继宇，等. 小型无人直升机喷雾参数对杂交水稻冠层雾滴沉积分布的影响[J]. 农业工程学报，2016，32(17)：40-46.

Chen Shengde, Lan Yubin, Li Jiyu, et al. Effect of spray parameters of small unmanned helicopter on distribution regularity of droplet deposition in hybrid rice canopy[J]. Transactions of The Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2016, 32(17): 40-46. (in Chinese with English abstract)

[24] 漆海霞，陈鹏超，兰玉彬，等. 不同电动植保无人机稻田雾滴沉积分布试验研究[J]. 农机化研究，2019(9)：147-151.

Qi Haixia, Chen Pengchao, Lan Yubin, et al. Experimental study on droplet deposit distribution of different electric uavs in rice fields[J]. Journal of Agricultural Mechanization Research, 2019(9): 147-151. (in Chinese with English abstract)

[25] 李继宇，兰玉彬，彭瑾. 无人机喷雾粒径对水稻冠层雾滴沉积效果的影响[J]. 湖南农业大学学报：自然科学版，2018，44(4)：442-446.

Li Jiyu, Lan Yubin, Peng Jin. Effect of droplet size spraying by unmanned aerial vehicle on droplet deposition in rice canopy[J]. Journal of Hunan Agricultural University: Natural Sciences, 2018, 44(4): 442-446. (in Chinese with English abstract)

[26] 张海艳，兰玉彬，文晟，等. 植保无人机水稻田间农药喷施的作业效果[J]. 华南农业大学学报，2019，40(1)：116-124.

Zhang Haiyan, Lan Yubin, Wen Sheng, et al. Operational effects of unmanned helicopters for pesticide spraying in rice field[J]. Journal of South China Agricultural University, 2019, 40(1): 116-124. (in Chinese with English abstract)

[27] Qin W C, Qiu B J, Xue X Y, et al. Droplet deposition and control effect of insecticides sprayed with an unmanned aerial vehicle against plant hoppers[J]. Crop Protection, 2016, 79-88.

[28] Wang G B, Lan Y B, Qi H X, et al. Field evaluation of an unmanned aerial vehicle (UAV) sprayer: Effect of spray volume on deposition and the control of pests and disease in wheat[J]. Pest Management Science, 2019, 75: 1546-1555.

[29] Zhu H P, Salyani M, Fox R D, A portable scanning system for evaluation of spray deposit distribution[J]. Computers and Electronics in Agriculture, 2011, 76: 38-43.

[30] Hoffmann W C, Hewitt A J. Comparison of three imaging systems for water-sensitive papers[J]. Applied Engineering in Agriculture, 2005, 21(6): 961-964.

[31] 中华人民共和国农业部农药检定所. 农药田间药效试验准则（一）杀虫剂防治稻纵卷叶螟：GB/T179802—2000[S]. 北京：中国标准出版社，2000.

[32] Chen P C, Lan Y B, Huang X Y, et al. Droplet deposition and control of planthoppers of different nozzles in two-stage rice with a quadrotor unmanned aerial vehicle[J]. Agronomy, 2020, 10: 303.

P20 plant protection UAV to control cnaphalocrocis medinalis by reduced pesticide application

Zeng Wen1,2, Deng Jizhong1,2, Gao Qichao1,2, Jia Ruichang1,2, Lan Yubin2,3, Zhang Jianling1,2,Chen Pengchao2,3, Xiao Hanxiang4, Zhang Yali1,2※

(1.510642; 2.(),510642,; 3.510642; 4.,510640,)

Plant protection Unmanned Aerial Vehicles (UAV) have widely been applied for rice diseases and pest control in China. This study aims to promote the reduced application of pesticides in rice, thereby exploring the control efficacy of pests and diseases using plant protection UAV. A field experiment was also conducted using a P20 quad-rotor plant protection UAV with a centrifugal spray system at the late tillering and booting stage of rice. A droplet deposition experiment of rice canopy was performed on two spray volume levels of 15 and 22.5 L/hm2. Three levels of pesticide dosage were determined to be 480, 540, and 600 mL/hm2(80%, 90%, and 100% of recommended dosage) for the cnaphalocrocis medinalis control efficacy with the same two spray volume levels (15, and 22.5 L/hm2). Meanwhile, a pesticide spraying test was conducted with a knapsack electric sprayer (KES) for comparison as well. The droplet deposition test showed that the droplet was evenly distributed in the upper-canopy, better than that in the lower-canopy. There was an extreme difference in the droplet deposition on the upper- and lower-canopy of rice at the same spray period and spray volume. In particular, the droplet deposition on the upper-canopy was much larger than that on the lower-canopy. There were also significant differences among the droplet deposition on the upper-canopy between 15 and 22.5 L/hm2. Compared with that of 15 L/hm2, the spray volume of 22.5 L/hm2increased the droplet deposition on the upper-canopy by 64.77%, and 60.53% at the late tillering and booting stage, respectively. Nevertheless, there was no significant difference among the droplet deposition of upper- and lower-canopy between the late tillering and the booting stage. The control efficacy test showed that the pesticide dosage presented a great effect on the control efficacy of cnaphalocrocis medinalis, indicating that the larger pesticide dosage achieved better, where the control efficacy of 100% pesticide dosage was the best. Specifically, the control efficacy of plant protection UAV was better than that of KES at the same pesticide dosage. There was a significant difference in the control efficacy between the spray volume of 15 and 22.5 L/hm2. The control efficacy at the late tillering and booting stage with 22.5 L/hm2increased by 21.51% and 7%, respectively, compared with 15 L/hm2. No significant difference was found on the control efficacy in the treatment of spray volume 22.5 L/hm2and pesticide dosage 80%, spray volume 15 L/hm2and pesticide dosage 90%, as well as KES application. The plant protection UAV with a spray volume of 22.5 L/hm2achieved better droplet deposition on the upper-canopy, and higher control efficacy. Additionally, a spray volume of 22.5 L/hm2and pesticide dosage of 80% achieved the same cnaphalocrocis medinalis control efficacy as that with the KES with the pesticide dosage of 100%. This finding can provide a sound reference to the parameters set for the plant protection UAV spraying pesticides, thereby promoting the reduction of pesticides in rice.

UAV; spray; reduced pesticide application; droplet deposition; cnaphalocrocis medinalis

10.11975/j.issn.1002-6819.2021.15.007

S252

A

1002-6819(2021)-15-0053-07

曾文，邓继忠，高启超，等. 用P20型植保无人机减量施药防治稻纵卷叶螟[J]. 农业工程学报，2021，37(15)：53-59.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.15.007 http://www.tcsae.org

Zeng Wen, Deng Jizhong, Gao Qichao, et al. P20 plant protection UAV to control cnaphalocrocis medinalis by reduced pesticide application[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2021, 37(15): 53-59. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.15.007 http://www.tcsae.org

2021-04-23

2021-07-21

国家重点研发计划（2018YFD0200304）；广东省重点领域研发计划（2019B020221001）；广东省科技计划项目（2018A050506073）；广东省现代农业产业共性关键技术研发创新团队项目（2020KJ133）；广州市科技计划项目（201807010039）；高等学校学科创新引智计划（D18019）

曾文，博士，讲师，研究方向为农业机械装备设计、植保无人机精准施药技术。Email：zengwen@scau.edu.cn

张亚莉，博士，副教授，研究方向为农业航空传感器技术与农产品产地环境监测。Email：ylzhang@scau.edu.cn

中国农业工程学会高级会员：张亚莉（E041200939S）