不同植保施药器械的喷雾效果及对烟草赤星病的防效

陈玉国，姚晨虓，李洪亮，杨晋燕，张玉林，苗淑月，白静科，李成军，董春浩，李淑君*，王志军*

1. 河南省农业科学院烟草研究所 烟草行业黄淮烟区烟草病虫害绿色防控重点实验室，河南省许昌市永昌大道与青梅路交叉口 461000

2. 河南省烟草公司许昌市公司襄城县分公司，河南省许昌市襄城县迎宾路中段 461700

3. 河南省烟草公司三门峡市公司，河南省三门峡市崤山路中段 472000

4. 河南省烟草公司三门峡市公司卢氏县分公司，河南省三门峡市卢氏县产业集聚区南岸熊耳路中段 472200

烟草（Nicotiana tabacum L.）是我国重要的经济作物，烟草赤星病是烟草旺长期至成熟期危害烟叶的真菌性病害，其病原菌为交链格孢菌（Alternaria alternata），主要通过气流和雨水传播，在烟叶上形成黄褐色病斑，侵染后期导致烟叶焦枯坏死［1-2］。目前，使用药剂防治仍是烟草赤星病防控的重要手段。可用于药剂喷施的植保器械有背负式手动喷雾器、背负式电动喷雾器、植保无人机喷雾器等，选用适宜的施药器械可提高人工作业效率、农药有效利用率和病害防治效果，减少资源浪费，降低农药残留，不仅是病害防治的关键，也是实现烟叶生产可持续发展的必然要求［3］。背负式手动喷雾器操作简单、价格合理、适用范围广，在我国被广泛用于农作物病害的防治工作［4］，但背负式电动喷雾器较背负式手动喷雾器更省时、省力，可达到减药、减施的效果，是目前主要推广的施药器械［5-6］。植保施药器械喷雾的雾滴分布均匀度和雾滴粒径大小是考量施药器械喷雾性能的重要指标［7］，其中，喷头是施药器械药液雾化的关键部位，不同喷头喷施药液的喷雾性能也不同［8-9］。商胜华等［10］分析了背负式电动喷雾器与多连杆钉耙式、人字式和鱼骨式喷头组合对不同时期烟叶的田间施药效果，发现3种施药器械喷施药液的附着效果和对烟草赤星病的防治效果均较好，分别适用于烟草苗床期、大田团棵期和旺长至成熟期喷施药液防治烟草赤星病；张雪飞等［11］分析了背负式电动喷雾器与鱼骨式喷头组合对成熟期辣椒叶片的田间施药效果，发现使用该施药器械喷施药液的作业效率较高，雾化效果好，且对辣椒炭疽病和番茄蚜虫有较好的防治效果。然而，关于背负式电动喷雾器与多连杆鱼骨式不同喷头组合及不同挡位喷雾性能的研究还鲜见报道。随着科技兴农和航空植保技术的迅速发展，植保无人机凭借环境适应力强、作业成本低、工作效率高等优势，被应用于植物保护的各个领域［12-15］。关于植保无人机用于烟草病虫害防治的研究已有报道。裴洲洋等［16］使用植保无人机施药防治烟蚜，发现药液喷洒效率、雾滴均匀性和穿透性均优于人工使用背负式电动喷雾器作业；何阳等［17］研究发现使用植保无人机施药较背负式电动喷雾器施药对烟草花叶病和烟青虫的防治效果更好。然而，关于植保无人机施药用于叶斑类病害防治的研究还较少。为此，通过田间试验分别测定背负式电动喷雾器与不同喷头组合和植保无人机在不同飞行高度喷施药液的雾化效果、减药效果、作业效率及对烟草赤星病的防治效果，旨在明确不同植保施药器械的使用效果和最佳施药方式，为烟草赤星病的田间防治提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地基本情况

试验地点为河南省许昌市河南省农业科学院烟草研究所烟草试验田（面积0.241 2 hm2）和河南省三门峡市卢氏县杜关镇显众村烟草试验田（面积5.199 9 hm2）。试验田往年多发烟草赤星病，种植烟草品种为云烟87。

1.2 试验药剂和器械

5%多抗霉素水剂（韩威生物科技有限公司）或10%多抗霉素可湿性粉剂（昆明百事微生物化学科技有限公司）和植物油增效剂（江苏克胜集团股份有限公司）用于烟草赤星病的防治；85.5%诱惑红（上海燃料研究所）用于喷施药液的显色观察。

背负式电动喷雾器3WBD-20（徐州蓝艺植保器械有限公司；工作压力0.8 MPa，人工作业速度0.6 ～0.8 m/s）（图1A）、多连杆鱼骨式喷头（贵州黔霖农业发展有限公司；喷头孔径0.5 mm，液压0.5 MPa）（图1B）和大疆植保无人机T10［深圳市大疆创新科技有限公司；最大轴距1 480 mm，速度4 m/s，喷头型号SX11001VS（标配），最大有效喷幅3.0 ～5.5 m］（图1C）用于田间试验的药液喷施。雾滴测试卡（水敏纸）（重庆六六山下植保科技有限公司）、雾滴分析仪（深圳市大疆创新科技有限公司）和扫描仪（成都扬帆顺业办公设备有限公司）用于药液喷施后的数据统计。

图1 供试植保药械与试验现场Fig.1 Tested plant protection sprayers and test sites

1.3 试验设计

1.3.1 多连杆鱼骨式喷头的筛选试验1 设置6 个处理（表1），以背负式电动喷雾器与多连杆鱼骨式喷头（2喷头、4喷头、6喷头和8喷头）组合为研究对象，以背负式电动喷雾器与圆锥空心单喷头和双喷头组合为对照，分析不同喷头喷施药液的雾化、减药和防治效果。

表1 试验处理设计Tab.1 Design of experimental treatments

1.3.2 多连杆鱼骨式8喷头不同挡位的喷雾性能评价试验2设置6个处理（表1），以1.3.1节中筛选出的背负式电动喷雾器与多连杆鱼骨式8喷头组合为研究对象，以背负式电动喷雾器与圆锥空心双喷头组合为对照，分析不同挡位（低、中和高挡）的雾化、减药和防治效果。

1.3.3 多连杆鱼骨式8 喷头与植保无人机的喷雾性能评价

试验3 设置5 个处理（表1），以背负式电动喷雾器与多连杆鱼骨式8喷头组合（中挡位）和植保无人机（距离烟株冠层上方1.5 和2.0 m 作业）为研究对象，以背负式电动喷雾器与圆锥空心双喷头组合（中挡位）为对照，以清水处理为相对防效试验的空白对照，分析不同植保施药器械喷施药液的雾化效果、防治效果和作业效率。

1.4 试验方法

1.4.1 多连杆鱼骨式喷头的筛选

1.4.1.1 药液附着效果测定

药液附着效果测定试验于2021年8月17日在河南省农业科学院烟草研究所烟草试验田进行，检测背负式电动喷雾器与不同喷头组合（试验1，表1）喷施药液的药液附着效果。田间烟株长势正常，整齐度好，平均株高90 ～120 cm，行株距1.10 m × 0.55 m，平均叶数20 ～22片，生育时期为旺长期至成熟期。试验设置6个处理，每个处理重复3次，每重复小区面积为66.67 m2，小区按照随机区组排列。在额定工作压力下，选择背负式电动喷雾器（中挡位）对每个小区混合喷施5%多抗霉素水剂（1 500 mL/hm2）和85.5%诱惑红（300 mL/hm2）。参照植物保护机械通用试验方法（JB/T 9782—2014）［18］和农药利用率田间测定方法（NY/T 3630.1—2020）［19］，在每个小区选择5 个调查点，每点调查1株，每株调查上、中、下部各2片烟叶的药液附着情况，药液附着情况的分级标准参考文献［10］，并计算药液附着率，计算公式如下：

1.4.1.2 减药效果测定

分别统计使用不同喷头喷施5 L药液的喷药（除去加药加水、低头转弯、田块转移等）时间，重复3次，并计算减药比例，计算公式如下：

1.4.1.3 烟草赤星病病情指数和绝对防效测定

按照烟草病虫害分级及调查方法（GB/T 23222—2008）［20］，在不同喷头喷施药液后第14天调查病害发生情况，每小区随机调查30株，统计并计算病情指数和绝对防效［21］，分析烟草赤星病防治效果。计算公式如下：

1.4.2 多连杆鱼骨式8喷头不同挡位的喷雾性能评价

于2021年8月19日在河南省农业科学院烟草研究所烟草试验田对背负式电动喷雾器与多连杆鱼骨式8 喷头和圆锥空心双喷头组合不同挡位（试验2，表1）喷施药液的药液附着情况、减药效果和对烟草赤星病的防治效果进行测定。测定方法见1.4.1节。

1.4.3 多连杆鱼骨式8 喷头和植保无人机的喷雾性能评价

1.4.3.1 雾化效果测定

雾化效果测定试验于2021 年9 月9 日在卢氏县杜关镇显众村烟草试验田进行，检测旺长期至成熟期不同植保施药器械（试验3，表1）喷施药液的雾化效果。试验设置5 个处理，每个处理重复3 次，空白对照、圆锥空心双喷头和多连杆鱼骨式8喷头处理每重复小区面积为1 333.33 m2，植保无人机处理每重复小区面积为6 666.67 m2，小区按照随机区组排列。按照等距取样法在每个小区长度的1/4、2/4、3/4处分别设置1个雾滴测试点，每个测试点安插1根立杆，在30、80 和130 cm 高的立杆上分别固定3 个随机方向的雾滴测试卡（规格：3 cm×8 cm）（图1D）。在额定工作压力下，使用不同的植保施药器械对每个小区混合喷施富兰德增效剂（15 mL/hm2）和10%多抗霉素可湿性粉剂（1 500 g/hm2）。其中，圆锥空心双喷头和多连杆鱼骨式8喷头处理组的用水量分别为450 和300 L/hm2，植保无人机处理组的用水量为15 L/hm2。在施药30 min 后取回雾滴测试卡，使用雾滴分析仪和DepositScan 图像分析软件分析扫描仪扫描的雾滴测试卡图像，并统计雾滴分布、粒径大小、覆盖率等［22-23］。

1.4.3.2 烟草赤星病发病率、病情指数和相对防效测定

分别在不同植保施药器械施药前、施药后第7天和第14 天调查病害发生情况，每小区随机调查150株，统计并计算发病率、病情指数和相对防效［21］，分析烟草赤星病防治效果。病情指数计算公式见

1.4.1.3 节，发病率和相对防效计算公式如下：

1.4.3.3 作业效率测定

根据生产试验所得数据和有关资料分析作业成本、用工时长（含加药、加水等其他时间）、作业效率等［21，24］，其中，日均工作时间为7 h/d，计算公式如下：

1.5 数据分析

采用Microsoft Excel 2019 和SPSS 25.0 软件进行数据统计和作图，运用Duncan’s 法进行多组样本间差异的显著性检验。

2 结果与分析

2.1 多连杆鱼骨式不同喷头喷施药液的药液附着效果

如表2所示，多连杆鱼骨式8喷头喷施药液对烟株上、下部叶片和整体的药液附着率均显著高于其他喷头。圆锥空心双喷头喷施药液对烟株不同部位叶片和整体的药液附着率均高于圆锥空心单喷头，且中部叶片的药液附着率略低于多连杆鱼骨式8喷头，但无显著差异。随着多连杆鱼骨式喷头个数的增加，不同部位叶片和整体的药液附着率也呈增加趋势。综上，多连杆鱼骨式8喷头喷施药液的药液附着效果最好。

表2 不同类型喷头喷施药液的药液附着效果①Tab.2 Adhesion rate of drug liquid sprayed by different types of nozzles（%）

2.2 多连杆鱼骨式不同喷头喷施药液的减药及对烟草赤星病的防治效果

如表3所示，多连杆鱼骨式喷头较圆锥空心喷头喷施药液的减药效果更好。随着多连杆鱼骨式喷头数量的增加，减药比例呈下降趋势，且多连杆鱼骨式喷头较圆锥空心双喷头喷施药液的减药比例高于圆锥空心单喷头。同时，多连杆鱼骨式8喷头的病情指数最低，其次是圆锥空心双喷头和圆锥空心单喷头。以圆锥空心单喷头为对照，圆锥空心双喷头的绝对防效为11.11%，多连杆鱼骨式8 喷头的绝对防效为18.52%；以圆锥空心双喷头为对照，多连杆鱼骨式8喷头的绝对防效为8.33%。综上，多连杆鱼骨式8喷头喷施药液对烟草赤星病的防治效果最好，且较圆锥空心喷头有较好的减药效果。

表3 不同类型喷头喷施药液的减药及对烟草赤星病的防治效果Tab.3 Dose and control effect on tobacco brown spot of drug liquid sprayed by different types of nozzles

2.3 多连杆鱼骨式8喷头不同挡位的喷雾性能及对烟草赤星病的防治效果

如表4所示，多连杆鱼骨式8喷头比相同挡位圆锥空心双喷头喷施药液的减药效果更好，随着喷雾挡位的升高，减药比例呈增加趋势。两种喷头不同挡位喷施药液的药液整体附着率和病情指数无显著差异。其中，多连杆鱼骨式8喷头较中挡位圆锥空心双喷头喷施药液的绝对防效（6.10%）最高。综上，可选择背负式电动喷雾的中挡位作为多连杆鱼骨式8喷头田间喷施药液的最优喷施方式。

表4 多连杆鱼骨式8 喷头不同挡位的喷雾性能及对烟草赤星病的防治效果Tab.4 Spraying performance and control effect on tobacco brown spot of multi-link fishbone 8 nozzles at different gears

2.4 不同植保施药器械喷施药液对烟株的整体雾化效果

如表5所示，不同植保施药器械喷施药液的雾滴分布均匀度和覆盖率分布均匀度无显著差异，其中植保无人机在2.0 m 飞行高度喷施药液的雾滴分布均匀度和覆盖率分布均匀度最好。多连杆鱼骨式8喷头喷施药液的雾滴覆盖率平均值最高，显著高于植保无人机在不同飞行高度喷施药液的雾滴覆盖率平均值，且与圆锥空心双喷头无显著差异，其中植保无人机在2.0 m 飞行高度喷施药液的雾滴覆盖率平均值高于1.5 m。多连杆鱼骨式8喷头喷施药液的雾滴密度平均值显著高于其他处理，说明药液雾化过程单位表面积雾滴数目更多，在烟叶间扩展穿透性较好，其中植保无人机在2.0 m飞行高度喷施药液的雾滴密度平均值高于1.5 m。综上，多连杆鱼骨式8喷头和植保无人机在2.0 m 飞行高度喷施药液的整体雾化效果较好。

表5 不同植保施药器械的喷雾性能Tab.5 Spraying performance of different plant protection sprayers

2.5 不同植保施药器械喷施药液对烟株的局部雾化效果

不同植保施药器械喷施药液对烟株不同部位叶片的雾滴卡测试效果如图2所示。圆锥空心双喷头和多连杆鱼骨式8喷头喷施药液形成的雾滴对不同部位叶片的沉积量及覆盖度整体表现为上部叶片＜中部叶片＜下部叶片；植保无人机在不同飞行高度喷施药液形成的雾滴沉积量及覆盖度整体表现为上部叶片＞中部叶片＞下部叶片。不同植保施药器械喷施药液对相同部位叶片喷雾性能的分析结果（表6）表明，圆锥空心双喷头和多连杆鱼骨式8喷头喷施药液的雾滴密度和雾滴覆盖率整体高于植保无人机。圆锥空心双喷头喷施药液的上部叶片雾滴密度和雾滴覆盖率高于多连杆鱼骨式8喷头，中、下部叶片相反；植保无人机在2.0 m 飞行高度喷施药液的上、中、下部叶片雾滴密度和雾滴覆盖率均高于1.5 m。不同植保施药器械喷施药液对不同部位叶片喷雾性能的分析结果（表6）表明，圆锥空心双喷头和多连杆鱼骨式8喷头喷施药液的上部叶片雾滴密度和雾滴覆盖率（除圆锥空心双喷头）最低，且从上部叶片至下部叶片升高；植保无人机在不同飞行高度喷施药液的下部叶片雾滴密度、雾滴粒径和雾滴覆盖率最低，且从下部叶片至上部叶片升高。同时，不同植保施药器械喷施药液对不同部位叶片的平均雾滴粒径整体表现为多连杆鱼骨式8喷头低于圆锥空心双喷头，植保无人机2.0 m 飞行高度低于1.5 m，但圆锥空心双喷头喷施药液的上部叶片平均雾滴粒径低于多连杆鱼骨式8喷头。

表6 不同植保施药器械的局部喷雾性能①Tab.6 Local spraying performance of different plant protection sprayers

图2 不同植保施药器械喷施药液对烟株不同部位叶片的雾滴卡测试效果Fig.2 Droplet card test effect of drug liquid sprayed by different plant protection sprayers on tobacco leaves from different stalk positions

扩散比与相对分布跨度（Relative Span of Droplets Size，RS）是用来衡量雾滴喷施效果的常用指标，扩散比理想值为1，RS理想值为0。DV1、DV5和DV9 分别表示雾滴体积累加到10%、50%和90%时的雾滴粒径［25］。如图3A、图3B和图3C所示，不同植保施药器械喷施药液时，相同部位烟叶的DV1、DV5和DV9整体变化均无明显规律。不同植保施药器械喷施药液对相同部位叶片的扩散比均为多连杆鱼骨式8喷头最理想，最接近1，且植保无人机2.0 m飞行高度低于1.5 m。不同植保施药器械喷施药液的上、中、下部叶片RS 变化均无明显规律。雾滴粒径是衡量药液雾化程度和作业质量的重要指标之一，如图3D、图3E 和图3F 所示，不同植保施药器械喷施药液的雾滴粒径绝大多数分布在200.00 μm 以下，其中在150.00 ～200.00 μm之间分布最多。在该雾滴粒径区间，上部叶片各处理的雾滴数量整体无显著差异，中、下部叶片植保无人机在不同飞行高度喷施药液的雾滴数量整体无显著差异。

图3 不同植保施药器械喷施药液对不同部位叶片的雾化效果分布Fig.3 Atomization effect of drug liquid sprayed by different plant protection sprayers on tobacco leaves from different stalk positions

2.6 不同植保施药器械对烟草赤星病的防治效果

如表7所示，施药前调查不同处理间的发病率及病情指数均无显著差异，说明后续试验结果不受前期田间病情差异的影响。施药后第7天，不同植保施药器械喷施药液对烟草赤星病的病情指数均显著低于空白对照组。其中，多连杆鱼骨式8喷头的相对防效（13.81%）最高，其次是植保无人机2.0 m飞行高度的相对防效（12.87%），且两者差异不显著。施药后第14天，不同植保施药器械喷施药液的防效均有提升，多连杆鱼骨式8喷头的病情指数显著低于其他处理组，相对防效为33.26%，其次是植保无人机2.0 m飞行高度的相对防效为29.36%。同时，多连杆鱼骨式8 喷头施药后第14 天的相对防效是第7 天的2.41倍，植保无人机在2.0 m 飞行高度施药后第14 天的相对防效是第7天的2.28倍。综上，多连杆鱼骨式8喷头和植保无人机在2.0 m 飞行高度喷施药液对烟草赤星病的防治效果较好。

表7 不同植保施药器械喷施药液对烟草赤星病的防治效果Tab.7 Control effect of drug liquid sprayed by different plant protection sprayers on tobacco brown spot

2.7 不同植保施药器械的作业效率

由表8可知，植保无人机在不同飞行高度喷施每公顷药液的作业时间低于人工使用背负式电动喷雾器与不同喷头组合。圆锥空心双喷头喷施每公顷药液的用工时长是植保无人机2.0 m飞行高度的36.29倍，多连杆鱼骨式8喷头是植保无人机2.0 m飞行高度的16.94倍。多连杆鱼骨式8喷头在单位时间内喷施药液的面积是圆锥空心双喷头的2.27 倍，植保无人机2.0 m 飞行高度是多连杆鱼骨式8 喷头的17.04倍。多连杆鱼骨式8喷头喷施药液的作业效率是圆锥空心双喷头的2.20倍，植保无人机2.0 m飞行高度是圆锥空心双喷头的37.24倍和多连杆鱼骨式8喷头的16.93倍。

表8 不同植保施药器械喷施药液的作业效率Tab.8 Drug liquid spraying efficiency of different plant protection sprayers

3 讨论

本研究中发现在烟草旺长期至成熟期使用背负式喷雾器与多连杆鱼骨式8喷头组合喷施药液的作业效率、整体药液附着率和对烟草赤星病的防治效果均好于圆锥空心双喷头，这与商胜华等［10］的研究结果一致。随着多连杆鱼骨式喷头数量的减少，喷施药液的附着效果和对烟草赤星病的防治效果也呈下降趋势，这可能是随着喷头数量的减少，药液喷幅逐渐变窄、侧面喷雾覆盖度降低、喷雾方向选择性变差导致的烟株局部受药、作业范围小等引起的。

植保无人机喷施药液不仅雾化效果和防治效果较好，且与背负式电动喷雾器相比，更省时、省力、省药，这与王元桃等［26］的研究结果一致。大疆T10 植保无人机在1.5 m 飞行高度喷施药液的平均雾滴粒径大于2.0 m，这可能是由于在风场下洗气流胁迫下沉降的雾滴数量更多，雾滴的沉降速度更快，沉降时间更短，蒸发和飘移损失的雾滴数量更少，所以雾滴沉降量和雾滴粒径更大［22］。

背负式电动喷雾器与多连杆鱼骨式8 喷头组合和植保无人机在2.0 m 飞行高度喷施药液的平均雾滴粒径均在125.00 ～148.30 μm之间，适宜作物叶面爬行类害虫的幼虫、植物病害及杂草的防治［25］。综合分析不同植保施药器械的雾化效果、防治效果和作业效率，发现植保无人机在2.0 m飞行高度喷施药液具有省工、省时、作业效率高等优点，故适用于地势平坦的大面积区域的烟田病害防治工作；背负式电动喷雾器与鱼骨式8喷头组合喷施药液适用于山区等地势不平坦、地理位置相对复杂的小面积地区的烟田病害防治工作。在烟草病害统防统治工作中，可根据烟草不同种植区的地理划分、不同生育时期和不同病害的立体分布特点，因地制宜地选择最佳施药器械和精准施药方式，保证作业质量和最佳防治效果。

4 结论

通过分析不同植保施药器械对旺长期至成熟期烟叶喷施药液的雾化效果、防治效果和作业效率，发现背负式电动喷雾器与多连杆鱼骨式8喷头组合和大疆T10 植保无人机在2.0 m 飞行高度喷施药液的雾滴分布均匀度（61.22%和77.91%）和覆盖率分布均匀度（77.91%和84.01%）较高，平均雾滴粒径均在125.00 ～148.30 μm之间，均符合药剂喷雾防治烟草病害的最佳生物粒径标准，作业效率分别较背负式电动喷雾器与圆锥空心双喷头组合喷施药液提高了1.20倍和36.24倍，且对烟草赤星病具有较好的防治效果，相对防效分别为33.26%和29.36%。