直升飞机不同飞行方案对黄帚橐吾防治效果的影响

卡着才让,祁学忠,洛藏昂毛,祁金兰,王玉琴,王宏生,宋梅玲*

(1.青海省河南县草原工作站,青海 黄南 811599;2.青海省河南县自然资源综合调查服务中心,青海 黄南 811599;3.青海大学畜牧兽医科学院,青海 西宁810016)

黄帚橐吾(Ligulariavirgaurea)为菊科橐吾属多年生草本植物,是高寒牧区高寒草甸上常见的多年生有毒植物。黄帚橐吾含有大量单萜化合物、有机酸和芳香族化合物等,具有肝毒性,其植株气味难闻,家畜不喜采食[1-3]。黄帚橐吾除有性生殖外,还可通过地下横向伸长的根状茎进行克隆繁殖,种子传播力极强,已成为高寒草甸的优势毒害草[3,4],其种群滋生蔓延可快速形成优势群落,进而降低植物物种多样性,加剧高寒草地退化[5],其大量扩散通常被认为是草地退化的标志[6]。黄帚橐吾能通过化感作用抑制优良饲草生长[7,8],加之自身大量繁衍,极易导致畜产品产量和品质的下降[9]。青海省草原每年发生黄帚橐吾的面积约120万hm2,危害分布广、最佳防治时间较短,如果不能及时有效地遏制黄帚橐吾的扩散,将对畜牧业生产和草原生态功能造成不同程度的威胁。

多年来,青海省草地黄帚橐吾的防治多采用人工背负式器械喷雾和拖拉机牵引器械喷雾的方式,防治效率低,作业难度大,往往贻误防治的最佳时期,急需先进高效的实用防治设备和技术[10-12],而采用直升飞机进行施药具有速度快、效率高、持续效果好等优势,可有效解决因防治设备落后、防治力量不足导致的防治效率低等难题[13,14]。在对高寒牧区大面积的草原毒害草进行防治,特别是对黄帚橐吾的应急防治中,利用飞机进行施药具有作业效率高、防治效果好、防治面积属实等特点,可以收到事半功倍的效果。但是在农牧业病虫害防治中,航空喷雾技术还存在雾滴均匀度不够、雾滴沉积和飘失及与气流场的关系不明等一系列问题。针对以上问题,国内外学者进行了一些探索[15,16]。Kirk[17]通过建立飞行速度、喷嘴大小、喷雾压力与雾滴粒径和雾滴沉积效果之间的模型,研究影响航空喷雾沉积效果的重要因素。张京等[18]研究发现,WPH642型直升机作业高度和飞行速度的不同对雾滴沉积密度有显著影响。薛新宇等[19]关于直升机施药防治水稻害虫的研究结果表明,随着直升机飞行高度的上升,防治效果逐渐减弱。然而,关于直升机在高寒草甸的施药方式对毒害草黄帚橐吾防治效果的影响尚未见报道。为此,本研究选用AS-350 B3e型直升飞机进行喷药试验,比较了不同作业高度和飞行速度对黄帚橐吾防治效果所产生的不同影响,以期为提高防治效率提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验样地

试验地位于青海省黄南藏族自治州河南蒙古族自治县优干宁镇德龙村(N 34°44′18″、E 101°36′31″),海拔为3 503 m,属高原亚寒带湿润气候区,具有辐射强、热量低、日照时间长等特点,昼夜温差较大,冬春季节多雪灾、霜冻、风灾等。年均温为-1.30℃～1.60℃,年降水量为597～616 mm,年日照时数为2 530～3 100 h,年蒸发量约为1 349.70 mm,5～10月累计降水为520.40 mm,占全年降水量的89.70%[20]。试验草地主要类型为高寒嵩草草甸,土壤类型为典型的高寒草甸土。草地植被的优势种包括矮生嵩草(Kobresiahumilis)、线叶嵩草(K.capillifolia)及高原早熟禾(Poaalpigena)等,伴生种主要以秦艽(Gentianamacrophylla)、异针茅(Stipaaliena)、莓叶委陵菜(Potentillafragarioides)和多枝黄芪(Astragaluspolycladus)等为主,毒害草主要是黄帚橐吾,最高分布密度达到114.32株·m-2[21]。

1.2 飞行参数设置

1.2.1试验机型 采用目前飞机防治中经常使用的 AS-350 B3e型直升机(直升飞机+静电吸附喷头;载药量:400～450 kg/架次)。

1.2.2飞行参数设置 采取 3种飞行高度、4种飞行速度,共计12 种飞行方案。飞行高度分别为3、5和8 m,飞行速度分别为90、100、110和120 km·h-1,载药量为400 kg/架次,喷头流量为58～196 km·s-1,详见表1。

1.3 试验用药剂

试验用除草剂为青海大学畜牧兽医科学院研制的防除黄帚橐吾专用除草剂“清橐1号”[11],用药量为1.80 L·hm-2。

1.4 测定方法

于2021年6月选取地形平坦、空域开阔、海拔高度和地势落差符合所用飞机作业规定要求的黄帚橐吾危害区,划定各飞行方案施行的试验区,试验区面积见表1。施药前,随机设置1×1 m的样方,对各试验区域内的黄帚橐吾密度进行调查,每个区域做3次重复。7月中旬进行直升飞机喷药,通过试飞调试施药控制系统,确定有效喷幅、飞行高度、飞行速度、每架次作业时间、用药量及喷施面积等参数。施药当天天气晴朗,风速2～3级,按照表1的飞行参数进行设定,以保证单位面积的原药用量。飞机喷雾后,在试验区内随机采集植物叶片,观测雾滴分布情况,在有效喷幅内沿垂直于喷带方向每5 m 铺设水敏纸(硬质光面试纸),通过观测水敏纸上的水斑,记录雾滴密度。当飞机单程作业1次后,清点每平方厘米内的雾滴数,计算平均雾滴密度。施药1年后对处理区内黄帚橐吾的密度进行调查,计算防治效果。

1.5 数据分析

采用Excel软件进行数据计算分析,采用Sigma Plot 12.5软件进行绘图。对不同飞行高度和速度下雾滴密度和黄帚橐吾防治效果的差异显著性采用SPSS 22.0软件进行分析,检验方法为双因素方差分析,显著性水平定义为95%。

2 结果

2.1 直升飞机施药前后黄帚橐吾的密度变化

施药前,试验样区内黄帚橐吾密度均在38.33株·m-2以上,属于严重危害区,最高密度达到62.67株·m-2(图1)。直升飞机喷施药剂后,不同飞行方案处理样区内黄帚橐吾密度均有显著下降(P<0.05),施药后黄帚橐吾密度范围为4.67～14.67株·m-2。当飞行高度为5 m、速度为110 km·h-1时,防治后黄帚橐吾密度最小(4.67株·m-2);当飞行高度为8 m、速度为120 km·h-1时,防治后黄帚橐吾密度最大(14.67株·m-2)。

图1 不同飞行方案防治前后黄帚橐吾的密度

2.2 不同飞行方案对雾滴密度和黄帚橐吾防治效果的影响

在每个作业高度下,随着作业速度的提高,雾滴密度呈逐渐增大的趋势。飞行高度为3 m、飞行速度为90 km·h-1时雾滴密度最高,为22个·cm-2;飞行高度为 8 m、飞行速度为120 km·h-1时雾滴密度最低,为8.33个·cm-2。经过双因素方差分析发现,不同飞行高度和速度均对雾滴密度产生了显著影响(P<0.05),但二者之间无明显的交互作用(表2,P>0.05)。

表2 不同飞行方案防治黄帚橐吾后雾滴密度和防治效果

不同飞行方案处理的样区内黄帚橐吾的防治效果均达到了70%以上(表3)。其中,当飞行高度为5 m、飞行速度为110 km·h-1时,防治效果最好,达到了87.60%;当飞行高度为8 m、飞行速度为120 km·h-1时,防治效果最差,为72.34%。在相同的飞行高度下,当速度为100～110 km·h-1时,防治效果相对其他速度较好,在83.29%～87.60%之间。总体来说,飞行速度对黄帚橐吾的防治效果有着显著影响(P<0.05),而不同飞行高度所产生的影响不显著,且二者之间无明显的交互作用(表3,P>0.05)。

表3 不同高度和速度影响雾滴密度与防治效果双因素分析

2.3 雾滴密度与黄帚橐吾防治效果之间的回归分析

将直升飞机施药后的雾滴密度与黄帚橐吾防治效果进行回归分析,结果表明,当对二者之间进行对数回归时其拟合度最高(图2),获得雾滴密度与防治效果之间的回归方程:y = 6.667 3 ln(x) + 64.912,拟合度为R2= 0.249 9,即雾滴密度与防治效果之间呈对数相关,且相关性达到显著水平(P=0.012)。

图2 雾滴密度与黄帚橐吾防治效果之间的相关性

3 讨论

采用飞机进行施药已经成为草原有害生物防控的主要手段之一。对于黄帚橐吾,飞机可以在防治中发挥非常重要的作用。但受空中飞行速度、高度与气流的影响,航空喷施更易出现农药飘移、雾滴穿透力不足以及雾滴密度偏低等现象[22],严重影响防治效果。为使防治取得预期的成效,一方面要准确掌握黄帚橐吾的发生发展动态,另一方面要确保药剂喷洒到位,喷洒质量检测到位。此外,要结合飞机机型,设置合适的飞行速度和飞行高度,以达到减少环境污染、有效提高农药利用率的目的[14,23]。本研究选用AS-350 B3e型直升机,设置了基于不同飞行速度和高度的防治方案,对防控区域内雾滴密度的分布进行了分析,并对防控效果进行了比较。研究发现,随着飞行高度的增加,雾滴密度呈降低的趋势,这主要与直升飞机飞行过程中的喷幅有关,即随着飞行高度的增加,喷射幅度增大,雾滴密度有所降低。另一方面,在相同高度下,随着飞行速度的提高,地面雾滴密度则呈逐渐增加的趋势,这主要是由于直升飞机每架次装载的药量相同,随着飞行速度的提高,喷头流量逐渐增大,喷施面积有所降低,进而引起单位面积内的雾滴数量逐渐增加。

防治效果是检验直升飞机不同飞行方案防除有害生物有效性的主要指标。在本研究中,防治效果受飞行速度的影响显著(P<0.05),而飞行高度影响并不显著(P>0.05),可见,防治效果与施药直升飞机的喷幅之间不存在明显的相关性。然而,从雾滴密度来看,防治效果与雾滴密度之间呈显著对数相关关系(P<0.05),即雾滴密度在一定范围之内时,防治效果随雾滴密度的增加而迅速提高,而超过此范围后,随着雾滴密度的增加,防治效果的变化趋势不明显。通过本研究结果可知,在不同飞行高度下,当速度为100或110 km·h-1时,黄帚橐吾的防治效果达到83%以上,相对其他飞行速度效果更好。其中,当飞行高度为3 m或5 m、速度为100 km·h-1或110 km·h-1时,防效达到了85%以上,防治效果最佳的飞行方案是飞行高度为5 m、飞行速度为110 km·h-1(87.60%)。综合考虑雾滴密度、防治效果以及环境条件等因素,建议采取飞行高度3～5 m、飞行速度100～110 km·h-1的飞行方案,在该方案下,雾滴密度在14.67～21.67个·cm-2之间,且防治效果可维持在较高水平。

4 结论

在利用直升飞机进行施药时,不同的飞行高度和飞行速度组合所产生的雾滴密度和防治效果是有较大差异的。当飞行高度在3～5 m、飞行速度在100～110 km·h-1时,雾滴密度在14.67～21.67个·cm-2之间,对黄帚橐吾的防治效果可达到85%以上,此飞行方案适用于对高寒草甸毒害草黄帚橐吾的防治。当受到地形、气候和建筑等因素的影响时,应根据实际情况对飞行方案进行适当调整。本研究对于直升飞机防治作业参数的设计具有一定的借鉴和参考意义。