臧曉韻,王國(guó)賓,況慧云,孫萍東,王 慧,孫 建,鄭洪建,林金元,4*
(1 上海農(nóng)科種子種苗有限公司,上海 201106;2 上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物育種栽培研究所∕CIMMYT-中國(guó)特用玉米研究中心,上海 201403;3 山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院,淄博 255049;4 上海特用玉米工程技術(shù)研究中心,上海 201106)
草地貪夜蛾[Spodoptera frugiperda(Smith)]又名秋黏蟲(Fall armyworm),隸屬于鱗翅目(Lepidpoptera)夜蛾科(Noctuidae)灰翅夜蛾屬(Spodoptera),具有寄生范圍廣、繁殖能力強(qiáng)、為害程度大、遷飛擴(kuò)散快、防控難度大等特點(diǎn)[1]。 在2019 年1 月首次報(bào)道入侵我國(guó)云南省后迅速向廣西、貴州、廣東及湖南等地蔓延,截至9 月份在我國(guó)的見蟲面積已達(dá)100 多萬(wàn)hm2,實(shí)際危害面積16.4 萬(wàn)hm2,對(duì)我國(guó)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成了極大的威脅[2]。 草地貪夜蛾以多種作物為食,包括玉米、水稻、高粱、花生、甘蔗等[3],如果防治不及時(shí),則會(huì)造成重大的糧食損失。 目前我國(guó)對(duì)草地貪夜蛾的防治仍以化學(xué)藥劑為主。 在草地貪夜蛾入侵我國(guó)以后,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部曾緊急發(fā)布了草地貪夜蛾的用藥推薦名單,主要包括一系列新型殺蟲劑,如甲氨基阿維菌素苯甲酸鹽(甲維鹽)、氯蟲苯甲酰胺、乙基多殺菌素等。 害蟲抗藥性與藥劑的持續(xù)選擇作用及害蟲本身的生物學(xué)特性有關(guān)。 在入侵我國(guó)之前,草地貪夜蛾已經(jīng)過(guò)大量的藥劑選擇,在入侵我國(guó)后,進(jìn)一步受到多種方式殺蟲劑的選擇作用,導(dǎo)致殺蟲劑抗性進(jìn)一步發(fā)展[4]。 基于此,選擇合理的施藥器械及高效的施藥技術(shù)對(duì)提高草地貪夜蛾的防治效果變得尤為重要。
近年來(lái),隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及我國(guó)農(nóng)業(yè)對(duì)精準(zhǔn)、高效、小型化施藥設(shè)備迫切需求,植保無(wú)人機(jī)發(fā)展迅速。 根據(jù)2020 年農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)技推廣中心統(tǒng)計(jì),全國(guó)在用的植保無(wú)人機(jī)數(shù)量達(dá)到12 萬(wàn)架,年作業(yè)面積達(dá)到0.73 億hm2,作業(yè)對(duì)象涵蓋了水稻、玉米、小麥、柑橘、葡萄等多種糧食和果蔬[5]。 植保無(wú)人機(jī)的迅速發(fā)展也推動(dòng)對(duì)超低-低容量施藥技術(shù)的深入研究。 在噴施技術(shù)方面,研究者針對(duì)于水稻稻縱卷葉螟、稻飛虱、小麥蚜蟲、白粉病、棉花紅蜘蛛、甘蔗蔗螟等多種作物病蟲害防治,測(cè)定了藥劑、施藥參數(shù)及噴霧助劑等多因素對(duì)霧滴沉積、田間防治效果的影響[5-8]。 總體而言,植保無(wú)人機(jī)噴施在合理的藥劑、噴霧助劑及作業(yè)參數(shù)情況下能夠有效的防治病蟲害,同時(shí),考慮到植保無(wú)人機(jī)低容量下高濃度和細(xì)霧滴的噴施特點(diǎn),在噴灑過(guò)程中也應(yīng)當(dāng)注意霧滴的飄移風(fēng)險(xiǎn)[9]。
噴霧助劑又稱為桶混助劑,在農(nóng)藥使用時(shí)將其一起添加到藥液中,能起到提高藥液在植物表面或害蟲體表的潤(rùn)濕、滲透、分布均勻的作用[10]。 噴霧助劑的添加可以顯著影響溶液的表面張力、黏度、接觸角和鋪展系數(shù),在低容量噴施過(guò)程中,添加噴霧助劑可減少霧滴的蒸發(fā)與飄移,提高農(nóng)藥有效利用率,是一種提高植保無(wú)人機(jī)施藥效果的重要方式。 常用的噴霧助劑有多種類型,包括礦物油類、無(wú)機(jī)鹽類、植物油類、陽(yáng)離子、陰離子、有機(jī)硅、高分子材料等[10]。 目前,噴霧助劑在除草劑上的應(yīng)用研究較早,進(jìn)展較快[11-12],相比之下,在殺蟲劑和殺菌劑上的研究較為緩慢[13-14]。 近年來(lái),隨著國(guó)家對(duì)“農(nóng)藥減施增效”的要求和植保無(wú)人機(jī)的快速發(fā)展,噴霧助劑正成為新的“農(nóng)藥減量”手段。 如何將植保無(wú)人機(jī)與噴霧助劑更好地結(jié)合來(lái)提高對(duì)病蟲草害的防治效果,是當(dāng)前植保無(wú)人機(jī)噴施技術(shù)研究中的熱點(diǎn)之一。
針對(duì)上述問(wèn)題,本研究考察植保無(wú)人機(jī)噴施不同藥劑和添加噴霧助劑對(duì)防治草地貪夜蛾效果的影響,以期為優(yōu)化植保無(wú)人機(jī)噴施施藥技術(shù)、選擇合理的藥劑及飛防助劑提供數(shù)據(jù)參考。
1.1.1 藥劑與噴霧助劑
為分析不同藥劑、噴霧助劑、噴液量對(duì)田間植保無(wú)人機(jī)噴施防治草地貪夜蛾防效的影響,試驗(yàn)選用4種藥劑、3 種噴霧助劑并選取2 種噴液量進(jìn)行噴施處理。 4 種藥劑均為農(nóng)業(yè)農(nóng)村部推薦藥劑,分別為5%甲氨基阿維菌素苯甲酸鹽乳油(六夫丁作物保護(hù)有限公司)、200 g∕L 氯蟲苯甲酰胺懸浮劑(美國(guó)富美實(shí)公司)、6%甲維·氟鈴脲乳油(山東源豐生物科技有限公司)、25 g∕L 高效氯氟氰菊酯微乳劑(河北博嘉農(nóng)業(yè)有限公司),具體使用量參見表1。 3 種噴霧助劑分別為邁飛(北京廣源益農(nóng)化學(xué)有限責(zé)任公司)、DS10870(亨斯邁化工貿(mào)易(上海)有限公司)和Vo∕2012(羅迪亞集團(tuán))。 在3 種噴霧助劑中,邁飛主要成分為植物油類,DS10870 及Vo∕2012 主要成分為高分子材料類,噴霧助劑添加量為0.5%。 2 種不同噴液量分別為22.5 L∕hm2和 30.0 L∕hm2。
表1 試驗(yàn)藥劑Table 1 Test pesticides
1.1.2 植保無(wú)人機(jī)
試驗(yàn)采用深圳大疆創(chuàng)新科技有限公司T20 植保無(wú)人機(jī)進(jìn)行噴施(圖1),植保無(wú)人機(jī)整機(jī)質(zhì)量(不含電池)21.1 kg,最大有效起飛質(zhì)量47.5 kg,藥箱最大容量為20 L,設(shè)備長(zhǎng) × 寬 × 高(機(jī)臂展開,槳葉展開)為 2 509 mm ×2 213 mm×732 mm,采用鋰電池供能,該植保無(wú)人機(jī)共有6個(gè)旋翼以及8 個(gè)液力式霧化噴頭,噴頭位于旋翼正下方,噴嘴型號(hào)為SX 110015VS,最大流量為4.8 L∕min;植保無(wú)人機(jī)作業(yè)時(shí)飛行高度為2 m,噴幅為5 m,飛行速度為5 m∕s,噴液量根據(jù)試驗(yàn)要求分別設(shè)定為 22.5 L∕hm2和30.0 L∕hm2。 植保無(wú)人機(jī)作業(yè)參數(shù)由遙控端輸入,采用載波相位差分(RTK)技術(shù)進(jìn)行飛行精準(zhǔn)定位。
圖1 大疆植保無(wú)人機(jī)鮮食玉米田作業(yè)Fig.1 Plant protection UAV application in the fresh-eating corn field
1.1.3 溶液性質(zhì)測(cè)定儀器
為分析噴霧助劑對(duì)甲維鹽乳油藥劑溶液性質(zhì)的影響,共測(cè)定4 種溶液的表面張力、接觸角、鋪展系數(shù)及霧滴粒徑情況。 4 種溶液分別為甲維鹽乳油、甲維鹽乳油+邁飛噴霧助劑、甲維鹽乳油+DS10870 噴霧助劑、甲維鹽乳油+Vo∕2012 噴霧助劑,各藥劑及助劑的來(lái)源及用量參見1.1.1。 其中采用JYW-200A 自助界面張力儀(承德精密儀器有限公司)分別測(cè)定各溶液的表面張力;采用全自動(dòng)水滴角測(cè)試儀PT-705B(東莞市普賽特檢測(cè)設(shè)備有限公司)測(cè)定各溶液液滴在玉米冠層的接觸角;采用藥液潤(rùn)濕性測(cè)試卡(中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所)測(cè)定霧滴的潤(rùn)濕鋪展系數(shù);采用DP-02 激光粒度分析儀測(cè)定各溶液經(jīng)液力式噴頭SX 110015 VS 噴霧后的霧滴體積中徑。
植保無(wú)人機(jī)噴施霧滴沉積測(cè)定及藥效評(píng)價(jià)試驗(yàn)在廣州市增城區(qū)白湖村實(shí)施,試驗(yàn)時(shí)間為2020 年7 月27 日,試驗(yàn)田肥力中等,前茬作物為玉米,供試品種為鮮食甜玉米‘金銀918’。
1.2.1 溶液性質(zhì)測(cè)定
表面張力的測(cè)定參考GB∕T 5549—2010[15]。 試驗(yàn)前先用待測(cè)溶液沖洗張力儀鉑金圓環(huán),然后用移液管從大量待測(cè)溶液中吸取試驗(yàn)份樣于測(cè)量杯中。 按照自助界面張力儀的操作要求進(jìn)行操作,當(dāng)鉑金圓環(huán)剛露出葉面時(shí),在圓環(huán)與液面之間會(huì)形成液膜,當(dāng)拉力增大到一定程度時(shí),液膜破裂,此時(shí)張力儀讀數(shù)即為該溶液測(cè)得的表面張力值。 采用全自動(dòng)水滴角測(cè)試儀測(cè)定接觸角時(shí),首先需要在試驗(yàn)前先將玉米葉片固定在測(cè)定載玻片上,隨后通過(guò)設(shè)定微量注射器點(diǎn)滴為4 μL 大小液滴于葉面,記錄液滴在葉面10 s 時(shí)的接觸角。 采用藥液潤(rùn)濕性測(cè)試卡測(cè)定霧滴的潤(rùn)濕鋪展系數(shù)時(shí),需要采用移液槍分別移取試驗(yàn)溶液及蒸餾水各20 μL 滴于藥液潤(rùn)濕性測(cè)試卡上,待溶液完全鋪展后讀取鋪展系數(shù)值。 采用激光粒度分析儀測(cè)定藥液經(jīng)液力式噴頭噴霧后的霧滴體積中徑時(shí),需要將噴頭安裝于距激光粒度儀發(fā)射端與接收端上方0. 5 m 的中心位置處,在噴灑穩(wěn)定后,讀取激光粒度儀測(cè)定的霧滴粒徑值,采用霧滴體積中徑代替。 上述試驗(yàn)每個(gè)處理重復(fù)測(cè)量10 次,并注意剔除異常值,試驗(yàn)完成后計(jì)算平均值和變異系數(shù)。
1.2.2 噴施沉積試驗(yàn)
為采集不同噴液量(分別為22.5 L∕hm2和30.0 L∕hm2)下霧滴在鮮食玉米冠層的沉積情況,試驗(yàn)共布置2 組采樣,每組11 個(gè)采樣點(diǎn),每個(gè)樣點(diǎn)間隔為2 m,采樣點(diǎn)總跨度為20 m,考慮到無(wú)人機(jī)作業(yè)噴幅為5 m,采樣點(diǎn)共采集4 個(gè)噴幅內(nèi)霧滴沉積情況。 每個(gè)采樣點(diǎn)通過(guò)將3 cm×4 cm 水敏紙(先正達(dá)公司,瑞士)水平固定在測(cè)試桿上(采樣位置與玉米上部冠層等高),以獲取霧滴在玉米上的沉積情況(圖2)。 試驗(yàn)完成后將水敏紙按照序號(hào)收集,并逐一放入相對(duì)應(yīng)的密封袋中,帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。 將收集的水敏紙采用掃描儀掃描成分辨率為600 dpi 灰度圖像,掃描后的圖像通過(guò)圖像處理軟件DepositScan 進(jìn)行分析,獲取霧滴密度(個(gè)∕cm2)、覆蓋度(%)、沉積量(μL∕cm2)等沉積參數(shù)。
圖2 玉米田霧滴采集布置情況Fig.2 Layout of Water Sensitive Paper in corn field
1.2.3 田間藥效試驗(yàn)
植保無(wú)人機(jī)噴灑田間藥效試驗(yàn)共設(shè)置16 個(gè)處理,其中包括4 種不同藥劑處理,3 種甲維鹽乳油+不同噴霧助劑處理,1 種清水空白對(duì)照處理,以上每個(gè)處理均噴施2 種不同噴液量22.5 L∕hm2和30.0 L∕hm2。 每個(gè)處理重復(fù)4 次,各處理小區(qū)采用隨機(jī)區(qū)組排列,每個(gè)小區(qū)長(zhǎng)40 m,寬20 m,各小區(qū)之間設(shè)置5 m 寬的隔離帶。
植保無(wú)人機(jī)噴施試驗(yàn)完成后,參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB∕T 17980.6—2000 殺蟲劑防治玉米螟[16]進(jìn)行防效調(diào)查。 試驗(yàn)采用定點(diǎn)調(diào)查方式,每小區(qū)采用對(duì)角線五點(diǎn)取樣法,共調(diào)查50 株玉米,統(tǒng)計(jì)被害株率,剝查受害株的活蟲數(shù),與對(duì)照區(qū)相比計(jì)算相對(duì)防效。 試驗(yàn)前害蟲大部分處于1—2 齡期,分別于施藥后第3 天、第7天和第10 天調(diào)查活蟲數(shù),并按式(1)和式(2)計(jì)算蟲口減退率和防治效果:
采用Kestrel LiNK 氣象站(北京金仕特儀器儀表有限公司)測(cè)定環(huán)境的溫濕度及風(fēng)速,霧滴沉積測(cè)定及藥劑噴灑當(dāng)天溫度(27.4 ±0.5) ℃,濕度(82.1 ±0.7)%,風(fēng)速(1.31 ±0.21) m∕s。
試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2013 軟件進(jìn)行整理與分析,采用SPSS 軟件進(jìn)行方差分析,對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行Turkey’s HSD 多重檢驗(yàn),顯著性水平選擇α= 0.05。
通過(guò)對(duì)溶液表面張力、接觸角、鋪展系數(shù)以及霧滴粒徑的測(cè)定可知,與甲維鹽溶液相比,添加3 種噴霧助劑分別降低溶液表面張力36.3%、37.0%和20.5%;藥劑霧滴在玉米葉片上的接觸角分別降低59.5%、53.2%和60.6%;霧滴在葉片上的鋪展系數(shù)也顯著提高,分別提高134.8%、86.9%和17.4%;不同助劑對(duì)液力式噴頭噴霧霧滴粒徑的影響不同,其中助劑DS10870 和Vo∕2012 能增加霧滴粒徑的作用,助劑邁飛則具有降低霧滴粒徑的作用(表2)。 以上試驗(yàn)結(jié)果表明:添加飛防助劑后能降低溶液的表面張力、接觸角,提高霧滴在葉片上的鋪展系數(shù),有利于減少霧滴從靶標(biāo)葉片上滾落,提高農(nóng)藥?kù)F滴的有效利用率。
表2 噴霧助劑對(duì)溶液性質(zhì)的影響Table 2 Effect of adjuvants on surface tension,contact angle,spreading coefficient and droplet size
由圖3 可見,在噴液量為22.5 L∕hm2時(shí),霧滴密度平均值為48.5 個(gè)∕cm2,變異系數(shù)為73.9%;霧滴覆蓋度平均值為4.5%,變異系數(shù)為67.0%。 當(dāng)噴液量上升到30.0 L∕hm2時(shí),霧滴密度平均值為81.8 個(gè)∕cm2,變異系數(shù)為36.0%;霧滴覆蓋度平均值為8.8%,變異系數(shù)為55.6%。 結(jié)果表明:隨著噴液量的增加,霧滴密度和覆蓋度均顯著增加,這對(duì)于病蟲害防治效果的提升具有重要作用。 各個(gè)采樣帶的沉積變異系數(shù)均大于30%,表明沉積的均勻性有待進(jìn)一步提高。
圖3 植保無(wú)人機(jī)噴施沉積直觀圖及數(shù)據(jù)分析Fig.3 Illustrative and data analysis diagram of plant protection UAV application in corn field
由表3 可見,不同藥劑對(duì)草地貪夜蛾的防治效果有顯著差異。 在施藥后第3 天,二元復(fù)配混劑甲氨基阿維菌素苯甲酸鹽·氟鈴脲具有最佳的防治效果,防效達(dá)到了73.6%和76.3%,表明這2 種藥劑的混劑速效性最好,在施藥后第10 天氯蟲苯甲酰胺的防治效果最好,噴液量為22.5 L∕hm2和30.0 L∕hm2時(shí),防效分別為80.3%和80.4%,這可能與氯蟲苯甲酰胺的內(nèi)吸特性以及持效期長(zhǎng)有較大的關(guān)系。 噴液量的增加對(duì)于各藥劑的防治效果具有一定的提升效果,由沉積結(jié)果可知,噴液量的增加會(huì)提高霧滴在冠層上的沉積霧滴密度和覆蓋度,增加藥劑霧滴與靶標(biāo)的接觸幾率,提高藥劑的防治效果;高效氯氟氰菊酯的防治效果在各個(gè)調(diào)查時(shí)期表現(xiàn)最差,這可能與害蟲本身對(duì)菊酯類藥劑產(chǎn)生的高水平抗性有關(guān)。
表3 植保無(wú)人機(jī)噴施不同藥劑及不同噴液量下的防治效果Table 3 Control efficacy of Plant protection UAV application under different pesticides and spray volumes %
添加噴霧助劑可以影響甲維鹽藥劑對(duì)草地貪夜蛾的防治效果,各助劑影響具有一定差異(表4)。 其中添加邁飛影響最為顯著,通過(guò)添加邁飛助劑可以在施藥后的不同時(shí)期顯著提高防治效果;添加助劑DS10870 在施藥后的第3 天和第7 天影響不顯著,在施藥后第10 天可顯著提高防治效果;添加助劑Vo∕2012 在施藥后的第3 天具有降低防效效果的影響,這可能與田間藥效試驗(yàn)具有一定的波動(dòng)性有關(guān),在第7天影響不顯著,在施藥后第10 天可顯著提高防治效果。 相同藥劑及噴霧助劑處理,噴液量為30.0 L∕hm2時(shí)要優(yōu)于22.5 L∕hm2,但差異不顯著。 各處理以施藥后第7 天的甲維鹽+邁飛助劑處理最好,為87.4%。
表4 添加噴霧助劑對(duì)防效的影響Table 4 Effects of adding adjuvant on control efficacy %
本研究表明,噴霧助劑對(duì)溶液性質(zhì)以及對(duì)植保無(wú)人機(jī)噴施防治鮮食玉米草地貪夜蛾具有顯著影響。研究表明,當(dāng)采用常量噴灑(噴液量>30 L∕hm2)時(shí),添加噴霧助劑可以起到良好的潤(rùn)濕、鋪展和增效作用[17-18]。 相比于常量噴灑,植保無(wú)人機(jī)噴液量更低,為7.5—30 L∕hm2[5,7-9],這造成霧滴密度和覆蓋度顯著降低,而添加噴霧助劑對(duì)于提高潤(rùn)濕、鋪展具有顯著作用,這對(duì)于進(jìn)一步利用植保無(wú)人機(jī)提高噴施病蟲害防治效果具有重要意義[19-20]。 本研究表明,植物油類噴霧助劑在溶液性質(zhì)及田間防治效果提升方面影響更為顯著,添加此類噴霧助劑可以提高農(nóng)藥利用率,以減少農(nóng)藥的使用量。
另外,植保無(wú)人機(jī)低容量噴施防治效果也受到噴液量、作業(yè)參數(shù)、藥劑等因素綜合影響。 在噴液量方面,Wang 等[5]研究表明,植保無(wú)人機(jī)噴施增加噴液量至30 L∕hm2有助于提高霧滴沉積及對(duì)小麥病蟲害防治效果;中國(guó)農(nóng)藥工業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《T∕CCPIA 021—2019 植保無(wú)人飛機(jī)防治小麥病蟲害施藥指南》[21]指出,植保無(wú)人機(jī)飛防防治小麥蚜蟲的最佳噴施液量為12—15 L∕hm2,而在防治病害例如白粉病與銹病時(shí),噴液量則需要適當(dāng)提高到15—30 L∕hm2。 本研究同樣表明,在草地貪夜蛾的防控中增加噴液量可以提高霧滴與靶標(biāo)害蟲接觸的幾率,進(jìn)而提升防治效果。 在作業(yè)參數(shù)影響方面,以往研究結(jié)果表明:植保無(wú)人機(jī)在作物冠層上方2—3 m,作業(yè)速度5—7 m∕s 時(shí)具有相對(duì)較好的噴灑沉積效果[22-25]。 另外,在植保無(wú)人機(jī)低容量噴灑過(guò)程中,藥劑的選擇也對(duì)防治效果具有重要影響,當(dāng)選擇無(wú)內(nèi)吸作用的藥劑時(shí),例如甲維鹽和高效氯氟氰菊酯,應(yīng)當(dāng)保證較高的霧滴密度或覆蓋度,以提高藥劑對(duì)靶標(biāo)的觸殺效果[26]。 根據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部推薦,甲氨基阿維菌素苯甲酸鹽、乙基多殺菌素、氯蟲苯甲酰胺、四氯蟲酰胺、茚蟲威、虱螨脲、蟲螨腈等高效低風(fēng)險(xiǎn)農(nóng)藥均可對(duì)草地貪夜蛾具有較高的防治效果,然而連續(xù)施藥卻容易導(dǎo)致較高的抗性。 已經(jīng)有研究表明:草地貪夜蛾對(duì)菊酯類藥劑抗性已達(dá)數(shù)百倍,因此在藥劑選擇時(shí)應(yīng)當(dāng)注意農(nóng)藥的復(fù)配、輪換用藥以及提高農(nóng)藥的使用技術(shù)[4]。 本研究中,施藥后第10 天氯蟲苯甲酰胺的防治效果最好,這也取決于藥劑的內(nèi)吸和持效作用,另外添加邁飛噴霧助劑可以有效提升甲維鹽(以觸殺和胃毒為主)防治效果,這對(duì)于田間植保無(wú)人機(jī)噴施防治草地貪夜蛾具有較高的指導(dǎo)價(jià)值。
上海農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)2021年6期