胡紅巖，陳宇楠，宋賢鵬，任相亮，馬小艷，馬亞杰，王 丹，馬 艷

（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 棉花研究所，棉花生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 安陽(yáng) 455000）

棉花是中國(guó)主要的經(jīng)濟(jì)作物之一，總種植面積約占中國(guó)經(jīng)濟(jì)作物的1/3。棉花病蟲(chóng)害種類繁多，高達(dá)300 多種，常見(jiàn)的害蟲(chóng)有30 多種，病害有20 多種；棉花常年受病蟲(chóng)害威脅，造成的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)15%～20%[1]。棉蚜是棉花苗期的重要害蟲(chóng)之一，習(xí)慣聚集于棉花嫩頭或葉片背部刺吸棉花汁液，造成棉花植株矮小、葉片卷曲和萎縮，蚜蟲(chóng)排泄的蜜露容易滋生霉菌，造成煤污病，影響棉花正常生長(zhǎng)，嚴(yán)重時(shí)造成棉花減產(chǎn)甚至死亡[2]。棉花蚜蟲(chóng)發(fā)生頻繁，已成為制約棉花生產(chǎn)的重要因素。提高農(nóng)藥對(duì)棉蚜的防治效果尤為重要。

長(zhǎng)期以來(lái)，棉花蚜蟲(chóng)的化學(xué)防治主要依賴傳統(tǒng)的施藥器械，如人工背負(fù)式噴霧器和噴桿噴霧機(jī)等地面機(jī)械，存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、作業(yè)成本高和作業(yè)效率低等問(wèn)題。棉蚜屬于暴發(fā)性害蟲(chóng)，采用傳統(tǒng)植保技術(shù)施藥難以在短期內(nèi)達(dá)到普遍防治的要求[3]。近年來(lái)，中國(guó)農(nóng)業(yè)航空產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，植保無(wú)人機(jī)（unmanned aerial vehicle，UAV）航空施藥成為新型植保作業(yè)方式[4]。植保無(wú)人機(jī)屬于低空低量施藥，旋翼產(chǎn)生的下壓風(fēng)場(chǎng)有利于增加藥液霧滴對(duì)作物的穿透性及均勻性，作業(yè)效果優(yōu)于手動(dòng)植保機(jī)械[5-6]。目前，植保無(wú)人機(jī)施藥技術(shù)在小麥、玉米和水稻等作物得到了廣泛應(yīng)用，在橡膠、檳榔和柑橘等高大植株的病蟲(chóng)害防治中也發(fā)揮了重要作用[7-11]。

大量作業(yè)實(shí)踐結(jié)果證明：植保無(wú)人機(jī)作業(yè)效果與無(wú)人機(jī)機(jī)型、作業(yè)參數(shù)和作物長(zhǎng)勢(shì)等因素有關(guān)[12-14]，同時(shí)還受藥劑類型和助劑等影響[15-16]。植保無(wú)人機(jī)多采用離心和霧化噴頭，噴出的霧滴直徑細(xì)??；而傳統(tǒng)劑型農(nóng)藥分子粒徑過(guò)大、溶解性差且雜質(zhì)較多，容易堵塞噴頭，不適合植保無(wú)人機(jī)使用。因此，急需開(kāi)發(fā)粒徑更小、滲透更強(qiáng)、適應(yīng)植保無(wú)人機(jī)作業(yè)的新型農(nóng)藥劑型。納米農(nóng)藥粒徑范圍小，具有水溶性好、滲透性強(qiáng)、持效性好、沉降速度快和飄移小等特點(diǎn)[17-18]，適宜植保無(wú)人機(jī)作業(yè)。肖漢祥等[19]分別在水稻分蘗期和破口期采用廣州極飛 P20 植保無(wú)人機(jī)噴施南京善思航空專用納米農(nóng)藥，發(fā)現(xiàn)納米農(nóng)藥對(duì)水稻稻飛虱和稻縱卷葉螟的防效均在90%以上，明顯優(yōu)于常規(guī)藥劑；趙蓮英[20]使用大疆 MG-1S 植保無(wú)人機(jī)在水稻田噴施殺蟲(chóng)劑防治水稻病蟲(chóng)害，發(fā)現(xiàn)納米農(nóng)藥水性制劑組合對(duì)病蟲(chóng)害的總體防效優(yōu)于常規(guī)藥劑組合，對(duì)水稻具有一定的增產(chǎn)效果。但在棉花蚜蟲(chóng)植保無(wú)人機(jī)防治方面，仍以傳統(tǒng)農(nóng)藥及助劑的篩選為主[21-22]，目前尚無(wú)無(wú)人機(jī)噴施納米農(nóng)藥在棉蚜防治方面的報(bào)道。本研究通過(guò)植保無(wú)人機(jī)噴施常規(guī)藥劑和納米藥劑，分析不同類型藥劑在棉田的霧滴沉積分布和藥液利用情況，驗(yàn)證納米農(nóng)藥對(duì)棉蚜的防治效果，以期為納米農(nóng)藥的大面積推廣應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試藥劑

藥劑：納米藥劑為3.5%啶蟲(chóng)脒·高效氯氟氰菊酯水性制劑，由南京善思生物科技有限公司提供；常規(guī)藥劑由5% 啶蟲(chóng)脒和2.5% 高效氯氟氰菊酯混配而成，其中5%啶蟲(chóng)脒由安陽(yáng)全豐生物科技有限公司提供，2.5%高效氯氟氰菊酯由濟(jì)南綠霸農(nóng)藥有限公司提供。采用食品染色劑誘惑紅（西安依諾進(jìn)出口貿(mào)易有限公司生產(chǎn)）作為霧滴沉積分布的指示劑。

1.2 供試設(shè)備

3WQF120-12 型智能油動(dòng)單旋翼農(nóng)用植保無(wú)人機(jī)由安陽(yáng)全豐生物科技有限公司提供，噴頭型號(hào)為德國(guó) LECHLER 公司的LU120-015，無(wú)人機(jī)主要性能參數(shù)如表1 所示。人工背負(fù)式噴霧器為“沒(méi)得比（Matabi）”16 型噴霧器，由西班牙GOiZPER 噴霧器有限公司生產(chǎn)。

表1 全豐3WQF120-12 植保無(wú)人機(jī)主要參數(shù)Tab.1 Main parameters of Quanfeng 3WQF120-12 UAV

1.3 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地設(shè)在中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所試驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)（河南省安陽(yáng)縣）。棉花品種為中棉所79，種植密度為5.5 萬(wàn)株/hm2，行距0.8 m。棉花處于苗期，平均株高0.1 m。施藥期間天氣晴朗，南向微風(fēng)，平均風(fēng)速1.6 m/s，溫度27.6 ℃，相對(duì)濕度42.9%。

1.4 試驗(yàn)方法

1.4.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與處理

試驗(yàn)共設(shè)7 個(gè)處理（表2），每處理小區(qū)長(zhǎng)50 m，寬16.8 m，面積840.0 m2。為避免各小區(qū)相互干擾，小區(qū)之間設(shè)置4 m 寬隔離帶。

表2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)Tab.2 Test design

常規(guī)藥劑和納米藥劑處理中啶蟲(chóng)脒有效成分為30 g/hm2，高效氯氟氰菊酯有效成分為22.5 g/hm2，各處理藥液中添加150 g/hm2的誘惑紅。前期植保無(wú)人機(jī)噴霧試驗(yàn)[23-24]結(jié)果表明：無(wú)人機(jī)飛行高度和噴霧量是影響霧滴沉積分布的重要因素，為提高霧滴在棉花葉片上的有效沉積，本研究植保無(wú)人機(jī)在5 m/s 的飛行速度下，采用18 L/hm2的噴液量進(jìn)行噴霧。為評(píng)估飛行高度對(duì)植保無(wú)人機(jī)噴霧效果的影響，設(shè)置飛行高度為1.5 和2.5 m。人工噴霧處理噴霧量為450 L/hm2。

1.4.2 霧滴沉積分布的測(cè)試布點(diǎn)和測(cè)定

以水敏紙為霧滴采集卡，并在無(wú)人機(jī)噴霧小區(qū)內(nèi)橫向15 株棉花上進(jìn)行布設(shè)（圖1），每株棉花選取1 個(gè)葉片用回行針將水敏紙固定到棉花葉片上，每排間距為10 m。噴霧結(jié)束后，收集每個(gè)采樣點(diǎn)的水敏紙，并依次標(biāo)記各采樣點(diǎn)位置（-7、-6、-5、-4、-3、-2、-1、0、1、2、3、4、5、6、7），帶回室內(nèi)用掃描儀（Epson Perfection V850 Pro，愛(ài)普生中國(guó)有限公司生產(chǎn)）掃描，掃描后的圖片用Image J 1.38X 圖像分析軟件進(jìn)行分析，得到覆蓋密度和霧滴覆蓋率等霧滴沉積分布參數(shù)。以霧滴體積累計(jì)分布為50%的霧滴直徑，即霧滴體積中徑（DV0.5）比較分析不同處理的霧滴粒徑大小。

圖1 采樣點(diǎn)布置示意圖Fig.1 Sampling site layout diagram

1.4.3 農(nóng)藥沉積利用率測(cè)定

參照石鑫等[25]的方法利用誘惑紅作為示蹤劑測(cè)定農(nóng)藥利用率。噴霧結(jié)束后，在布置霧滴測(cè)試卡的棉株附近取樣，每點(diǎn)取1 株棉花，放入自封袋中，帶回室內(nèi)用蒸餾水進(jìn)行洗滌，總體積為20 mL，振蕩洗滌時(shí)間為5 min，洗滌液用0.45 μm 水系過(guò)濾膜過(guò)濾后留取5 mL，用酶標(biāo)儀（Bio-tek SynergyHT 型，美國(guó)伯騰儀器有限公司生產(chǎn)）測(cè)定誘惑紅的質(zhì)量濃度，根據(jù)公式計(jì)算農(nóng)藥利用率（pesticide utilization，PU）；以農(nóng)藥利用率的變異系數(shù)（variable coefficient，VC）衡量無(wú)人飛機(jī)噴灑的均勻性，變異系數(shù)越小表示藥液沉積越均勻。

式中：ρ為洗滌液誘惑紅質(zhì)量濃度，V為洗滌液總體積，n為小區(qū)棉花株數(shù)，S為小區(qū)面積，L為單位面積誘惑紅施用量，PUSD為農(nóng)藥利用率標(biāo)準(zhǔn)差，PUmean為農(nóng)藥利用率平均值。

1.4.4 棉蚜防效調(diào)查

施藥前在每小區(qū)隨機(jī)5 點(diǎn)取樣，每點(diǎn)標(biāo)記12株棉花，調(diào)查每株棉花上的蚜蟲(chóng)數(shù)量，分別于施藥后1、3 和7 d 調(diào)查各小區(qū)蚜蟲(chóng)的數(shù)量，計(jì)算各處理棉花蚜蟲(chóng)的防效（control efficacy，CE）。

式中：C1和C2分別為空白對(duì)照區(qū)藥前和藥后蟲(chóng)數(shù)，T1和T2分別為藥劑處理區(qū)藥前和藥后蟲(chóng)數(shù)。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2016 進(jìn)行整理，通過(guò)SPSS 20.0 單因素方差分析，選擇Duncan氏新復(fù)極差法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 霧滴密度及霧滴覆蓋率

由圖2 可知：飛行高度為1.5 和2.5 m 時(shí)，植保無(wú)人機(jī)噴施常規(guī)農(nóng)藥的霧滴密度分別為108.57 和116.59 個(gè)/cm2，覆蓋率分別為3.86%和4.08%，兩處理間差異不顯著（P＞0.05）；植保無(wú)人機(jī)噴施納米農(nóng)藥時(shí)，1.5 和2.5 m 飛行高度下霧滴密度分別為95.12 和73.84 個(gè)/cm2，覆蓋率分別為3.22% 和1.92%，兩處理間差異也不顯著（P＞0.05）。說(shuō)明無(wú)人機(jī)噴施同種農(nóng)藥制劑時(shí)，飛行高度對(duì)霧滴密度和霧滴覆蓋率的影響不明顯。飛行高度為1.5 m 時(shí)，常規(guī)農(nóng)藥與納米農(nóng)藥的霧滴密度及覆蓋率差異不顯著；但當(dāng)飛行高度上升到2.5 m 時(shí)，常規(guī)農(nóng)藥噴霧的霧滴密度和覆蓋率均顯著大于納米農(nóng)藥（P＜0.05）。

圖2 霧滴密度和霧滴覆蓋率Fig.2 Droplet density and droplet coverage rate

2.2 霧滴粒徑分布

由圖3 可知：飛行高度為1.5 m 時(shí)，植保無(wú)人機(jī)噴施常規(guī)農(nóng)藥和納米農(nóng)藥在各個(gè)采樣點(diǎn)的霧滴粒徑變化趨勢(shì)一致，均表現(xiàn)為在航線下方（采樣點(diǎn)-4 和采樣點(diǎn)4）霧滴粒徑較大，遠(yuǎn)離航線的兩側(cè)霧滴粒徑較小。總體來(lái)看，噴施常規(guī)農(nóng)藥的霧滴粒徑較大，DV0.5變化范圍是150～238 μm；噴施納米農(nóng)藥的霧滴粒徑較小，DV0.5變化范圍在105～197 μm。飛行高度增加至2.5 m 時(shí)，無(wú)人機(jī)噴施2 種類型藥劑后多數(shù)采樣點(diǎn)霧滴DV0.5在150 μm上下浮動(dòng)。噴施常規(guī)農(nóng)藥的霧滴DV0.5變化范圍為123～248 μm，平均為161 μm；納米農(nóng)藥的霧滴DV0.5變化范圍為72～204 μm，平均為142 μm。

圖3 霧滴粒徑分布Fig.3 Droplet size distribution

2.3 農(nóng)藥沉積利用率

由表3 可知：2 種飛行高度下植保無(wú)人機(jī)噴施常規(guī)農(nóng)藥的利用率分別為3.89% 和4.09%，兩者利用率相當(dāng)且與人工噴霧（處理5）的利用率（5.40%）差異不顯著（P＞0.05）；2 種飛行高度下噴施納米農(nóng)藥的利用率分別為2.39%和2.75%，兩者間無(wú)顯著差異（P＞0.05），但均顯著低于人工噴霧（處理6，6.28%）（P＜0.05）。飛行高度為1.5 和2.5 m 時(shí)，常規(guī)農(nóng)藥處理的利用率均顯著高于納米農(nóng)藥處理（P＜0.05）。

表3 不同處理的農(nóng)藥利用率Tab.3 Pesticide utilization of different treatments

2.4 棉蚜防治效果

由圖4 可知：施藥后1 d，各處理對(duì)棉蚜表現(xiàn)出較好的防治效果，在1.5 和2.5 m 飛行高度下，植保無(wú)人機(jī)噴施常規(guī)農(nóng)藥對(duì)棉蚜的防效分別為57.36%和45.17%，噴施納米農(nóng)藥的防效達(dá)到76.24%和66.49%，顯著高于噴施常規(guī)農(nóng)藥處理的防效，但均顯著低于人工噴施納米農(nóng)藥的防效（P＜0.05）。施藥后3 和7 d，各處理對(duì)棉蚜的防效上升，植保無(wú)人機(jī)在1.5 和2.5 m 飛行高度下噴施納米農(nóng)藥的防效均顯著高于噴施常規(guī)制劑處理的防效（P＜0.05），其中，在1.5 m 高度下噴施納米農(nóng)藥的防效最高，與人工噴霧防效相當(dāng)。

圖4 棉蚜的防治效果Fig.4 Control efficacy on cotton aphids

3 討論

本研究中，在棉花葉片正面布設(shè)了霧滴測(cè)試卡，分析不同施藥參數(shù)下的霧滴沉積分布情況，結(jié)果顯示：植保無(wú)人機(jī)在1.5 和2.5 m 飛行高度下噴施常規(guī)農(nóng)藥或納米農(nóng)藥，在棉花上的霧滴沉積密度和覆蓋率均無(wú)顯著差異，表明在噴施藥劑相同時(shí)，飛行高度對(duì)霧滴沉積的影響不大。課題組前期研究了3WQFTX-10 電動(dòng)植保無(wú)人機(jī)在棉花苗期施藥，結(jié)果表明：無(wú)人機(jī)飛行高度影響棉花葉片背面的霧滴沉積，而對(duì)葉片正面的霧滴沉積影響較小[24]，與本研究結(jié)果一致。

霧滴粒徑是評(píng)價(jià)噴霧效果的指標(biāo)之一，其大小影響霧滴沉積及漂移[26]。本研究表明：飛行高度為1.5 m 時(shí)，植保無(wú)人機(jī)噴施常規(guī)農(nóng)藥與納米農(nóng)藥的霧滴密度及覆蓋率差異不大；而飛行高度為2.5 m 時(shí)，納米農(nóng)藥的霧滴密度和覆蓋率均低于常規(guī)農(nóng)藥。這可能是由于納米農(nóng)藥?kù)F滴粒徑更小，隨著飛行高度的增加，其更容易受環(huán)境風(fēng)速的影響而發(fā)生漂移[27]，減少藥液在棉花植株上的有效沉積。

施藥技術(shù)是影響農(nóng)藥利用率的重要因素。常規(guī)施藥器械采用大容量和大霧滴噴霧技術(shù)，往往造成農(nóng)藥流失嚴(yán)重和利用率低；植保無(wú)人機(jī)施藥采用低容量和細(xì)霧滴噴霧技術(shù)，有利于提高農(nóng)藥?kù)F滴分布均勻性及農(nóng)藥利用率[28]。作物生育期和植株冠層結(jié)構(gòu)也是影響農(nóng)藥利用率的因素之一，研究認(rèn)為作物苗期所施農(nóng)藥的利用率低于其他生育期[29]。本研究結(jié)果顯示：無(wú)論采用哪種施藥器械施藥，棉花苗期對(duì)農(nóng)藥的利用率均較低（不足7%），且植保無(wú)人機(jī)噴施的農(nóng)藥利用率低于人工背負(fù)式噴霧器施藥，這可能與棉花生育期及2 種施藥器械的噴霧方式有關(guān)。本研究在棉花苗期進(jìn)行，棉花植株小、葉面積覆蓋度低、地面裸露大，無(wú)人機(jī)噴霧屬于全覆蓋式噴霧，施藥過(guò)程中大量藥液沉積在地面上，造成藥液流失嚴(yán)重，而人工噴霧是對(duì)準(zhǔn)棉苗進(jìn)行噴霧，因此，其農(nóng)藥利用率略高于無(wú)人機(jī)噴霧。另外，植保無(wú)人機(jī)噴霧霧滴粒徑小，作業(yè)過(guò)程中更易受到環(huán)境風(fēng)速的影響而發(fā)生飄移[27]，這也可能是造成農(nóng)藥利用率偏低的原因之一。

與傳統(tǒng)農(nóng)藥制劑相比，納米農(nóng)藥制劑有利于改善難溶農(nóng)藥的分散性，提高活性成分的生物活性，同時(shí)具有較強(qiáng)的抗雨水沖刷能力，可以延長(zhǎng)在作物上的持效期，且對(duì)作物安全[19-20]。本研究中植保無(wú)人機(jī)無(wú)論在哪種飛行高度下作業(yè)，噴施納米農(nóng)藥對(duì)棉蚜的防治效果均高于常規(guī)農(nóng)藥，其原因可能是納米農(nóng)藥粒徑較傳統(tǒng)農(nóng)藥更小，具有更大的分散度，提高了啶蟲(chóng)脒和高效氯氟氰菊酯的生物活性，因此，其對(duì)棉蚜的防治效果比常規(guī)農(nóng)藥更高。

4 結(jié)論

棉花苗期植保無(wú)人機(jī)噴施同種農(nóng)藥制劑時(shí)，飛行高度對(duì)霧滴沉積分布及農(nóng)藥利用率的影響不明顯；1.5 m 飛行高度下，植保無(wú)人機(jī)噴施常規(guī)農(nóng)藥與納米農(nóng)藥?kù)F滴在棉花上沉積密度和覆蓋率差異不明顯，但納米農(nóng)藥的霧滴粒徑更?。患{米農(nóng)藥的利用率低于常規(guī)農(nóng)藥，但對(duì)棉蚜的防治效果優(yōu)于常規(guī)農(nóng)藥。植保無(wú)人機(jī)噴施3.5%啶蟲(chóng)脒·高效氯氟氰菊酯納米農(nóng)藥可以有效防治棉蚜，因此可在棉花苗期大面積推廣應(yīng)用。