不同施药机具在小麦生长中后期喷雾效果比较

陈 晓，龚 艳，张 晓，王 果，陈 伟，刘德江

(农业部南京农业机械化研究所，江苏南京 210014)

我国是农业大国，植物保护是农业生产中必不可少的一项活动，其中喷洒化学农药是进行病虫草害防治最为经济、快速的手段[1]。但由于目前施药方法的局限性，大部分农药并没有发挥作用。据农业部数据统计，2015年我国水稻、玉米、小麦3大粮食作物农药利用率为36.6%，比2013年提高1.6百分点。虽然农药利用率有提高，但与欧美发达国家相比，我国的农药利用率仍然偏低，既浪费了大量的人力物力，又由于大部分的农药流失到土壤、地下水中，造成环境污染，破坏生态平衡[2]。因此，选择适应作物种植模式、种植阶段的植保机械至关重要。

我国是世界上小麦产量最高、消费量最大的国家。其中，小麦的种植面积占我国粮食作物总面积的22%左右，在我国粮食安全战略中处于非常重要的地位[3-5]。在不同的小麦生长阶段所对应的病虫害不同，但由于农民本身植保机具品种单一，不能满足麦田中不同时期，不同病虫害的防治的要求，导致作业效率降低，不能适应不同地区的要求[6]。在小麦生长的中后期，即孕穗至扬花期以及灌浆期，都是多种病虫害的高峰期。目前在小麦病虫害防治中主要用到的植保机械主要有背负式手动喷雾器、背负式电动喷雾器、背负式喷雾喷粉机、自走式喷杆喷雾机、单旋翼无人航空施药装备、多旋翼无人航空施药装备等[7]，但适用于小麦中后期病虫害防治的植保机具须要进一步进行试验研究。因此，针对目前在小麦病虫害防治中应用较多的植保机械进行田间试验，通过对比不用机具在小麦不同部位的雾滴分布规律以及药液沉积量，筛选出适用于小麦生长中后期病虫害防治的施药技术与装备，并为进一步研究适用于小麦等矮秆旱地作物生长中后期病虫害防治的施药技术装备提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验基地位于陕西省三原县新型施药机械推广项目示范区以及河南省兰考县。试验时小麦株高为50～60 cm。

施药机具主要有自走式旱田作物喷杆喷雾机3WX-400G型、单旋翼无人航空施药装备3WQF80-10型、多旋翼无人航空施药装备3WTXC8-5型、自走式水旱两用喷杆喷雾机3WSH-1000型、自走式喷杆喷雾机3WX-1200G、手动喷雾机3WBS-16A、背负式喷雾喷粉机3W-18。

主要仪器有V5100可见光分光光度计(上海元析仪器有限公司)、DT321S空气温湿度计、KA31风速仪、电子秤、皮尺、移液器、φ110 mm圆盘滤纸、76 mm×76 mm便签纸。

喷雾试剂主要有5%诱惑红(浙江吉高德色素科技有限公司)水溶液。

1.2 试验设计

根据不同试验机具的喷幅，在喷幅范围内每隔1 m或 2 m 选定1株小麦作为采样点。在每个采样点上分4层布样(纸卡布样为3层，滤纸布样的第4层在地面，主要是为了通过测定地面的沉积量来确定地面流失)，分别为小麦穗部、小麦旗叶、小麦倒二叶、地面。在布样时应保证各层纸卡、滤纸之间不存在遮挡或干涉。在机具前进方向上间隔5 m选取1行小麦，共选取3行，按照相同的方式进行布样，作为试验的3次重复。具体布样方案见图1。第1组重复的布样点在距离机具起始位置25～30 m处，以保证机具在到达采样点时工况稳定。试验结束，待采样点上的纸卡与滤纸干燥后，进行收集并用自封袋密封。

对采集到的雾滴样本进行分析处理。(1)药液沉积率测定。将滤纸放入培养皿中，加入20 mL清水浸泡3～4 h，确保滤纸上的诱惑红充分溶解于水中，用移液器吸取滤纸洗涤液注入玻璃比色皿中，放入分光光度计中测定溶液的吸光度，根据在分光光度计上配置的诱惑红标准曲线换算出试验靶标上诱惑红示踪剂的沉积量，将沉积量数据导入Excel软件，对机具喷福范围内的雾滴沉积情况进行分析；(2)对雾滴覆盖率进行测定。用相机拍摄试验过程中靶标物上的纸卡，将其导入雾滴图像分析软件中进行分析计算，得到在每个采样点上纸卡的覆盖率，将数据结果导入Excel软件，对机具喷幅范围内的雾滴覆盖状况进行分析。

2 结果与分析

2.1 不同施药机具雾滴覆盖率比较

2.1.1 雾滴覆盖率 农药的雾滴粒径大小、覆盖密度以及覆盖的均匀性都会对药效发挥有显著影响[8]。通过拍摄采样点上的纸卡，对纸卡进行分析所测定雾滴的覆盖率可以确定喷雾效果的均匀性。采样点上的纸卡情况如图2所示。

图3为各个施药机具在其喷幅范围内的雾滴覆盖率变化曲线。其中，对单旋翼、多旋翼的无人机施药装备进行有助剂与无助剂的覆盖率比较。

2.1.2 雾滴覆盖率结果分析 由图3可知，各个试验机具在小麦植株上的药液沉积量均呈自上而下递减的趋势。由表1可看出，3WSH-1000型在下层、中层的变异系数较小，分别为0.25、0.29，因此其作业效果在小麦下部以及中部较好，但其在上层的覆盖率为 19.51% 比3WX-1200G的35.13%与3WX-400G的 42.19% 都少；而3WX-400G在上层的变异系数最小，为 0.21，所以其在上层的作业效果较好。

由表2可知，无人机施药机具的平均覆盖率与自走式喷杆喷雾机相比，无人机施药机具的覆盖率偏低，变异系数较大。3WSH-1000自走式喷杆喷雾机在上层覆盖率最低，为19.51%，变异系数为0.43；而单旋翼无人机在有助剂的在上层作业效果最好，其覆盖率为7.689%，变异系数为0.744。综合考虑，自走式喷杆喷雾机的雾滴覆盖率较无人机好一些。但是在有助剂的情况下，多旋翼与单旋翼无人机的覆盖率都有所改善。手动喷雾机覆盖率的平均值为22.45%，变异系数为 0.50。背负式喷雾喷粉机覆盖率平均值为1.55%，变异系数为0.84。综合比较上述几种施药机具，在小麦生长的中后期采用自走式喷杆喷雾机与无人机航空施药装备的防治效果优于手动喷雾器与背负式喷雾喷粉机。

2.2 不同施药机具沉积量比较

2.1.1 雾滴沉积量 在对雾滴沉积量进行试验时，在1株样本上分别布4层滤纸，与纸卡相比，多了地面1层，主要是为了测定施药机具在喷洒农药的过程中流失到地面上的药液量。由于布样的差异，所以在对数据处理时，对自走式喷杆喷雾机采用了折线图形式，无人机采用了柱状图形式。

2.2.2 雾滴沉积量结果分析 结合图4，由表3可以看出，各个试验机具(除单旋翼加助剂外)在小麦植株上的药液沉积量均呈自上而下递减的趋势。3WSH-1000的平均沉积量由上部的204.74 ng/cm2降为102.40 ng/cm2； 3WX-1200G的平均沉积量由上部的425.50 ng/cm2降为113.70 ng/cm2；3WX-400G的平均沉积量由上部的875.70 ng/cm2降为 93.60 ng/cm2。在3种喷杆喷雾机中3WX-1200G的喷雾均匀性较好，在小麦植株上的沉积优于其他2个喷杆喷雾机，可能是因为3WX-1200G的雾滴较细，更容易在叶片沉积。

表1 不同自走式喷杆喷雾机施药机具平均覆盖率

由表4可以看出，各个试验机具在小麦植株上的药液沉积量均呈自上而下递减的趋势。与自走式喷杆喷雾机相比，无人机施药机具在小麦植株上的药液沉积量优势明显，尤其在植株的上部，无论有无助剂在小麦植株的上部，无人机的沉积量均>1 000 ng/cm2。在无人机施药装备作业时，添加助剂能明显增加药液在小麦中下部的沉积量，如多旋翼飞机的底部沉积量由372.1 ng/cm2增加为451.9 ng/cm2；单旋翼底部的沉积量由63.3 ng/cm2增加到473.6 ng/cm2。但无人机施药机具的变异系数整体偏大，所以在对小麦病虫害的防治效果上可能并不理想。

表2 不同无人机施药机具平均覆盖率

表3 不同自走式施药机具平均沉积量

由图5可以看出，除手动喷雾机以及电动喷雾机以外，其他机型(除单旋翼外)在小麦植株上的沉积分布呈明显的自上而下减少的趋势。其原因为手动喷雾机与电动喷雾机中有人为因素的影响，其施药过程本身为上下喷施。综合比较发现，弥雾机在小麦生长中后期的防治效果最差，可能是由于雾滴的粒径太细，导致药液流失；自走式喷杆喷雾机在小麦植株中下层的沉积量变化比较平稳，变异系数小于无人机，其原因可能是无人机作业时产生的旋翼气流对雾滴的沉降产生了部分干扰[9-10]。由表5(兰考县植保站提供的防效数据)可以看出，自走式喷杆喷雾机的防治效果最佳，在施药后7 d，防效可达95%及其以上，其中3WX-1200G的防效最佳，在施药后 7 d 防效可达到99%；手动喷雾机的防效最差，施药后7 d仅为77%；无人机的防效在施药后7 d达到82%。分析其原因可能是由于无人机的变异系数较大，其穿透性相对于喷杆喷雾机较弱，对于防止中下部的病虫害不利。

表4 不同无人机施药机具平均沉积量

表5 不同施药机具防治效果对比

3 结论

通过对比试验机具发现，自走式喷杆喷雾机与无人机施药装备在小麦生长中后期的防治效果明显优于手动喷雾机、背负式喷雾喷粉机、背负式电动喷雾机等小型施药机具。各个机具的变异系数由大到小依次为背负式喷雾喷粉机、手动喷雾机、无人机施药装备、自走式喷杆喷雾机。各个试验机具在小麦植株上的雾滴覆盖率以及雾滴沉积量均是呈自上而下递减的趋势，其中背负式喷雾喷粉机的雾滴覆盖率最低(平均值为1.55%)。3WX-1200G自走式喷杆喷雾机采用了变量技术，其喷雾量可以根据机具的行走速度进行调节，实现了定量喷雾，但与3WSH-1000、3WX-400G相比，其雾滴的覆盖率与沉积量并没有明显的变化，所以变量作业时对小麦植株的药液沉积分布并无明显影响。无人机施药装备作业时，添加助剂可以改善雾滴在小麦中下部的覆盖率以及沉积分布，减少雾滴的飘移，在小麦生长中后期有利于病虫害的防治。但无人机施药装备的变异系数较大，所以对小麦病虫害的防治效果有待进一步研究。

通过试验比较，在小麦生长中后期自走式喷杆喷雾机在小麦植株的中下层雾滴覆盖率与沉积量变化平稳，均匀性较好，变异系数小，适合作业。但不同的自走式喷杆喷雾机对小麦的种植规格有要求，因此在种植小麦时应与施药机具相对应。