不同助劑對無人機噴霧霧滴在竹林中沉降和飄移的影響

許春枝 洪宜聰 羅寶仙 劉化桐 朱祥錦 郭寶寶

(1 福建省三明市林業(yè)科技推廣中心 福建三明 365000；2 福建省三明市沙縣區(qū)林業(yè)局 福建三明 365050；3 福建省三明市沙縣區(qū)生態(tài)國有林場 福建三明 365050；4 福建省邵武市林業(yè)局，福建南平 354000；5 福建省政和縣林業(yè)科學(xué)技術(shù)推廣中心 福建南平 353600；6 福建省三明市三元區(qū)洋溪林業(yè)工作站 福建三明 365000)

隨著林業(yè)科技水平的飛速發(fā)展，無人機噴霧技術(shù)已在林業(yè)施藥生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。福建三明三元區(qū)開展了無人機噴霧防治黃脊竹蝗成蟲的實踐[1]，福建閩清比較了無人機噴施5種生物農(nóng)藥對黛袋蛾幼蟲的防治效果[2]，福建政和評價了無人機噴施5種生物農(nóng)藥防治竹鏤舟蛾幼蟲的效果[3]。霧滴在靶標(biāo)區(qū)域的沉積量決定著噴霧的效果，因此無人機噴霧霧滴的沉降和飄移對其噴霧質(zhì)量產(chǎn)生著重要影響。相關(guān)研究表明，無人機噴霧大約有25%的霧滴會漂移到非靶標(biāo)區(qū)域，對周邊區(qū)域的生物和環(huán)境產(chǎn)生不良影響[4]，尤其是除草劑、殺蟲菌劑，其漂移將嚴(yán)重影響非靶標(biāo)區(qū)域的植物生長；同時，霧滴的沉積與飄移還將影響無人機噴霧的作業(yè)效率、噴霧費用和噴霧效果。因此，霧滴的漂移和蒸發(fā)問題嚴(yán)重阻礙了無人機噴霧技術(shù)的推廣應(yīng)用。如何解決無人機在林業(yè)領(lǐng)域噴霧霧滴飄移的問題，目前國內(nèi)外尚未有相關(guān)報道。解決無人機噴霧霧滴漂移問題已成為應(yīng)用推廣該項技術(shù)急需突破的科學(xué)問題。

助劑為影響噴霧霧滴漂移的重要因素，通過添加助劑可改變?nèi)芤旱撵F化性質(zhì)[5]，進而有助于解決無人機噴霧霧滴飄移問題。為明確助劑及其用量對霧滴沉積分布和防效的影響程度，破解無人機噴霧關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建林業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用無人機噴霧技術(shù)體系，項目組于2021年在福建三明市沙縣區(qū)建立試驗林，采用在噴霧溶液中加入不同用量的5種助劑，分析對比不同助劑及其用量的霧滴覆蓋密度、沉降率及密度變異系數(shù)等霧滴沉積參數(shù)，探究助劑在抗漂移效果方面的表現(xiàn)；并選用4%魚藤酮乳油、1.5%苦參堿可溶液和1.2%煙堿·苦參堿乳油等3種植物源農(nóng)藥，分析添加不同助劑對防治效果的影響，以期明確助劑對霧滴漂移的影響程度，為優(yōu)化抗漂移助劑提供數(shù)據(jù)和理論依據(jù)，進而為林業(yè)生產(chǎn)中控制噴霧漂移提供科學(xué)參考。

1 研究區(qū)概況

福建省三明市沙縣區(qū)位于福建省中部偏北(北緯26°06′-26°41′，東經(jīng)117°32′-118°06′)，年均氣溫18.6 ℃，年均降水量1 820 mm，為亞熱帶季風(fēng)氣候。項目試驗區(qū)位于大洛、高橋、富口等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，試驗區(qū)內(nèi)主要樹種為毛竹，林分郁閉度0.7，主要伴生樹種為杉木(Cunninghamialanceolata)、米櫧(Castanopsiscarlesii)、馬尾松(Pinusmassoniana)和苦櫧(Castanopsissclerophylla)等。林下主要植被為地菍(Melastomadodecandrum)、紫萼(Hostaventricosa)、迎春(Jasminumnudiflorum)、杜鵑(Rhododendronsimsii)和淡竹葉(Lophatherumgracile)等[6-9]，試驗區(qū)面積182.2 hm2，3齡剛竹毒蛾(Pantanaphyllostachysae)幼蟲為靶標(biāo)昆蟲，蟲口密度為67～105頭/株，有蟲株率為62%～83%。試驗林分的基本情況見表1。

表1 試驗林分基本情況Tab.1 The basic condition of the test stand

2 試驗用材與方法

2.1 試驗用材

2.1.1 靶標(biāo)昆蟲

在野外竹林采摘剛竹毒蛾卵塊，將其置于培養(yǎng)箱[T=(26±1)℃，RH=72%，L∶D=14 h∶10 h]，孵化為幼蟲后，用新鮮毛竹葉片(采用純凈水洗凈并晾干)喂養(yǎng)，幼蟲飼養(yǎng)至3齡后，挑選個體相近且健康的幼蟲，以蟲籠分裝備試。

2.1.2 試驗儀器與農(nóng)藥

1) 儀器。大疆T20無人機(額載15 L，8個扇形霧化噴頭，霧化壓力0.2～0.4 MPa，采用SX110015VS噴嘴，深圳市大疆創(chuàng)新科技有限公司)；大疆精靈4RTK航測無人機(深圳大疆創(chuàng)新科技有限公司)；卡紙架；水敏紙(規(guī)格為35 mm × 110 mm，重慶六六山下植保科技有限公司)；華誼PM6252A風(fēng)速儀(深圳市新華誼儀表有限公司)；希瑪AS817手持式溫濕度計(東莞萬創(chuàng)電子制品有限公司)。

2) 試驗農(nóng)藥。為內(nèi)蒙古帥旗生物科技股份有限公司提供的1.5%苦參堿可溶液、1.2%煙堿·苦參堿乳油(苦參堿含量0.7%、煙堿含量0.5%)；河北天順生物公司提供的4%魚藤酮乳油。3種農(nóng)藥均具有觸殺和胃毒作用。

3) 試驗輔助劑。U伴飛防專用助劑(北京廣源益農(nóng)化學(xué)有限責(zé)任公司)；加加樂飛防專用助劑(河南摩爾水溶肥料有限公司)；紅雨燕低容量噴灑專用助劑(油性版)(深圳雨燕智能科技服務(wù)有限公司)；航化寶飛防專用助劑(濟南綠賽化工有限公司)；蜻蜓飛來飛防專用增效劑(江蘇克勝集團股份有限公司)。在下文中分別簡稱為U伴、加加樂、紅雨燕、航化寶、蜻蜓。

2.2 研究方法

2.2.1 試驗設(shè)計

在預(yù)定霧滴檢測的試驗林中，沿?zé)o人機噴霧作業(yè)中線每間隔10 m(中線兩端以彩旗設(shè)置標(biāo)識)，向兩側(cè)以2.5、3.0、3.5 m 等距離設(shè)置3個霧滴接收點，分別以A、B、C表示，共設(shè)10個間隔段。各接收點均在竹冠的中部設(shè)置專用的卡紙架，在無人機噴霧作業(yè)前 2 h，將霧滴測試卡水平安放于卡紙架，各處理均設(shè)置3組重復(fù)[10-11]。

在大洛鎮(zhèn)等地發(fā)生剛竹毒蛾幼蟲為害竹林，采用大疆航測無人機對擬作業(yè)區(qū)進行航拍，無人機飛行作業(yè)高度設(shè)為6.5 m，噴幅設(shè)為6.0 m[12-13]，繪制好施藥區(qū)無人機作業(yè)航線圖。以“對角線”在擬施藥竹林建立面積為0.067 hm2的標(biāo)準(zhǔn)地，于標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)隨機選取20株標(biāo)準(zhǔn)竹，在選定的標(biāo)準(zhǔn)枝上套籠，防治作業(yè)前以20頭/籠為標(biāo)準(zhǔn)在套籠內(nèi)放入剛竹毒蛾幼蟲。

2.2.2 農(nóng)藥濃度設(shè)置和助劑添加

用純凈水以體積比將3種農(nóng)藥分別配制為適當(dāng)?shù)臐舛龋?%魚藤酮乳油設(shè)為1 000倍液[14-16]，1.2%煙堿·苦參堿乳油和1.5%苦參堿可溶液均設(shè)為1 500倍液[17-20]。

在各藥液中均以擬噴霧面積分別加入45、90、135 mL/hm2的U伴、加加樂、紅雨燕、航化寶、蜻蜓等5種飛防專用助劑，以不添加助劑的藥液為對照(ck1)，各處理均設(shè)置3組重復(fù)。

2.2.3 霧滴檢測

試驗選用SX110015VS噴嘴，水泵霧化壓力為0.2～0.4 MPa，純凈水為模擬藥液，以擬噴霧面積分別在模擬藥液中加入45、90、135 mL/hm2的U伴、加加樂、紅雨燕、航化寶、蜻蜓等5種飛防專用助劑，以不添加助劑的溶液為對照(ck2)，各處理均設(shè)置3組重復(fù)。

2021年6月7—9日開展無人機霧滴測定試驗，作業(yè)航速2 m/s[12]，定高6.5 m[13]，溶液用量均設(shè)為75 L/hm2，作業(yè)時間為7∶30-8∶30(多云到晴)，作業(yè)時氣象條件為氣溫低于25.6 ℃、風(fēng)速小于0.73m/s、濕度70%～75%。

2.2.4 野外噴霧防治試驗

2021年6月13—15日，運用無人機在大洛鎮(zhèn)后溪村等地進行噴霧防治剛竹毒蛾試驗，無人機噴霧作業(yè)航速2 m/s[12]，定高6.5 m[13]，溶液用量均設(shè)為75 L/hm2,作業(yè)時間為6∶00-9∶30；施藥噴霧氣象條件為：多云到晴、風(fēng)速小于0.76 m/s、氣溫低于28.1 ℃、空氣濕度高于72%，藥后96 h均未出現(xiàn)有效降水。各處理均設(shè)置3組重復(fù)，同時在林分條件相似的竹林設(shè)立對照區(qū)，以噴施等量的純凈水+助劑設(shè)為死亡率對照(ck3)。

2.2.5 霧滴圖像處理分析

在無人機噴霧結(jié)束2 h后立即收集各點的水敏紙，裝入封口袋并按采集點標(biāo)記區(qū)分。掃描儀逐一將水敏紙掃描為圖像，用霧滴分析軟件分析霧滴圖像，以獲取各接收點的霧滴分布和沉降狀況，計算霧滴密度變異系數(shù)。

霧滴密度變異系數(shù)(CV)=樣本的標(biāo)準(zhǔn)差(S)/平均霧滴量(X)×100%

2.2.6 幼蟲死亡率和數(shù)據(jù)分析處理

藥后每天定時統(tǒng)計各處理剛竹毒蛾幼蟲死亡情況，當(dāng)幼蟲死亡率超過95%時即可結(jié)束試驗，計算校正死亡率。

應(yīng)用Excel2010分析各處理試驗數(shù)據(jù)，用SPSS22.0軟件方差分析，用Duncan’s檢驗法分析各助劑間的差異顯著性。

3 結(jié)果與分析

3.1 霧滴檢測分析

表2為不同助劑及用量對霧滴沉降影響的分析結(jié)果。由表2可得，在添加助劑后，各點接收到的霧滴沉積狀況、霧滴分布有較大的提升。

表2 助劑及用量對霧滴沉降的影響Tab.2 Effect of different additives and dosage on droplet deposition

3.1.1 助劑對覆蓋密度影響

檢測結(jié)果表明，添加助劑可增加霧滴的覆蓋密度。以A點為例，無添加助處理的霧滴覆蓋密度為26.9個/cm2，添加90 mL/hm2的U伴、加加樂、紅雨燕、蜻蜓、航化寶等5種助劑的處理，其霧滴覆蓋密度分別為36.5、35.8、36.0、36.2、35.3 個/cm2，均較未添加助劑的處理有很大增加。方差分析結(jié)果顯示，添加助劑的處理與無添加助劑(ck2)處理間的霧滴覆蓋密度均有顯著差異，而添加5種助劑處理間的霧滴覆蓋密度均無差異顯著。表明助劑與霧滴的沉降密切相關(guān)，在噴霧藥液中加入助劑有助于提升霧滴在靶向區(qū)域的沉積。

從各接收點霧滴分布情況看，霧滴覆蓋密度與助劑用量密切相關(guān)，同一助劑不同用量在各點的覆蓋密度數(shù)值有較大差異。方差分析結(jié)果顯示，U伴、加加樂、紅雨燕、蜻蜓、航化寶等5種助劑的45、90、135 mL/hm2用量間的霧滴覆蓋密度差異顯著，而90 mL/hm2用量與135 mL/hm2用量間的霧滴覆蓋密度差異不顯著。表明90 mL/hm2和135 mL/hm2用量有助于提高霧滴的覆蓋密度，提升霧滴的沉降。

3.1.2 助劑對霧滴沉降率影響

霧滴檢測結(jié)果表明，霧滴沉降率與助劑及其用量密切相關(guān)。以B點為例，添加90 mL/hm2量的U伴、加加樂、紅雨燕、蜻蜓、航化寶等5種助劑的處理，其霧滴沉降率大致相同，分別為20.52%、20.11%、20.61%、20.15%、20.57%，無添加助處理的霧滴沉降率為11.71%，添加助劑與無添加助劑二者差別較大。同一助劑不同用量的霧滴沉降率亦有不同，以90 mL/hm2和135 mL/hm2用量的霧滴沉降率為最好。方差分析為，添加助劑與未添加助劑(ck2)處理間的霧滴沉降率均有顯著差異，而添加5種助劑處理之間的霧滴沉降率均無差異顯著。5種助劑的45 mL/hm2用量與90 mL/hm2、135 mL/hm2用量之間的霧滴沉降率差異顯著，而90 mL/hm2用量與135 mL/hm2用量之間的霧滴沉降率則無顯著差異。表明助劑與霧滴的沉降率密切相關(guān)，在噴霧藥液中加入助劑有助于提升霧滴在靶向區(qū)域的沉降，90 mL/hm2和135 mL/hm2的用量均有助于提高霧滴的沉降率。

3.1.3 助劑對霧滴密度變異系數(shù)的影響

霧滴密度變異系數(shù)的數(shù)值是表現(xiàn)霧滴在靶向區(qū)域均勻分布的程度。霧滴沉積分布越均勻，變異系數(shù)值越小。由表2可得，5種助劑的密度變異系數(shù)變化不大，但與無添加助劑的密度變異系數(shù)差異較大。不同助劑用量的密度變異系數(shù)變化較大。方差分析結(jié)果顯示，5種助劑的密度變異系數(shù)與未添加助劑(ck2)處理之間有顯著差異，5種助劑之間的密度變異系數(shù)差異不顯著；5種助劑的3種用量的密度變異系數(shù)之間存在差異，即45 mL/hm2用量與90 mL/hm2、135 mL/hm2用量之間差異顯著，90 mL/hm2與135 mL/hm2用量之間則無顯著差異。表明助劑與霧滴密度變異系數(shù)關(guān)系密切，在噴霧藥液中加入助劑有助于提升霧滴在靶向區(qū)域的均勻分布，90 mL/hm2和135 mL/hm2的用量均可使霧滴分布更均勻。

3.2 助劑對校正死亡率的影響

本研究根據(jù)航拍作業(yè)航線圖，運用大疆T20無人機開展林間噴霧防治剛竹毒蛾試驗，飛行作業(yè)參數(shù)為：定高6.5 m，航速2 m/s，噴施藥液量75 L/hm2；試驗結(jié)果見表3。由表3可知，添加助劑藥液的幼蟲校正死亡率明顯好于無添加助劑藥液，同一助劑不同用量的幼蟲校正死亡率也不同，以添加45 mL/hm2助劑的校正死亡率最差。方差分析結(jié)果顯示，添加5種助劑的幼蟲校正死亡率與無添加助劑(ck1)處理之間存在顯著差異，5種助劑之間的幼蟲校正死亡率無顯著差異；5種助劑的3種用量之間亦存在差異，45 mL/hm2用量與90 mL/hm2、135 mL/hm2用量的幼蟲校正死亡率之間有顯著差異，90 mL/hm2與135 mL/hm2用量之間則差異不顯著。表明無人機噴霧的幼蟲校正死亡率與藥液添加助劑關(guān)系密切，添加助劑可減少藥液霧滴的飄失，提升農(nóng)藥的防治效果。

表3 助劑對剛竹毒蛾防治效果的影響Tab.3 Effect of additives on control of Pantana phyllostachysae

4 結(jié)論與討論

研究結(jié)果表明，助劑對無人機噴霧霧滴的覆蓋密度、霧滴沉降率、霧滴密度變異系數(shù)及剛竹毒蛾幼蟲校正死亡率有較大影響。以90 mL/hm2的助劑添加量，其霧滴在林分中的飄失最少，霧滴的沉降率、覆蓋密度最高，密度變異系數(shù)最小，防治效果最理想。表明應(yīng)用無人機噴霧技術(shù)，在藥液加入適量助劑可大幅提升霧滴的沉降，提高噴霧效果。

噴霧效果的好壞取決于靶標(biāo)區(qū)域獲得藥量的多少，藥液獲得量即是藥后靶標(biāo)單位面積所沉積的數(shù)量，藥液在靶標(biāo)區(qū)域的沉積量取決于單位面積霧滴數(shù)量。結(jié)果表明，助劑對無人機噴霧霧滴飄移、分布均勻度影響較大，以在藥液中加入90 mL/hm2的助劑霧滴沉積分布為最好，助劑可提升霧化效果，提高霧滴沉降率。

助劑可降低霧滴漂移，提升霧滴附著力和吸收效果[21]。本研究在藥液中添加5種助劑，對比分析不同助劑下無人機噴霧霧滴沉積分布情況及林間藥效，結(jié)果表明，助劑可增加藥劑溶液的黏度，降低表面張力，提高霧滴附著性能，增加霧滴沉積量，減少藥液的飄移，進而提升噴霧效果。這一結(jié)果與前人報道的結(jié)論一致[22-24]。

無人機噴霧解決了南方林區(qū)各種復(fù)雜自然條件給施藥帶來的困難，攻克了傳統(tǒng)施藥技術(shù)因工效低、成本高、勞動強度大所產(chǎn)生的難題，實現(xiàn)了林業(yè)噴霧施藥技術(shù)的科技創(chuàng)新，為丘陵山地噴霧施肥施藥提供了可復(fù)制、可推廣的模式[25-26]。本研究探究了助劑對無人機霧滴飄移沉降的影響，明確了藥液添加助劑最適用量，解決了限制無人機噴霧技術(shù)推廣應(yīng)用的問題，可供各地在采用無人機噴霧時借鑒。