植保無人機對大豆玉米帶狀復合種植播后苗前噴霧的霧滴沉積特性及除草效果

摘要

為明確適合應對大豆玉米帶狀復合種植雜草發(fā)生特點的植保無人機作業(yè)參數， 本文采用兩因素三水平試驗設計， 探究不同噴液量和霧滴粒徑下的藥液沉積效果及對雜草防效。結果表明， 當噴液量一定時， 200～400 μm范圍內， 粒徑越大， 霧滴覆蓋率和沉積量也隨之增大， 而霧滴密度隨之減小， 雜草防效提高;當霧滴粒徑一定時， 噴液量越大， 霧滴覆蓋率、密度和沉積量都隨之增大， 雜草防效也提高。當噴液量為45.0 L/hm2、粒徑400 μm時， 防效最高， 40%砜吡草唑SC 375 mL/hm2+480 g/L嗪草酮SC 600 mL/hm2處理后20 d， 對禾本科和闊葉類雜草的株防效分別可達98.88%和100.00%， 藥后35 d， 對禾本科和闊葉類雜草的株防效分別為97.62%和75.56%， 鮮重防效分別為98.92%和99.02%。因此， 在利用植保無人機對大豆玉米帶狀復合種植田進行播后苗前除草時， 適當增大噴液量和霧滴粒徑， 有利于提高除草效果。

關鍵詞

植保無人機;" 大豆玉米帶狀復合種植;" 雜草防效;" 霧滴沉積特性

中圖分類號：

S 252.3

文獻標識碼：" B

DOI：" 10.16688/j.zwbh.2024044

收稿日期：" 20240123 """修訂日期：" 20240319

基金項目：

亞洲生物技術協作網、國家科技攻關項目（2004BA525B04）;四川省教育廳青年基金

項目（2002A001）

致" 謝：" 參加本試驗部分工作的還有江代禮、譚翰杰、張能和紀燁斌等同學，特此一并致謝。

* 通信作者

E-mail：

t18864805655@163.com

#

為并列第一作者

Droplets deposition of herbicide by plant-protection UAV and control effect in soybean-maize strip intercropping after sowing and before seedling

ZHANG Lusheng1，" YU Xiaoqing2，" SHAO Yuli3，" JIN Zongting1，" ZHOU Jiangming4，" CHANG Huihong1，XIE Yingjie1，" HAN Xiaowei4，" HE Chuan3，" TIAN Xuehui4*

（1. Binzhou Agricultural Technology Promotion Center， Binzhou" 256600， China; 2. Shandong Agricultural

Technology Promotion Center， Jinan" 250000， China; 3. Agricultural Technology Promotion Center in Bincheng

District， Binzhou" 256600， China; 4. Binzhou Academy of Agricultural Sciences， Binzhou" 256600， China）

Abstract

This study aimed to determine suitable operation parameters for plant-protection unmanned aerial vehicles （UAVs） in managing weeds within soybean-maize strip intercropping systems. Using a two-factor， three-level experimental design， the effect of various spray volumes and droplet sizes on droplet deposition and weed control efficiency were examined. The results showed that under a fixed spray volume， increased droplet size （200-400 μm） improved both droplet coverage and deposition while reducing droplet density and enhancing weed control. For a constant droplet size， higher spray volumes increased coverage， density and deposition， leading to better control effect. Optimal results were achieved with a spray volume of 45.0 L/hm2 and a droplet size of 400 μm. Twenty days post-application of 40% pyroxasulfone SC （375 mL/hm2） and 480 g/L SC metribuzin （600 mL/hm2）， control effectiveness on gramineous and broad-leaved weeds reached 98.88% and 100.00%， respectively. After 35 days， control effectiveness on gramineous and broad-leaved weeds was 97.62% and 75.56%， respectively， and by fresh weight was 98.92% and 99.02%. Therefore， increasing spray volume and droplet size can thus enhance weed control when using UAVs for post-sowing， pre-emergence herbicide applications in soybean-maize strip intercropping systems.

Key words

plant-protection UAV;" soybean-maize strip intercropping;" weed control effect;" droplets deposition

大豆玉米帶狀復合種植可以提高土地、光能、養(yǎng)分及水分等資源的利用率， 改善土壤肥力， 提高群體產量和整體經濟效益［13］， 然而復合種植田雜草種類多、生長快、防治困難， 且除草劑選擇、作物安全性評價等方面的研究尚不完善， 雜草成為制約大豆、玉米產量和質量的重要因素［45］。當前播后苗前封閉處理是大豆玉米帶狀復合種植雜草防控的重要方式， 合理使用除草劑有助于為作物生長發(fā)育提供良好的環(huán)境， 提高作物產量和質量［6］。

在農業(yè)機械化迅速發(fā)展的趨勢下， 植保無人機采用低容量噴霧， 具有作業(yè)效率高、作物安全性好、農藥利用率高等優(yōu)點［78］， 目前已被廣泛應用于小麥、玉米、水稻、茶樹和棗樹等病蟲草害的防治［914］。范明洪等［15］研究了植保無人機低容量噴霧對玉米田雜草的霧滴沉積特性及雜草防效;劉益含等［16］研究了植保無人機變量施藥對水稻田雜草的霧滴沉積特性;韓沖沖等［17］研究了植保無人機飛行高度對霧滴在水稻群體內的沉積分布情況以及霧滴大小對水稻紋枯病與稻瘟病防效的影響。大量研究均表明無人機作業(yè)過程中受飛行參數、作業(yè)環(huán)境等因素的影響， 其噴霧質量與防治效果差異較大［18］， 但目前對無人機防除大豆玉米帶狀復合種植田雜草效果尚未見報道， 因此本文針對植保無人機對大豆玉米帶狀復合種植播后苗前噴霧的霧滴沉積特性及除草效果展開研究。

砜吡草唑為異噁唑類除草劑， 可抑制植株內超長鏈脂肪酸的生物合成， 對玉米田常見雜草殺草譜廣、活性高， 對供試玉米植株安全［1920］;嗪草酮為三嗪類傳導型選擇性除草劑， 可抑制植株體內脂肪酸的合成和光合作用， 在大豆田播后苗前土壤處理可有效防除一年生闊葉雜草和部分禾本科雜草［21］。本文結合大豆玉米帶狀復合種植除草劑相關技術要求［22］， 以40%砜吡草唑和480 g/L嗪草酮為供試藥劑， 系統(tǒng)研究了植保無人機在200、300 μm和400 μm 3種霧滴粒徑和22.5、30.0 L/hm2和45.0 L/hm2 3種噴液量下的霧滴覆蓋率、霧滴密度和沉積量， 分析霧滴在土壤中的沉積效果和對雜草的防效， 旨在為植保無人機作業(yè)性能提升及參數優(yōu)化、應用植保無人機防治大豆玉米帶狀復合種植田雜草提供理論依據。

1" 材料與方法

1.1" 試驗材料

供試品種： 大豆品種為‘齊黃34’， 玉米品種為‘迪卡1820’。

供試藥劑： 40%砜吡草唑懸浮劑， 上海群力化工有限公司;480 g/L嗪草酮懸浮劑，江蘇瑞邦農化股份有限公司。

供試機械：大疆T50植保無人機，型號3WWDZ-40B，機身編碼：63YDL29001TUG2，飛行高度2 m，飛行速度5 m/s，噴幅5 m。

1.2" 試驗條件

試驗于2023年6月21日15時至20時在濱州市濱城區(qū)三河湖鎮(zhèn)大營劉村（37°31′N， 117°51′E）進行。大豆玉米帶狀復合種植模式為4∶4， 大豆行距40 cm， 株距8 cm， 玉米行距60 cm， 株距12 cm， 大豆帶和玉米帶間隔70 cm。6月21日播種， 前茬為小麥， 播種前淺耕滅茬。試驗區(qū)天氣晴間多云， 西南風1～2級， 氣溫27～36℃。6月20日晚有一次降雨過程， 降水量11 mm， 6月22日監(jiān)測0～20 cm土層土壤相對含水量平均為62.05%。

1.3" 試驗方法

本試驗所用除草劑為40%砜吡草唑SC 375 mL/hm2+480 g/L嗪草酮SC 600 mL/hm2， 使用85%誘惑紅現場配制為5‰的水溶液作為示蹤劑進行噴施試驗。試驗采用兩因素三水平試驗設計， 設置3個霧滴粒徑， 分別為200、300 μm和400 μm， 3個噴液量， 分別為22.5、30.0 L/hm2和45.0 L/hm2。共9個藥劑處理， 每處理400 m2（10 m×40 m）， 處理之間設置10 m×40 m的隔離區(qū)， 另設清水對照區(qū)（CK）， 共10個處理。在每個處理小區(qū)中間設置3條采樣帶， 相鄰采樣帶間隔10 m， 每條采樣帶中間設置5個采樣點， 相鄰采樣點間隔1 m （圖1）。每個采樣點放置一個夾有卡羅米特紙卡的豎直采樣桿， 并使紙卡正面水平向上， 充分暴露無遮擋， 做好標記， 以便準確獲取霧滴沉積情況。

將紙卡收集于自封袋中， 在600 dpi分辨率下進行掃描， 采用DepositScan軟件進行圖像處理， 獲取無人機噴藥后的霧滴密度、覆蓋率、沉積量等參數。本文采用變異系數（coefficient of variation，

CV）評價無人機噴藥后藥液沉積的均勻性。

CV=SX-×100%；

S=∑ni=1（Xi－X-）2/（n－1）。

S為同組試驗采集樣本標準差， Xi為各采樣點沉積量， X-為各組采樣點沉積量平均值， n為各組試驗采樣點數。

1.4" 調查指標

1.4.1" 雜草防效

每小區(qū)隨機5點取樣， 每點1 m2， 按禾本科雜草、闊葉雜草和莎草科雜草3種類型調查， 記錄雜草種群量。分別于施藥后20、35 d調查各小區(qū)雜草種類、株數， 計算株防效， 藥后35 d稱取雜草鮮重， 計算鮮重防效。

根據調查數據， 按照下列公式計算防治效果：

E=（X0-X1）/X0×100%。

其中， E為防治效果， X0為空白對照區(qū)活草數（或鮮重）， X1為藥劑處理區(qū)活草數（或鮮重）。

1.4.2" 作物安全性調查

玉米、大豆均出苗后及藥后7、15、30 d每小區(qū)5點取樣， 每點1 m2， 調查不同處理區(qū)的大豆、玉米出苗率及生長發(fā)育情況， 觀察是否有藥害癥狀出現。

1.5" 數據處理與分析

采用Excel 2021和SPSS 26.0軟件對試驗數據進行統(tǒng)計分析， 應用Duncan氏新復極差法進行差異顯著性檢驗。

2" 結果與分析

2.1" 無人機不同作業(yè)參數對霧滴沉積特性的影響

2.1.1" 不同噴液量及霧滴粒徑對霧滴覆蓋率的影響

不同噴液量及霧滴粒徑下的霧滴覆蓋率如圖2所示， 覆蓋率受噴液量和霧滴粒徑的影響而表現出較大差異。相同噴液量時， 覆蓋率隨霧滴粒徑的增大而增大;同一粒徑下， 覆蓋率隨噴液量的增大而增大。其中， 當噴液量為45.0 L/hm2、粒徑為400 μm時， 覆蓋率最大， 為13.82%， 當噴液量為22.5 L/hm2、粒徑為200 μm時， 覆蓋率最小，僅為4.10%， 二者之間差異顯著。

2.1.2" 不同噴液量及霧滴粒徑對霧滴密度的影響

霧滴密度與噴液量、霧滴粒徑等參數密切相關，當噴液量一定時，隨著粒徑的增加霧滴密度減小，當霧滴粒徑一定時，密度隨噴液量的增大而增大，如圖3所示，當噴液量為45.0 L/hm2、粒徑200 μm時，霧滴密度最大，為97.77個/cm2，當噴液量為22.5 L/hm2、粒徑為400 μm時，霧滴密度最小，為45.62個/cm2，較前者顯著降低53.34%。

2.1.3" 不同噴液量及霧滴粒徑對沉積量及其變異系數的影響

噴液量和粒徑不同， 沉積量也有較大差異。如圖4所示， 噴液量一定時， 沉積量隨著粒徑的增大而增大， 22.5、30.0、45.0 L/hm2 3種不同噴液量下， 沉積量隨噴液量的增加而增加， 當噴液量為22.5 L/hm2、霧滴粒徑為200 μm時， 沉積量僅為0.20 μL/cm2， 當噴液量為45.0 L/hm2、霧滴粒徑為400 μm時， 沉積量為1.36 μL/cm2， 顯著高于噴液量22.5 L/hm2的3個處理。當噴液量為22.5 L/hm2、霧滴粒徑為200 μm時， 變異系數最小， 為33.33%， 除草劑霧滴沉積分布最均勻， 當噴液量為45.0 L/hm2、霧滴粒徑為400 μm時， 霧滴沉積分布均勻性最差， 變異系數達77.21%。可見無人機施藥均勻性有待進一步提高。

2.2" 不同噴液量及霧滴粒徑對雜草防效的影響

不同處理對雜草的防效調查結果如表1所示， 結果表明40%砜吡草唑SC 375 mL/hm2+480 g/L嗪草酮SC 600 mL/hm2播后苗前土壤處理可有效防除復合種植田一年生禾本科雜草和闊葉類雜草。無人機不同噴液量和霧滴粒徑對雜草的防效有差異， 由方差分析結果可知， 噴液量對禾本科雜草株防效有極顯著影響， 對闊葉類雜草藥后20 d的株防效有顯著影響， 霧滴粒徑對雜草株防效和鮮重防效影響均不顯著，噴液量與霧滴粒徑之間互作對防效無顯著影響。

2.2.1" 藥后20 d防效

藥后20 d， 各處理除草劑均有不同程度的防除效果， 雜草數量顯著低于清水對照， 對禾本科雜草

的株防效為89.41%～98.88%， 對闊葉類雜草的株防效為39.67%～100.00%， 且防效隨噴液量的增大而提高， 當噴液量一定時， 防效隨霧滴粒徑的增大而提高， 當噴液量為45.0 L/hm2、粒徑為400 μm時， 對雜草的防效最高， 對禾本科和闊葉類雜草的株防效分別可達98.88%和100.00%。

2.2.2" 藥后35 d防效

藥后35 d，防效較藥后20 d有所下降。對禾本科雜草的株防效在74.54%～97.62%， 鮮重防效在92.67%～98.92%， 對闊葉類雜草的株防效在49.89%～75.56%， 鮮重防效在72.07%～99.02%。不同噴液量和霧滴粒徑對雜草防效的影響與藥后20 d基本一致， 防效隨噴液量的增大而提高， 在噴液量一定時， 防效隨粒徑的增大而提高， 當噴液量為45.0 L/hm2、粒徑為400 μm時， 對雜草的防效最高， 對禾本科和闊葉類雜草的株防效分別為97.62%和75.56%， 鮮重防效分別為98.92%和99.02%。

2.3" 作物安全性

試驗期間調查， 未發(fā)現各處理對大豆和玉米產生明顯藥害。

3" 結論與討論

植保無人機在病蟲草害防治方面發(fā)揮著重要作用， 其作業(yè)質量與防治效果密切相關， 通?？梢杂渺F滴覆蓋密度、霧滴粒徑、沉積量及分布均勻度等指標來評價無人機作業(yè)質量［2324］。本文通過設置無人機不同噴液量和霧滴粒徑研究霧滴在大豆玉米帶狀復合種植田的沉積特性及其對雜草防效的影響， 結果表明， 當噴液量一定時， 霧滴覆蓋率和沉積量隨霧滴粒徑的增大而增大， 而霧滴密度隨之減小， 當粒徑一定時， 霧滴覆蓋率、沉積量和霧滴密度均隨噴液量的增大而增大， 這與范明洪等［15］、孫濤等［25］的研究結果一致， 表明適當提高噴液量， 可以增加霧滴的沉積效果， 提高無人機作業(yè)質量。

霧滴沉積的均勻性對于優(yōu)化農藥施用至關重要［26］， 變異系數在一定程度上反映了噴霧的均勻性［27］。從本文變異系數結果可以看出， 植保無人機噴霧的均勻性還有待提高， 變異系數在33.33%～77.21%， 分析其原因主要為采集點是在試驗區(qū)隨機選擇， 同時， 植保無人機自動飛行導致流量實時變化， 霧滴沉積均勻性也會隨之較差［28］， 加之自然風的影響會導致較小霧滴發(fā)生飄移和蒸發(fā)， 進而影響霧滴沉積的均勻性［2930］。因此， 有必要采取措施提高液滴沉積的均勻性來提高防控效果。

何勇等［31］的研究表明， 藥劑與靶標之間接觸的概率越大， 防效越高;袁會珠等［32］的研究發(fā)現， 霧滴密度隨噴液量的增加呈增加趨勢， 一般觸殺性藥劑隨著霧滴沉積密度的增加， 防治效果也增加;本文結果也表明， 隨噴液量的增大， 霧滴覆蓋率、沉積量和密度均增大， 增加了藥劑與靶標的接觸概率， 同時試驗前降水增加了土壤濕度， 適宜的土壤濕度可以降低土壤表層除草劑的流失， 提高除草劑在土壤中的分散， 促進封閉除草劑藥膜的形成， 最終促進除草劑藥效的發(fā)揮［33］。前人針對莖葉噴霧處理除草劑的霧滴沉積特性與防效之間關系的研究中發(fā)現， 在一定施藥量下， 防治效果會隨著霧滴粒徑的減小而增加［3435］， 而本文研究土壤封閉處理除草劑霧滴沉積特性與防效的關系中發(fā)現與之不同的結果， 霧滴粒徑在200～400 μm之間對除草效果沒有顯著影響， 但當施藥量一定時， 采用較大霧滴粒徑， 除草劑藥效更高， 研究表明霧滴密度越大， 防效越高［36］， 本文中雖然霧滴密度隨粒徑的增大而減小， 但霧滴粒徑增大， 一方面飄移和蒸發(fā)量減少［37］， 霧滴在整個土壤靶區(qū)內覆蓋率和沉積量都增加， 另一方面大霧滴對土壤滲透率較大， 從而有較好的土壤封閉作用。但噴液量和粒徑應在適宜范圍內不宜過高， 究其原因， 超過一定的噴液量和粒徑不僅會造成環(huán)境污染， 而且降低農藥利用率，不利于提高防治效果。

綜上， 40%砜吡草唑SC 375 mL/hm2+480 g/L嗪草酮SC 600 mL/hm2播后苗前土壤處理對大豆玉米帶狀復合種植田雜草防效優(yōu)異， 在使用植保無人機對大豆玉米帶狀復合種植田播后苗前除草時， 建議適當增加噴液量和霧滴粒徑以提高除草劑藥效， 具體還應根據施藥環(huán)境、施藥時期、無人機飛行高度、速度、噴幅等選定適宜的作業(yè)參數， 提高防治效果。

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（責任編輯：田" 喆）