不同助剂对无人机喷雾雾滴在竹林中沉降和飘移的影响
时间：2023-06-13 09:50:32 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
许春枝 洪宜聪 罗宝仙 刘化桐 朱祥锦 郭宝宝
(1 福建省三明市林业科技推广中心 福建三明 365000；
2 福建省三明市沙县区林业局 福建三明 365050；
3 福建省三明市沙县区生态国有林场 福建三明 365050；
4 福建省邵武市林业局，福建南平 354000；
5 福建省政和县林业科学技术推广中心 福建南平 353600；
6 福建省三明市三元区洋溪林业工作站 福建三明 365000)
随着林业科技水平的飞速发展，无人机喷雾技术已在林业施药生产中推广应用。福建三明三元区开展了无人机喷雾防治黄脊竹蝗成虫的实践[1]，福建闽清比较了无人机喷施5种生物农药对黛袋蛾幼虫的防治效果[2]，福建政和评价了无人机喷施5种生物农药防治竹镂舟蛾幼虫的效果[3]。雾滴在靶标区域的沉积量决定着喷雾的效果，因此无人机喷雾雾滴的沉降和飘移对其喷雾质量产生着重要影响。相关研究表明，无人机喷雾大约有25%的雾滴会漂移到非靶标区域，对周边区域的生物和环境产生不良影响[4]，尤其是除草剂、杀虫菌剂，其漂移将严重影响非靶标区域的植物生长；
同时，雾滴的沉积与飘移还将影响无人机喷雾的作业效率、喷雾费用和喷雾效果。因此，雾滴的漂移和蒸发问题严重阻碍了无人机喷雾技术的推广应用。如何解决无人机在林业领域喷雾雾滴飘移的问题，目前国内外尚未有相关报道。解决无人机喷雾雾滴漂移问题已成为应用推广该项技术急需突破的科学问题。
助剂为影响喷雾雾滴漂移的重要因素，通过添加助剂可改变溶液的雾化性质[5]，进而有助于解决无人机喷雾雾滴飘移问题。为明确助剂及其用量对雾滴沉积分布和防效的影响程度，破解无人机喷雾关键技术，构建林业领域应用无人机喷雾技术体系，项目组于2021年在福建三明市沙县区建立试验林，采用在喷雾溶液中加入不同用量的5种助剂，分析对比不同助剂及其用量的雾滴覆盖密度、沉降率及密度变异系数等雾滴沉积参数，探究助剂在抗漂移效果方面的表现；
并选用4%鱼藤酮乳油、1.5%苦参碱可溶液和1.2%烟碱·苦参碱乳油等3种植物源农药，分析添加不同助剂对防治效果的影响，以期明确助剂对雾滴漂移的影响程度，为优化抗漂移助剂提供数据和理论依据，进而为林业生产中控制喷雾漂移提供科学参考。
福建省三明市沙县区位于福建省中部偏北(北纬26°06′-26°41′，东经117°32′-118°06′)，年均气温18.6 ℃，年均降水量1 820 mm，为亚热带季风气候。项目试验区位于大洛、高桥、富口等乡镇，试验区内主要树种为毛竹，林分郁闭度0.7，主要伴生树种为杉木(Cunninghamialanceolata)、米槠(Castanopsiscarlesii)、马尾松(Pinusmassoniana)和苦槠(Castanopsissclerophylla)等。林下主要植被为地菍(Melastomadodecandrum)、紫萼(Hostaventricosa)、迎春(Jasminumnudiflorum)、杜鹃(Rhododendronsimsii)和淡竹叶(Lophatherumgracile)等[6-9]，试验区面积182.2 hm2，3龄刚竹毒蛾(Pantanaphyllostachysae)幼虫为靶标昆虫，虫口密度为67～105头/株，有虫株率为62%～83%。试验林分的基本情况见表1。
表1 试验林分基本情况Tab.1 The basic condition of the test stand
2.1 试验用材
2.1.1 靶标昆虫
在野外竹林采摘刚竹毒蛾卵块，将其置于培养箱[T=(26±1)℃，RH=72%，L∶D=14 h∶10 h]，孵化为幼虫后，用新鲜毛竹叶片(采用纯净水洗净并晾干)喂养，幼虫饲养至3龄后，挑选个体相近且健康的幼虫，以虫笼分装备试。
2.1.2 试验仪器与农药
1) 仪器。大疆T20无人机(额载15 L，8个扇形雾化喷头，雾化压力0.2～0.4 MPa，采用SX110015VS喷嘴，深圳市大疆创新科技有限公司)；
大疆精灵4RTK航测无人机(深圳大疆创新科技有限公司)；
卡纸架；
水敏纸(规格为35 mm × 110 mm，重庆六六山下植保科技有限公司)；
华谊PM6252A风速仪(深圳市新华谊仪表有限公司)；
希玛AS817手持式温湿度计(东莞万创电子制品有限公司)。
2) 试验农药。为内蒙古帅旗生物科技股份有限公司提供的1.5%苦参碱可溶液、1.2%烟碱·苦参碱乳油(苦参碱含量0.7%、烟碱含量0.5%)；
河北天顺生物公司提供的4%鱼藤酮乳油。3种农药均具有触杀和胃毒作用。
3) 试验辅助剂。U伴飞防专用助剂(北京广源益农化学有限责任公司)；
加加乐飞防专用助剂(河南摩尔水溶肥料有限公司)；
红雨燕低容量喷洒专用助剂(油性版)(深圳雨燕智能科技服务有限公司)；
航化宝飞防专用助剂(济南绿赛化工有限公司)；
蜻蜓飞来飞防专用增效剂(江苏克胜集团股份有限公司)。在下文中分别简称为U伴、加加乐、红雨燕、航化宝、蜻蜓。
2.2 研究方法
2.2.1 试验设计
在预定雾滴检测的试验林中，沿无人机喷雾作业中线每间隔10 m(中线两端以彩旗设置标识)，向两侧以2.5、3.0、3.5 m 等距离设置3个雾滴接收点，分别以A、B、C表示，共设10个间隔段。各接收点均在竹冠的中部设置专用的卡纸架，在无人机喷雾作业前 2 h，将雾滴测试卡水平安放于卡纸架，各处理均设置3组重复[10-11]。
在大洛镇等地发生刚竹毒蛾幼虫为害竹林，采用大疆航测无人机对拟作业区进行航拍，无人机飞行作业高度设为6.5 m，喷幅设为6.0 m[12-13]，绘制好施药区无人机作业航线图。以“对角线”在拟施药竹林建立面积为0.067 hm2的标准地，于标准地内随机选取20株标准竹，在选定的标准枝上套笼，防治作业前以20头/笼为标准在套笼内放入刚竹毒蛾幼虫。
2.2.2 农药浓度设置和助剂添加
用纯净水以体积比将3种农药分别配制为适当的浓度，4%鱼藤酮乳油设为1 000倍液[14-16]，1.2%烟碱·苦参碱乳油和1.5%苦参碱可溶液均设为1 500倍液[17-20]。
在各药液中均以拟喷雾面积分别加入45、90、135 mL/hm2的U伴、加加乐、红雨燕、航化宝、蜻蜓等5种飞防专用助剂，以不添加助剂的药液为对照(ck1)，各处理均设置3组重复。
2.2.3 雾滴检测
试验选用SX110015VS喷嘴，水泵雾化压力为0.2～0.4 MPa，纯净水为模拟药液，以拟喷雾面积分别在模拟药液中加入45、90、135 mL/hm2的U伴、加加乐、红雨燕、航化宝、蜻蜓等5种飞防专用助剂，以不添加助剂的溶液为对照(ck2)，各处理均设置3组重复。
2021年6月7—9日开展无人机雾滴测定试验，作业航速2 m/s[12]，定高6.5 m[13]，溶液用量均设为75 L/hm2，作业时间为7∶30-8∶30(多云到晴)，作业时气象条件为气温低于25.6 ℃、风速小于0.73m/s、湿度70%～75%。
2.2.4 野外喷雾防治试验
2021年6月13—15日，运用无人机在大洛镇后溪村等地进行喷雾防治刚竹毒蛾试验，无人机喷雾作业航速2 m/s[12]，定高6.5 m[13]，溶液用量均设为75 L/hm2,作业时间为6∶00-9∶30；
施药喷雾气象条件为：多云到晴、风速小于0.76 m/s、气温低于28.1 ℃、空气湿度高于72%，药后96 h均未出现有效降水。各处理均设置3组重复，同时在林分条件相似的竹林设立对照区，以喷施等量的纯净水+助剂设为死亡率对照(ck3)。
2.2.5 雾滴图像处理分析
在无人机喷雾结束2 h后立即收集各点的水敏纸，装入封口袋并按采集点标记区分。扫描仪逐一将水敏纸扫描为图像，用雾滴分析软件分析雾滴图像，以获取各接收点的雾滴分布和沉降状况，计算雾滴密度变异系数。
雾滴密度变异系数(CV)=样本的标准差(S)/平均雾滴量(X)×100%
2.2.6 幼虫死亡率和数据分析处理
药后每天定时统计各处理刚竹毒蛾幼虫死亡情况，当幼虫死亡率超过95%时即可结束试验，计算校正死亡率。
应用Excel2010分析各处理试验数据，用SPSS22.0软件方差分析，用Duncan’s检验法分析各助剂间的差异显著性。
3.1 雾滴检测分析
表2为不同助剂及用量对雾滴沉降影响的分析结果。由表2可得，在添加助剂后，各点接收到的雾滴沉积状况、雾滴分布有较大的提升。
表2 助剂及用量对雾滴沉降的影响Tab.2 Effect of different additives and dosage on droplet deposition
3.1.1 助剂对覆盖密度影响
检测结果表明，添加助剂可增加雾滴的覆盖密度。以A点为例，无添加助处理的雾滴覆盖密度为26.9个/cm2，添加90 mL/hm2的U伴、加加乐、红雨燕、蜻蜓、航化宝等5种助剂的处理，其雾滴覆盖密度分别为36.5、35.8、36.0、36.2、35.3 个/cm2，均较未添加助剂的处理有很大增加。方差分析结果显示，添加助剂的处理与无添加助剂(ck2)处理间的雾滴覆盖密度均有显著差异，而添加5种助剂处理间的雾滴覆盖密度均无差异显著。表明助剂与雾滴的沉降密切相关，在喷雾药液中加入助剂有助于提升雾滴在靶向区域的沉积。
从各接收点雾滴分布情况看，雾滴覆盖密度与助剂用量密切相关，同一助剂不同用量在各点的覆盖密度数值有较大差异。方差分析结果显示，U伴、加加乐、红雨燕、蜻蜓、航化宝等5种助剂的45、90、135 mL/hm2用量间的雾滴覆盖密度差异显著，而90 mL/hm2用量与135 mL/hm2用量间的雾滴覆盖密度差异不显著。表明90 mL/hm2和135 mL/hm2用量有助于提高雾滴的覆盖密度，提升雾滴的沉降。
3.1.2 助剂对雾滴沉降率影响
雾滴检测结果表明，雾滴沉降率与助剂及其用量密切相关。以B点为例，添加90 mL/hm2量的U伴、加加乐、红雨燕、蜻蜓、航化宝等5种助剂的处理，其雾滴沉降率大致相同，分别为20.52%、20.11%、20.61%、20.15%、20.57%，无添加助处理的雾滴沉降率为11.71%，添加助剂与无添加助剂二者差别较大。同一助剂不同用量的雾滴沉降率亦有不同，以90 mL/hm2和135 mL/hm2用量的雾滴沉降率为最好。方差分析为，添加助剂与未添加助剂(ck2)处理间的雾滴沉降率均有显著差异，而添加5种助剂处理之间的雾滴沉降率均无差异显著。5种助剂的45 mL/hm2用量与90 mL/hm2、135 mL/hm2用量之间的雾滴沉降率差异显著，而90 mL/hm2用量与135 mL/hm2用量之间的雾滴沉降率则无显著差异。表明助剂与雾滴的沉降率密切相关，在喷雾药液中加入助剂有助于提升雾滴在靶向区域的沉降，90 mL/hm2和135 mL/hm2的用量均有助于提高雾滴的沉降率。
3.1.3 助剂对雾滴密度变异系数的影响
雾滴密度变异系数的数值是表现雾滴在靶向区域均匀分布的程度。雾滴沉积分布越均匀，变异系数值越小。由表2可得，5种助剂的密度变异系数变化不大，但与无添加助剂的密度变异系数差异较大。不同助剂用量的密度变异系数变化较大。方差分析结果显示，5种助剂的密度变异系数与未添加助剂(ck2)处理之间有显著差异，5种助剂之间的密度变异系数差异不显著；
5种助剂的3种用量的密度变异系数之间存在差异，即45 mL/hm2用量与90 mL/hm2、135 mL/hm2用量之间差异显著，90 mL/hm2与135 mL/hm2用量之间则无显著差异。表明助剂与雾滴密度变异系数关系密切，在喷雾药液中加入助剂有助于提升雾滴在靶向区域的均匀分布，90 mL/hm2和135 mL/hm2的用量均可使雾滴分布更均匀。
3.2 助剂对校正死亡率的影响
本研究根据航拍作业航线图，运用大疆T20无人机开展林间喷雾防治刚竹毒蛾试验，飞行作业参数为：定高6.5 m，航速2 m/s，喷施药液量75 L/hm2；
试验结果见表3。由表3可知，添加助剂药液的幼虫校正死亡率明显好于无添加助剂药液，同一助剂不同用量的幼虫校正死亡率也不同，以添加45 mL/hm2助剂的校正死亡率最差。方差分析结果显示，添加5种助剂的幼虫校正死亡率与无添加助剂(ck1)处理之间存在显著差异，5种助剂之间的幼虫校正死亡率无显著差异；
5种助剂的3种用量之间亦存在差异，45 mL/hm2用量与90 mL/hm2、135 mL/hm2用量的幼虫校正死亡率之间有显著差异，90 mL/hm2与135 mL/hm2用量之间则差异不显著。表明无人机喷雾的幼虫校正死亡率与药液添加助剂关系密切，添加助剂可减少药液雾滴的飘失，提升农药的防治效果。
表3 助剂对刚竹毒蛾防治效果的影响Tab.3 Effect of additives on control of Pantana phyllostachysae
研究结果表明，助剂对无人机喷雾雾滴的覆盖密度、雾滴沉降率、雾滴密度变异系数及刚竹毒蛾幼虫校正死亡率有较大影响。以90 mL/hm2的助剂添加量，其雾滴在林分中的飘失最少，雾滴的沉降率、覆盖密度最高，密度变异系数最小，防治效果最理想。表明应用无人机喷雾技术，在药液加入适量助剂可大幅提升雾滴的沉降，提高喷雾效果。
喷雾效果的好坏取决于靶标区域获得药量的多少，药液获得量即是药后靶标单位面积所沉积的数量，药液在靶标区域的沉积量取决于单位面积雾滴数量。结果表明，助剂对无人机喷雾雾滴飘移、分布均匀度影响较大，以在药液中加入90 mL/hm2的助剂雾滴沉积分布为最好，助剂可提升雾化效果，提高雾滴沉降率。
助剂可降低雾滴漂移，提升雾滴附着力和吸收效果[21]。本研究在药液中添加5种助剂，对比分析不同助剂下无人机喷雾雾滴沉积分布情况及林间药效，结果表明，助剂可增加药剂溶液的黏度，降低表面张力，提高雾滴附着性能，增加雾滴沉积量，减少药液的飘移，进而提升喷雾效果。这一结果与前人报道的结论一致[22-24]。
无人机喷雾解决了南方林区各种复杂自然条件给施药带来的困难，攻克了传统施药技术因工效低、成本高、劳动强度大所产生的难题，实现了林业喷雾施药技术的科技创新，为丘陵山地喷雾施肥施药提供了可复制、可推广的模式[25-26]。本研究探究了助剂对无人机雾滴飘移沉降的影响，明确了药液添加助剂最适用量，解决了限制无人机喷雾技术推广应用的问题，可供各地在采用无人机喷雾时借鉴。
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