不同施藥器械噴施棉花脫葉催熟劑的效果比較

王愛玉，薛超，馬亞杰，張蕓，張建華，杜昌春，段愛玲，楊媛雪，馬艷*，趙鳴*

（1. 山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所，山東 濟(jì)南 250100；2. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所，河南 安陽(yáng) 455000；3. 巨野縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，山東 巨野 274900）

為方便機(jī)械采摘，在棉花成熟后期需要噴施脫葉催熟劑，以促進(jìn)棉花葉片脫落、集中吐絮。新疆是我國(guó)的主要植棉區(qū)，當(dāng)?shù)囟嗖捎脟婌F機(jī)噴施脫葉催熟劑。 與傳統(tǒng)人工噴藥方式相比，噴霧機(jī)噴藥極大地提高了工作效率，但作業(yè)前仍需人工分行，且作業(yè)期間機(jī)械在田間行走及在地頭轉(zhuǎn)彎時(shí)，會(huì)不可避免地對(duì)棉花造成機(jī)械損傷。

飛防技術(shù)最早起源于歐美，但當(dāng)時(shí)主要由專業(yè)駕駛員駕駛飛機(jī)進(jìn)行作業(yè)；日本是無人機(jī)飛防技術(shù)最成熟、發(fā)展最迅速的國(guó)家；我國(guó)無人機(jī)飛防技術(shù)研究起步較晚，但發(fā)展勢(shì)頭迅猛。 2010 年我國(guó)首次出現(xiàn)無人機(jī)飛防的報(bào)道，2015 年底投入使用的農(nóng)用無人機(jī)超過3 000 臺(tái)[1]，2019 年累計(jì)銷售農(nóng)用無人機(jī)3 萬臺(tái)，2020 年累計(jì)銷售6 萬臺(tái)，農(nóng)用無人機(jī)保有量達(dá)11 萬臺(tái)[2-3]。農(nóng)用無人機(jī)作業(yè)效率高，相當(dāng)于傳統(tǒng)人工效率的30 倍；安全性好，遠(yuǎn)距離遙控作業(yè)避免了作業(yè)人員暴露在農(nóng)藥中的風(fēng)險(xiǎn)；防治效果（防效）好，旋翼產(chǎn)生的向下氣流有助于增加霧流在作物冠層的穿透性，噴霧均勻全面；節(jié)約資源和成本，可以大幅減少用藥量和用水量。 農(nóng)用無人機(jī)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域得到了日益廣泛的應(yīng)用， 已用于棉蚜[4-6]、稻縱卷葉螟[7]、水稻紋枯病[8]、玉米螟[9]等病蟲害的防治。 農(nóng)用無人機(jī)適應(yīng)范圍較廣，不易受地形及農(nóng)作物株高等的限制，已被用于山區(qū)、丘陵地帶的果園[10]、茶園[11-12]等的植保作業(yè)。 另外，農(nóng)用無人機(jī)還被用于水稻的飛播種植、雜交制種[13]，庫(kù)爾勒香梨的授粉[14]等。 研究表明，無人機(jī)在棉花脫葉催熟環(huán)節(jié)也具有廣闊的應(yīng)用前景[15-16]。 但現(xiàn)有研究多針對(duì)無人機(jī)的脫葉及催熟效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，而關(guān)于無人機(jī)與噴霧機(jī)，以及不同廠家無人機(jī)之間的應(yīng)用效果對(duì)比研究較少。

為比較不同施藥器械噴施棉花脫葉催熟劑的作業(yè)效果，本研究選取了噴桿式噴霧機(jī)、大疆無人機(jī)和極目無人機(jī)3 種施藥器械，比較不同施藥方式的脫葉和吐絮效果，并分析其對(duì)棉花產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，從而為棉花脫葉催熟環(huán)節(jié)施藥器械的選擇提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2021 年在新疆維吾爾自治區(qū)塔城地區(qū)沙灣市（44°19′34.61″N，85°37′10.52″E）開展。 試驗(yàn)地為砂壤土，偏堿性，土壤肥力中等，前茬作物為棉花。供試棉花品種為新陸早38 號(hào)[17]。棉花播種時(shí)間為2021 年4 月21 日， 采用加壓滴灌機(jī)采棉種植模式，1 膜3 管6 行，寬窄行種植，行距為（66＋10）cm，種植密度為22.5 萬株·hm-2。 共設(shè)置9 個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)面積約為0.67 hm2（88 m×76 m）。 棉花田間管理措施同周邊其他常規(guī)棉田。

1.2 供試藥劑

試驗(yàn)所用的脫葉劑為540 g·L-1噻苯·敵草隆懸浮劑（農(nóng)藥登記證號(hào)：PD20090444），助劑為280 g·L-1烷基乙基磺酸鹽可溶液劑， 均由拜耳作物科學(xué)（中國(guó)）有限公司生產(chǎn)；40%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）乙烯利水劑（農(nóng)藥登記證號(hào)：D84125-3），由江蘇安邦電化有限公司生產(chǎn)。

1.3 施藥器械

狼山3WP-1900 噴桿式噴霧機(jī)（以下簡(jiǎn)稱為噴霧機(jī)），由南通黃海藥械有限公司生產(chǎn)；大疆T30 植保無人機(jī)（以下簡(jiǎn)稱為大疆無人機(jī)），由深圳大疆創(chuàng)新科技有限公司生產(chǎn)；極目E-A2021 智能植保無人機(jī)（以下簡(jiǎn)稱為極目無人機(jī)），由蘇州極目機(jī)器人科技有限公司生產(chǎn)，采用CCMS 常溫彌霧噴灑系統(tǒng)。

1.4 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.4.1脫葉催熟劑的噴施方式及用量。共設(shè)置以下3 種噴施方式：噴霧機(jī)噴施，載荷量400 L，用水量450 L·hm-2；大疆無人機(jī)噴施，載荷量30 L，噴幅5.5 m，飛行高度2.5 m，飛行速度5 m·s-1，用水量22.5 L·hm-2；極目無人機(jī)噴施，載荷量20 L，噴幅4.0 m，飛行高度2.0 m，飛行速度5 m·s-1，霧化粒徑100 μm，用水量22.5 L·hm-2。

每個(gè)小區(qū)噴施面積均為0.67 hm2， 重復(fù)3 次，隨機(jī)區(qū)組排列。各處理每次的藥劑用量均為540 g·L-1噻苯·敵草隆懸浮劑150 mL·hm-2＋280 g·L-1烷基乙基磺酸鹽可溶液劑600 mL·hm-2＋40%乙烯利水劑600 mL·hm-2。

1.4.2施藥時(shí)間及天氣。在田間棉花吐絮率為50%左右時(shí)進(jìn)行第1 次施藥。 2021 年9 月13 日上午第1 次施藥時(shí)，天氣晴，北風(fēng)1～2 級(jí)，最高溫度28.3℃，最低溫度12.1 ℃，平均溫度20.2 ℃；9 月20 日上午第2 次施藥時(shí)，天氣多云，北風(fēng)1～2 級(jí)，最高溫度28.3 ℃，最低溫度10.1 ℃，平均溫度19.2 ℃。

1.5 調(diào)查方法

1.5.1脫葉與吐絮效果調(diào)查。 每小區(qū)按5 點(diǎn)取樣法，每點(diǎn)選擇連續(xù)2 株長(zhǎng)勢(shì)一致的棉花，并掛牌標(biāo)記。 調(diào)查第1 次噴藥前（9 月12 日）及第2 次噴藥后0 d、7 d、14 d 時(shí)棉株殘留葉片數(shù)及吐絮和未吐絮棉鈴數(shù)，并計(jì)算脫葉率（rD）、吐絮率（rO）和吐絮效果（rE）。

計(jì) 算 公 式：rD＝（N0-NT）/N0×100% ；rO＝NOB/NTB×100%；rE＝（rT-r0）/r0×100%. 式中：N0為第1 次施藥前葉片總數(shù)，NT為第2 次施藥后葉片總數(shù)；NOB為吐絮棉鈴數(shù)，NTB為棉鈴總數(shù)；rT為第2次施藥后吐絮率，r0為第1 次施藥前吐絮率。

1.5.2產(chǎn)量相關(guān)性狀調(diào)查。 吐絮盛期，每個(gè)小區(qū)摘取已吐絮棉株的中上部（上部第4～6 果枝）內(nèi)圍鈴（第1～2 果節(jié)）30 個(gè)，曬干后稱量，計(jì)算鈴重。 用皮輥軋花，稱取皮棉質(zhì)量，計(jì)算衣分。成熟收獲前進(jìn)行測(cè)產(chǎn)，每個(gè)小區(qū)選取5 個(gè)取樣點(diǎn)，每個(gè)取樣點(diǎn)面積為15.2 m2（10 m×1.52 m），調(diào)查樣點(diǎn)內(nèi)的株數(shù)、單株結(jié)鈴數(shù)，結(jié)合鈴重和衣分計(jì)算理論皮棉產(chǎn)量。

1.5.3纖維品質(zhì)的測(cè)定。 將每個(gè)小區(qū)采集的30 個(gè)棉鈴軋花后稱取皮棉50 g，送農(nóng)業(yè)農(nóng)村部棉花品質(zhì)監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心進(jìn)行纖維品質(zhì)測(cè)試（HVI 校準(zhǔn)棉花標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)）， 檢測(cè)的指標(biāo)包括纖維上半部平均長(zhǎng)度、長(zhǎng)度整齊度指數(shù)、斷裂比強(qiáng)度、馬克隆值和斷裂伸長(zhǎng)率。

1.6 數(shù)據(jù)處理與分析

采用SPSS 16.0 統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行單因素方差分析（其中脫葉率、吐絮率、長(zhǎng)度整齊度指數(shù)和斷裂伸長(zhǎng)率均通過了正態(tài)性檢驗(yàn)）， 并用鄧肯多重范圍檢驗(yàn)法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施藥方式的脫葉效果

噴霧機(jī)、大疆無人機(jī)、極目無人機(jī)3 種施藥器械噴施脫葉催熟劑的脫葉效果見表1。 第2 次施藥后0 d， 大疆無人機(jī)和極目無人機(jī)噴施處理的脫葉率均顯著高于噴霧機(jī)噴施處理，其中極目無人機(jī)噴施處理的脫葉效果最好，脫葉率達(dá)到80.82%。 第2次施藥后7 d， 大疆無人機(jī)和極目無人機(jī)噴施處理的脫葉率達(dá)80%以上， 均顯著高于噴霧機(jī)噴施處理。 第2 次施藥后14 d，極目無人機(jī)噴施處理的脫葉效果最好，脫葉率高達(dá)93.77%，顯著高于其他2個(gè)處理； 大疆無人機(jī)噴施處理的脫葉效果次之，但其脫葉率顯著高于噴霧機(jī)噴施處理的脫葉率。

表1 不同施藥方式下棉花脫葉率的比較

2.2 不同施藥方式的吐絮效果

噴霧機(jī)、大疆無人機(jī)、極目無人機(jī)3 種施藥器械噴施脫葉催熟劑后棉花的吐絮情況見表2。 第2次施藥后0 d， 極目無人機(jī)噴施脫葉催熟劑處理的吐絮率最高，為73.59%；極目無人機(jī)噴施處理的吐絮效果最好，顯著優(yōu)于大疆無人機(jī)噴施處理。 第2次施藥后7 d，吐絮率最高的是噴霧機(jī)噴施處理，其吐絮率達(dá)82.87%， 該處理的吐絮效果高達(dá)83.91%，顯著高于其余2 個(gè)處理；大疆無人機(jī)噴施處理的吐絮效果最低。 第2 次施藥后14 d，3 種處理的吐絮率均達(dá)到85%以上；噴霧機(jī)噴施處理和極目無人機(jī)噴施處理的吐絮效果均超過90%，顯著高于大疆無人機(jī)噴施處理。

表2 不同施藥方式的吐絮效果

2.3 施藥方式對(duì)棉花產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

采用噴霧機(jī)噴施脫葉催熟劑后棉花鈴重最高，為5.8 g，顯著高于大疆無人機(jī)噴施處理。 極目無人機(jī)噴施處理的衣分最高，為44.6%；大疆無人機(jī)噴施處理的衣分最低，顯著低于其余2 個(gè)處理。大疆無人機(jī)噴施處理的單株結(jié)鈴數(shù)為9.4，顯著高于噴霧機(jī)噴施處理。 極目無人機(jī)噴施處理的收獲密度顯著高于大疆無人機(jī)噴施處理，而與噴霧機(jī)噴施處理差異不顯著。大疆無人機(jī)噴施處理的理論皮棉產(chǎn)量最高，分別比噴霧機(jī)噴施處理和機(jī)目無人機(jī)噴施處理的增加21.4%和5.3%，但3 個(gè)處理間無顯著差異（表3）。

表3 施藥方式對(duì)產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響

2.4 施藥方式對(duì)纖維品質(zhì)的影響

噴霧機(jī)、大疆無人機(jī)、極目無人機(jī)3 種施藥器械噴施脫葉催熟劑后， 棉花纖維品質(zhì)相差不大。 3個(gè)處理間的纖維上半部平均長(zhǎng)度、 長(zhǎng)度整齊度指數(shù)、斷裂比強(qiáng)度、馬克隆值和斷裂伸長(zhǎng)率均無顯著差異（表4）。

表4 不同施藥方式下棉花纖維品質(zhì)的比較

3 討論與結(jié)論

作物葉片都有一定的藥液持留量，施藥量超過一定范圍，藥液就會(huì)發(fā)生聚并而流失[18]。 噴桿式噴霧機(jī)采用的是大容量淋洗式噴霧技術(shù)，容易導(dǎo)致藥液流失，防效較差。 植保無人機(jī)采用低空低容量噴霧技術(shù)，霧化均勻，噴施效果較好。研究表明無人機(jī)低空低容量噴霧的農(nóng)藥利用率較高，對(duì)茶小綠葉蟬的防效優(yōu)于大容量噴霧機(jī)[12]。 在防治稻飛虱的試驗(yàn)中則發(fā)現(xiàn)無人機(jī)和噴霧機(jī)噴施的效果差異不顯著，但低空低容量噴霧的持效期更長(zhǎng)[19]。

采用植保無人機(jī)在棉田噴施脫葉催熟劑，霧滴粒徑小，藥液在棉花冠層穿透性強(qiáng)，對(duì)棉花有較好的脫葉效果[20]。 胡紅巖等[21]研究表明藥后20 d，無人機(jī)噴霧處理的脫葉效果和吐絮效果與人工噴霧處理無顯著差異。另有試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)無人機(jī)2 次噴施脫葉劑后棉花脫葉效果顯著好于地面噴桿噴霧機(jī)1次頂噴施藥，但催熟效果差異不大[22]。 按照機(jī)采棉生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程[23]要求，施藥后20 多天脫葉率應(yīng)達(dá)到90%以上，吐絮率應(yīng)達(dá)到95%以上。 王林等[22]在對(duì)比不同施藥器械的脫葉催熟效果試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，3種型號(hào)的無人機(jī)、8 個(gè)地塊的作業(yè)中， 只有1 種無人機(jī)1 個(gè)地塊能同時(shí)滿足脫葉率和吐絮率的要求。本研究結(jié)果表明，2 種無人機(jī)噴施處理的脫葉效果均優(yōu)于噴桿式噴霧機(jī)噴施處理， 第2 次施藥后14 d，極目無人機(jī)和大疆無人機(jī)噴施處理的脫葉率分別達(dá)93.77%和82.00%；而從吐絮效果來看，第2次施藥后14 d 噴霧機(jī)和極目無人機(jī)噴施處理的吐絮效果均達(dá)90%以上，顯著優(yōu)于大疆無人機(jī)噴施處理。隨著時(shí)間的推移，在脫葉催熟劑的持效期內(nèi)，脫葉率和吐絮率可能還會(huì)有所提高。

利用噴霧機(jī)、大疆無人機(jī)、極目無人機(jī)3 種施藥器械噴施脫葉催熟劑，3 個(gè)處理間的理論皮棉產(chǎn)量和纖維品質(zhì)均無顯著差異。大疆無人機(jī)噴施處理的鈴重顯著低于噴霧機(jī)噴施處理，衣分顯著低于其余2 個(gè)處理，可能與其噴灑霧滴粒徑的大小、霧化均勻度等有關(guān)。 研發(fā)出更加優(yōu)化的噴灑系統(tǒng)，改善霧化參數(shù)，或許是解決上述問題的關(guān)鍵。

本研究?jī)H選取1 個(gè)棉花品種，噴施同一劑量的同種脫葉催熟劑，只進(jìn)行了1 年1 點(diǎn)的試驗(yàn)，且僅調(diào)查了第2 次噴藥后0 d、7 d 和14 d 共3 個(gè)時(shí)間點(diǎn)的脫葉率和吐絮率。因此，為更系統(tǒng)、更準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)不同施藥器械噴施棉花脫葉催熟劑的效果，還需針對(duì)上述問題開展進(jìn)一步研究工作。