多旋翼植保无人机与常规喷施缩节胺对棉花生长调控效应比较

赵 静，辛 芳，周月婷，赵昌荣，韩小强，刘 政，林克剑,3，付 威

(1.新疆农垦科学院植物保护研究所，新疆石河子 832000；2.新疆绿洲农业病虫害治理与植保资源利用自治区高校重点实验室/石河子大学农学院，新疆石河子 832002；3.植物病虫害生物学国家重点实验室/中国农业科学院植物保护研究所，北京 100193；4.石河子大学机械电气工程学院，新疆石河子 832002)

0 引 言

【研究意义】2017年新疆种植棉花196.31万公顷，棉花总产408.2万吨，占全国棉花产量的67%，新疆已成为我国最大的棉花生产基地[1]。当前新疆兵团及地方机采棉植保作业多使用地面机械牵引的喷杆式喷雾机进行，其作业过程中会导致碾压棉株、撞击棉铃、拽拉棉枝、撞落已吐絮棉花等问题，降低了棉花的产量与品质，成为制约兵团棉花产业提质增效的瓶颈问题和技术难题[2]。植保无人机是以轻小型无人机为载体，搭载上农药喷雾设备，引入全球定位系统(GPS)和地理信息系统(GIS)，以“云服务、大数据”为技术背景，实现精准化植保作业[3-5]，提高了航空植保作业的质量，有效提高农药的利用率，可实现农药的减量、精确、高效、合理的使用，既促进资源高效和提质增效，又有利于农产品安全和环境保护[6]。【前人研究进展】棉花具有无限生长的特性，营养生长和生殖生长并进时间长，若在生育期雨水过多，会造成植株营养生长过旺，抑制了生殖生长，造成蕾铃大量脱落，降低棉花产量和品质[7]。缩节胺(1,1-dimethyl-piperidiniuchloride, DPC)是一种抑制型的植物生长调节剂，通过调节植株体内的内源激素(如ABA、IAA、CTK、GA等)的含量，延缓植物的营养生长，抑制顶芽生长，促进生殖器官的发育[8]。棉花应用DPC后，叶片加厚、叶绿素的含量增加，进而提高叶片光合速率，并抑制棉株主茎生长，缩短植株节间长度，塑造较为理想的株型，促进产量器官的发育，增加结铃数[9,10]。DPC在控制棉花黄萎病、抑制棉蚜种群等植株抗逆能力方面也具有一定作用[11-14]。化学封顶容易造成棉花株高调控差异明显，进而影响棉花产量[15]。DPC能够使棉花开花期提前，单株成铃的速度加快，中下部棉铃成铃率提高，早期蕾铃脱落率减少，进而提高棉花产量[16]。【本研究切入点】植保无人机在新疆棉花病虫害防治、脱叶剂喷施作业中已有较多研究，取得了良好的经济效益和生态效益[17-21]。针对植保无人机喷施棉花DPC对棉花生长调控效应等方面尚属空白。研究植保无人机在棉花化控作业中的应用。【拟解决的关键问题】通过JT-30多旋翼植保无人机喷施DPC作业，研究植保无人机作业对棉花株高、果枝台数、果枝长度、节间距等的影响，分析塑造高效个体和群体，协调好营养生长和生殖生长的关系，为植保无人机在棉花化控作业的应用提供指导，为降低农药使用量和棉花产业提质增效提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2017年在新疆生产建设兵团第八师石河子市北泉镇(石总场)三分场四连进行(E85.809, N44.665)，试验地多年种植棉花，土壤肥力中等。2017年4月22日播种，2017年4月23日出苗水，棉花品种为新陆早64号，机采棉种植模式，一膜六行，行距为66 cm+10 cm，密度1.3×104株/667 m2，膜下滴灌，一膜2管。该试验棉田采用膜下滴灌技术，施肥、灌水等田间管理措施与大田一致，其施肥方式采用随水滴灌施肥，2017年7月1日实施人工打顶。试验地棉花生长整齐，生理期一致，各处理施肥水平、灌溉和常规DPC应用时间及剂量一致。

98%甲哌鎓可溶性粉剂，南通金陵农化有限公司。

供试药械为JT-30型多旋翼电动植保无人机(UAV)，新疆疆天航空科技有限公司生产，采用空心圆锥喷头，单个喷头流量680 mL/min，共6个喷头；喷幅6 m，有效载荷30 kg。对照药械为3W-1000Y型喷杆式喷雾机，北京丰茂植保机械有限公司生产。图1，表1

图1 JT-30 UAV及其飞控平台
Fig.1 Flight control platform of JT-30 UAV

表1 JT-30 UAV和3W-1000Y的主要参数
Table 1 Characteristic parameters of the JT-30 UAV and 3W-1000Y

参数Parameters植保无人机JT-30 UAV喷杆式喷雾机3W-1000Y旋翼 Rotor六旋翼 (直径76.5 cm)-动力类型 Power type电动悬挂式喷头类型 Nozzle type空心圆锥喷头扇形喷头喷头数量 Number of nozzles636工作压力 Working pressure0.3 MPa0.2-0.4 MPa喷幅 Spray width6 m18 m作业高度 Working height2 m0.5流量(单个喷头) Flow(single nozzle)680 mL/min1 580 mL/min作业速度 Working speed5 m/s0.8-1.0 m/s载药量 Drug loading30 L1 000 L自重 Self weight24 kg-无载荷运行时间 No load running time35 min-喷雾类型 Spray type低容量高浓度高容量低浓度

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

试验设3个处理，其中植保无人机喷药处理面积26 667 m2；地面机车喷药处理面积26 667 m2，清水空白对照面积50 m2。于2017年7月5日和7月10日喷施两次缩节胺。表2

表2 试验设计
Table 2 Design of experiments

处理Treat施药器械Spraying equipment药剂Pesticide施药量 Pesticide concentration(g/667m2)第一次The first time第二次The second time水量Water volume(L/667m2)1JT-30植保无人机98%甲哌鎓可溶性粉剂10 g10 g1.523W-1000Y喷杆式喷雾机98%甲哌鎓可溶性粉剂10 g10 g353空白对照----

1.2.2 作业效果评价

1.2.2.1 株型性状

分别在空白对照区、植保无人机喷雾作业区和喷杆式喷雾机作业区随机选取10个点，每点标记5株棉花(边行、中行各5 株)，共计50株，分别于施药前1 d和施药后5、10、14 d调查棉花株高、叶龄、果枝台数、果枝长度(倒一和倒二)、节间长度(倒一和倒二)、果枝始节和果枝始节高度。表3

1.2.2.2 产量性状和纤维品质

分别在植保无人机和喷杆式喷雾机作业区随机选取10个点，每点标记5株棉花，共计50株，分别于施药前1 d和施药后5、9、14 d调查棉花棉铃数。待棉花成熟后，收取连续10株吐絮铃(整株)并统计铃数，计算单铃重及分析与产量和纤维品质相关的指标。表3

1.2.3 安全性调查

于施药作业后1～15 d，每天在田间观察各处理区棉花是否有生长异常、叶片黄化、叶片穿孔、落花落铃等药害现象。

表3 株型性状指标和产量性状指标调查
Table 3 Survey method of cotton plant type index and yield index

序号Number生理指标Physiological index调查方法Survey method1株高子叶节至主茎顶端的高度2叶龄主茎真叶数量3果枝台数棉株主茎果枝数量4果枝长度测量倒一、倒二果枝长度5节间长度测量倒一、倒二节间长度6果枝始节从子叶节开始第几节开始有果枝7果枝始节高度从子叶节开始到果枝始节的高度8棉铃数全株棉铃总数

1.3 数据处理

所有数据均使用软件SPSS v21.0进行统计分析。 采用单因素方差分析，然后进行Duncan检验(P=0.05)。

2 结果与分析

2.1 植保无人机喷施DPC对棉花株高的影响

研究表明，植保无人机和喷杆喷雾机作业均能有效的抑制棉花的株高，植保无人机作业5、10 d(第二次药后3 d)后，对棉花株高较施药前变化不大，增加幅度不到1 cm，药后14 d(第二次药后7 d)株高增加1.12 cm，相比清水对照处理的抑制率分别为7.26%、15.81%和21.17%；喷杆式喷雾机作业5 、10 d(第二次药后3 d)后和药后14 d(第二次药后7 d)株高变化亦不显著，相比清水对照处理的抑制率分别为8.55%、16.81%和22.80%。植保无人机喷施DPC对棉花株高的抑制能够达到与地面机车牵引的喷杆式喷雾机作业相当的效果。棉花的叶龄、果枝台数和果枝始节等指标经过打顶后，基本不再变化，两种喷雾器械作业对其无影响。表4

2.2 植保无人机喷施DPC对棉花果枝长度影响

研究表明，植保无人机作业5、10 d(第二次药后3 d)和14 d(第二次药后7 d)后，倒一果枝长度生长量分别为0.06、0.51和0.80 cm，喷杆式喷雾机喷雾处理区分别为0.46、1.36和1.52 cm，清水处理区分别为1.71、3.51和5.53 cm。植保无人机和喷杆式喷雾机喷雾处理相比清水对照对倒一果枝长度具有显著的抑制效果。施药作业14 d(第二次药后7 d)后植保无人机对倒一果枝长度的抑制率为85.53%，喷杆喷雾机的抑制率为65.70%，对于倒二果枝长度，植保无人机喷雾作业的抑制效果弱于喷杆式喷雾机(分别为0.15、1.12、1.49 cm和0.19、0.23、0.58 cm)，施药作业14 d(第二次药后7 d)后植保无人机对倒二果枝长度的抑制率为81.28%，喷杆喷雾机的抑制率则达到了92.71%。表5

2.3 植保无人机喷施DPC对棉花节间距的影响

研究表明，与清水对照相比，两种施药器械对棉花节间长度的抑制也较为显著，都能够有效的降低倒一和倒二节间长度，阻止植株过度生长。两种施药器械间对比基本无差异，对倒一和倒二节间长度的抑制效果有所差异，药后14 d的抑制率分别达到60.54%和57.63%(植保无人机)、73.77%和76.08%(喷杆式喷雾机)，这与植保无人机作业对倒二果枝长度的抑制情况一致。表4，表5

2.4 植保无人机喷施DPC对棉花产量性状影响

研究表明，两种器械喷施作业后，均有效的促进了成铃率的提高，药后14 d棉铃数平均提高棉铃2个，而清水对照出现了棉铃脱落的现象，14 d后棉铃平均减少1.12个。表5

研究表明，植保无人机喷施DPC对棉花成铃率具有显著的提高作用，高于喷杆喷雾机，同时对单铃重无影响。与空白对照相比，两种施药器械喷施DPC，均在一定程度上提高了马克隆值和短纤维指数，但两种施药器械间基本无差异；两种施药器械均降低了上半部长度、平均长度、均匀性指数、断裂比强度，这可能主要是脱叶剂和乙烯利的使用导致的结果；两种施药器械喷施DPC对于棉花伸长率和成熟度没有影响。表6

表6 地面机车与植保无人机喷施DPC下棉花产量和品质变化
Table 6 Effect of spraying DPC on cotton yield and fiber quality characters by JT-30 UAV

处理Index单株铃数Number of bolls per plant成铃率Ratio of harvested bolls (%)铃重Single boll weight (g)上半部纤维长度UHML(mm)平均长度Average length (mm)整齐度指数UNI(%)马克隆值MIC断裂比强度STR(cN/tex)伸长率ELG(%)成熟度MR短纤维指数SFI(%)17.87a77.31a5.64a27.74b23.17b83.5b5.18a26.3c6.6a0.84a8.2b27.93a73.84b5.59a27.99b23.08b82.4c5.16a27.6b6.6a0.84a8.8a37.56a67.86c4.97b30.07a25.52a84.9a4.54b32.2a6.8a0.84a7.0c

2.5 安全性

根据植保无人机喷施DPC对棉花生长安全性的影响的田间观察。经药后田间观察，各处理区未发现棉花生长异常、叶片黄化、叶片穿孔、落花落铃等药害现象，采用的施药方式、药剂种类、用药量及药剂浓度对棉花生长安全。

3 讨 论

机采棉种植密度大，在生长中后期叶片层叠，枝叶交错，地面机车牵引的喷杆式喷雾机进行植保作业往往会导致碾压棉株、撞击棉铃、拽拉棉枝、撞落已吐絮棉花等，且药液流失严重，水量耗费较大等，植保无人机喷施棉花DPC，有效促进植株营养生长向生殖生长的转移，塑造良好株型，提高成铃率，具有与地面机车牵引的喷杆式喷雾机相当的效果，对未来机采棉全程机械化、现代化、标准化生产具有理论指导意义。但是植保无人机属于新兴植保作业机械，市场无人机机型千差万别，在飞行参数和作业参数上有着较大的区别，这直接影响到植保无人机喷施棉花DPC的作用效果。在棉花DPC的喷施作业中，需建立健全植保无人机作业标准，为棉花产业提质增效提供服务。

4 结 论

研究结果显示，JT-30植保无人机喷施DPC 5 d、10 d、14 d后能够有效抑制棉花的株高，抑制率分别为7.26%、15.81%和21.17%；喷杆喷雾机喷施作业后对应的抑制率为8.55%、16.81%和 22.80%；表明JT-30植保无人机喷施DPC对棉花株高的抑制效果与喷杆式喷雾机作业效果相当。在果枝长度、节间长度和果枝始节高度等指标上表现出了相似的结果。研究表明，植保无人机喷施缩节胺可以有效促进棉花营养生长向生殖生长的转移、塑造良好株型、提高成铃率，具有与常规喷施相当的效果，且高浓度DPC对棉花无药害。

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