农用植保无人机茶园病虫害防治探析

摘要：为比较无人机和人工地面植保在茶园病虫防效、产量及经济效益方面的差异，项目小组通过分析茶园植保机械化现状，比对两种植保机械在茶园的植保作业，在统一试验方法下，分析不同机械植保作业效果，并对作业经济效益、生态效益进行对比。研究结果表明：利用植保无人机防治茶园害虫，可不受地形限制，防治效果好，能解决病虫害防治劳动强度大、劳力短缺等问题，提出了相关发展茶园植保机械化的建议。

关键词：植保无人机；茶园；病虫害防治

0引言

目前，我国的茶园面积及茶叶年产量稳居世界第一。茶叶是世界上三大饮料原料之一，也是我国出口创汇的重要农产品之一。当前，茶产业发展进入发展新时期，世界茶叶种植面积和世界茶叶产量连续10年上涨。2020年，我国实有茶园面积4…825万亩，产量为293.18万吨，茶园面积逐渐扩大[1]。随着茶园作业劳动力的日益紧张和茶树病虫害施药技术的改进，应用省力、省药的植保无人机开展施药已成为茶园病虫害防治的发展趋势[2]。广东省潮州市是单丛茶的历史产地和主要产区，茶叶已经成为潮州市山区丘陵的农业支柱产业，在农村经济体系中占有重要的地位。潮州单丛茶是中国乌龙茶类中的极品名茶，由于独特的制作工艺，形成了它特殊的品质，其条索紧结，呈乌褐色或灰黄褐色，油润，有自然的花香、山韵蜜味；汤色橙黄初制茶或金黄精制茶，透彻明亮；滋味醇爽、持久、回甘力强，极耐泡。潮州市是我国乌龙茶的历史产地和主要产区，是中国功夫茶文化的主要传承地区[3]。潮州茶园地域地形复杂，机械化难度大，综合机械化作业水平不足10%。近十年，单丛茶生产主要在种植、施肥、植保、采摘、制作加工等方面发展机械化。在茶叶制作方面已经由手工完全向全过程机械化过渡，茶叶摊青机、茶叶摇青机、茶叶杀青机、茶叶揉捻机、茶叶烘焙机、茶叶筛选机等制茶机械基本成熟，已大面积推广应用。单丛茶产量逐年扩大，2014年为15万亩，截至2020年年底茶叶种植面积已达23.6万亩，产量2.06万吨，产值52亿。但在茶园生产管理机械上，还没有能完全适用的单丛茶生产管理机械，是发展茶叶生产的短板，特别是在茶园植保机械化的问题亟须解决。茶树常见虫害有茶小绿叶蝉、茶尺蠖、茶毛虫、黑刺粉虱、茶黑毒蛾、茶丽纹象甲等，并以茶小绿叶蝉发生较普遍且持续时间较长[3]；病害有茶云纹叶枯病、茶炭疽病、茶煤病等。目前茶园病虫害防治以化学方式为主。农用植保无人机在水稻、果树等病虫害防治上得到较大范围应用，而在茶园采用无人机防治病虫害则处于起步阶段[4]。因此，本研究选用市场上主流的电动四旋翼植保无人机，对比植保无人机和人工电动喷雾机在茶园防治效果、产量及经济效益方面的差异，以期为潮州丘陵山区茶园管理和丰产高效栽培提供技术支持。

1茶园植保机械化现状

做好茶园病虫害防治工作是确保茶农增产增收的关键，现在茶园病虫害防治主要有物理防治和化学防治方法。物理防治方法采用杀虫灯、色板等，利用灯光、色泽、气味诱杀和生物防治技术。太阳能杀虫灯的应用较多，它以太阳能作为能源，具有自动时控功能，杀虫灯一般挂在高出茶树1…m左右处，利用高压汞灯、频振式杀虫灯进行诱杀，灯光诱杀对有趋光性的害虫有效，同时对有趋光性的天敌昆虫同样具有诱杀作用。色板诱杀的茶蚜、茶小绿叶蝉等茶树害虫具有趋黄绿色的特性，每隔5…m～6…m放置1张具有黏性的黄绿色板，可诱捕和黏杀害虫，但需要定期对色板进行更换。个别病虫害运用物理防治控制效果差，还是需要定期进行化学防治，常用的喷施机械设备有背负式电（手）动喷雾器、机动喷雾机、悬挂式机动喷雾机等，背负式电（手）动喷雾器等机械雾化细度中径值为50…μm～100…μm，在高速度气流的冲击下，药液被粉碎成很细的雾滴吹送到茶树上；机动喷雾机水平射程可达7…m以上，可覆盖4～5行茶蓬。悬挂式机动喷雾机挂接在茶树专用跨行底盘上，运用于规模化茶园，仅适用于较大地块的缓坡茶园，对茶园的道路、行距有要求，作业适用性需进一步研究。目前，茶园种植主要集中在丘陵山地，茶树行距较窄，人行走通过都有困难。人工使用施药机械植保作业艰苦，劳动强度大，操作人员易中暑、中毒，青壮年劳动力向城镇转移，农村留守人员劳动力低，影响病虫害防治效果和效率。因此，在茶园运用高效、操作舒适的机械设备防治茶园病虫害，提高机械化程度，是发展茶园植保机械化的目标。

2材料与方法

2.1试验设计

试验在广东省潮州市潮安区归湖镇高峰村茶树种植区开展，茶园总面积为507亩。开展了春、秋季时间段农用植保无人机的茶园病虫害防治技术试验。试验比对处理区面积为163亩，分成3个处理方法，分析机具作业效率、防治效果、经济效益等。处理1使用植保无人机喷施农药，处理2使用背负式电动喷雾器喷施农药，处理3使用背负式电动喷雾器喷施清水作为空白对照。施药后至调查结束前不施用其他杀虫剂、杀菌剂或物理方法防治，其他茶园管理措施正常进行。

2.2试验材料

1）试验机具。采用植保无人机，型号为大疆T20型，最大装药容积为20…L，喷幅7…m，喷洒系统配备…4个液泵及…8个喷头，最大流量6…L/min。采用背负式电动喷雾器，型号欣农来3WBD-20型，最大装药容积为20…L，流量1.1…L/min，喷幅1…m。2）使用农药。根据当期病虫害情况选择使用30%吡丙·呋虫胺可溶液剂200…mL、27%阿维·螺螨酯悬浮剂200…mL进行杀虫试验。处理1和处理2按相同亩数用药量进行稀释备用，再用水稀释装上试验机具使用，处理1加入飞防专用助剂中量元素镁100…mL。

2.3测定项目与方法

1）调查时间和方法。调查喷药效率在植保无人机、喷雾器到达喷药区域后开始计时，记录喷药面积、药液量、用水量和所用时间，计算喷药效率。2）喷药效果调查。施药前、施药后7天调查茶园中茶小绿叶蝉、害螨的虫口密度，计算虫口减退率和防治效果。采用盆拍法查茶小绿叶蝉，每处理查5点，每点一盆（25…cm×40…cm白搪瓷盆，面积0.1m2），平接于茶丛下方，用手拍打盆上方的茶丛3下，记录落盆茶小绿叶蝉数；采用叶片观察法查害螨，每处理查5点，每点查10个新梢下的3片成叶，记录虫口密度，计算虫口减退率和防效。3）药效对比。在单位面积用药量相同的前提下，对比植保无人机和背负式电动喷雾器的效果，调查是否对茶树产生药害现象。

3试验结果与分析

3.1不同机具防效分析

喷雾雾滴沉积效果的好坏受多种因素影响，科学合理地选择喷头流量、作业高度、飞行速度等作业参数是无人机作业能够取得良好雾滴沉积效果和达到预期防治效果的关键[5]。在本研究中，经过对比，植保无人机采用喷头流量调整为2.5…L/min、作业高度为2.5…m、飞行速度为2.0…m/s的参数组合进行喷施时，喷雾雾滴沉积效果最佳。病虫害防治效果以采集虫口减退率和防效2个技术指标作为判定标准，计算方法见公式（1）和公式（2），防效达到90%以上说明达到防治效果。虫口减退率=药前基数－药后7天虫口数药前基数×100…（1）式（1）中：虫口减退率，单位为%。防效=处理区虫口减退率－空白区虫口减退率100－空白区虫口减退率×100（2）式（2）中：防效，单位为%。由表1计算可以看出病虫害防治效果方面，使用植保无人机、背负式电动喷雾对茶叶中的主要害虫茶小绿叶蝉、害螨防效均达到90%以上，说明试验药剂30%吡丙·呋虫胺可溶液剂+27%阿维·螺螨酯悬浮剂对茶小绿叶蝉、害螨防效优良，均能达到防治目标。植保无人机和背负式电动喷雾器对茶小绿叶蝉防效相对平均偏差为0.4%，对害螨防效相对平均偏差为0.5%，2种方式对虫害的防效无显著性差异，能达到要求的防治效果。经过田间调查，各对比处理试验区均未发现对茶树产生药害现象，未影响茶树新芽的生长，2种机具施药的药效是相同的。因此，在防效上，使用植保无人机防治效果可以代替人工背负式电动喷雾器。

3.2作业效率分析

由表2可知，在作业效率方面，植保无人机喷洒效率日作业量可达480亩，人均日作业量240亩；人工背负式电动喷雾器日作业量为9.6亩，植保无人机人均日作业量的25倍，植保无人机可在1天内可将试验区全部喷洒一次，作业效率大大优于人工。

3.3经济效益分析

由表3可知，与背负式电动喷雾器喷施相比，植保无人机的防治效果和产量略低或持平。植保无人机的用工成本显著低于人工植保，用工成本仅为15元/亩，而人工植保为50元/亩，两者相差35元/亩。按照年打药5次和机收毛茶售价8…元/千克。计算经济效益的结果表明，植保无人机比人工植保的净收益高75元/亩，产投比高22%，差异均达到显著性水平，经济效益显著。

3.4生态环保效益分析

植保无人机能减少农药使用量，据不完全统计，潮州市2020年茶叶专业化统防统治区减少使用化学农药0.6…吨，减少农药包装等废弃物3.6…万个，减少化学防治1～2…次，降低化学农药使用量20%以上，有效降低了茶叶农药使用风险，降低了农药残留率，生态效益、环保效益非常显著。

3.5试验结论分析

从试验效果看，相比人工植保，利用植保无人机防治茶园害虫，防治效果相同，作业效率高出25倍，降低劳动强度，对解决农业劳动力缺乏问题具有很大的优势；利用植保无人机防治净收益高75元/亩，投入产出比高22%，经济生态效益明显，可以被茶农及茶叶种植专业合作社接受，植保无人机防治害虫值得有关部门大力推广。但植保无人机在茶叶防治中还存在些问题需要解决，主要有飞行会出现不稳定问题，易受地形影响，精准控制飞行高度和航迹的问题；此外，植保无人机电池续航时间短、装载药量小，严重影响机具的日作业量，如何更高效、安全地在茶园使用植保无人机技术有待持续开展深入研究。

4茶园使用植保无人机的建议

4.1发展植保专业队伍，开展茶园专业化统防统治

近年来，随着我国经济迅速发展和农村劳动力大量转移，适龄劳动力短缺和用工成本增加等问题日益突出，茶叶管理迫切需要以机械化作业为核心的现代技术[6-7]。由于植保专业无人机服务组织进行服务，能够在源头上杜绝违规用药和过量用药[8]，严格按照病虫害防治适期、合理剂量、保证用药安全间隔期，实行农药统购统供、统配和统施，推广应用高效、低毒低残留的环境友好型农药，从源头上控制和杜绝了假冒伪劣农药、禁限用高毒农药的使用，有效降低化学农药使用量，减轻面源污染[9]。因此，下一步要大力发展植保专业队伍，有效降低农药残留及使用量，提高茶叶产量及质量。

4.2抓好技术培训，提高病虫害综合防治技术水平

利用新型职业农民培育、专业化统防统治、茶叶时丰富脱贫人员的精神文化生活类型。激发农民自我内生发展动力，革除“等靠要”的惰性思想，增强发展致富奔小康的信心和决心，补齐精神短板。

作者:赵新阳 陈焕金 韩杰 谢映妹 曹晓林 叶春 单位:潮州市农业机械化管理处 江西省农业科学院农业工程研究所