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摘要 介绍了农业植保直升机水稻田喷施质量检测的方法，根据检测地块实际地域情况和检测时气象参数、飞行器理论喷幅宽度，设置了靶标区和非靶标区，设计了采样带及定位雾滴采集点;通过软件、设备进行雾滴粒径分布、覆盖密度、分布均匀度等数据的统计分析，以期为提升农作物病虫害航化作业质量以及飞防作业项目验收提供借鉴。
关键词 水稻;植保直升机;施药质量
中图分类号 S 252 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2021）15-0199-04
Abstract This article introduced the detection method of spraying quality of agricultural plant protection helicopter in paddy fields. According to the actual geographical conditions of the inspection areas， the meteorological parameters during the detection period， and the theoretical spraying width of the aircraft， the target area and the nontarget area were set up， and the sampling zone and positioning droplet collection points were designed. The statistical analysis was made on droplet size distribution， coverage density， distribution uniformity and other data by using the software and equipment，so as to improve the aviation operation quality of the crop diseases and insect pests， and provide references for the inspection and acceptance of flight control operations.
Key words Rice;Plant protection helicopter;Pesticide application quality
基金項目 国家重点研发计划项目（2016YFD0200701）;吉林省财政专项（CZ202003026）。
作者简介 徐慧磊（1982—），女，吉林松原人，助理研究员，硕士，从事精准农业航空植保研究。
*通信作者，高级工程师，硕士，从事精准农业航空植保研究。
收稿日期 2020-11-24;修回日期 2020-12-16
化学防治是保证粮食产量的重要手段之一[1-2]。随着航空机型及配套药剂的完善，农业航化作业迅猛发展[3-7]。吉林省航化作业自2014年始，历经了6年的发展，已由试点作业发展到对农作物产区和重大病虫害易发区、常发区开展突发虫害应急防治作业，作业面积大幅度提高[8]。农业航化作业已经成为吉林省农业的重点发展趋势，已被广泛应用于吉林省特色作物的植保作业中，但也突显出一些问题。由于缺少标准化作业流程、收集相关数据困难、施药技术实施不规范、没有精准监测等原因，农业航化作业喷施效果无法保障。笔者通过农业植保直升机喷洒作业质量检测试验，系统介绍了飞防作业质量检测方法、步骤及检测数据简单分析，以期为飞防作业大面积推广应用及质量验收提供检测依据，以便提高农作物病虫害航化作业质量，促进农业航化作业的健康、有序发展。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1
农业植保直升机。合理的飞行参数对于航化作业质量的保证至关重要，检测前需要测定飞行器的作业参数。以Bell407直升机（吉林天吉通用航空有限公司，图1）为此次飞防施药作业飞行器。它的飞行速度为120 km/h，作业高度3～5 m，载药量800 kg，理论喷幅宽度50 m，喷杆长度10.5 m，喷头个数51个，喷头类型为扇形压力式，喷雾压力400 kPa。作业前需检查飞行器状态是否正常，确保软硬件工作良好。
1.1.2 主要检测仪器与材料。
YGY-QXY手持气象仪（武汉辰云科技有限公司）、可见分光光度计（精科仪电上分722N型）、扫描仪、食品级染色剂诱惑红、检测架、试纸夹、卡罗米特纸卡、滤纸、自封袋等。
1.1.3 药剂。
对水稻稻瘟病进行施药防治，喷洒的药剂为多抗霉素、春雷·三环唑;添加植物油类航化专用助剂迈飞（北京广源益农化学有限责任公司）。
1.2 方法
1.2.1 示踪剂。
食品级染色剂诱惑红在卡罗米特纸、水敏纸、滤纸及作物叶片上能够很直观呈现雾滴且具有很高的洗脱回收率，可用来作为水稻田农药喷雾的示踪剂。将500 g诱惑红充分溶解并注入至直升机药箱已配制好的药剂溶液中待喷洒。
1.2.2 检测设计。
检测时间为2020年7月16日，检测地点为吉林省通化市辉南县辉发城镇长春堡村，作业时温度26.3 ℃，湿度29.4%，风速0.1 m/s，风向为西南风。
检测单喷幅喷洒，以测定直升机在单喷幅内的雾滴沉积及漂移数据。检测时在水稻田中布置2条间隔30 m的采样带，每条采样带设置直升机飞行靶区，根据风向情况在靶区的两侧设置非靶区，其中根据直升机的理论喷雾宽度，设置靶标区的宽度为50 m，每点间隔为5 m，共11个检测点，两侧非靶区宽度均为25 m，每点间隔为5 m，两侧各5个检测点。根据以上布点方法，每条采样带有21个雾滴采集点，2条采样带分别编号L1（-10）～L1（10）和L2（-10）～L2（10），检测区域共有42个采集点，每处采集点在水稻植株的冠层高度布置卡罗米特纸卡（40 mm×70 mm）和滤纸用来采集喷洒雾滴情况（图2、3）。 1.2.3 施药质量检测方法。
植保直升机施药作业结束，待卡罗米特纸卡（图4）和滤纸采样片（图5）收集到的雾滴干燥后，用自封袋将采样片进行封存后带回实验室数据处理及结果分析。雾滴粒径分布、覆盖密度、分布均匀度采用计算机图像分析系统、分析软件对采样片进行数据统计与分析。
1.2.3.1 喷施量误差计算方法。喷施率误差计算方法如下式：
δ=R-R0R0×100%（1）
式中，δ为喷施率误差;
R 为实际喷施率，单位为L/hm2;
R0 为预定喷施率，单位为L/hm2。
R的计算公式如下：
R=QT×V×D×104（2）
式中，Q 为装液量，单位L;
T 为喷洒时间，单位s;
V 为飞行速度，单位m/s;
D 为喷幅宽度，单位m。
运用以上公式计算，可得出此次检测喷施量误差结果。
1.2.3.2 雾滴覆盖密度检测。
雾滴覆盖密度为单位面积上的雾滴个数，其计算公式如下：
X=NS（3）
式中，N 为雾滴总个数，单位为个;
S 为总面积，单位为cm2。
1.2.3.3 雾滴粒径检测。
航空植保作业喷洒区域分为雾滴的主要沉积区域和不可避免的雾滴飘移区域，而沉积区域的雾滴粒径与漂移区域的雾滴粒径差别较大，因此计算雾滴粒径时首先要划定雾滴的主要沉积区域。以国家航空低容量喷洒雾滴粒径150～300 μm的要求为标准[9]，确定雾滴的体积中径DV5符合标准的区域为雾滴的主要沉积区域。
1.2.3.4 雾滴沉积量分布检测。
雾滴沉积量为沉积在单位面积上的喷液量，其计算公式如下：
DR=（VAD）3× D d×（5.231 0）-8（4）
式中， DR为喷雾沉降量，单位为L/hm2;
VAD为雾滴体积平均直径，单位为μm;
D d为雾滴覆盖密度，单位为个/cm2。
1.2.3.5 农药有效利用率检测。
将封存的滤纸采样片放入量杯中，用10 mL超纯水冲洗，将冲洗液使用可见分光光度计测定诱惑红含量，计算单位面积上的沉积量。根据喷施药液量，计算药液在叶片上的沉积量，得出农药有效利用率。
2 结果与分析
2.1 喷施量误差
根据计算公式得出喷施率误差为1.2%，符合国家对航空低容量喷施率误差（±5%）的标准要求。
2.2 雾滴覆盖密度测定
根据农业航空作业质量技术指标，在植保直升机进行低容量药剂喷洒作业时，作业对象的雾滴覆盖密度为25个/cm2以上则能够达到有效作业喷幅[10]。
从图6可以看出，雾滴密度呈现抛物线状，采样点L1（-4）至L1（5）与L2（-3）至L2（6）达到有效作业喷幅要求，且第一采集带L1与第二采集带L2有效作业喷幅均为45 m。
2.3 雾滴粒径测定
当飞行高度为3 m时，在单个喷幅内，分析得出L1（-5）～L1（3）以及L2（-5）～L2（3）之间区域的雾滴体积中径DV5为229.2 μm和293.7 μm，雾滴在采样片上有一定的铺展性，铺展系数约为1.2，校正后的雾滴粒径为191.0～244.8 μm，满足国家对航空低容量喷洒雾滴粒径150～300 μm的要求，故此区域应划定为雾滴的主要沉积区域。由检测结果可以看出，雾滴粒径与雾滴覆盖密度呈正相关，分析原因主要是细雾滴容易飘失而易偏移航线中心，绝大多数较大的雾滴容易沉积到航线中心。喷雾变异系数分别为43.92%和49.63%。从田间航空作业质量技术指标角度考虑，田间作业高度3 m较为合适，较高的飞行高度明显会降低喷雾质量，影响作业质量。
2.4 雾滴沉积量分布测定
当飞行高度为3 m时，药剂在采样带L1和L2的有效喷幅内作物上的喷雾沉积的平均值分别为0.161和0.164 μL/cm2（图7）。
3 结论
（1）Bell407型植保直升机飞行高度为3 m时，施药液量为15.18 L/hm2，为低容量喷洒，雾滴覆盖密度为25～35个/cm2，雾滴密度基本能满足要求，达到防治农作物病虫害的目的。
（2）喷雾雾滴中径为191.0～244.8 μm，单喷幅喷雾有效喷幅为45 m。Bell407型植保直升机理论喷幅为50 m，此次检测实际作业喷幅为45 m，符合设计指标。但是，飞防作业时要充分考虑实际作业喷幅，从而保证施药作業质量。
（3）雾滴变异系数分别为43.92%和49.63%，已达到航空作业技术质量标准，但雾滴分布状态不均衡，变异系数略高，形成因素较多。建议作业前及时对喷洒系统及装置进行维护和保养，包括药箱和管路清洗，校准喷雾系统压力，检测喷嘴磨损程度等，均可有效提高喷雾分布均匀性和降低雾滴飘移情况。
（4）喷雾沉积量的平均值为0.161～0.164 μL/cm2，沉积量的情况基本与雾滴密度情况相一致。
该试验可为农业植保直升机喷施质量检测提供检测方法，亦可为多旋翼植保无人机喷施质量检测提供借鉴。
参考文献
[1] 郭永旺，邵振润，赵清，等.植保机械与施药技术应用指南[M].北京：中国农业出版社，2015：1-2.
[2] 赵倩倩.中国主要粮食作物农药使用现状及问题研究[D].北京：北京理工大学，2015：16-24.
[3] LAN Y B，THOMSON S J，HUANG Y B，et al.Current status and future directions of precision aerial application for sitespecific crop management in the USA[J].Computers and electronics in agriculture，2010，74（1）：34-38.
[4] 农业航空产业技术创新战略联盟.2016中国农业航空行业发展报告[M].广州：中山大学出版社，2017.
[5] 张俊，廉勇，杨志刚，等.植保无人机发展历程、优缺点分析及应用前景[J].现代农业，2020（4）：4-7.
[6] 尚春雨，蔡建法，黄思健，等.我国农用植保无人机应用现状与前景分析[J].安徽农业科学，2017，45（30）：193-195，217.
[7] 张东彦，兰玉彬，陈立平，等.中国农业航空施药技术研究进展与展望[J].农业机械学报，2014，45（10）：53-59.
[8] 吉林省农委.吉林省农业农村新技术新模式——农作物病虫害统防统治航化作业[J].吉林农业，2018（16）：4.
[9] 朱小波，靳军号，王秉玺，等.农业航空作业质量技术指标 第1部分：喷洒作业：MH/T 1002.1—2016[S].北京：中国民航出版社，2016.
[10] 吴金龙.棉蚜飞防药剂筛选及减量增效作用研究[D].阿拉尔：塔里木大学，2020.
关键词 水稻;植保直升机;施药质量
中图分类号 S 252 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2021）15-0199-04
Abstract This article introduced the detection method of spraying quality of agricultural plant protection helicopter in paddy fields. According to the actual geographical conditions of the inspection areas， the meteorological parameters during the detection period， and the theoretical spraying width of the aircraft， the target area and the nontarget area were set up， and the sampling zone and positioning droplet collection points were designed. The statistical analysis was made on droplet size distribution， coverage density， distribution uniformity and other data by using the software and equipment，so as to improve the aviation operation quality of the crop diseases and insect pests， and provide references for the inspection and acceptance of flight control operations.
Key words Rice;Plant protection helicopter;Pesticide application quality
基金項目 国家重点研发计划项目（2016YFD0200701）;吉林省财政专项（CZ202003026）。
作者简介 徐慧磊（1982—），女，吉林松原人，助理研究员，硕士，从事精准农业航空植保研究。
*通信作者，高级工程师，硕士，从事精准农业航空植保研究。
收稿日期 2020-11-24;修回日期 2020-12-16
化学防治是保证粮食产量的重要手段之一[1-2]。随着航空机型及配套药剂的完善，农业航化作业迅猛发展[3-7]。吉林省航化作业自2014年始，历经了6年的发展，已由试点作业发展到对农作物产区和重大病虫害易发区、常发区开展突发虫害应急防治作业，作业面积大幅度提高[8]。农业航化作业已经成为吉林省农业的重点发展趋势，已被广泛应用于吉林省特色作物的植保作业中，但也突显出一些问题。由于缺少标准化作业流程、收集相关数据困难、施药技术实施不规范、没有精准监测等原因，农业航化作业喷施效果无法保障。笔者通过农业植保直升机喷洒作业质量检测试验，系统介绍了飞防作业质量检测方法、步骤及检测数据简单分析，以期为飞防作业大面积推广应用及质量验收提供检测依据，以便提高农作物病虫害航化作业质量，促进农业航化作业的健康、有序发展。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1
农业植保直升机。合理的飞行参数对于航化作业质量的保证至关重要，检测前需要测定飞行器的作业参数。以Bell407直升机（吉林天吉通用航空有限公司，图1）为此次飞防施药作业飞行器。它的飞行速度为120 km/h，作业高度3～5 m，载药量800 kg，理论喷幅宽度50 m，喷杆长度10.5 m，喷头个数51个，喷头类型为扇形压力式，喷雾压力400 kPa。作业前需检查飞行器状态是否正常，确保软硬件工作良好。
1.1.2 主要检测仪器与材料。
YGY-QXY手持气象仪（武汉辰云科技有限公司）、可见分光光度计（精科仪电上分722N型）、扫描仪、食品级染色剂诱惑红、检测架、试纸夹、卡罗米特纸卡、滤纸、自封袋等。
1.1.3 药剂。
对水稻稻瘟病进行施药防治，喷洒的药剂为多抗霉素、春雷·三环唑;添加植物油类航化专用助剂迈飞（北京广源益农化学有限责任公司）。
1.2 方法
1.2.1 示踪剂。
食品级染色剂诱惑红在卡罗米特纸、水敏纸、滤纸及作物叶片上能够很直观呈现雾滴且具有很高的洗脱回收率，可用来作为水稻田农药喷雾的示踪剂。将500 g诱惑红充分溶解并注入至直升机药箱已配制好的药剂溶液中待喷洒。
1.2.2 检测设计。
检测时间为2020年7月16日，检测地点为吉林省通化市辉南县辉发城镇长春堡村，作业时温度26.3 ℃，湿度29.4%，风速0.1 m/s，风向为西南风。
检测单喷幅喷洒，以测定直升机在单喷幅内的雾滴沉积及漂移数据。检测时在水稻田中布置2条间隔30 m的采样带，每条采样带设置直升机飞行靶区，根据风向情况在靶区的两侧设置非靶区，其中根据直升机的理论喷雾宽度，设置靶标区的宽度为50 m，每点间隔为5 m，共11个检测点，两侧非靶区宽度均为25 m，每点间隔为5 m，两侧各5个检测点。根据以上布点方法，每条采样带有21个雾滴采集点，2条采样带分别编号L1（-10）～L1（10）和L2（-10）～L2（10），检测区域共有42个采集点，每处采集点在水稻植株的冠层高度布置卡罗米特纸卡（40 mm×70 mm）和滤纸用来采集喷洒雾滴情况（图2、3）。 1.2.3 施药质量检测方法。
植保直升机施药作业结束，待卡罗米特纸卡（图4）和滤纸采样片（图5）收集到的雾滴干燥后，用自封袋将采样片进行封存后带回实验室数据处理及结果分析。雾滴粒径分布、覆盖密度、分布均匀度采用计算机图像分析系统、分析软件对采样片进行数据统计与分析。
1.2.3.1 喷施量误差计算方法。喷施率误差计算方法如下式：
δ=R-R0R0×100%（1）
式中，δ为喷施率误差;
R 为实际喷施率，单位为L/hm2;
R0 为预定喷施率，单位为L/hm2。
R的计算公式如下：
R=QT×V×D×104（2）
式中，Q 为装液量，单位L;
T 为喷洒时间，单位s;
V 为飞行速度，单位m/s;
D 为喷幅宽度，单位m。
运用以上公式计算，可得出此次检测喷施量误差结果。
1.2.3.2 雾滴覆盖密度检测。
雾滴覆盖密度为单位面积上的雾滴个数，其计算公式如下：
X=NS（3）
式中，N 为雾滴总个数，单位为个;
S 为总面积，单位为cm2。
1.2.3.3 雾滴粒径检测。
航空植保作业喷洒区域分为雾滴的主要沉积区域和不可避免的雾滴飘移区域，而沉积区域的雾滴粒径与漂移区域的雾滴粒径差别较大，因此计算雾滴粒径时首先要划定雾滴的主要沉积区域。以国家航空低容量喷洒雾滴粒径150～300 μm的要求为标准[9]，确定雾滴的体积中径DV5符合标准的区域为雾滴的主要沉积区域。
1.2.3.4 雾滴沉积量分布检测。
雾滴沉积量为沉积在单位面积上的喷液量，其计算公式如下：
DR=（VAD）3× D d×（5.231 0）-8（4）
式中， DR为喷雾沉降量，单位为L/hm2;
VAD为雾滴体积平均直径，单位为μm;
D d为雾滴覆盖密度，单位为个/cm2。
1.2.3.5 农药有效利用率检测。
将封存的滤纸采样片放入量杯中，用10 mL超纯水冲洗，将冲洗液使用可见分光光度计测定诱惑红含量，计算单位面积上的沉积量。根据喷施药液量，计算药液在叶片上的沉积量，得出农药有效利用率。
2 结果与分析
2.1 喷施量误差
根据计算公式得出喷施率误差为1.2%，符合国家对航空低容量喷施率误差（±5%）的标准要求。
2.2 雾滴覆盖密度测定
根据农业航空作业质量技术指标，在植保直升机进行低容量药剂喷洒作业时，作业对象的雾滴覆盖密度为25个/cm2以上则能够达到有效作业喷幅[10]。
从图6可以看出，雾滴密度呈现抛物线状，采样点L1（-4）至L1（5）与L2（-3）至L2（6）达到有效作业喷幅要求，且第一采集带L1与第二采集带L2有效作业喷幅均为45 m。
2.3 雾滴粒径测定
当飞行高度为3 m时，在单个喷幅内，分析得出L1（-5）～L1（3）以及L2（-5）～L2（3）之间区域的雾滴体积中径DV5为229.2 μm和293.7 μm，雾滴在采样片上有一定的铺展性，铺展系数约为1.2，校正后的雾滴粒径为191.0～244.8 μm，满足国家对航空低容量喷洒雾滴粒径150～300 μm的要求，故此区域应划定为雾滴的主要沉积区域。由检测结果可以看出，雾滴粒径与雾滴覆盖密度呈正相关，分析原因主要是细雾滴容易飘失而易偏移航线中心，绝大多数较大的雾滴容易沉积到航线中心。喷雾变异系数分别为43.92%和49.63%。从田间航空作业质量技术指标角度考虑，田间作业高度3 m较为合适，较高的飞行高度明显会降低喷雾质量，影响作业质量。
2.4 雾滴沉积量分布测定
当飞行高度为3 m时，药剂在采样带L1和L2的有效喷幅内作物上的喷雾沉积的平均值分别为0.161和0.164 μL/cm2（图7）。
3 结论
（1）Bell407型植保直升机飞行高度为3 m时，施药液量为15.18 L/hm2，为低容量喷洒，雾滴覆盖密度为25～35个/cm2，雾滴密度基本能满足要求，达到防治农作物病虫害的目的。
（2）喷雾雾滴中径为191.0～244.8 μm，单喷幅喷雾有效喷幅为45 m。Bell407型植保直升机理论喷幅为50 m，此次检测实际作业喷幅为45 m，符合设计指标。但是，飞防作业时要充分考虑实际作业喷幅，从而保证施药作業质量。
（3）雾滴变异系数分别为43.92%和49.63%，已达到航空作业技术质量标准，但雾滴分布状态不均衡，变异系数略高，形成因素较多。建议作业前及时对喷洒系统及装置进行维护和保养，包括药箱和管路清洗，校准喷雾系统压力，检测喷嘴磨损程度等，均可有效提高喷雾分布均匀性和降低雾滴飘移情况。
（4）喷雾沉积量的平均值为0.161～0.164 μL/cm2，沉积量的情况基本与雾滴密度情况相一致。
该试验可为农业植保直升机喷施质量检测提供检测方法，亦可为多旋翼植保无人机喷施质量检测提供借鉴。
参考文献
[1] 郭永旺，邵振润，赵清，等.植保机械与施药技术应用指南[M].北京：中国农业出版社，2015：1-2.
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[10] 吴金龙.棉蚜飞防药剂筛选及减量增效作用研究[D].阿拉尔：塔里木大学，2020.