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航空施药技术应用及对水稻品质影响研究

薛新宇  
【摘要】:针对我国水稻施药技术落后,造成的稻米品质不佳的问题,本文结合国家863项目“水田超低空低量施药技术研究与装备创制”、美国农业部南部平原研究中心项目"Aerial Application Research for Efficient Crop Production"、江苏省国际合作项目“航空飘移预测技术”,探索无人机低空减量施药关键技术,研究了航空喷洒雾滴沉降飘移规律、农药植株沉降附着基本特性、低量高浓度喷洒剂型对水稻安全性;开发了基于GPS自动导航无人驾驶施药直升机,进行室内及田间喷洒试验验证;建立了航空飘移预测模型;探索低量高浓度航空作业对水稻品质影响因素,为制订航空安全施药技术规范,减少农药使用量,提高稻米品质提供技术支持。论文相关研究内容在南京农业大学、农业部南京农业机械化研究所及美国德克萨斯州美国农业部南部平原研究中心完成。全文的主要内容如下:(1)水稻植株与农药喷洒相关特性研究。①研究了9种水稻常规农药及剂型对表面润湿展布性能。测定了3种水稻品种的叶片的临界表面张力、药液表面张力及临界胶束浓度、不同表面张力溶液的稻田利用率。研究结果表明:当喷洒的溶液的表面张力小于水稻叶片的临界表面张力时,能有效地增加溶液在水稻植株表面的沉积效率;②研究了水稻常规农药及剂型对水稻安全性的影响。研究了9种常规农药药剂的6种浓度梯度在3种水稻品种的应用试验,结果表明:不同品种的水稻的抗药性有差异;高浓度施药作业中,毒死蜱产生了一定程度的药害,吡虫啉对某些品种产生药害;其它药剂安全。由于不同企业在加工农药剂型时的配料和工艺都存在差异,因此在航空施药作业前因对在用常规农药进行筛选;(2)航空低量喷雾雾滴喷洒与沉积规律研究。以提高农药利用率,减少农药用量为目标,开展④转盘雾化器的雾化机理研究,雾粒粒径与转盘转速、转盘转速与雾滴速度场的关系;②采用了室内风洞模拟与田间测试组合的方式,研究雾滴从3~5米高度至靶标作物的范围内沉降飘移规律,并优化了雾滴直径、喷量、作业速度、作业高度等作业参量;③设计了无人旋翼机喷洒作业风场与测试方法,研究无人旋冀机旋冀下洗气流场;④建立了基于CFD的无人直升机施药作业喷洒动态仿真模型,通过环境温度、风速、喷洒量、飞行速度、飞行高度等参数,对实际作业中雾滴飘移与沉积范围进行预测。(3)基于GPS自动导航无人驾驶施药装备开发,系统主要由飞行控制主机、机载无线电台、机载GPS、航路规划PC机和地面站组成。设计了基于GPS自动导航的高精度无人机施药作业自动控制系统,航路分析显示,侧风风速在3~4m/s之间时,有12条航路偏差均方根在0.3~0.7m/s之间,无人机实际飞行航路与预定航路吻合;田间喷洒多喷幅叠加作业试验表明,设计喷幅7m下,喷雾均匀变异系数0.25,系统使用C语言和MATLAB控件开发了航路规划和实时显示软件,联合无人机自有的飞行控制系统与机载嵌入式施药系统,可实现自动规划农田边界、自动规划飞行航路、测算农田面积、实时显示飞行轨迹、定点精准施药等功能。(4)基于GPS自动导航无人机施药田间防治效果研究。在水稻不同生长期即分蘖期、孕穗期的田间防效查定;试验结果显示:①水稻分蘖期飞机喷雾防治稻飞虱、稻纵卷叶螟的杀虫、保叶效果均优于常规喷药,特别是10天后防治效果尤为显著;②在孕穗期做减少农药用量10%、20%、40%以及不同飞行高度的田间防效查定,在水稻孕穗期防治稻飞虱,差异不明显;防治纵卷叶螟效果均优于传统施药作业,航空施药可以有效减少农药的用量;③飞行高度与防治稻纵卷叶螟效果相关,与防治稻飞虱相关性不明显。总体看,低容量的航空施药作业增加了药液在水稻上的沉积,减少了农药在非靶标区的流失,对于农药减量与农药残留降低具有积极意义:(5)航空喷洒作业对水稻品质影响研究。研究2个水稻品种,在采用常规农药在航空低量(1L/亩)细雾滴(≤200μm)施药作业方法与传统大流量(50L/亩)大雾滴(≥300 μm)的施药作业方式下,在同等栽培、管理条件下,二种方式对水稻品质产生的影响。研究表明,不同水稻品种在叶片上农药消减时间不同;从采后1个月的稻谷农药残留量测定结果看:航空喷洒三种药剂残留量检出量均低于国家标准,助剂对药剂在稻谷残留量检出量没有影响,150%登记药量常规喷洒处理,稻谷残留品质达不到安全标准。动态热机械分析仪结果显示:毒死蜱处理飞机喷洒水稻硬度高于常规喷洒;已唑醇处理飞机喷洒水稻与常规喷洒作业黏弹性指标差异不大。水稻X射线衍射结果来看,航空施药和人工施药方式对水稻籽粒的微观结构均会产生影响,随着浓度的增加,其影响也会小幅增加,航空施药对水稻籽粒的微观结构影响小于常规施药对水稻籽粒微观结构的影响。


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