摘 要：【目的】研究不同喷药机械与药剂组合对棉花脱叶催熟效果及产量品质的影响，为机采棉提质增效合理使用无人机喷施脱叶剂提供参考。
【方法】设置不同喷药机械喷施棉花脱叶剂试验，处理包括不同机械类型、不同药剂组合7个处理，分析不同处理的棉花脱叶率、挂枝率、吐絮率、产量及品质差异。
【结果】在相同药剂处理下，棉花脱叶率和挂枝率表现为大疆T16无人机gt;极飞P30无人机gt;机车东方红LX2204；吐絮率、单株铃数、衣分、产量、马克隆值和断裂伸长率则是极飞P30无人机＞大疆T16无人机gt;机车东方红LX2204。在增加相同飞防助剂后，棉花脱叶率、吐絮率、单株铃数和产量均是极飞P30无人机gt;大疆T16无人机gt;机车东方红LX2204；挂枝率、整齐度指数和断裂比强度表现为大疆T16无人机gt;极飞P30无人机gt;机车东方红LX2204。不同无人机类型T2处理（极飞P30无人机+臻灵+助剂+乙烯利+贝达通+中农大特定药剂）和T5处理（大疆T16无人机+瑞脱龙+助剂+乙烯利+贝达通）的综合脱叶催熟效果最佳。喷药后20 d，T2处理和T5处理喷药分别较机车喷药脱叶率高1.97%和1.41%，吐絮率分别低0.51%和1.52%；T2处理产量最高，籽棉产量比机车喷施增产25.56%和25.22%；品质较好，纤维上半部平均长度、整齐度指数和断裂伸长率较机车低 1.77%、2.23%和3.34%，断裂比强度和马克隆值较机车高1.95%和1.99%。
【结论】2种无人机喷施脱叶剂组合均比机车起到较好的脱叶催熟效果，比机车的棉花产量略高且提高了部分纤维品质参数，T2和T5处理可在大田机采棉上推广应用。
关键词：无人机；脱叶剂；棉花；纤维品质；产量
中图分类号：S562;513 文献标志码：A 文章编号：1001-4330（2024）03-0852-09
0 引 言
【研究意义】棉花催熟、脱叶技术是棉花采收环节中不可或缺的一项主要技术措施，不仅有利于提高采棉速度，同时还可减少籽棉中叶片等混入量，提高棉花品质［1-2］。植保无人机施药技术相比机车喷施具有作业效率高、应对突发病虫害能力强、不受地理区域和作物长势的限制及提高农药在靶标作物上的沉积量等优点，还能解决采用地面施药器械作业时对作物造成损伤的问题，提高农药喷施效率和农药利用率［3-5］，研究不同喷药机械与药剂组合对棉花脱叶催熟效果及产量品质的影响，对机采棉简化栽培、合理使用无人机喷施脱叶剂有重要意义。【前人研究进展】针对棉花催熟、脱叶技术已有研究［6-8］。张坤朋等［9］研究认为，540 g/L噻苯·敌草隆悬浮剂150 g/hm2+40%乙烯利水剂750 g/hm2+飞防助剂13.5 g/hm2对棉花综合脱叶效果最佳，且随着药后时间的推移，棉花脱叶率、脱叶效果、吐絮率和催熟效果均有明显提高。王国滨等［10］研究了植保无人机喷施不同雾滴粒径药剂对棉花脱叶率和吐絮率的效果表明，540 g/L脱吐隆悬浮剂+280 g/L烷基乙基磺酸盐助剂对于沉积分布特征以及棉花脱叶率和吐絮率均有显著影响。窦泽晨等［11］通过室内和田间试验评价了4种棉花脱叶催熟剂药液体系中噻苯隆的含量在 0～1 h下降速率较快，放置超过1 h就会对脱叶率产生显著的影响，12 h后的影响最大。XIAO等［12］研究表明，航空喷雾助剂影响无人驾驶飞行器（UAV） 喷洒的棉叶中液滴沉积、落叶、开棉和落叶剂保留，添加航空喷雾助剂后，脱叶率提高了3.12%～34.62%，吐絮率提高了6.67%～29.56%。【本研究切入点】关于无人机配施脱叶剂条件下，棉花产量和纤维品质性状差异变化虽有研究，但结果不相同，有研究认为无人机喷施棉花脱叶剂对棉花的产量和品质无显著影响［13-14］，而付凯［15］研究得出无人机喷施棉花脱叶剂对棉花的产量和不同果枝节位纤维品质有较大影响。前人研究多为单一机械喷施脱叶剂对棉花脱叶催熟效果等，也有部分对无人机喷施脱叶剂作业参数和增效剂筛选的研究，但对比不同配药机械喷施不同脱叶剂+助剂+催熟剂+飞防助剂组合在棉花上的应用效果研究较缺乏［16］。【拟解决的关键问题】设置不同机械类型，不同药剂组合等7个处理，分析不同处理的棉花脱叶率、挂枝率、吐絮率、产量及品质差异，研究不同喷药机械与药剂组合对棉花脱叶催熟效果、产量品质的影响，为机采棉提质增效与合理使用无人机喷施脱叶剂提供参考。
1 材料与方法
1.1 材 料
试验于2021年在新疆生产建设兵团第六师芳草湖农场13连10号地进行（87.68′N，43.77′E）。试验地为粘壤土，pH值为7.8，有机质0.74%，碱解氮66 mg/kg，速效磷25.5 mg/kg，速效钾218 mg/kg；4月15日播种，膜宽2.05 m，膜上精量点播，膜下滴灌，采用（66+10）cm机采棉种植模式，种植密度为24×104株/hm2；前茬作物为棉花，棉花品种为合信84号；基施磷酸二铵180 kg/hm2，全生育期滴水9次，总灌水量为5 700 m3/hm2，随水滴施尿素645 kg/hm2、滴灌专用肥500 kg/hm2。
试验选用2个型号的无人机，分别为大疆T16电动多旋翼植保无人机（XR11001VS，大疆创新科技有限公司，深圳，中国），共8个扇形雾液力喷头，最大载液量16 kg；极飞P30电动多旋翼植保无人机（3WWDZ-15A，极飞科技有限公司，广州，中国），共4个转盘式离心喷头，最大载液量16 kg。机车使用东方红LX2204拖拉机，悬挂1.5 t药罐，药罐上配有可折叠喷杆，每个喷杆上配有上中下3个压力喷头。表1
1.2 方 法
1.2.1 试验设计
选择81%水分散粒剂瑞脱龙（江苏瑞邦农药厂有限公司生产），280 g/L 烷基乙基磺酸盐可溶液剂助剂（拜耳作物科学（中国）有限公司生产），质量分数 40%乙烯利水剂（河北省黄骅市鸿承企业有限公司生产），质量分数33%贝达通（北京贝达通科技有限公司生产）。选择2种机型的最优配药参数为飞行喷药参数，设置7个处理，每个处理3次重复，其中无人机施药均为2次（第1次为9月7日，第2次为9月14日，2次药剂量相同），以机车喷施（9月7日）1遍为对照，分别用T1、T2、 T3、T4、T5、T6、T7（CK）表示。表2
1.2.2 测定指标
每个小区各选取边行和中行有代表性的10株棉株做好标记，喷药前先调查标记棉株的叶片总数和吐絮数，喷药后第5、10、15和20 d分别在10：00～12：00调查固定标记棉株上的绿色叶片数、挂枝叶片数和吐絮铃数，计算脱叶率、挂枝率和吐絮率。
收获前调查每个小区6.6 m2实际株数及总铃数，取样10株测量铃重，计算籽棉产量，轧花后计算皮棉产量、衣分。每个小区随机收取棉株60个考种铃，轧花后皮棉样送至中国农业科学院棉花所测棉花纤维品质指标，包括纤维上半部平均长度、整齐度指数、马克隆值、断裂比强度、断裂伸长率等。
1.3 数据处理
采用Excel 2016进行数据整理和origin 2018作图，SPSS Statistics 23.0进行方差分析，采用Duncan进行多重比较和差异显著性（Plt;0.05）检验。
2 结果与分析
2.1 不同处理对棉花脱叶率的影响
研究表明，喷药后5 d，T1、T3和T4处理的脱叶率分别较CK显著提高 87.05%、32.17%和52.30%，而T2、T5和T6处理的脱叶率与CK差异不显著。相同脱叶剂条件下，T3＜T4处理，差异不显著；相同药剂组合下，T1处理的脱叶率显著高于T2处理；相同机型条件下，T6＞T5处理，差异不显著。喷药后10 d，T1～T6处理的脱叶率分别较CK显著降低 6.96%、3.02%、4.28%、8.45%、8.00%和12.15%。相同脱叶剂条件下，T3＞T4处理，差异显著；相同药剂组合下，T1＜T2处理，差异显著；相同机型条件下，T5＞T6处理，差异显著。喷药后15 d，T1、T2、T3和T5处理分别较CK高 0.97%、1.33%、1.10%和1.89%，T4和T6处理分别较CK低0.28%和0.76%，T5和T6处理较CK差异显著，T1、T2、T3和T4处理较CK差异不显著。相同脱叶剂条件下，T3＞T4处理，差异不显著；相同药剂组合下，T1＜T2处理，差异不显著；相同机型条件下，T5＞T6处理，差异显著。喷药后20 d，T1、T2、T3、T4和T5处理的脱叶率分别较CK显著增加0.52%、1.41%、0.93%、1.29%和1.97%，而T6处理的脱叶率较CK显著降低0.75%。脱叶率大小顺序为T5＞T2＞T4＞T3＞T1＞T7＞T6。相同脱叶剂条件下，T3＞T4处理，差异不显著；相同药剂组合下，T1＜T2处理，差异不显著；相同机型条件下，T5＞T6处理，差异显著。无人机喷施脱叶剂效果与机车喷药相当，多数处理脱叶效果略好于机车，其中T2和T5处理的脱叶效果明显好于机车，更有利于棉花脱叶。图1
2.2 不同处理对棉花挂枝率的影响
研究表明，喷药前，T1～T7（CK）处理的挂枝率均为0。喷药后5 d，T1、T3和T6处理的挂枝率分别较CK显著增加 80.00%、48.31%和38.70%，T2和T5处理的挂枝率分别较CK显著降低33.76%和15.84%，T4处理的挂枝率较CK无显著变化。相同脱叶剂条件下，挂枝率T3＞T4处理，差异显著；相同药剂组合下，T1＞T2处理，差异显著；相同机型条件下，T5＜T6处理，差异显著。喷药后10 d，T1、T2和T3处理的挂枝率分别较CK增加1.45%、7.71%和33.72%，T4、T5和T6处理的挂枝率分别较CK降低9.44%、6.98%和17.73%，但T1～T6处理均与CK差异不显著。相同脱叶剂条件下，T3＞T4处理，差异显著；相同药剂组合下，T1＜T2处理，差异不显著；相同机型条件下，T5＞T6处理，差异不显著。喷药后15 d，T2、T3、T4、T5和T6处理分别较CK增加20.00%、8.68%、17.65%、37.37%和17.68%，T1处理较CK降低 10.14%，T2、T4、T5和T6处理较CK差异显著，T1和T3处理较CK差异不显著。相同脱叶剂条件下，T3＜T4处理，差异不显著；相同药剂组合下，T1＜T2处理，差异显著；相同机型条件下，T5＞T6处理，差异显著。喷药后20 d，T2、T3、T4、T5和T6处理分别较CK增加 15.01%、6.28%、13.74%、34.26%和13.66%，T1处理较CK降低12.38%，T1、T2、T4、T5和T6处理较CK差异显著，T3处理与CK差异不显著，相同脱叶剂条件下，T3＜T4处理，差异不显著；相同药剂组合下，T1＜T2处理，差异显著；相同机型条件下，T5＞T6处理，差异显著。挂枝率大小顺序为T5＞T2＞T4＞T6＞T3＞T7＞T1。无人机喷施脱叶剂的挂枝率差异较大，多数处理较机车喷施高，利于挂枝，少数处理机车喷施较低，不利挂枝。图2
2.3 不同处理对棉铃吐絮率的影响
研究表明，喷药后5 d，T4、T5和T6处理的吐絮率分别较CK增加14.65%、1.83%和5.49%，T1、T2和T3处理的吐絮率分别较CK降低7.92%、23.09%和24.00%，T2、T3、T4、T5和T6处理较CK差异显著。相同脱叶剂条件下，T3＜T4处理，差异显著；相同药剂组合下，T1＞T2处理，差异显著；相同机型条件下，T5＜T6处理，差异不显著。喷药后10 d，T2、T4、T5和T6处理分别较CK 增加0.67%、7.97%、8.84%和4.99%，T1和T3处理分别较CK降低1.63%和5.46%，T1～T6处理较CK差异不显著，相同脱叶剂条件下，T3＜T4处理，差异显著；相同药剂组合下，T1＜T2处理，差异不显著；相同机型条件下，T5＞T6处理，差异不显著。喷药后15 d，T1、T4、T5和T6处理分别较CK增加1.82%、1.39%、2.84%和2.94%，T2和T3处理分别较CK降低3.35%和3.89%，差异显著。相同脱叶剂条件下，T3＜T4处理，差异显著；相同药剂组合下，T1＞T2处理，差异显著；相同机型条件下，T5＜T6处理，差异不显著。在喷药后20 d，棉铃吐絮率均达到92.0%以上，T6处理较CK增加0.11%，T1、T2、T3、T4和T5处理分别较CK降低1.94%、1.52%、5.47%，1.55%和0.51%，其中T3处理较CK差异显著。相同脱叶剂条件下，T3＜T4处理，差异显著；相同药剂组合下，T1＜T2处理，差异显著；相同机型条件下，T5＜T6处理，差异不显著。吐絮率大小顺序为：T6＞T7＞T5＞T2＞T4＞T1＞T3。无人机喷药的吐絮率与机车喷药相当，T1、T2、T3、T4和T5处理略低于CK，但均能够有效促进吐絮，效果相当，其中T6处理吐絮率略高于CK和无人机喷药其他处理，具有较小的优势。图3
2.4 不同处理对棉花产量及其产量构成因素的影响
研究表明，T1～T6处理的铃重和衣分均低于CK，铃重分别较CK降低0.27、0.04、0.19、0.26、0.05和0.31g，衣分分别较CK降低1.19%、2.01%、4.74%、3.88%、3.13%和0.67%，T1～T6处理的单株铃数、籽棉产量和皮棉产量均高于CK，单株铃数分别较CK增加2.07、6.20、1.10、6.95、1.32和6.56个，籽棉产量分别较CK高24.08%、25.56%、7.13%、16.37%、25.22%和12.41%，皮棉产量分别较CK增加22.59%、23.03%、2.04%、11.84%、21.31%和11.64%。相同脱叶剂条件下，T3的铃重较T4处理高0.07g，T3的单株铃数、衣分、籽棉产量和皮棉产量较T4处理分别低0.75个、0.90%、7.93%和8.76%，各产量指标差异不显著；相同药剂组合下，T1的铃重、籽棉产量和皮棉产量较T2处理分别降低0.23g、1.17%和0.35%，单株铃数和衣分T1较T2处理分别增加0.34个和0.83%，各产量指标差异不显著；相同机型条件下，T5的铃重、单株铃数、籽棉产量和皮棉产量较T6处理分别增加0.26g、0.39个、11.35%和8.64%，T5的衣分较T6处理降低2.47%，产量指标铃重差异显著，其他指标差异不显著。籽棉产量大小顺序为T2＞T5＞T1＞T4＞T6＞T3＞T7。无人机喷施较机车喷施铃重差异较小，但单株铃数差异较大，从而使棉花产量增加。无人机喷药相同脱叶剂条件下，极飞无人机增加的棉花产量高于大疆无人机，相同机型和药剂的条件下，无人机喷药增加助剂有利于棉花产量的提高。表3
2.5 不同处理对棉花纤维品质的影响
研究表明，无人机喷药处理的棉纤维上半部平均长度T3、T4和T5处理分别较CK增加 1.32%、1.63%和0.20%，T1、T2和T6处理分别较CK降低 1.77%、0.65%和0.23%，且均与CK差异不显著。T1～T6的纤维长度整齐度指数分别较CK降低 1.05%、2.23%、0.55%，0.31%、0.78%和0.47%，其中T2处理较CK差异显著，其他处理差异不显著。T1～T6处理的纤维马克隆值均较CK差异不显著，其中T2处理较CK高1.99%，T1、T3、T4、T5和T6处理分别较CK降低1.49%、3.49%、11.97%，8.97%和6.48%。纤维断裂比强度T3、T5和T6处理较CK差异显著，T1、T2和T4处理较CK差异不显著，其中T4处理较CK增加 1.95%，T1、T2、T3、T5和T6处理分别较CK低1.35%、2.86%、4.96%，5.12%和5.03%。T1～T6处理的纤维断裂伸长率分别较CK降低 2.17%、3.34%、1.44%，2.28%、1.44%和2.17%，T2和T4处理较CK差异显著，T1、T3、T5和T6处理较CK差异不显著。相同脱叶剂条件下，T3和T4处理之间的纤维断裂比强度和断裂伸长率差异显著，纤维上半部平均长度、长度整齐度指数和马克隆值差异不显著，纤维马克隆值和断裂伸长率表现为T3＞T4处理，纤维上半部平均长度、长度整齐度指数和断裂比强度表现为T3＜T4处理，极飞无人机喷施较大疆无人机喷药对纤维品质影响较小。相同药剂组合下，T1和T2处理的纤维长度整齐度指数和断裂伸长率差异显著，纤维上半部平均长度、马克隆值和断裂比强度差异不显著，纤维上半部平均长度和马克隆值表现为T1＜T2处理，纤维长度整齐度指数、断裂比强度和断裂伸长率表现为T1＞T2处理，极飞无人机增加飞防助剂会降低棉花纤维品质。相同机型条件下，T5和T6处理纤维品质指标均差异不显著，纤维上半部平均长度和断裂伸长率表现为T5＞T6处理，纤维长度整齐度指数、马克隆值和断裂比强度表现为T5＜T6处理。表4
3 讨 论
3.1 不同机型无人机喷施脱叶剂对棉花脱叶效果及吐絮的影响
研究结果表明，无人机喷药多数（T1～T5）处理的脱叶率和少数（T6）处理的吐絮率大于机车喷药，效果较好，但是也有少数（T6）处理的脱叶率和多数（T1～T5）处理的吐絮率小于机车喷药（差异较小），效果略差。少数无人机喷洒脱叶剂效果小于机车喷药（T6处理），与徐金虹［17］研究结论一致，无人机在冠层上方数米处的低容量喷雾难以使所有叶片均匀着药，即使2次作业也常会出现脱叶效果不佳和吐絮略低的现象［18-19］。胡红岩等［18］研究发现，在相同施药量条件下，无人机喷洒脱叶剂对棉花脱叶的速效性不及人工喷雾处理，但随着施药时间的延长，无人机喷施脱叶剂的脱叶效果逐渐提高。无人机喷药的多数处理挂枝率均大于机车喷药，是由于无人机用水量太少，脱叶剂配比浓度较高，施药过程中遇到高温天气药剂容易挥发，棉株叶柄处来不及积累足够的脱落酸，导致叶柄未完全产生离层所致。与机车喷药相比，无人机喷药不同处理对脱叶率，吐絮率和挂枝率的效果存在差异，无人机喷药对脱叶率和吐絮率的影响与无人机类型、药剂配比和各类助剂组合密切相关，无人机喷药多数处理能达到或超过机车喷药的效果。
3.2 不同机型无人机喷施脱叶剂对棉花产量及品质的影响
无人机喷施较机车喷施会降低铃重、衣分、整齐度指数和伸长率，而对马克隆值基本无影响，与付凯［16］研究存在较大不同，原因是两研究的区域气温和栽培模式不同，棉花品种和水肥条件也不同。陈宇楠等［20］研究认为无人机增加助剂对棉花铃重和衣分及纤维品质主要指标无不利影响，与研究不同喷药机械喷施脱叶剂对棉花产量品质的影响，在相同机型和药剂条件下，增加飞防助剂可以提高棉花的铃重和单株铃数和产量，但会降低棉花的纤维品质存在较大差异。张坤朋等［9］提出无人机喷施作业配套的飞防专用制剂研究较少，成为制约植保无人机高质量喷施作业的瓶颈问题，研究基于这个问题开展无人机增加飞防助剂在相同药剂的条件下研究发现，单株铃数和皮棉产量均为极飞P30无人机＞大疆T16无人机，但整齐度指数和断裂比强度表现为极飞P30无人机＜大疆T16无人机，增加飞防助剂虽然增加产量但会降低棉花的纤维品质，不同无人机机型对增加飞防助剂的效果存在差异。
3.3 无人机喷施脱叶剂与机车对比的优缺点及应用前景展望
当前无人机喷施药剂的机型较多［17-21］，机车喷施药罐类型也较多［22-23］，研究只是选取了常用的几个机型、药剂和飞防助剂。目前多数无人机药剂用量、药剂种类主要参考机车喷施药剂等内容，多数研究结果表明无人机喷施脱叶剂较机车喷施的单株铃数和产量较高，但纤维品质等指标会降低。虽然植保无人机超低容量喷雾技术具有喷洒效率高、耗时少、用药量少等优点，但也有续航能力有限、先进机型售价偏高、雾滴易飘移和蒸发等问题［24-25］。
4 结 论
2种无人机喷施脱叶剂组合均能起到较好的脱叶催熟效果，其中T2处理（极飞P30无人机+臻灵+助剂+乙烯利+贝达通+中农大特定药剂）和T5处理（大疆T16无人机+瑞脱龙+助剂+乙烯利+贝达通）的综合脱叶催熟效果最佳，T2处理和T5处理产量分别为6 946.17和6 927.19 kg/hm2，均高于其他处理，品质较好。T2和T5处理可在大田机采棉上推广应用。
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