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飞防及其专用药剂与助剂的发展现状与趋势

来源:admin日期:2019/03/05 浏览:
摘要: 据全国农技推广中心统计,我国常年化学农药制剂使用量在100万吨左右,折百有效成分用量在30万吨左右。目前我国农药使用大多仍以传统的背负式喷杆喷雾器喷雾为主,药液用量大、“跑、冒、滴、漏”现象严重,农药有效利用率仅30%左右,远低于发达国家。

据全国农技推广中心统计,我国常年化学农药制剂使用量在100万吨左右,折百有效成分用量在30万吨左右。目前我国农药使用大多仍以传统的背负式喷杆喷雾器喷雾为主,药液用量大、“跑、冒、滴、漏”现象严重,农药有效利用率仅30%左右,远低于发达国家。农业部提出“到2020年实现化肥、农药使用量零增长”行动方案,以切实解决我国目前存在的化学农药使用量大、有效利用率低、盲目用药和滥用农药的突出问题,改变食品安全和环境安全问题严峻的局面。农业部门提出“三改进三推进三减少一提高”:改进防控理念,推进绿色防控;改进施药技术,推进科学用药;改进组织方式,推进统防统治。通过减少施药次数、减少施药剂量、减少农药流失来提高防治效果,力保在农药零增长的情况下,有效控制病虫草鼠等有害生物对作物的危害。在此背景下,企业和合作社瞄准商机,积极推进地面大型植保机械、无人机等飞机施药,大力发展统防统治和专业化植保服务,近年来我国如火如荼的飞防发展就足以证明这一点。

1 飞防现状与无人机植保优势

1.1 国内外飞防现状
   
航空植保就是利用飞机施药进行农林业病虫草害防治或相关的作业,也可称为空中植保、飞行植保或飞机植保技术,国内也简称为飞防。在飞防领域,美国、日本、韩国等发达国家走在前列,我国近5年是飞防的快速发展期。美国是应用航空喷雾最发达的国家,农用飞机以作业效率较高的有人驾驶固定冀飞机为主,农用航空作业项目除了飞机播种、施肥、施农药外,还包括人工降雨、森林灭火、空气清洁、杀灭病菌等。日本无人机喷洒农药已经将近30年历史,大部分的水稻田采用飞防。发达国家在器械设备研制、药剂研制、智能化装备及植保技术应用等方面为我国提供了可借鉴的经验。
   
发达国家对航空喷雾技术的研究热点主要集中在以下两个方面:一是可控雾滴技术的应用与雾滴飘移控制的研究。通过按作业要求选择适宜的喷头和喷雾参数,控制雾滴粒径、飘移率等以取得最佳喷雾效果;通过建立飞机喷雾的雾滴分布仿真数学模型,运用模型分析雾滴沉降规律,研究航高、航速、风速、雾滴粒径、不同机型对雾滴飘移的影响。二是全球卫星定位系统(GPS)及精准施药技术的使用。航空喷雾作业时,通过扫描软件计算不同区域(较小的面积单元)所需的农药制剂、肥料用量,进行变量喷施;随着可视化技术的发展,远程控制平台也开始得到应用,即当飞机到达作业区域时,GPS能实时将作业区域的信息图像传送到控制平台(电脑),达到作业位置精确定位与自动导航,最终实现精确施药及喷幅精确的对接。
   
我国开展飞机施药防治农业林业有害生物和卫生防疫工作已有50余年历史,对突发性、暴发性有害生物的控制取得很好的效果。近5年来,随着我国土地流转和集中、农民防控意识的转变,植保无人机异军突起,迅速发展。自2012年到2015年,植保无人机的关注度一年比一年升温,尤其是2015年开始出现大量关于植保无人机田间试验和田间作业的报道。2014年、2015年中央一号文件明确提出“要加强农用航空建设”,为航空植保的发展指明了方向。我国大田作物约15亿亩,按平均每亩施药3次计算,共需45亿亩次施药作业,有人估计无人机植保市场是600亿,有人估计高达1 000亿左右,可见市场需求量很大[3]。但无人机植保作为一个快速发展的新生事物,实际应用中也发现许多亟待改进的问题,如无人机的质量不过关,坠机事件时有发生;熟练的专业飞手不足;电池续航时间太短,成本高;飞机的保养和售后服务跟不上;防治效果不稳定、药害或环境污染事故时有发生以及适合飞防的专用药剂和助剂较少等。

飞防注重的是专业化服务和统防统治,以防为主,以治为辅,减轻病虫害的发生,改变了农民“见虫打药,见病防治”的习惯,也有利于生物农药和低毒农药的推广应用,从源头上减少了农药的使用,实现农药使用量的“零增长”,保证农产品的品质。

1.2 无人机植保优势

    相对于常规人工喷洒,无人机植保具有以下优势:

    1.2.1 适应性更强 不受山地、水田等地形因素,垄作、平作等种植方式,高秆、矮秆、林果以及作物生长周期的限制,有效解决作业难问题。
    1.2.2安全高效 试验证明无人机喷洒农药效果会高于人工喷洒,喷洒均匀,农药对植物的穿透性好,可以喷到植物根部;更重要的是与传统喷洒作业比较,实现了人机分离,农药在喷洒过程中几乎对作业者没有危害,提高了农药喷洒的安全性。
    1.2.3 节水 无人机喷洒技术可以节约90%用水,很大程度降低资源成本。
    2 飞防技术特点及专用药剂
    2.1 飞防的技术特点
    飞机喷雾和常规喷雾在喷液量及作业高度等方面有的很大的区别(表1)。飞机喷雾具有以下技术特点:
    2.1.1 超低量喷雾 每亩喷液量一般在0.5~1L,药液浓度高,而且一般2种以上不同农药制剂同时配制。
    2.1.2 较强穿透性 旋翼旋转时产生风场,药液对植被穿透性好。
    2.1.3  作业高度高   一般2~8m。

2.1.4  气象因素影响大  温度、湿度、风速、风向等影响较大,容易造成雾滴的飘失和蒸发。另外,飞机类型、喷嘴类型、药液性质、操作方式(喷液压力、飞行速度、飞手熟练程度、重喷、漏喷等)等都会对最后的防效及周围环境产生影响。

表1 飞机喷雾与常规喷雾的区别(氯虫苯甲酰胺200g/L 悬浮剂)
喷雾方式 亩喷液量(L) 稀释倍数 作业高度 漂移距离
常规喷雾 30-50 3000-5000 0.3m 与喷头类型、作业高度、风速、温度、药剂性质有关
飞机喷雾 0.5-1.0 30-100 2-8m
    
2.2 飞防对专用药剂的要求
   
针对飞防的技术特点,飞防对专用药剂或额外添加助剂的药液要求如下:
    2.2.1 安全高效  由于飞防使用的药液浓度大,要求高浓度药剂不仅对作物安全和高效,而且还需要充分考虑其毒性(急性毒性、亚慢性毒性、慢性毒性)以及环境安全性(蜂、鸟、鱼、蚕、水生生物、家畜、天敌昆虫、蚯蚓、土壤微生物以及暴露人群如生产工人、施药人员、附近居民以及对大气、水源、非靶植物的安全性),充分评估其施药安全性和风险,做好风险防范紧急预案。
    2.2.2 剂型合理  由于飞防用药液浓度高,需要选择能够高浓度稀释而不容易堵塞喷头的制剂,并且在一定时间内不发生分层、析出和沉淀。对于含有有机溶剂的制剂,则要求有机溶剂低毒和密度较大。另外,对于2种以上不同制剂混合时,相容性要好,事先做好配伍性试验并在使用时进行2次稀释。如果使用过程中加入专用的飞防助剂,也有助于解决稀释问题。
    2.2.3 抗挥发和抗飘失 由于飞机喷洒有一定高度,在风的作用下80~400μm的雾滴容易飘失,不仅造成防效低而且会造成药害和污染,所以要求专用药剂具有抗挥发和飘失的性能。如果药剂抗飘失性能差,可以加入专用的飞防助剂或设置不施药缓冲区。
    2.2.4 沉积性能好 滴在植物表面是点状分布,要求雾滴在植物表面粘附性能好,从而提高农药利用率。
    2.3 飞防专用药剂产品和剂型

国内目前在飞防上应用过的农药产品涵盖杀虫杀螨剂、杀菌剂、除草剂以及植物生长调节剂等各类产品,如氯虫苯甲酰胺、溴氰虫酰胺、氟虫双酰胺、溴虫腈、氟啶虫胺腈、螺虫乙酯、螺螨酯、吡虫啉、吡蚜酮、啶虫脒、虫酰肼、噻虫嗪、噻虫啉、阿维菌素、多杀菌素、苦参碱、楝素、白僵菌、绿僵菌、蝗虫微孢子虫、浏阳霉素、井冈霉素、吡唑醚菌酯、氰氟草酯、五氟磺草胺、芸苔素内酯等,涉及剂型有水分散粒剂、悬浮剂、悬乳剂、水乳剂、微乳剂、可分散油悬浮剂、超低容量液剂等。另外,还使用氨基酸等肥料。

最早开发的适应于飞机作业的农药专用剂型是超低容量液剂(UltralowVolume Concentrate,ULV或UL),它是一种直接喷施到靶标无需稀释的特制油剂,具有低粘度和高稳定性,适合于飞机喷洒成60~100μm的细小雾滴,均匀分布于作物茎叶表面,有效发挥防治病虫草害作用。超低容量液剂制备关键在于溶剂的选择,在选择溶剂时需要考虑溶解性、挥发性、药害以及粘度、闪点、表面张力和密度等。一般选择使用闪点大于40℃、沸点200℃以上的溶剂油,近年多用植物油或改性植物油。国内参与飞防的企业开发飞防专用超低容量液剂的热情较高,但由于最新修订的农药剂型代码标准可能取消超低容量液剂的剂型,将其归为油剂,可能会对该类产品登记产生一些影响。据中国农药信息网查询,目前我国已取得登记的超低容量液剂(表2)所示。

表2我国已经取得登记的超低容量液剂(UL)
登记名称 防治对象 生产企业
阿维菌素1.5%  UL 稻纵卷叶螟 广西田园生化股份有限公司
氯菊酯5%  UL 广东省广州市花都区花山日用化工厂
氟虫腈4g/L  UL 杀虫 安徽华星化工有限公司
甲维盐1%  UL 稻纵卷叶螟 广西田园生化股份有限公司
嘧菌酯5%  UL 纹枯病 广西田园生化股份有限公司
胺菊酯2%  UL 蚊蝇 江苏省南京荣诚化工有限公司
氟虫腈4g/L  UL 杀虫 拜耳作物科学(中国)有限公司
   
纳米制剂也是目前飞防专用药剂研究的重点。据报道暨南大学教授张子勇在2016年世界精准农业航空大会上指出水性化纳米农药是解决航空植保适用性、提高药效和降低污染的最佳路径。纳米农药在喷洒后,不会随着液滴中水分的蒸发形成农药的结晶聚集体,而会均匀分散为纳米微粒,而且由于加入了抗漂移剂,增大药液粘度,喷洒时一般可抵抗漂移的发生。
由于市场上用于飞防的制剂较少,所以实际中大部分还是应用常规制剂。主要是选择粒径相对较小的制剂,比如悬浮剂、乳油、水乳剂和微乳剂等。若使用水分散粒剂和可湿性粉剂,则在制备过程中尽可能的减少制剂粒径和使用能溶于水的填料。

3 飞防喷雾助剂

由于在制剂配方中加入抗蒸发、抗飘失的成分局限于配方的组成,或者不能添加太多,或者造成配方体系不稳定,此时,添加飞防专用喷雾助剂能很好的解决这个问题,而且降低农药的使用量。据报道,在不适宜作业条件下,在药液中加入1%的植物油型助剂,可减少20%~30%的用药量,可获得稳定的药效。在飞防上用的喷雾助剂主要为高分子聚合物、油类助剂、有机硅等。
 
    3.1国内外大量研究和田间试验结果表明,添加合适的喷雾助剂,能起到以下作用:
    3.1.1 影响雾滴大小  加入合适的喷雾助剂后,药液的动态表面张力、粘度等性质发生变化,因此在相同的喷头和压力下,喷出的液滴大小发生变化。一般来说,油类助剂能够适当增加雾滴粒径。
    3.1.2 抗飘失  加入喷雾助剂后能够改变雾滴粒径分布,减少飘失。国外报道,在相同条件下,水的飘失量为21%,加入油类飞防助剂后飘失量变为13%。
    3.1.3 抗蒸发  试验表明,在相同条件下25%嘧菌酯悬浮剂的蒸发速度为4.28μL/(cm2·s),而加入植物油型飞防助剂的蒸发速度为3.95μL/(cm2·s)。
    3.1.4促沉积  加入飞防助剂后,助剂能够帮助药液能够很好的在植物体表润湿渗透,提高了农药沉积。
    3.2使用喷雾助剂有时会出现使用效果差或出现问题,一般是以下原因:
    3.2.1助剂选择性问题  非离子表面活性剂、矿物油、液体肥型喷雾助剂,在干旱条件下效果受影响,所以在干旱条件下避免选择这些助剂。
    3.2.2加入助剂量不够
    高温干旱条件下必须加入植物油型喷雾助剂量为喷液量的1%~2%才能取得很好的效果[5]。
    3.2.3操作问题  重喷、漏喷、悬停时未关闭喷头都会造成影响。
3.2.4气候问题  在气温13~27℃,空气相对湿度大于65%,风速小于4m/s时施药较好,其他不适宜气候尽量减少喷药。

4 飞防药剂和助剂的未来发展趋势

在飞防专用药剂和剂型方面,需要开发更加高效安全,适合飞防低量和超低量喷雾作业的农药产品,超低容量剂的研制值得关注,尤其是抗蒸发、抗飘移、增效减量的助剂和制剂产品。另外,油悬浮剂、可分散油悬浮剂由于具有高效、安全、抗蒸发的特性值得关注,但此类产品的稳定性问题必须解决;悬浮剂、微囊悬浮剂、可溶性液剂、水分散粒剂等都可以用于飞防,但对于不同产品的稀释稳定性以及与其他产品和喷雾助剂的配伍性需要通过大量试验,明确其配伍可行性与有效性,以防因其物理稳定性或分散稳定性而影响喷洒效果。

安全、高效、省工、节能、环保适合不同农业作业和植保要求的专业化航空植保快速发展,未来飞防药剂应以注重使用方便、不用稀释或稀释与配伍简易化、大包装或可便携易替换的可重复使用包装、液体剂型或颗粒纳米化、抗蒸发、抗飘移、沉积渗透和润湿吸收快、广谱高效多功能的制剂或制剂组合会成为未来飞防药剂与助剂的发展方向。

由于飞防用药愈来愈趋向于专业化和采用统防统治的形式有组织的实施,大多数情况下,都是由专业人员根据作物实际情况和病虫草害发生情况,选用药剂或多种药剂配伍,以达到一次施药,防治多种有害生物的目的,所以现混现用(桶混)的情况会更适应药剂选择的灵活性,农药单剂和大包装产品与喷雾助剂配伍使用会更加频繁。
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