全 文 :植物保护学报 Journal of Plant Protectionꎬ 2015ꎬ 42(5): 755 - 762 DOI: 10 13802 / j. cnki. zwbhxb. 2015 05 009
基金项目:江苏省自然科学基金(BK20131329)
∗通讯作者(Author for correspondence)ꎬ E ̄mail: guzy@ jaas. ac. cn
收稿日期: 2014 - 08 - 12
基于沉积量和生物效果的甘蓝小菜蛾
防治喷雾参数优化
徐德进 徐广春 许小龙 顾中言∗
(江苏省农业科学院植物保护研究所ꎬ 南京 210014)
摘要: 为明确不同喷雾参数对农药在甘蓝叶片表面的沉积和药剂生物效果的影响ꎬ在自走式喷雾
塔内模拟田间喷雾条件ꎬ采用正交试验和单因子试验评价了喷头、喷液表面张力、施液量、喷雾压力
及喷雾高度 5 个因子的影响程度及各因子间的相互作用ꎬ并采用响应曲面法优化了喷雾参数ꎮ 结
果表明:相较于喷头和喷雾高度ꎬ喷液表面张力、施液量和喷雾压力极显著影响农药沉积和药剂生
物效果ꎬ其中喷液表面张力的影响最大ꎻ基于后 3 个指标以响应曲面法建立的甘蓝叶片表面农药沉
积和苏云金芽胞杆菌防治小菜蛾生物效果的回归模型经验证准确有效ꎬ相关系数分别为 0 9731 和
0 7790ꎬ能够用于预测农药沉积量和药剂生物效果ꎮ 综合考虑防治甘蓝小菜蛾喷雾作业过程中的
实际情况及成本控制ꎬ设定和调节目标函数满足单位面积农药沉积量大于 4 0 μg / cm2ꎬ且苏云金
芽胞杆菌防治小菜蛾死亡率大于 80% ꎬ获得苏云金芽胞杆菌防治甘蓝小菜蛾喷雾参数的优选范围
为:Silwet ̄408 助剂浓度 13 50 ~ 44 00 mg / L、喷雾压力0 2 ~ 0 6 MPa、施液量 300 ~ 717 6 L / hm2ꎮ
关键词: 喷雾参数ꎻ 沉积量ꎻ 生物效果ꎻ 响应面模型ꎻ 表面张力
Spray parameter optimization based on the amount of pesticide deposition
and its biological effect on cabbage diamondback moth
Xu Dejin Xu Guangchun Xu Xiaolong Gu Zhongyan∗
(Institute of Plant Protectionꎬ Jiangsu Academy of Agricultural Sciencesꎬ Nanjing 210014ꎬ Jiangsu Provinceꎬ China)
Abstract: To identify the effect of different spray parameters on the pesticide deposition and biological
effect on the surface of the cabbage leavesꎬ field spray conditions were simulated in the self ̄propelled
spray tower. Orthogonal test and single factor test were adopted to evaluate the effect of nozzleꎬ the
solution surface tensionꎬ application rateꎬ spray pressure and spray distance. The interaction between
different affecting factors was also analyzed. The response surface method was conducted to optimize spray
parameters. The results showed that the spray liquid surface tensionꎬ application rate and spray pressure
significantly affected the pesticide deposition and biological effect and the influence degree of the surface
tension was the highest. Regression models of pesticide deposition on cabbage leaf surface and control
effect of Bacillus thuringiensis on diamondback moth were proved to be accurate and effectiveꎬ and could
be used to predict pesticide deposition and biological effect. The correlation coefficients were 0 9731 and
0 7790ꎬ respectively. Considering the spray process for cabbage diamondback moth and the actual
situation of control costꎬ the objective function were set and adjusted to meet pesticide deposition weight
per unit area of greater than 4 0 μg / cm2ꎬ and the control effect of B. thuringiensis of greater than 80% .
The optimization range of additives concentrationꎬ spray pressure and application rate were 13 50 -
44 00 mg / Lꎬ 0 2 - 0 6 MPa and 300 - 717 6 L / hm2ꎬ respectively.
Key words: spray parameterꎻ depositionꎻ biological effectꎻ response surface modelꎻ surface tension
小菜蛾 Plutella xylostella (L. )属鳞翅目菜蛾
科ꎬ是为害十字花科蔬菜最严重的害虫之一ꎬ保守估
计全球每年用于小菜蛾防治的总费用高达 40 ~ 50
亿美元(Zalucki et al. ꎬ2012ꎻ游灵等ꎬ2013)ꎮ 生产
中主要采用喷雾法进行小菜蛾的防治ꎬ但我国喷雾
器械及使用技术相对落后ꎬ农药有效利用率不足
30% (何雄奎ꎬ2004)ꎮ 优化农药喷雾技术是提高农
药利用率、减少农药用量的重要途径(袁会珠等ꎬ
2011)ꎮ 目前已从喷头类型(Wise et al. ꎬ2010)、喷
雾角(Foqué & Nuyttensꎬ2011)、喷雾压力(薛新宇
等ꎬ2013)、喷雾高度(Maski & Durairajꎬ2010)及喷
雾行为(Da Silva et al. ꎬ2006)等多个角度研究了喷
雾技术对农药沉积、漂移和分布的影响ꎬ证实降低施
药液量、优化雾滴粒径、合理配置喷雾角能显著提高
农药的沉积效率、减少农药流失(Braekman et al. ꎬ
2010ꎻ徐德进等ꎬ 2011ꎻ Sánchez ̄Hermosilla et al. ꎬ
2012)ꎮ
改善施药药液理化性质ꎬ特别是降低溶液表面
张力是提高农药沉积效率的另一条重要途径(朱金
文等ꎬ2004ꎻFountain et al. ꎬ2010)ꎮ 然而ꎬ农药喷洒
的最终目的是获得预期生物效果ꎬ单纯增加农药沉
积量并不一定能提高药剂生物效果 (徐德进等ꎬ
2012a)ꎮ 事实上ꎬ农药剂量的沉积结构及空间分布
状态才是决定农药生物效果的关键因子(Pedibhotla
et al. ꎬ1999)ꎮ Ebert & Downer(2006)将单位面积上
的雾滴粒径、雾滴密度及雾滴中所包含的有效成分
浓度定义为农药沉积结构ꎮ 不同喷雾参数条件形成
了不同的农药沉积结构ꎬ进而会获得不同的生物效
果ꎮ Ebert et al. (1999aꎻb)分别用氟虫腈和苏云金
芽胞杆菌(Bacillus thuringiensisꎬBt)相同剂量不同沉
积结构处理的甘蓝叶片喂养粉纹夜蛾 Trichoplusia ni
(Hübner)和小菜蛾ꎬ叶片的受损程度及粉纹夜蛾和
小菜蛾的死亡率均有很大差异ꎮ 因此ꎬ优化农药喷
雾技术ꎬ除农药沉积量外ꎬ还需考虑不同喷雾参数条
件下的农药沉积结构及其对药剂生物效果的影响ꎮ
甘蓝是典型的疏水性植物表面ꎬ其叶片临界表
面张力为 30 73 mN / m(徐德进等ꎬ2012b)ꎮ 根据润
湿方程ꎬ只有当喷雾药液的表面张力小于叶片的临
界表面张力ꎬ药液才能在叶片表面润湿展布(董玉
轩等ꎬ2012)ꎮ 常用药剂在施用浓度下的药液表面
张力往往大于甘蓝叶片的临界表面张力(徐广春
等ꎬ2012)ꎮ 袁会珠和齐淑华(1998)发现添加表面
活性剂能降低药液表面张力ꎬ提高药液在植物表面
的持留量ꎬ但与植物的表面特性及表面活性剂浓度
相关ꎮ 在甘蓝小菜蛾防治作业中ꎬ喷嘴、喷雾压力、
喷雾高度的选择会导致田间施液量的变化ꎬ进而会
对药液表面张力产生影响ꎮ 关于各因素对农药沉积
和生物效果的影响程度及交互作用的合理分析ꎬ将
有助于建立科学的田间喷雾技术ꎮ 本研究在自走式
喷雾塔内模拟不同喷雾参数ꎬ对影响甘蓝叶片表面
农药沉积的主要因素进行正交试验ꎬ分析不同喷雾
作业参数对农药沉积和生物效果的影响程度及交互
作用ꎬ并进一步通过响应曲面分析法优化喷雾参数ꎬ
旨在寻求实现农药最大化沉积和最佳生物效果的喷
雾参数阈值ꎮ
1 材料与方法
1 1 材料
供试品种及小菜蛾:甘蓝品种为京丰 1 号ꎬ于莲
座期进行试验ꎬ采集叶片以直径 45 mm 圆形切片ꎬ
备用ꎮ 小菜蛾 2013 年 5 月采自江苏省农业科学院
蔬菜试验田ꎬ在温度 25 ± 2℃、相对湿度 40% ~ 60%
的养虫室内ꎬ以盆栽甘蓝苗饲养 3 代后供试ꎮ
供试药剂:农药示踪剂丽春红 ̄G(ponceau G)ꎬ
北京恒业中远化工有限公司ꎻ5 万 IU / mg 苏云金芽
胞杆菌ꎬ山东省乳山韩威生物科技有限公司ꎻ表面活
性剂壬基酚聚氧乙烯醚( nonylphenoxypoly ( ethyle ̄
neoxy) ethanolꎬTX ̄10)ꎬ成都市科隆化学试剂厂ꎻ有
机硅类表面活性剂 Silwet ̄408ꎬ诺农(北京)国际生
物技术公司ꎮ
仪器:3WP ̄2000 型自走式喷雾塔ꎬ农业部南京
农业机械化研究所ꎻUV ̄2000 型紫外可见分光光度
计ꎬ日本岛津公司ꎻTP6501E、TP6502E、TP6503E 扇
形雾喷嘴ꎬ美国 TeeJet公司ꎻMGC ̄800H型人工气候
箱ꎬ上海一恒科学仪器有限公司ꎻJZHY ̄180 型界面
张力仪ꎬ承德大华试验机有限责任公司ꎮ
1 2 方法
1 2 1 田间喷雾量在喷雾塔内的模拟
先在喷雾压力 0 2、0 3 和 0 4 MPa 时测定
TP6501E、TP6502E、TP6503E 喷嘴在喷雾高度 30、
657 植 物 保 护 学 报 42 卷
40、50 cm时的喷幅ꎬ计算不同模拟施液量(mL / m2)
时喷雾塔加液罐中所对应的加液体积ꎬ模拟施液
量 =加液罐加液体积 / (喷雾距离 ×喷雾幅度)ꎮ 已
知 3WP ̄2000 型自走式喷雾电机伺服电机转 1 圈ꎬ
喷头行走 90 mmꎬ可计算获得不同喷嘴、喷雾压力、
施液量和喷雾高度时的伺服电机转速设置值( r /
min)ꎮ 伺服电机转速 = (喷雾距离 × 喷嘴流量) /
(加液罐加液体积 × 0 09)ꎮ
1 2 2 甘蓝叶片上丽春红 ̄G沉积量的测定
以生物染料丽春红 ̄G作为农药示踪剂ꎬ设计量
为 900 g / hm2ꎮ 先配制质量浓度为 1 000 mg / L的母
液ꎬ再配制系列质量浓度ꎬ利用紫外可见分光光度
计ꎬ在 510 nm处测定各溶液吸光度值ꎬ绘制丽春红 ̄
G质量浓度与吸光度的标准曲线ꎮ 试验时将直径
45 mm甘蓝叶片放置于喷雾塔内 45°的喷雾架上进
行喷雾处理ꎮ 喷雾完成后将甘蓝叶片收集到 50 mL
烧杯中ꎬ用 5 mL去离子水洗脱丽春红 ̄Gꎬ震荡、静置
后在 510 nm处测定吸光度ꎮ 根据丽春红 ̄G 标准曲
线ꎬ计算洗脱液中丽春红 ̄G 浓度以确定其沉积量
(μg / cm2 )ꎮ 单位面积甘蓝叶片上丽春红 ̄G 沉积
量 = (丽春红 ̄G浓度 × 5) / (π × 22 52)ꎮ
1 2 3 苏云金芽胞杆菌对小菜蛾的生物效果测定
苏云金芽胞杆菌制剂用量设计为 150 g / hm2ꎬ
按模拟施液量确定苏云金芽胞杆菌的配置浓度ꎬ按
1 2 2 方法在喷雾塔内处理甘蓝叶片ꎮ 喷雾完成后
收集甘蓝叶片ꎬ置于垫有湿润滤纸的直径 60 mm 养
虫盒中ꎬ受药面朝上ꎮ 用毛笔小心接入室内人工饲
养的小菜蛾 2 龄幼虫 15 头ꎬ黑布封口后置于温度为
25 ± 1℃、相对湿度为(65 ± 3)%的人工气候箱中ꎬ
48 h后调查小菜蛾死亡情况并计算死亡率ꎬ确定农
药的生物效果ꎮ
1 2 4 影响农药沉积和生物效果因子的正交试验
试验设计 5 个自变量ꎬ每个自变量取 3 个水
平ꎬ分别为因子 A(喷头型号:TP6501E、TP6502E、
TP6503E)、B(药液表面张力:71、29、19 mN / m)、C
(施液量:300、600、 900 L / hm2 )、 D (喷雾压力:
0 2、0 3、0 4 MPa)、E(喷雾高度:30、40、50 cm)ꎻ
2 个因变量ꎬ分别为 Y1(单位面积甘蓝叶片上的示
踪剂沉积量ꎬmg / cm2)和 Y2(小菜蛾取食 Bt处理甘
蓝叶片后的死亡率ꎬ% )ꎮ 喷液表面张力的 3 个水
平通过水、100 mg / L TX ̄10 和 Silwet ̄408 溶液获
得ꎮ 考虑到 A与 B、B 与 C、B 与 D、B 与 E 的交互
作用ꎬ按 L27(313)正交设计安排试验ꎮ 每个处理
重复 8 次ꎮ
1 2 5 影响农药沉积和生物效果因子的单因子试验
选择正交试验结果中已确定的、对农药在甘蓝
叶片表面沉积和生物效果有显著影响的因子进行单
因子试验ꎮ 选择 TP6502E 喷嘴、在喷雾高度 40 cm
的条件下进行试验ꎮ 根据正交试验结果ꎬ将施液量、
喷雾压力及药液表面张力设定值分别设为
675 L / hm2、0 3 MPa、19 mN / mꎮ 施液量水平分别为
300、600、900、1 200、1 500 L / nm2ꎻ喷雾压力水平分
别为 0 1、0 2、0 3、0 4、0 5、0 6 MPaꎮ 喷液的表面
张力以 Silwet ̄408 的浓度代替ꎬ预先配置浓度分别
为 0、 10、 20、 39、 78、 156、 313、 625、 1 250、 2 500、
5 000、10 000 mg / L Silwet ̄408 的水溶液ꎬ并参考范鹏
等(2010)的方法ꎬ利用吊环法测定溶液的表面张力ꎮ
1 2 6 影响农药沉积和生物效果因子的响应面试验
在单因子试验的基础上ꎬ根据 Box ̄Behnken 中
心组合设计原理ꎬ选取喷液表面张力(以表面活性
剂浓度代替)、喷雾压力、施液量 3 个因素来优化甘
蓝田中的农药喷雾参数ꎬ均设置 3 个水平ꎬ其中表面
活性剂浓度分别为 10、35、60 mg / Lꎻ喷雾压力分别
为 0 2、0 4、0 6 MPaꎻ施液量分别为 300、600、900
L / hm2ꎮ 以甘蓝叶片上的农药沉积量 Y1、小菜蛾死
亡率 Y2 为响应值ꎬ利用 Design Expert 8 0 6 软件设
计 3 因素 3 水平的响应面试验ꎮ
1 2 7 回归模型的验证
为了验证农药沉积量和小菜蛾死亡率回归方程
及喷雾作业参数优化结果的可靠性ꎬ使用最优结果
下所对应的喷雾参数值进行 5 组对比试验ꎬ计算模
型预测值和试验实测值间的相对误差ꎬ并进行距离
相关性分析ꎬ计算 Pearson值ꎮ
1 3 数据分析
采用 SPSS 19 0 及 Design Expert 8 0 6 软件进
行数据分析与试验设计ꎬ应用 Duncan氏新复极差法
进行差异显著性检验ꎮ
2 结果与分析
2 1 影响农药沉积和生物效果的主要因素
丽春红 ̄G 的标准曲线方程为 y = 0 0456x -
0 0751(R2 = 0 9996)ꎬ可计算得到不同喷雾参数条
件下甘蓝叶片表面的农药沉积量ꎮ 对不同喷雾参数
条件下农药沉积量的正交试验结果表明ꎬ喷液表面
张力、施液量、喷雾压力对甘蓝叶片表面农药沉积的
影响高于喷嘴和喷雾高度(表 1)ꎻ喷液表面张力与
喷雾压力之间存在极显著的交互效应ꎬ与施液量存
在显著的交互效应ꎬ但与喷嘴、喷雾高度之间无交互
7575 期 徐德进等: 基于沉积量和生物效果的甘蓝小菜蛾防治喷雾参数优化
作用ꎮ 对于不同喷雾参数条件下小菜蛾 2 龄幼虫的
死亡率ꎬ即农药的生物效果ꎬ喷嘴、喷液表面张力、施
液量、喷雾压力对其均能产生极显著影响ꎬ喷雾高度
则无显著影响ꎻ喷液表面张力与施液量、喷雾压力、
喷雾高度间存在极显著的交互效应ꎻ但与喷嘴无交
互作用(表 1)ꎮ
表 1 影响农药在甘蓝叶片表面沉积量和生物效果的正交试验结果
Table 1 Orthogonal test results of pesticide deposition and biological effect on cabbage leaf surface
方差来源
Origin of
variance
自由度
Degree of
freedom
农药沉积量 Pesticide deposition 生物效果 Biological effect
均方差
Mean variance
F P 均方差
Mean variance
F P
A 2 2 186 4 124 0 018∗ 2 309 946 29 817 0 000∗∗
B 2 73 119 137 946 0 000∗∗ 16 405 728 211 763 0 000∗∗
C 2 24 842 46 867 0 000∗∗ 3 814 827 49 241 0 000∗∗
D 2 6 966 13 142 0 000∗∗ 606 325 7 826 0 001∗∗
E 2 1 331 2 511 0 084 229 856 2 967 0 054
A × B 4 0 942 1 777 1 111 347 256 4 482 0 440
B × C 4 8 869 16 732 0 012∗ 2 258 954 29 158 0 000∗∗
B × D 4 13 074 24 665 0 000∗∗ 958 384 12 371 0 006∗∗
B × E 4 14 097 26 595 0 226 4 995 569 32 241 0 000∗∗
A ~ E:分别为喷嘴型号、喷液表面张力、施液量、喷雾压力和喷雾高度ꎻ ∗:交互效应显著ꎻ ∗∗:交互效应极显著ꎮ A - E: Sprayer
typeꎬ surface tensionꎬ application liquid rateꎬ spray pressure and spray heightꎬ respectivelyꎻ ∗: significant interaction at P < 0 05 levelꎻ ∗∗:
significant interaction at P < 0 01 level.
2 2 单因子对农药沉积和生物效果的影响
在正交试验结果的基础上ꎬ选择 TP6502E 喷
嘴、喷雾高度 40 cm条件下ꎬ对影响农药沉积量和生
物效果均有极显著影响的喷液表面张力、施液量、喷
雾压力进行单因子试验ꎮ 将有机硅类喷雾助剂 Sil ̄
wet ̄408 的浓度作为喷液表面张力的指标ꎬ前期预试
验测定结果表明水的表面张力为 73 76 mN / mꎬ10、
20、40 mg / L Silwet ̄408 溶液的表面张力分别为
31 83、27 43、23 68 mN / mꎬ当 Silwet ̄408 浓度超过
62 5 mg / L后ꎬ溶液的表面张力稳定在 19 mN / m 左
右ꎮ 在分析喷雾压力、施液量对甘蓝叶片上农药沉
积量及生物效果影响时ꎬ Silwet ̄408 浓度固定为
62 5 mg / Lꎬ此时药液的表面张力稳定为 19 mN / mꎮ
施液量 675 L / hm2、Silwet ̄408 浓度 62 5 mg / L
条件下ꎬ喷雾压力为 0 4 MPa时ꎬ甘蓝叶片表面的农
药沉积量显著高于其它处理ꎻ0 1 ~ 0 6 MPa 范围内
小菜蛾死亡率无显著差异(图 1 ̄A、B)ꎮ Silwet ̄408
浓度 62 5 mg / L、喷雾压力 0 3 MPa 条件下ꎬ施液量
为 300 L / hm2 时ꎬ甘蓝叶片表面的农药沉积量最高ꎬ
增加施液量则农药沉积量显著降低ꎻ300 ~ 600 L /
hm2 范围内小菜蛾死亡率无显著差异ꎬ超过 750 L /
hm2 时死亡率显著下降(图 1 ̄C、D)ꎮ 施液量 675 L /
hm2、喷雾压力 0 3 MPa 条件下ꎬ喷液 Silwet ̄408 浓
度在 20 ~ 39 mg / L 范围内ꎬ甘蓝叶片上的农药沉积
量最高ꎬ继续增加助剂浓度则农药沉积量极速降低ꎬ
超过 625 mg / L后ꎬ农药沉积量显著低于未添加助剂
的处理ꎻ0 ~313 mg / L范围内小菜蛾死亡率无显著差
异ꎬ超过 2 500 mg / L时死亡率显著下降(图 1 ̄E、F)ꎮ
2 3 响应面法优化甘蓝小菜蛾喷雾防治参数
相同的农药剂量ꎬ在不同的喷雾压力、施液量和
助剂浓度条件下ꎬ农药在甘蓝叶片表面的沉积量差
异显著ꎬ所获得的生物效果也有明显差异(表 2)ꎮ
沉积量的最大值为 5 00 μg / cm2ꎬ最小值为 1 88
μg / cm2ꎻ小菜蛾的死亡率最高可达 85 83% ꎬ最低仅
为 46 67% ꎮ
以表 2 中所示的沉积量和小菜蛾死亡率为响应
值ꎬ利用 Design ̄Expert 8 0 6 软件进行多元回归分
析ꎬ得到沉积量(Y1 )与各因素编码值的回归方程
式:Y1 = 4 17 - 0 29A - 0 48B - 0 84C - 0 99A2 -
0 31B2 - 0 24C2ꎬ小菜蛾死亡率(Y2)与各因素编码
值的回归方程式: Y2 = 81 00 - 3 65A - 6 25B -
10 31C - 8 33BC - 13 31A2ꎬ其中:A 为喷液表面张
力ꎬB为喷雾压力ꎬC为施液量ꎮ 方差分析结果表明
(表 3)ꎬY1 回归方程的 R2 修正值分别为 0 9731ꎬ体
现出回归方程与试验值整体上符合程度较高ꎻF =
97 50ꎬP < 0 0001ꎬ说明方程拟合水平良好ꎬ该模型
可用于甘蓝叶片表面农药沉积量的预测ꎮ Y2 回归
方程的 R2 修正值为 0 7790ꎬ体现出回归方程与试
验值整体上符合程度一般ꎻF = 7 27ꎬP < 0 01ꎬ说明
方程拟合水平良好ꎬ该模型可用于小菜蛾死亡率的
预测ꎮ
857 植 物 保 护 学 报 42 卷
图 1 喷雾压力、施液量及表面张力对农药沉积和生物效果的影响
Fig. 1 Effects of spray pressureꎬ application liquid rate and surface tension on the pesticide deposition and biological effect
图中数据为平均数 ±标准误ꎮ 不同字母表示经 Duncan氏新复极差法检验在 P < 0 05 水平差异显著ꎮ Data are mean ±
SE. Different letters indicate significant difference at P < 0 05 level by Duncan’s new multiple range test.
表 2 农药在甘蓝叶片表面沉积和生物效果的响应曲面试验结果
Table 2 Response surface test results of pesticide deposition and biological effect on cabbage leaf surface
试验号
Experiment no.
喷雾压力
Spray pressure
(MPa)
施液量
Application rate
(L / hm2)
Silwet ̄408 浓度
Concentration of
Silwet ̄408 (mg / L)
沉积量
Deposition
(μg / cm2)
死亡率
Mortality
(% )
1 0 6 600 60 2 26 ± 0 09 f 54 17 ± 2 34 de
2 0 6 600 10 2 76 ± 0 04 e 62 50 ± 1 75 d
3 0 4 900 10 2 29 ± 0 07 f 46 67 ± 2 18 e
4 0 2 600 60 2 82 ± 0 06 e 63 33 ± 3 09 cd
5 0 6 300 35 3 89 ± 0 09 c 79 17 ± 2 65 ab
6 0 2 300 35 5 00 ± 0 08 a 75 83 ± 3 87 ab
7 0 4 600 35 4 33 ± 0 07 b 85 83 ± 3 87 a
8 0 4 900 60 1 88 ± 0 06 g 47 50 ± 2 94 e
9 0 2 900 35 3 44 ± 0 03 d 81 67 ± 4 67 ab
10 0 4 600 35 4 12 ± 0 09 bc 78 33 ± 3 93 ab
11 0 4 600 35 4 12 ± 0 10 bc 79 17 ± 2 65 ab
12 0 4 300 10 4 06 ± 0 17 bc 81 67 ± 3 93 ab
13 0 6 900 35 2 11 ± 0 06 fg 51 67 ± 5 31 e
14 0 2 600 10 3 63 ± 0 08 d 76 67 ± 5 19 ab
15 0 4 300 60 3 51 ± 0 05 d 73 33 ± 3 09 bc
16 0 4 600 35 4 21 ± 0 22 b 84 17 ± 2 50 ab
17 0 4 600 35 4 07 ± 0 09 bc 77 50 ± 3 55 ab
表中数据为平均数 ±标准误ꎮ 同列数据后不同字母表示经 Duncan氏新复极差法检验在 P < 0 05 水平差异显著ꎮ Data are
mean ± SE. Different letters in the same column indicate significant difference at P <0 05 level by Duncan’s new multiple range test.
9575 期 徐德进等: 基于沉积量和生物效果的甘蓝小菜蛾防治喷雾参数优化
在试验结果分析及模型拟合的基础上ꎬ综合考
虑喷雾作业过程中的实际情况及成本控制等指标ꎬ
设定和调节目标函数满足单位面积沉积量大于 4 0
μg / cm2ꎬ且小菜蛾死亡率大于 80% ꎮ 获得的甘蓝小
菜蛾喷雾防治参数的优选范围为:助剂浓度13 50 ~
44 00 mg / L、喷雾压力 0 2 ~ 0 6 MPa、施液量300 ~
717 6 L / hm2ꎮ
表 3 农药在甘蓝叶片表面沉积量和生物效果回归方程的方差分析
Table 3 Variance analysis of regression equation for deposition and biological effect of pesticide
来源
Origin
自由度
Degree of
freedom
农药沉积 Pesticide deposition 生物效果 Biological effect
系数估计
Coefficient estimate
F P 系数估计
Coefficient estimate
F P
模型 Model 9 4 17 55 42 < 0 0001∗∗ 81 00 7 27 0 0080∗∗
A 1 - 0 29 24 32 0 0017∗∗ - 3 65 2 71 0 1435
B 1 - 0 48 69 52 < 0 0001∗∗ - 6 25 7 97 0 0256∗
C 1 - 0 84 212 53 < 0 0001∗∗ - 10 31 21 71 0 0023∗∗
AB 1 - 0 08 0 89 0 3766 1 25 0 16 0 7015
AC 1 0 04 0 19 0 6766 2 29 0 54 0 4879
BC 1 - 0 05 0 42 0 5373 - 8 33 7 09 0 0324∗
A2 1 - 0 99 154 22 < 0 0001∗∗ - 13 31 19 04 0 0033∗∗
B2 1 0 31 15 29 0 0058∗∗ - 3 52 1 33 0 2864
C2 1 0 24 9 35 0 0184∗ - 5 40 3 13 0 1203
A ~ C: 分别代表喷液表面张力、喷雾压力、施液量ꎻ ∗: 差异显著ꎻ ∗∗: 差异极显著ꎮ A - C: Surface tensionꎬ spray pressure and
application liquid rateꎬ respectively. ∗: significant difference at P < 0 05 levelꎻ ∗∗: significant difference at P < 0 01 level.
2 4 农药沉积量和小菜蛾死亡率回归方程的验证
喷雾作业中ꎬ农药沉积量和小菜蛾死亡率的预
测值和实测值间的相对误差最大值分别为 4 87%
和 3 88% (表 4)ꎮ 农药沉积量和小菜蛾死亡率的
实测值与预测值的 Pearson 系数值分别为 0 872 和
0 882ꎬ均大于 0 8ꎬ为极显著相关ꎬ说明试验获得的
回归方程经验证准确有效ꎮ
表 4 农药沉积量和小菜蛾死亡率回归方程的模型验证
Table 4 Model validation of the regression equation for pesticide deposition and diamondback moth mortality
喷雾压力
Spray
pressure
(MPa)
施液量
Application
rate
(L / hm2)
Silwet ̄408浓度
Concentration
of Silwet ̄408
(mg / L)
沉积量 (μg / cm2)
Deposition
预测值
Predictive
value
实测值
Measured
value
相对误差
Relative
error
(% )
死亡率 (% )
Mortality
预测值
Predictive
value
实测值
Measured
value
相对误差
Relative
error
(% )
0 35 600 29 90 4 89 4 72 ± 0 07 a 3 40 85 83 82 50 ± 4 17 ab 3 88
0 30 623 36 27 4 25 4 31 ± 0 12 b 1 41 82 52 84 17 ± 3 32 ab 2 00
0 40 600 35 00 4 17 4 32 ± 0 11 b 3 50 81 00 81 67 ± 2 75 ab 0 82
0 40 300 10 00 4 10 3 90 ± 0 08 c 4 87 75 84 75 00 ± 3 02 b 1 11
0 53 304 38 03 4 31 4 37 ± 0 09 b 1 38 84 91 85 83 ± 3 44 a 1 09
表中数据为平均数 ±标准误ꎮ 同列数据后不同字母表示经 Duncan氏新复极差法检验在 P < 0 05水平差异显著ꎮ Data are mean ±
SE. Different letters in the same column indicate significant difference at P < 0 05 level by Duncan’s new multiple range test.
3 讨论
李烜等(2007)基于正交试验和单因子试验ꎬ采
用 2 因子 5 水平中心组合设计及响应面分析ꎬ评价
了工作电压、喷施速度、喷施距离以及靶标材质 4 个
因子对荷电雾滴沉积效果的影响ꎮ 本研究借鉴其试
验设计和统计分析方法ꎬ除了农药沉积量还将生物
效果作为单独的响应因子进行分析ꎬ通过组建二次
回归模型ꎬ同时基于农药沉积量和生物效果进行喷
雾参数优化ꎻ使用 5 万 IU / mg 苏云金芽胞杆菌防治
甘蓝小菜蛾ꎬ选择 TP6502E 喷嘴、喷雾距离 40 cm、
Silwet ̄408 浓度 13 50 ~ 44 00 mg / L、喷雾压力0 2 ~
0 6 MPa、施液量 300 ~ 717 6 L / hm2 条件下喷雾ꎬ甘
蓝叶片表面农药沉积量大于 4 0 μg / cm2ꎬ且小菜蛾
死亡率大于 80% ꎬ效果良好ꎮ
对于疏水性植物ꎬ生产中常需要在喷液中添加
067 植 物 保 护 学 报 42 卷
有机硅类、壬基酚类喷雾助剂来增加农药沉积(朱
金文等ꎬ2011ꎻ徐广春等ꎬ2013)ꎮ 增加施液量在一
定范围内可以提高植物叶片上的农药沉积ꎬ但当超
过叶片的承载能力ꎬ会导致药液流失ꎬ反而减少了农
药沉积量(袁会珠等ꎬ2000)ꎮ 本研究喷雾塔内的模
拟试验表明ꎬ喷液表面张力、施液量和喷雾压力极显
著影响甘蓝叶片上农药的沉积量ꎬ施液量为 300 L /
hm2 时的沉积量最高ꎬ施液量过高或喷雾助剂浓度
过高ꎬ均会减少甘蓝叶片上的农药沉积量ꎬ且施液量
与助剂浓度间存在显著的交互效应ꎮ
相同的农药剂量ꎬ适当的农药沉积结构可以获
得更好的生物效果ꎮ Ebert & Downer(2006)认为单
位面积上的沉积量决定了药剂的生物杀伤面积ꎬ沉
积密度决定了药剂的有效沉积半径和致死中距ꎬ确
定农药最佳沉积分布的条件是在单位面积内的农药
剂量衰减至低于致死剂量前害虫必须获得致死剂
量ꎬ过多则浪费ꎬ过少则不能获得预期效果ꎮ 农药剂
量是害虫死亡的决定因素ꎬ药剂浓度是沉积结构的
元素之一ꎬ浓度梯度决定剂量向害虫转移的速度ꎬ害
虫只有获得致死剂量才能确保死亡ꎮ 沉积结构是通
过影响害虫与药剂的接触概率和接触期间获得的农
药剂量来影响农药的生物效果ꎮ 将致死剂量均匀地
覆盖在植株表面ꎬ势必要增加药液量而降低药剂浓
度ꎬ害虫接触药剂的概率最高ꎬ但获取致死剂量的时
间延长ꎬ咀嚼式口器的害虫将吃掉更多的植物ꎬ甚至
因延长期内的药剂降解而不能获得致死剂量ꎻ减少
药液量可以增加药剂浓度ꎬ但也可能减少雾滴数ꎬ如
雾滴数太少则大大降低了害虫接触药剂的概率ꎬ甚
至因没有机会遭遇雾滴而不能获得致死剂量(Ebert
et al. ꎬ1999aꎻb)ꎮ 相同农药剂量条件下ꎬ增加施液
量ꎬ农药雾滴中有效成分浓度降低ꎬ当该浓度低于害
虫的致死浓度ꎬ将影响药剂的防治效果(Pedibhotla
et al. ꎬ1999)ꎮ 在本试验中ꎬ相同 Bt 剂量条件下ꎬ施
液量在 300 ~ 600 L / hm2 范围内ꎬ小菜蛾死亡率无显
著差异ꎬ但超过 750 L / hm2 时小菜蛾死亡率开始显
著下降ꎬ说明施液量超过一定数值后ꎬ雾滴中农药有
效成分浓度过低ꎬ小菜蛾取食过程中无法短期内获
得足够有效致死剂量ꎮ
鉴于本试验是在喷雾塔内进行ꎬ获得的农药沉
积结构是通过改变喷头、喷雾压力、药液表面张力及
喷雾高度实现的ꎬ无法进行定量描述ꎮ 如何实现农
药沉积结构的定量模拟ꎬ以更好地解析雾滴密度、雾
滴大小及有效成分浓度与药剂生物效果的关系将是
下一步研究的重点ꎮ
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(责任编辑:李美娟)
267 植 物 保 护 学 报 42 卷