刘云鹏，徐丽丽，解春霞，郑华英，高 悦

(江苏省林业科学研究院， 江苏 南京 211153)

美国白蛾(HyphantriacuneaDrury)是重要的世界性检疫害虫[1-3]。1979年首次从朝鲜传入我国辽宁丹东市，至国家林业局2018年第2号公告显示，美国白蛾已在我国陕西、辽宁、江苏、河南和安徽等11个省(市)的572个县区发生，给这些省市的城市绿化、药用植物及其他林木造成了严重的危害，酿成了重大损失，因此又被称为 “森林无烟的火灾”。该虫是典型的多食性害虫，寄主范围极为广泛，在我国其寄主超过300种，涉及植物49个科，其中白蜡槭(AcernegundoL.)和桑(MorusalbaL.)受害最为严重。美国白蛾已成为严重侵害我国果树、林木、农作物和野生植物的重大检疫性害虫，严重威胁和干扰了林业经济发展和人居环境安全[4-5]。江苏省自2010年美国白蛾发生以来，危害面积迅速扩大，危害程度逐年加重。2018年全省美国白蛾发生面积约8.207万hm2，占全省主要林业有害生物发生总面积的54.4%。目前已突破长江，疫区范围涉及连云港、徐州、盐城、宿迁、淮安、扬州、泰州、南京等8个省辖市51个县区611个乡镇。因此，如果不能及时有效地遏制美国白蛾的扩散危害，将对本省城市绿化和森林资源造成严重威胁，其经济、生态、社会负面效应不可估量。

飞机防治具有速度快、效率高、持续效果好、能在短时间内迅速降低虫口密度等优势，又可有效解决因树木高大、防治设备落后、防治力量不足导致的防治效率低等难题[6-7]，已成为美国白蛾防控的最主要措施之一。仅2018年，江苏省美国白蛾飞机防治面积就达26.667万hm2。然而，也由于飞行速度、飞行高度、林间郁闭度等因素的影响，飞机防治效果差异显著。目前国内有关飞机防治的研究，尤其是有人直升机施药的研究，大多还集中在施药后的防治效果方面[8-10]，对于喷施雾滴分布和穿透力等研究仍较少。为了进一步明确飞行作业参数对林间雾滴分布及防控效果的影响，本文通过不同飞行方案对林间雾滴密度的影响进行了分析，并结合饲养试验，明确了确保防治效果所需的雾滴密度，以期为今后的飞机防治作业提供参考。

1 试验地及天气概况

试验地选择在江苏省沭阳县新沭河防护林带。试验区内海拔10—20 m，主要树种为 8 年生 69 杨(Clone 69 /55,Populusdeltoides)和72杨(Clone 72/58,P．deltoides)的人工防护林，株行距5 m×8 m，林地郁闭度0.85—0.90，杨树胸径15—20 cm，树高12—15 m，林冠层枝下高10 m左右。该林区总面积200 hm2左右，为美国白蛾常发区，有虫株率在15%—20%。气象情况:试验于 2017年6月7日进行，当日天气多云，气温18—27 ℃，相对湿度60%，风力2—3级。

2 材料与方法

2.1 飞行参数设置

试验机型：采用目前美国白蛾飞机防治中经常使用的AS350 B3e(小松鼠)型直升机(固定翼+ 静电吸附喷头；载药量：400—450 kg/架次；每架次加入沉降剂尿素16 kg)。

飞行参数设定：采取2种飞行方案进行飞防：方案1，航速120 km/h，飞行高度30—35 m；方案2，航速150 km/h，飞行高度40—45 m。

2.2 供试药剂

Bt悬浮剂，毒力效价为8 000 IU/μL(扬州绿源生物化工有限公司生产)；25%灭幼脲(安阳市瑞泽农药有限公司生产)。

试验施药设为Bt + 灭幼脲混剂，用药量为(375+375) g/hm2。

2.3 雾滴分布测定

地面喷幅检测：在直升机施药前，选择郁闭度较低、相对空旷的地带，在垂直飞行方向的地面上预先放置一排水敏试纸(Syngenta，76 mm×26 mm)。试纸间隔50 cm，总宽度100 m。在直升机施药后，迅速检查水敏试纸变色情况，并结合周边地面和草木上药剂雾滴痕迹，测量直升机喷雾宽幅。重复3组，统计平均值。

林间雾滴分布监测：利用水敏试纸观测雾滴分布情况。在试验林带内，选择垂直航线下3行杨树作为标准株，每行6株，株距8 m，株高13—15 m。在鱼竿上串上一系列纸板，并将水敏试纸水平固定在纸板上，纸板高度分别设置为3，4，5，6，7，8，9，10，11，12 m，再将鱼竿固定在每株标准木主干上，模拟林间杨树叶片。飞机施药后迅速取回水敏试纸，进行雾滴数量及分布情况检测，并通过扫描仪获取水敏试纸雾滴沉积痕迹图像(分辨率 1 200 dpi)，使用iDAS PRO软件处理图像计算雾滴沉积关键参数。

2.4 不同雾滴密度对防治效果的影响试验

采用室内“饲喂法”[11-12]测定防治效果。供试叶片采集：飞机喷雾后，在试验区内采集具不同雾滴密度的杨树叶片，并按叶片上雾滴密度少、中、多初分成3组(组1：0—3点/cm2；组2：6—9点/cm2；组3：9—12点/cm2)，供毒力测定使用。供试昆虫：采集未防治区杨树上的美国白蛾3—4龄幼虫，新鲜杨树叶片饲养备用。

毒力测定方法：将上述3组叶片晾干后，每组取20片雾滴均匀的叶片，每片剪出4 cm×4 cm的正方形，统计其上雾滴数量，计算平均雾滴密度。将上述剪出的3组叶片分别放人20 cm×15 cm×12 cm的养虫盒中，每组放入美国白蛾3—4龄幼虫40—50头，以新鲜杨树叶片做对照，每个处理重复3次；随后每12 h调查统计1次幼虫死亡数量，计算累计死亡率。

2.5 统计分析方法

本文所有数据均采用Excel和DPS数据处理系统进行处理。

3 结果与分析

3.1 飞行速度与高度对地面喷雾宽幅的影响

此次试验使用同一机型，按2种飞行速度和高度方案进行喷雾防治。通过对地面及叶片雾滴实测喷幅宽度发现，航速、飞行高度和地面喷幅宽度之间有直接关系：方案1地面喷幅宽度为45.53 m，而方案2地面喷幅宽度为59.35 m(见表1)。方案2的地面喷幅明显优于方案1(F=25.048 7，P=0.015 6)，其主要原因在于2个方案中固定翼直升机的药剂喷头角度是固定的，随着直升机高度的增加，喷幅也会变宽。同时，速度提升后，飞机向下及对林间的气流扰动增强，这对喷雾宽幅也产生正向影响。因此，在实际生产应用中应根据实际作业宽度对航速和飞行高度进行合理的调整，避免过度施药或喷洒宽幅不够，以降低成本，提高防治效率。

表1 不同飞防航行方案对喷药宽幅的影响

3.2 飞行速度与高度对雾滴穿透力的影响

按本文“林间雾滴分布监测”的试验方案，收集设置在飞机航道截面上放置的水敏试纸，对不同位置的雾滴密度检测发现，2种飞行方案下，雾滴密度均整体呈中心区域高，并逐渐向2侧降低的趋势(如图1)。其中方案1喷幅中心区域雾滴密度最高，约为5.17点/cm2，而喷幅外侧雾滴密度快速减少，最低仅为0.13点/cm2，；方案2喷幅中心区域和2侧的雾滴密度则相对较为均匀，其中中心点雾滴密度为2.4点/cm2，喷幅外侧雾滴密度也呈逐渐降低趋势，但相对幅度不大，最低处为1.45点/cm2。这表明，飞行速度不仅影响有效喷雾宽度，对雾滴的分布也有一定影响。相对较高的飞行速度可以提高林间气流对雾滴扰动，增强雾滴在喷幅内的分散效果，使喷幅范围内的雾滴密度分布相对较为均匀。

图1 不同飞行条件下施药喷幅及雾滴密度测定

美国白蛾以危害高大落叶乔木为主，飞机防治过程中雾滴能否穿透树冠层，直接关系到飞机防治的效果。本文对不同飞行方案下的雾滴穿透力进行了分析，结果显示(如图2)，在不同飞行方案下，雾滴密度均呈现顶部(11 m以上)稍低，次顶部(11 m)最高，随后自上而下地逐步降低，这主要是雾滴穿透树冠层量逐步减少所致。顶部偏低，则主要是由于顶部气流大，检测试纸或叶面不能保持水平状态，减少了施药面积所致。

不同飞行方案对雾滴穿透力的影响，存在一定差异。飞行方案1中，不同飞行高度雾滴密度差异相对较大，距地面11—12 m高度雾滴密度较大，最高雾滴密度可达9.8点/cm2，随高度降低，雾滴密度下降明显，8 m处雾滴密度为3.43点/cm2，下降了65%，到底层叶片位置(距地面3 m)时，雾滴密度仅为2.07点/cm2，下降了78.9%，表明此飞行方案下雾滴穿透力下降明显。飞行方案2中，雾滴穿透性也相对较好，顶层、中层、下层雾滴密度相对均匀(见图2)。这是由于飞机高速飞行时的下压气流更加有力，促进了雾滴在林层间的扩散。但就总体雾滴密度而言，方案2各监测点平均雾滴密度显著低于方案1(F=82.206 7，P=0.000 2)，可见单位时间施药量固定的情况下，飞机速度越快，单位面积上的雾滴密度就会越少。因此，建议实际生产中，高速飞行施药时应相应调节喷头，加大瞬时喷药量，以保障林间雾滴密度达到防治要求。

图2 不同飞行条件下雾滴穿透性测定

3.3 飞行速度与高度对雾滴质量的影响

以不同飞行方案喷雾中间点的雾滴监测结果为样品，利用iDAS PRO 软件处理图像计算雾滴沉积关键参数。结果显示(见图3)：方案1采样面积143.79 cm2，雾滴体积中值直径322 μm，数量中值直径60 μm，雾滴谱宽度指数4.78，地面喷施率0.24 L/hm2，雾滴覆盖密度2.2 点/cm2，样品间变异系数27.3%。飞行方案2采样面积134.70 cm2，雾滴体积中值直径287 μm，数量中值直径44 μm，雾滴谱宽度指数7.32，地面喷施率7.87 L/hm2，雾滴覆盖密度60.7点/ cm2，样品间变异系数79.2%。从上述方案1，2的雾滴检测数据可以看出，方案2的雾滴体积中值直径和数量中值直径相对较低，表明其雾滴分布相对较为均匀；方案2雾滴谱宽度、地面喷施率和雾滴覆盖度则相对较高，表明其单位面积内的施药量和雾滴均匀程度相对较高。即飞行方案2的雾滴穿透性更好，从上至下在各层的分布更加均匀；雾滴密度更高，雾滴大小更加均匀。飞行方案1杨树顶部雾滴密度较高，但穿透性不够，下层雾滴密度则偏低。

图3 不同飞行方案下雾滴分布典型图示

3.4 不同雾滴密度对防治效果的影响

利用飞机防治后采集的林间不同雾滴密度的杨树叶片，进行室内防治效果观测试验发现，随着叶片上雾滴密度的增加，其防治效果(见表2)也逐渐增强。48 h后雾滴密度小(1.66点/cm2)的处理组累计死亡率仅为64.28%，低于雾滴密度中等(4.32点/cm2)和较大(10.67点/cm2)的处理组。60 h后雾滴密度大和雾滴密度中等的处理组美国白蛾幼虫已全部死亡，而雾滴密度小的处理组累计死亡率也仅达到79.41%。从上述统计数据可以看出，飞机防治中雾滴密度对后期防治效果具有显著影响，只有雾滴密度达到一定量，才能对美国白蛾幼虫起到有效的防治作用。

表2 不同雾滴密度对防治效果(累计死亡率)的影响 %

图4 不同雾滴密度对防治效果影响的回归分析

以雾滴密度为变量，以48 h累计死亡率为指标进行回归分析，结果(见图4)表明，获得雾滴密度与累计死亡率回归方程y=14.204 lnx+ 64.488，拟合度R2= 0.979 4。依据回归方程，要达到50%的防控效果需要的雾滴密度为2.067点/cm2，超过90%的防控效果平均雾滴密度应高于5.093点/cm2。因此，在飞机防治过程中，应关注林间雾滴密度的监测，以避免雾滴密度过低达不到防控效果要求，或过高造成资源浪费和环境污染。

4 结论

飞机防治已经成为美国白蛾防控的最主要手段之一，但受空中飞行速度、高度与气流的影响，航空喷施更易产生农药飘移、雾滴穿透力不足、雾滴密度偏低等现象[13]，严重影响防治效果。不同于其他学者预设固定地面采样点进行监测分析的方法，本文设计了在基于AS350 B3e(小松鼠)型直升机不同飞行速度和高度的防治方案下，对整个航道截面进行水敏试纸检测，对航道截面内雾滴密度的分布进行了分析。同时结合药后饲毒试验，对不同雾滴密度的防控效果进行了比较，得出以下结论：

(1)航速和飞行高度对地面喷幅宽度有直接影响。随着直升机高度的增加，喷幅也会变宽，而速度的提升，其向下和对林间的气流扰动增强，对喷雾宽幅也有正向影响。其中在航速150 km/h、飞行高度40—45 m时，其地面喷幅宽度相对较宽，为59.35 m。

(2)在不同飞行方案条件下雾滴密度均呈现顶部(12 m以上)稍低，次顶部(9—12 m)最高，随后自上而下的逐步降低，下部最低的趋势。这主要是雾滴穿透树冠层量逐步减少所致。

(3)从雾滴穿透性、雾滴密度和雾滴均匀度等方面考量，飞行方案2在上述指标上表现都相对较好，而飞行方案1则杨树顶部雾滴密度较高，但穿透性不够，下层雾滴密度则偏低。这主要是高速飞行状态下，下洗风场力度更大，林间雾滴扰动更强，使雾滴分布更加均匀。

(4)从飞机防治后不同雾滴密度叶片的室内饲养试验发现，不同雾滴密度对防治效果具有显著影响，只有雾滴密度达到一定值时才能对美国白蛾幼虫起到有效的防治作用。通过统计分析认为，要达到50%的防控效果需要的雾滴密度为2.067点/cm2，而90%以上的防控效果要求平均雾滴密度应高于5.093点/cm2。

5 讨论

对付美国白蛾，飞机防治可以发挥非常重要的作用。然而，由于大多数防治区域存在零星漏防树木,尤其是村 (居)、高压线、高大建筑物及养殖场附近等区域漏防树木较多，如果喷洒质量不高,防治效果就会打折扣。为使防治取得预期的成效，一方面要准确掌握虫情的发生发展动态，另一方面要确保喷洒到位和喷洒质量检测到位。此外，要结合飞机机型，设置合适的飞行速度和飞行高度，以达到减少环境污染,有效提高农药利用率的目的[14-15]。本文对AS350B3e 直升机在不同航速和飞行高度参数下，林间雾滴密度分布情况和防治效果进行了分析，对有人直升飞机防治作业参数设计具有一定的借鉴参考意义。但受实际作业环境及作业架次的限制，本文只是主要针对2种飞行速度和高度开展试验研究，飞行速度、沉降剂等其他因素并未进行全面分析，在今后的研究中应进一步考察，以得到更加准确的直升机喷施雾滴分布、漂移规律及特性，为减少雾滴飘移提供参考。