United States Department of Agriculture-Agricultural Research Service research in application technology for pest management

A research summary is presented that emphasizes ARS achievements in application technology over the past 2-3 years. Research focused on the improvement of agricultural pesticide application is important from the standpoint of crop protection as well as environmental safety. Application technology research is being actively pursued within the ARS, with a primary focus on application system development, drift management, efficacy enhancement and remote sensing. Research on application systems has included sensor-controlled hooded sprayers, new approaches to direct chemical injection, and aerial electrostatic sprayers. For aerial application, great improvements in on-board flow controllers permit accurate field application of chemicals. Aircraft parameters such as boom position and spray release height are being altered to determine their effect on drift. Other drift management research has focused on testing of low-drift nozzles, evaluation of pulsed spray technologies and evaluation of drift control adjuvants. Research on the use of air curtain sprayers in orchards, air-assist sprayers for row crops and vegetables, and air deflectors on aircraft has documented improvements in application efficacy. Research has shown that the fate of applied chemicals is influenced by soil properties, and this has implications for herbicide efficacy and dissipation in the environment. Remote sensing systems are being used to target areas in the field where pests are present so that spray can be directed to only those areas. Soil and crop conditions influence propensity for weeds and insects to proliferate in any given field area. Research has indicated distinct field patterns favorable for weed growth and insect concentration, which can provide further assistance for targeted spraying.     

给农业插上科技的翅膀：植保无人机低容量喷雾技术助力农药减施增效

十三五期间以植保无人机低容量施药技术为代表的现代航空植保产业发展迅速。科研协作研究与大量田间试验示范表明,采用植保无人机施药技术能够提高靶标作物上药液沉积量并减少农药流失,实现精准减量施药;同时能够解决地面机具无法作业时的病虫害防治问题。航空植保技术实现了人机分离作业,避免了农药中毒,降低了劳动强度,极大地提高了作业效率,达到减少农药使用量、提高农药利用率的目的。以水稻为对象,综述植保无人机在农药减量、水稻病虫害防效、技术简易性、农药利用率提升、水稻增产以及成本效益提升等发面发挥的作用。航空植保产业的迅速发展加快了植保无人机智能精准控制系统质量的提升和新技术的研发步伐,且植保无人机的普及性提出了飞防药剂、助剂和施药飘移风险控制技术研发的迫切需求,基于此进一步梳理总结了植保无人机低容量喷雾技术在农药减施增效中的作用和未来发展方向。     

不同植保器械在水稻不同生育期喷施农药的沉积率及雾滴参数

评估不同植保器械的农药喷施效率为水稻上农药减量控害和统防统治工作提供理论技术支撑.本研究参照NY/T 2677—2015《农药沉积率测定方法》,在广东省南雄市全安镇晚造直播水稻田开展农药喷施试验,分析了分别采用手动喷雾器、电动喷雾器和植保无人飞机喷施的农药沉积率及雾滴参数.结果表明:在同一水稻生育期使用不同植保器械喷施...     

农药对靶喷撒技术研究初报

通过稻，麦，棉，茶，黄瓜，油菜等作物上一系列农药喷撒试验和生产性示范表明，采用对靶喷撒技术和相应的喷撒手段，可显著提高农药在有效靶区的沉积率，农药用量可％－５０％，喷雾用水量可降低９５％以上。农药对靶喷撒技术是根据病菌或害虫在作物上的分布，作物的田间群体结构以及农药雾滴在株冠中的行为的综合研究所提出的化学防治法的一项基本原理和基本技术。     

多旋翼植保无人机喷施新烟碱类杀虫剂对蜜蜂的飘移风险

为明确植保无人机喷施新烟碱类杀虫剂对非靶标生物蜜蜂的飘移风险,在田间试验场景下,比较分析多旋翼植保无人机和背负式电动喷雾器喷施新烟碱类杀虫剂时的雾滴飘移量及对蜜蜂的影响。结果表明：应用背负式电动喷雾器和多旋翼植保无人机进行施药作业时,距离施药区下风向5 m处的雾滴飘移率分别为0.50%和23.98%;而多旋翼植保无人机施药时,即使距离施药区下风向17 m处的雾滴飘移率仍高达2.79%,且多旋翼植保无人机施药时的飘移总量显著高于背负式电动喷雾器。喷施新烟碱类杀虫剂时,应用背负式电动喷雾器作业时距离下风向5 m处的蜜蜂在施药后1 d内的死亡数量为75头,分别是距离下风向17 m处和对照组的2.4倍和1.8倍,施药后2~8 d内蜜蜂的死亡数量与对照组无明显差异;应用多旋翼植保无人机作业时距离下风向5 m处的蜜蜂在施药后1 d内的死亡数量为4 721头,分别是距离下风向17 m、29 m处和对照组的3.0倍、6.1倍和112.4倍,施药后2~8 d内蜜蜂的死亡数量明显降低,但距离施药区较近的蜜蜂其死亡数量明显高于对照组,表明多旋翼植保无人机喷施新烟碱类杀虫剂对蜜蜂存在较高的飘移风险。     

杀虫活性多肽研究进展

传统杀虫剂在防治害虫、保障农作物丰收等方面做出了卓越贡献，但是由于其化学性质以及不合理使用，对环境也带来了一些负面影响。因此，以环境友好为前提，寻找结构独特、性能优异以及绿色安全的杀虫剂尤为迫切。多肽是由多个氨基酸通过肽键连接而成，也是蛋白质降解而成的中间产物，在生命过程中具有重要作用。近年来，杀虫活性多肽因其新颖的作用机制、优异的活性、理想的环境相容性而成为农药领域一颗冉冉升起的新星。本文主要从来源于动物、植物和微生物的杀虫活性多肽角度出发，综述了其近年来的研究进展及应用，并对未来的研究趋势进行了展望。     

农药雾滴雾化沉积飘失研究进展

农药、植保机械与施药技术为植物化学保护的三大支柱,其中施药技术是连接农药学科和植保机械学科的关键环节,是农药从研发到田间应用的“最后一公里”。农药科学使用并不是一个简单的选择农药和施药量的药物学问题,而是涉及作物学、植物保护学、农业工程学、气象学等多学科交叉的系统工程。本文就农药雾滴雾化与运动特性、沉积与分布状态、流失与飘失行为,以及害虫行为与农药雾滴雾化运动和沉积分布关系等方面的研究进展展开综述,总结该方面的理论与实践经验,可为提高植保机械水平与施药质量、提高农药利用率与防治效果、减轻农药负面影响、提高粮食与食品安全提供参考。     

植保无人机施药沉积飘移监测系统设计与应用

为提升植保无人机施药沉积飘移监测智能化水平,研发植保无人机施药沉积飘移监测系统,该系统机载监测终端实时获取药械状态参数、植保无人机状态参数及位置参数,通过数据处理服务系统将其发送至平台软件,基于作业参数利用沉积飘移预测模型实时监测药液沉积区域及飘移范围。该系统同时具有作业面积计量、飞行轨迹回溯、作业质量空间分析等功能。2015年4月于山东省威海市文登区泽头镇眠虎岭区域对该系统进行性能测试,植保无人机规划靶区作业面积为433 hm²,最终监测作业面积为405 hm²,施药覆盖率为93.5%;施药过程中实时监测沉积区域和飘移范围,受环境侧风影响,药液最大飘移距离可达40 m,系统整体达到预期设计要求。截至目前该系统已在山东、安徽、江苏、云南、河南、浙江、天津等多个省市应用。     

高效叶面沉积的功能化农药递送体系研究进展

农药在靶标表面的持留与沉积是剂量传递中的重要过程,直接关系到农药剂量传递效率和生态环境安全。目前我国农药在施用过程中界面传递环节损失较大,导致农药利用率低下,因此,如何通过合理的科学手段增加农药的叶面沉积效率,对改善农药流失具有重要的意义,也是当前我国农业发展的重大科技问题之一。近年来,根据有害生物的发生规律、作用特点及环境条件,应运而生了多种高效、安全、经济的功能化药物递送体系,不仅可以通过调控农药的持续释放来延长持效期,又可以提高农药在靶标表面上的沉积与持留,是提高农药有效性与安全性的重要途径。基于此,本文分别从靶标作物表面化学成分与微纳结构两个关键因素出发,综述了功能化载体在改善农药叶面沉积性能方面的研究概况及其发展趋势,并针对功能化载体的制备工艺、拓扑形貌、释放性能、叶面沉积与持留及其靶标生物防效等方面进行了归纳。内容主要包括利用功能分子 (多巴胺、单宁酸、聚乙烯醇、聚乳酸等) 对载体表面进行修饰改性,增加载体与靶标之间的非共价键作用,或者构建具有特殊拓扑形貌的载体 (纤维状、网络状、帽子形等),以此来增加界面传递过程中载体与靶标之间的尺寸效应,减少损失,最终提高农药的叶面沉积性能与剂量释放调控。此外,文章还分析了当前高效叶面沉积功能化载体应用中存在的问题与未来的研究方向,以期为进一步提高农药剂量传递效率开拓新的方向。     

农药的对靶喷撒技术在综合防治技术体系中的意义

在病虫害综合防治技术体系中,农药的不良副作用是一种消极因素。本文论述了产生这种副作用的原因,指出问题在于常用的粗放施药方法药剂沉积效率太低面常规喷撒方法又缺乏严格的喷撒技术指标。提出应发展农药的对靶喷撒技术,提高药剂在有效靶区的沉积效率,以减少药剂向非目标靶区的飘移损失,使综合防治技术体系更趋完善。文章介绍了对靶喷撒技术的研究发展概况。     

采用果园喷雾施药机械施药时农药有效沉积率的计算方法

针对传统农药沉积率测算方法无法精确反映果园中农药实际利用率的问题,提出一种结合果树冠层特征与叶面沉积量直接测算农药药液在果树靶标上有效沉积率的方法,以期建立一种适用于不同栽种模式的果园通用农药沉积率计算方法。首先采用传统方法计算采用风送式自走喷雾机喷雾后农药在乔化稀植型果园的地面流失率,将其结果与采用果树冠层特征与叶面沉积量相结合的方法计算的有效沉积率进行比较,再通过计算采用风送式自走喷雾机喷雾后农药在矮砧密植型果园的有效沉积率以及采用担架柱塞泵式喷雾机和植保无人飞机喷雾后农药的有效沉积率,验证本研究所提出的将果树冠层特征与叶面沉积量相结合计算农药有效沉积率方法的准确性及适用性。结果表明:基于叶面沉积量结合果树冠层特征方法计算得到的农药有效沉积率与采用传统方法计算得到的农药地面流失率结果基本一致,均能体现施药机械的农药利用率,但比较而言,本研究所提出的方法在果园植保机械喷雾施药有效利用率的影响因素方面考虑更全面,兼顾了叶面沉积量和果树冠层结构的影响,且对于不同栽种模式下的果园更具适应性。将果树冠层特征与叶面沉积量相结合进行果园农药有效沉积率的计算,可以更加真实地反映出果园农药的实际利用情况,同时通过将果树冠层结构量化为叶面积指数、冠层阴影面积等指标,可以为不同栽种模式下的果园选择适宜的植保机械,结合地面流失率的测量,计算出果园农药的飘移量,从而通过调整喷雾角度、雾滴大小、喷雾流量等参数,实现对植保机械的优化,达到精准施药的目的。     

农药有效利用率与喷雾技术优化

提高农药的有效利用率是植保工作者非常关心的问题。本文阐述了农药有效利用率的广义和狭义涵义,并分析了农药使用中存在的药剂浪费、有效利用率低的问题。根据喷雾技术中的“剂量传递”过程,分析了农药有效利用率的狭义涵义,在春季果园和作物苗期,常规喷雾法的农药有效利用率只有20%~30%;在夏秋季果园和作物中后期,随着作物叶面积系数（LAI）的增加,农药的有效利用率可达到50%~60%。论文分析了造成农药有效利用率低的原因,提出喷雾技术的优化措施：（1）大田喷雾时采用机动喷杆喷雾替代背负式手动常规喷雾,可以改善雾滴沉积分布的均匀性;（2）添加喷雾助剂可以提高药液在靶标表面的润湿性;（3）优化雾滴粒径,采用细雾滴替代粗雾滴可以提高雾滴的中靶率;（4）降低施药液量可以减少药液流失;（5）加装挡板可以减少雾滴飘失等。通过以上技术的优化,可以大幅度提高农药的有效利用率,达到减量增效的目的。     

论农药的宏观毒理学

农药一旦喷撒到目标物上,即开始了向有害生物作用靶位转移的漫长历程。作者建议把此历程区分为两个范畴:进入有害生物体内以后的体内剂量转移是传统的生理毒理学研究领域,属于'微观毒理学’范畴;之前发生在生物体外的剂量转移历程尚未被作为毒理学问题研究,但许多边缘科学的大量科学事实和现象说明它们实际上属于毒理学问题,应属于'宏观毒理学’范畴。文章对农药宏观毒理学现象的7个方面进行了毒理学本质的分析和综述,并指出,对农药宏观毒理学的研究将大幅度提高农药的使用技术水平,大幅度降低农药用量,并将促进农药剂型和高性能助剂乃至新型合理化农药的研究开发。     

Air-assisted sprayers for application in vine,orchard and similar crops1

Spraying in so-called space cultures (orchards, vineyards) is determined by two main aims which require contrary technical measures for their realization: (1) optimal even distribution of droplet deposition on the target. This generally requires sufficient air assistance of droplet transportation and penetration in order to bridge the distance between the nozzle outlet and the target; (2) the surplus energy which normally exists should be minimized in order to avoid any droplet flow outside the target. Several possibilities exist to approach these requirements: (1) optimal blower design and correct adjustment for each specific purpose; (2) catching and recycling of misdirected droplets by recycling units; (3) sensoring of gaps in the canopy and activation of a nozzle shut-off. The legal requirements of the BBA are given, together with the results of experiments on drift and ground deposition of chemicals from air-assisted sprayers, with special attention to recycling units and sensored sprayers.     

促进农作物病虫害绿色防控技术推广应用——2011至2017年全国农作物重大病虫害防控技术方案要点评述

本文介绍并评述了2011-2017年全国农作物重大病虫害防控技术方案要点。这些技术方案主要从贯彻病虫害综合治理原则, 实施重大病虫分区治理、实施联防联控策略, 遵循“节本增效”技术路线, 促进绿色防控技术措施与专业化统防统治融合等方面, 来促进农作物病虫害防控方式的转变和绿色防控技术的推广应用。特别是从增强农田生物多样性入手, 组装配套生态调控措施, 在采用非药剂预防的基础上大力推广保护利用天敌, 减少农药的使用, 实现绿色生态工程控制。     

Integrated pest management of coffee for small-scale farmers in East Africa: needs and limitations

Coffee in East Africa (Kenya, Tanzania and Uganda) is an important cash and export crop for small-scale farmers. The crop suffers heavy yield losses due to damage caused by a wide range of indigenous pests (insects, diseases, nematodes and weeds). Current recommended pest control measures include a combination of cultural, resistant/tolerant cultivars and the use of broad spectrum chemical pesticides. Chemical pesticides are far more popular at the farm level than any of the other recommended pest control measures. Coffee pest control strategies are often aimed at individual pests with little consideration of the implications for the total coffee pest complex and its agro-ecosystem. This unilateral approach has resulted in increased pest pressure on coffee and some of its companion crops, outbreak of new pests of coffee, development of pest strains resistant to the cheap and commonly available chemical pesticides, increased environmental problems, increased health risks to man and livestock and an overall increase in the costs of coffee production, thus forcing many farmers to neglect their coffee plantations. Measures to alleviate the above problems, particularly the high production costs, are needed to improve coffee production and increase the cash return to the small-scale farmer. Integrated pest management (IPM) offers the best prospects for solving the above problems. However, lack of national IPM policies, poor extension systems, inefficient research-extension-farmer linkage and the lack of a holistic approach will delay the development and implementation of appropriate, acceptable and sustainable IPM practices.     

Factors in the Success and Failure of Microbial Agents for Control of Migratory Pests

Microbial control agents generally kill insects more slowly than chemical pesticides, and fast-moving migratory pests may not at first sight appear to offer the most promising targets for microbial control. Operators responsible for control may need to have recourse to chemical control agents. Nevertheless, there are many occasions when pests breed and feed outside the crop and a microbial control agent can be used. Similarly, immature stages may cause little damage and early treatment in the crop can avoid damage. Microbial control agents are particularly likely to be favoured if the pest breeds in a conservation area, and if a publicly-accountable agency is responsible for control.Other key points of importance are the IPM context, in particular detection, planning and forecasting of outbreaks and the role of natural enemies.With these points in mind, we identify several locust and grasshopper systems where microbial control is becoming established; additionally, Sunn pest of wheat and Armyworm are identified as promising situations forbreak microbials.     

农药兑水茎叶喷施对靶沉积剂量传递与调控研究进展

农药兑水茎叶喷施对靶沉积是一个复杂的剂量传递与分布过程，涉及制剂形成、药液配制、雾化分散、空间运行、叶面沉积和稳态持留等动态过程，受到药剂特性、环境因素、为害规律、植株形态和叶面结构等多因素影响，在水稻、小麦和玉米三大粮食作物上对靶沉积率为40.6%。其中，对不同区域、不同靶标作物种植体系中农药损失规律和高效利用机理研究与认识不足，是农药对靶沉积剂量传递效率低的主要原因之一。本文以农药向靶标作物及有害生物传递的过程行为为主线，将农药兑水茎叶喷施对靶沉积的剂量传递过程分解为雾滴空间运行、叶面动态沉积和稳态持留3个过程，从空间维度综述了各过程中的表观现象与行为、损失规律及其调控机制途径与技术等；从技术发展与进步角度，分析了农药对靶沉积剂量传递与调控研究和认知的发展思路，概述了典型代表性成果，提出了未来研究与发展建议。期望客观认知农药高效对靶沉积的损失规律与调控机制，探析主控过程与影响因子，提出农药减量施用调控方法、控制技术指标及功能助剂施用限量标准等，为农药减施增效关键技术与产品研发提供理论与技术支持。     

吡虫啉和啶虫脒在两种叶菜上残留的原始沉积行为及其影响因素

叶菜上农药原始沉积行为受作物形态、农药种类及其剂型、施用方式等多种因素的影响,是评估农药残留的重要指标。以吡虫啉和啶虫脒为目标农药,以菠菜和生菜作为靶标作物,通过农药施用后的原始沉积行为,以及兑水量、叶面积指数和农药剂型对农药沉积的影响,初步揭示了农药原始沉积规律。结果表明：施药后0.5～8 h内其沉积量无显著差异,综合考虑,选择施药后2 h时测定其原始沉积量;两种农药在菠菜和生菜中主要沉积在叶片表面,沉积量占比均在87%以上,在根和土壤中的沉积量较少;农药施药剂量相同而兑水量不同,则原始沉积量存在显著差异,随着兑水量的增加,沉积量逐渐减少;菠菜和生菜中农药沉积量与叶面积指数呈负相关;原始沉积量与剂型也有相关性,在施药剂量相同时,吡虫啉在菠菜、生菜中原始沉积量最高均为可湿性粉剂,沉积量分别为0.66和0.77 mg/kg;啶虫脒在菠菜中原始沉积量最高为乳油和可湿性粉剂,沉积量均为0.65 mg/kg,生菜中原始沉积量最高为可湿性粉剂,沉积量为0.37 mg/kg。研究结果认为,农药剂型、兑水量和叶面积指数均会影响叶菜表面农药原始沉积量,该结果可为叶菜中农药合理安全施用和农药残留管控提供...     

4种喷雾器在茶树上喷雾效果比较

［目的］ 筛选出适合茶树病虫害防治的新型喷雾器。［方法］ 对4种喷雾器进行额定喷雾压力下喷头流量、喷雾后雾滴在茶树有效沉积量以及地面流失量的比较试验。［结果］ 静电喷雾器3WBJ 16DZ在0.5 MPa喷雾压力喷雾时喷头流量最大,为1 290 mL/min;在不同高度及距施药者不同距离的雾滴沉积分布比较中,在小区内投放相同质量指示剂的情况下,静电喷雾器3WBJ 16DZ喷雾雾滴的沉积量约为其他3种供试喷雾器喷雾雾滴沉积量的2~3倍,而其地面流失率却小于对照背负式手动喷雾器。［结论］ 通过田间试验测定,静电喷雾器3WBJ 16DZ具有施药液量少、药液沉积量高等特点,适合在茶树上推广使用。