摘要：传统地面喷雾系统在棉花作物中常因株高较高、喷雾分布不均、沉积效率低、棉铃损伤、行间通行造成植株损伤及土壤压实等导致农药施用不足。在此背景下，无人驾驶航空器（Unmanned Aerial Vehicles, UAVs）因其作业效率高、雾滴沉积改善、劳动力需求少、操作人员健康风险低及适应不同生育期与田间条件而成为有前景的替代方案。然而，现有研究对六旋翼UAV飞行高度（flying height）与飞行速度（flying speed）联合作用对棉花中叶螨（Tetranychidae, spider mites）和蓟马（Thysanoptera, thrips）防控之喷雾沉积特征及防治效果（control efficacy）的系统评估有限。本研究采用因子随机区组设计，评估六旋翼植保UAV于三种飞行高度（2、2.5、3 m）与三种飞行速度（3、3.5、4 m/s）下的表现。结果表明，飞行高度2 m与飞行速度3 m/s时喷雾性能最优：上、中、下冠层雾滴密度（droplet density）达43.00–48.50 droplets/cm2，体积中径（Volume Median Diameter, VMD）为250.92–256.48 µm，喷雾覆盖率（spray coverage）为7.70–8.85%，喷雾沉积量（spray deposition）为0.668–0.759 µL/cm2；飘移（spray drift）显著降低，距喷幅中心线2、4、6 m处飘移率分别为15.33%、8.93%、4.82%，6 m以外无检出飘移。优化参数下药后10 d对叶螨防效达88.78–92.66%，对蓟马防效达90.21–95.65%。此外该处理组合获最高田间效率（field efficiency, FE）56.02%、施液量（application rate）46.66 L/ha及籽棉产量（seed cotton yield）2546.56 kg/ha。本研究为六旋翼植保UAV参数优化提供科学依据，可提升农药利用率、减少飘移与地面流失（ground loss），支撑棉花精准植物保护（precision crop protection）可持续发展。
论文解读——《Smart Agricultural Technology》刊载研究：植保六旋翼UAV飞行高度与速度对棉花喷雾沉积及叶螨和蓟马防控效果的影响
一、研究背景与开展意义
全球约35%的作物产量损失由病虫害及杂草引起，棉花（Gossypium hirsutum L.）作为重要经济作物受叶螨（spider mites）与蓟马（thrips）侵害严重。印度等传统棉区仍大量依赖人工背负式或拖拉机牵引地面喷雾设备，此类常规地面喷雾（conventional ground spraying systems）存在株高遮挡导致冠层穿透不足、喷雾分布不均、过量或不足施药、造成植株机械损伤（棉铃、叶片受损）及土壤压实等问题，且大用水量（800–1500 L/ha）导致农药利用率低与环境残留风险高。无人驾驶航空器（Unmanned Aerial Vehicle, UAV）植保借助旋翼下洗气流（downwash）增强冠层穿透、减少用水量与用工，近年于印度等地逐步推广，但其飞行高度（flying height）与飞行速度（flying speed）对棉花特定靶标害虫——叶螨与蓟马的喷雾沉积及防治效果缺乏系统量化研究。不同作物最优UAV参数差异显著，棉花作物尚无针对叶螨和蓟马防控的飞行高度—速度联合优化报道。因此，N. R Gatkal、S. M Nalawade、M. S Shelke、M.S. Deshmukh、G.B. Bhanage、Ramesh K. Sahni、Jaroslav Frantík与Tomáš Adamec开展本研究，通过田间试验明确六旋翼植保UAV不同飞行高度与速度对棉花冠层各部位喷雾沉积特性、飘移（drift）、地面流失（ground loss）及对叶螨和蓟马生物防效的影响，确定最优作业参数，为棉花精准植保提供科学指导。
二、主要关键技术方法概述
研究人员于印度马哈拉施特拉邦Rahuri的MPKV试验站（19.3926°N, 74.6488°E）选取铃期棉花品种AKH-13-51（株高约2 m，行距株距各0.45 m），采用六旋翼农用UAV（hexacopter UAV, Agribot, Iotechworld）配4个110°扇形喷头（flat fan nozzle 2020A-132，单喷头流量0.850 L/min），喷施乙硫磷（Ethion 50% EC, Fosmite）药液（5 mL/L）。设3水平飞行高度（距冠层顶2、2.5、3 m）×3水平飞行速度（3、3.5、4 m/s）共9个处理加空白对照，采用随机区组设计（factorial randomized block design）3次重复。冠层上（~120 cm）、中（~80 cm）、下（~40 cm）放置水敏纸（Water-Sensitive Paper, WSP）采集雾滴，经DepositScan软件分析雾滴密度（droplet density）、体积中径（VMD或DV0.5 ）、相对展幅系数（Relative Span Factor, RSF）、喷雾覆盖率（spray coverage）及喷雾沉积量（spray deposition, µL/cm2 ）；非靶区距中心线2、4、6、8、10 m布设WSP计算飘移率（spray drift percentage）；行间地面布设WSP测定地面流失（ground loss）；药前及药后1、5、10 d五点取样调查叶螨与蓟马活虫数并按Abbott公式计算校正防治效果（control efficacy, CE%）；实收测产换算籽棉产量（seed cotton yield, kg/ha）；数据用OPSTAT与R 4.3.0进行ANOVA（p<0.05）及响应面（CCD-RSM）分析。
三、研究结果
3.1 雾滴密度（Droplet Density）
飞行高度2 m、速度3 m/s时上、中、下冠层雾滴密度分别达48.50、46.50、43.00 droplets/cm2 ，显著高于其他组合；飞行高度3 m、速度4 m/s时最低（25.50、21.50、18.50 droplets/cm2 ）。ANOVA显示飞行高度、速度及二者交互对雾滴密度影响显著（p<0.001），冠层位置亦显著；飞行高度×冠层、速度×冠层及其三者交互不显著。随飞行高度与速度增大雾滴密度下降，因下洗气流减弱及单位面积受药时间缩短。R2 分别为0.9856（上）、0.9831（中）、0.9879（下），CV 2.38–2.98%，表明试验可靠。非靶区右侧（顺风向西→东）较左侧有少量飘移雾滴检出，2 m高度3 m/s时6 m以远无雾滴密度。
3.2 雾滴粒径（Droplet Size, VMD）
最优参数（2 m, 3 m/s）冠层VMD为256.48（上）、253.94（中）、250.92 µm（下），最低（3 m, 4 m/s）为221.42、218.20、214.10 µm。飞行高度与速度主效及交互均显著（p<0.001），冠层主效显著，其余交互不显著。低飞低速利于较大雾滴形成与沉积，高速致气流剪切细化雾滴。RSF（相对展幅系数）于最优处理接近1（0.98、0.95、0.91），表明粒径分布均匀。R2 >0.999，CV<0.14%。
3.3 喷雾覆盖率（Spray Coverage）
2 m高度3 m/s时上、中、下冠层覆盖率分别为8.85%、8.25%、7.70%；3 m高度4 m/s时降至4.09%、3.57%、2.90%。飞行高度、速度、冠层及交互均达显著水平。覆盖率随高度速度升高而降低，与雾滴密度及VMD变化趋势一致，旋翼下洗促进冠层穿透使各层覆盖率较均匀。R2 >0.996，CV 0.88–1.85%。
3.4 喷雾沉积量（Spray Deposition）
最优处理冠层沉积量为0.759（上）、0.713（中）、0.668 µL/cm2 ，飞行高度与速度主效及交互显著（p<0.001～0.004），冠层主效显著。高飞高速降低沉积均匀性与总量。R2 >0.998，CV 0.75–0.98%。
3.5 地面流失（Ground Loss）
地面WSP捕获的雾滴参数随飞行高度与速度升高而降低；2 m/3 m/s时地面雾滴密度、覆盖率及沉积量在靶区内最高，但整体数值远低于冠层，说明多数药液被冠层截留。提高飞行高度与速度使更多细小雾滴悬浮并飘离靶区而非落至地表。
3.6 喷雾飘移率（Spray Drift Percentage）
2 m高度3 m/s时距中心线右方2、4、6 m飘移率为15.33%、8.93%、4.82%，左方2 m内为8.31%，6 m以远及左方2 m以远未检出飘移。飘移随飞行高度增大比随速度增大更明显（飞行高度影响大于飞行速度）。最高飘移见于高飞高速组合。
3.7 叶螨与蓟马防治效果（Control Efficacy of Spider Mites and Thrips）
药后10 d，2 m/3 m/s处理对叶螨上、中、下冠层防效为92.66%、90.28%、88.78%，对蓟马为95.65%、93.42%、90.21%；随飞行高度与速度增大防效下降。防效与冠层沉积质量正相关。
3.8 棉花产量（Cotton Yield）
2 m/3 m/s处理籽棉产量最高（2546.56 kg/ha），未施药对照1127.36 kg/ha，最差处理（3 m/4 m/s）1945.34 kg/ha。优参处理较对照增产约126%。
3.9 田间作业性能指标（Field Performance Parameters）
2 m高度3 m/s时理论田间生产率（Theoretical Field Capacity, TFC）4.32 ha/h，有效田间生产率（Effective Field Capacity, EFC）2.42 ha/h，田间效率（Field Efficiency, FE）56.02%，施药量（application rate）46.66 L/ha，优于其他参数组合。
四、讨论与结论翻译（Conclusions）
讨论指出本研究首次整合评估了六旋翼UAV飞行高度与速度对棉花冠层各部位沉积及叶螨、蓟马生物防效的影响，证实低飞（2 m）慢速（3 m/s）可最大化冠层沉积、最小化飘移与地面流失，进而提升害虫防控与产量，为作物特异性UAV植保参数设定提供依据。
结论翻译如下：
本研究综合评价了六旋翼UAV作业参数——飞行高度（2、2.5、3 m）与飞行速度（3、3.5、4 m/s）对棉花喷雾沉积特征、飘移行为及叶螨和蓟马防控效果的影响。结果表明六旋翼UAV性能与生物防效受两参数交互作用的显著影响，得出以下结论：
（1）被测组合中，距棉花冠层顶飞行高度2 m结合飞行速度3 m/s为最优设置；
（2）优化参数下喷雾飘移显著降低，6 m以外无检出飘移，表明合理优化的六旋翼UAV植保可大幅减少非靶标污染及相关环境风险；
（3）优化参数获得高生物防效，药后10 d叶螨防效88.78–92.66%，蓟马防效90.21–95.65%；
（4）作业性能亦改善，田间效率（FE）达56.02%，适宜施液量46.66 L/ha，籽棉产量2546.56 kg/ha，体现农艺与经济优势；
（5）总体而言，确认在优化飞行高度与速度下六旋翼UAV植保是棉花中可行、高效且环境更安全的常规施药替代方案，为棉花害虫管理提供实操指南，并为精准植物保护策略发展贡献见解。未来应拓展至多机型、多地点、变量喷施系统集成及不同生育期与冠层结构验证。
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