李傳友

(北京市農(nóng)業(yè)機械試驗鑒定推廣站，北京　100079)

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矮化密植果園噴霧機選型試驗研究

李傳友

(北京市農(nóng)業(yè)機械試驗鑒定推廣站，北京100079)

摘要：為了提升林果生產(chǎn)機械化水平，北京市正大力推廣林果矮化密植技術(shù)。為此，針對目前市場林果植保機械型號多及噴霧質(zhì)量參差不齊的問題，開展了適合林果新種植模式下的植保機械選型試驗研究，并選取了4種噴霧機。試驗結(jié)果表明：針對果園籬壁型冠層，3種地面噴霧機在噴量為噴槍常規(guī)噴量條件下(施藥量108L/667m2)，冠層霧滴分布平均密度均超過100個/cm2，對靶風(fēng)送式變量噴霧機在施藥量40L/(667m2)條件下，霧滴沉積平均密度達(dá)62個/cm2，植保多旋翼無人機在施藥量為1L/(667m2)時，霧滴沉積平均密度達(dá)67個/cm2，均遠(yuǎn)超過20個/cm2的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。因此，建議選用風(fēng)量、施藥量可調(diào)噴霧機或噴霧機配備不同型號噴頭，以實現(xiàn)不同冠層密度變量施藥。

關(guān)鍵詞：矮化密植;植保機械;噴霧機;選型

0引言

北京市果園面積15.4萬hm2，全市從業(yè)果農(nóng)戶數(shù)達(dá)30.9萬戶，種植的水果主要有蘋果、梨、桃、葡萄、板栗、棗及櫻桃等。果園立地分布有平原、梯田、山坡及丘陵等地域，地勢呈多樣性。目前，病蟲害防治仍是果園中最主要且費工時的管理作業(yè)，一年內(nèi)施藥次數(shù)達(dá)到10～15次，但目前仍主要使用擔(dān)架式噴槍噴霧機大容量、雨淋式噴藥方法，農(nóng)藥在果樹冠層分布不均勻、利用率低，約有70%～80%流失到地面和飄失到環(huán)境中；而且由操作人員手持噴槍作業(yè)，作業(yè)效率低，勞動強度大，操作人員容易中毒。

歐美等發(fā)達(dá)國家注重農(nóng)藝和農(nóng)機結(jié)合，果樹的栽培和管理方式采用以便于實現(xiàn)機械化操作的矮砧密植、籬壁型整枝的方式；果園作業(yè)空間相對開闊，多采用自走式、懸掛式或牽引式果園風(fēng)送噴霧機[1-5]。我國果園傳統(tǒng)喬砧稀植大冠栽培模式存在架式過低、行距過窄和行頭過小等問題, 成樹行間基本無空間，機械無法通過進(jìn)行作業(yè)，嚴(yán)重制約了果園生產(chǎn)機械化的實施[6-8]。張凱雄[8-11]等進(jìn)行了大田農(nóng)作物打藥機噴藥量和沉積率的試驗研究；但對果樹植保機械的相關(guān)研究并不多，尤其是矮化密植果園打藥機的選型試驗研究。

隨著北京市農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)的果園正逐步推廣矮化砧木現(xiàn)代三優(yōu)體系果園，向規(guī)?；鸵?guī)范化方向發(fā)展。為提高北京市果園植保機械與施藥技術(shù)水平，提高農(nóng)藥利用、減少農(nóng)藥損失及提高作業(yè)效率，對目前果園擔(dān)架式噴槍噴霧機(臺州市聯(lián)龍機械有限公司生產(chǎn))、高密市益豐機械有限公司研制的3WG-260型果園風(fēng)送式噴霧機、北京市農(nóng)業(yè)智能裝備技術(shù)研究中心研制的果園光傳感對靶變量風(fēng)送式噴霧機、北京天途航空技術(shù)發(fā)展有限公司研制的植保多旋翼無人機進(jìn)行了作業(yè)質(zhì)量測試，為果園農(nóng)藥噴霧作業(yè)選擇機型提供參考。

1試驗機具

1.1試驗機具

臺州市聯(lián)龍機械有限公司生產(chǎn)的果園擔(dān)架式噴槍噴霧機；高密市益豐機械有限公司研制的3WG-260型果園風(fēng)送式噴霧機；北京市農(nóng)業(yè)智能裝備技術(shù)研究中心研制的果園光傳感對靶風(fēng)送式變量噴霧機；北京天途航空技術(shù)發(fā)展有限公司研制的植保多旋翼無人機。試驗所用的4種機具的主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

1.2機具結(jié)構(gòu)特點

1)北京市果園植保作業(yè)目前主要采用擔(dān)架式噴槍噴霧機，液泵采用三缸活塞泵，噴灑裝置使用噴槍。作業(yè)時，將擔(dān)架式噴霧機、藥箱放置在農(nóng)用機動三輪車后車斗上；如果行間較窄，三輪車無法通過，多將三輪車停靠在地頭，操作者拖拉藥液管路、手持噴槍對果樹依次噴灑。如三輪車能通過行間，則由一人駕駛?cè)嗆囆旭傇谛虚g，一人站后車斗持噴槍對果樹依次噴灑。

2)益豐果園風(fēng)送噴霧機。益豐果園風(fēng)送噴霧機采用懸掛式作業(yè)，其配套動力22kW拖拉機，主要由機架、藥箱、液泵、軸流風(fēng)機及不銹鋼扇形霧噴頭等組成。風(fēng)機左右出風(fēng)口處各布置5個噴頭，在液泵壓送藥液經(jīng)噴頭霧化，軸流風(fēng)機產(chǎn)生的強大氣流輸送霧滴到達(dá)果樹冠層各部位。

3)果園光傳感對靶風(fēng)送式變量噴霧機。果園光傳感對靶風(fēng)送式變量噴霧機采用懸掛式作業(yè)，其配套動力22kW拖拉機，主要由機架、藥箱、液泵、軸流風(fēng)機、對靶探測系統(tǒng)、光傳感對靶噴霧控制系統(tǒng)、基于脈寬調(diào)制(PWM)控制變量噴霧流量控制裝置及LURMARK公司生產(chǎn)的30HCX6型空心圓錐霧噴頭組成。該機可通過對靶探測系統(tǒng)和對靶噴霧控制系統(tǒng)結(jié)合，實現(xiàn)對果樹靶標(biāo)的定向?qū)Π芯_噴霧。其通過PWM控制裝置實現(xiàn)變量施藥。風(fēng)機左右出風(fēng)口處各布置6個噴頭，液泵壓送藥液經(jīng)噴頭霧化，軸流風(fēng)機產(chǎn)生的強大氣流輸送霧滴到達(dá)果樹冠層各部位。

4)植保多旋翼無人機。植保多旋翼無人機主要部件由機架、8個旋翼、電池、電機、藥箱、液泵、噴桿、LECHLER R80-005C圓錐霧噴頭及控制系統(tǒng)等部分組成。多旋翼低空噴霧設(shè)備依靠電機驅(qū)動旋翼產(chǎn)生向上推力，無線遙控啟動。旋翼產(chǎn)生的下壓氣流將霧滴向下輸送至冠層。

表1　4種噴霧機技術(shù)參數(shù)

2果園噴霧機性能試驗

2.1試驗條件

試驗于2014年10月在北京市平谷區(qū)峪口鎮(zhèn)西營村高密植現(xiàn)代化桃園進(jìn)行。果園桃樹種植株行距為1m×4m、平均冠層厚度為0.7m、株高為3.4m；測試時風(fēng)速為1～2m/s、 溫度為16～18℃。

2.2試驗方法

按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《風(fēng)送式果園噴霧機作業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(NY/T992-2006)和國際標(biāo)準(zhǔn)《Field measurements tree and bushcrops》(ISO 22522)對果園噴霧機作業(yè)質(zhì)量的檢測指標(biāo)進(jìn)行測試。試驗測試內(nèi)容包括各噴霧機噴量、霧滴粒徑、霧滴沉積垂直分布，以及果樹冠層內(nèi)霧滴沉積分布。

2.2.1噴頭及噴霧系統(tǒng)噴量測試

1)將3種地面果園噴霧機藥液箱盛水至少200L、多旋翼無人機藥箱加水5L；打開藥液泵開關(guān)，完全排出管道內(nèi)的空氣，使整個系統(tǒng)內(nèi)裝滿清水。

2)在作業(yè)工作壓力條件下，用軟管及量筒分別承接噴霧機各噴頭噴量，計時測試噴頭噴霧量，噴灑時間1min；

3)計算單個噴頭和整個系統(tǒng)噴霧量(單位為L/min)，重復(fù)3次。結(jié)果如表2所示

由表2可知：益豐果園風(fēng)送噴霧機各噴頭的噴霧量變異系數(shù)為18.63%，噴頭噴量均勻性較差；果園對靶風(fēng)送式變量噴霧機噴頭間噴量變異系數(shù)為9.2%；植保多旋翼無人機各噴頭噴量變異系數(shù)3.7%，均勻性好。

2.2.2霧滴粒徑檢測

霧滴粒徑檢測系統(tǒng)由馬爾文激光粒徑分析儀、藥箱、液泵及管路等組成。將待測噴頭(噴槍、益豐果園風(fēng)送式噴霧機配不銹鋼扇形霧噴頭、果園對靶風(fēng)送式變量噴霧機配30HCX6標(biāo)準(zhǔn)圓錐霧噴頭、植保多旋翼無人機配LECHLER R80-005C圓錐霧噴頭)安裝在激光粒徑分析儀光學(xué)平臺測量區(qū)上方，噴霧霧滴粒徑測試時，使激光束照射到噴霧霧面，通過測量散射光的強度來完成粒度測量；然后利用激光粒徑分析儀分析軟件，分析計算該散射光譜圖的顆粒粒度分布，如表3所示。

表3　不同噴頭不同噴霧壓力下霧滴粒徑　μm

隨著噴霧壓力增加，霧滴粒徑減小。4種機具配備的噴頭中，30HCX6圓錐霧噴頭霧滴粒徑相對最小，不銹鋼扇形霧噴頭霧滴粒徑最大。

2.2.3霧滴沉積分布均勻性測定

果園地面植保機械作業(yè)時，向果樹冠層兩側(cè)噴灑。應(yīng)用果園噴霧機噴霧量垂直分布測試系統(tǒng)測量擔(dān)架式噴槍噴霧機(見圖1)、益豐果園風(fēng)送噴霧機(見圖2)及果園對靶風(fēng)送式變量噴霧機(見圖3)的霧滴垂直沉積分布。測試時，藥箱中加入清水，在空曠平地上將垂直霧量分布臺架起，將待測試機具的中心線距離垂直分布臺半個行距(1.8m)。按照計算噴霧壓力，調(diào)整好作業(yè)參數(shù)后開始噴霧，噴霧期間，控制垂直霧量分布臺左右移動，待分布臺上的量筒內(nèi)的液量達(dá)到最大值的3/4處停止噴霧；讀取量筒內(nèi)的液量，并分析霧滴垂直分布均勻性及噴霧高度。

圖1　擔(dān)架式噴槍噴霧機垂直霧量分布

圖2　益豐果園風(fēng)送式噴霧機垂直霧量分布

圖3　果園對靶風(fēng)送式變量噴霧機垂直霧量分布

測試結(jié)果表明：果園對靶風(fēng)送式變量噴霧機的垂直分布均勻性最好，變異系數(shù)為32.48%；且符合果樹紡錘形樹形，中間噴量較大、兩頭噴量較小，風(fēng)送霧滴高度最高為3m。其次是噴槍，由人工手持噴槍作業(yè)，分布均勻性變異系數(shù)為48.4%，最高噴射沉積高度為3.4m。益豐果園風(fēng)送式噴霧機垂直分布均勻性變異系數(shù)達(dá)120.87%，中間高度區(qū)域與上、下兩側(cè)區(qū)域噴量差異過大，最高點為2.6m。

植保多旋翼無人機作業(yè)時(見圖4)，噴霧霧滴由果樹冠層上部向下部壓送，因此在離地50cm處，橫向每隔1m布置水敏紙，共布置10點9個水敏紙。植保多旋翼無人機從中間以作業(yè)時高度1～2m、作業(yè)速度3～4m/s飛過。檢測水敏紙霧滴密度，超過30霧滴/cm2處，計入噴幅。

圖4　植保多旋翼無人機地面噴幅及霧滴分布均勻性

測試結(jié)果表明：噴幅為4m，平均霧滴個數(shù)184個/cm2，變異系數(shù)為25%。

2.2.4果樹冠層霧滴沉積分布

在試驗田中，每個作業(yè)機具作業(yè)區(qū)，選取3棵果樹作為布樣區(qū)，因該果園果樹冠層厚度小，因此布置樣點厚度方向只分左右兩層，如圖5所示。在每棵樹上布有9個點，垂直方向上每個點的間距是30cm，在每一樣點上布置水敏紙和霧滴收集器測試霧滴分布密度和沉積量。葉片標(biāo)記從上向下依次記為采樣1～9，在樹冠下方地面布置水敏紙及霧滴收集器以承接流失到地面的藥液。

圖5果樹霧滴沉積分布采樣點布置

應(yīng)用水敏紙霧滴圖像處理軟件測量霧滴密度，以檸檬黃作為示蹤劑，用可見分光光度計測量沉積在靶標(biāo)上的藥液量。由于擔(dān)架式噴槍噴霧機由人工手持作業(yè)，人工作業(yè)速度經(jīng)測試為0.4m/s，根據(jù)該機每分鐘藥液流量，應(yīng)用下式確定該機施藥量為108L/(667m2)。為對比各噴霧機作業(yè)質(zhì)量，現(xiàn)各機具施藥量確定為108L/(667m2)。因植保無人機屬低量噴霧，畝施藥量為1L。機具施藥量、機具作業(yè)速度計算公式為

V=40l/(Q×B)

其中,V為作業(yè)速度，l為噴霧系統(tǒng)藥液流量，Q為畝施藥量，B為噴幅。4種噴霧機滴沉積分布密度如圖6～圖9所示；3種地面噴霧機霧測試水敏紙如圖10所示。

圖6　果園噴槍噴霧機霧滴沉積分布密度

圖7　益豐果園風(fēng)送式噴霧機霧滴沉積分布密度

圖8　對靶風(fēng)送式變量噴霧機霧滴沉積分布密度

圖9　植保多旋翼無人機霧滴沉積分布密度

2.2.4.1果樹冠層霧滴沉積分布密度測試

果樹冠層霧滴沉積分布密度測試結(jié)果顯示：4種機具霧滴沉積分布密度均滿足20個/cm2的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。對靶風(fēng)送式變量噴霧機霧滴密度均值為142個/cm2，單位面積霧滴密度最大，各點間變異系數(shù)為14.2%，果樹中部霧滴密度高于上下冠層。這主要由于果樹平均株高3.4m，但噴霧機垂直霧量在2.8m處已明顯減少，霧滴密度較高區(qū)域為1～2.2m。噴槍霧滴沉積密度為129個/cm2，各點間變異系數(shù)為17.25%，因由人工手持操作，隨機性較大。益豐果園風(fēng)送式噴霧機平均霧滴密度124個/cm2，變異系數(shù)為23.49%。

植保多旋翼無人機噴施冠層霧滴密度平均為67個/cm2，變異系數(shù)為17.94%。因該機作業(yè)時，霧滴隨旋翼下壓氣流由冠層上部向下部噴送，因此該機霧滴沉積分布在冠層的上部少于中下部。

噴槍　　　　　　　　　　　　　　　 益豐　　　　　　　　　　　　　　　　　對靶

2.2.4.2果樹冠層霧滴沉積量測試

由表4可以看出：藥液在冠層內(nèi)單位面積上的沉積量，益豐果園風(fēng)送式噴霧機噴霧最不均勻，變異系數(shù)達(dá)51.6%，其次是噴槍；4種噴霧機種，對靶風(fēng)送式變量噴霧機藥液沉積最均勻，變異系數(shù)18.42%。

表4　果樹各采樣點霧滴沉積量　μg/cm2

4種噴霧機地面霧滴沉積密度測試結(jié)果顯示(見圖11)：地面機械中噴槍霧滴沉積密度最大，益豐果園風(fēng)送噴霧機地面沉積量最小。因該果樹冠層較稀疏，植保多旋翼無人機亦在地面有霧滴沉積流失。

2.2.4.3對靶風(fēng)送式變量噴霧機減量施藥測試

目前，果園噴槍作業(yè),藥液常規(guī)噴施量達(dá)100～200L/(667m2),果園風(fēng)送噴霧機常規(guī)施藥量為40～60L/(667m2)。如前所測當(dāng)噴量為108L時，冠層平均霧滴密度達(dá)100個/cm2以上，但行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為大于20個/cm2時,就達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，因此對對靶風(fēng)送式變量噴霧機進(jìn)行了噴霧量減量為畝施藥液量40L時(仍使用30HCX6標(biāo)準(zhǔn)圓錐霧噴頭)霧滴冠層沉積分布進(jìn)行了測試，測試結(jié)果顯示霧滴沉積平均密度仍達(dá)62個/cm2，滿足病蟲害防治要求，如圖12所示。

圖11　 4種噴霧機地面霧滴沉積密度

圖12 對靶風(fēng)送式變量噴霧機減量噴霧霧滴沉積分布密度

3結(jié)論

1)針對該果園籬壁型冠層，3種地面噴霧機在噴量為噴槍常規(guī)噴量條件下(施藥量108L/(667cm2)，冠層霧滴分布平均密度均超過100個/cm2，對靶風(fēng)送式變量噴霧機在施藥量40L/(667cm2)條件下，霧滴沉積平均密度達(dá)62個/cm2，植保多旋翼無人機在畝施藥為1L/(667cm2)時，霧滴沉積平均密度達(dá)67個/cm2，均遠(yuǎn)超過20個/cm2的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

2)使用霧量沉積分布變異系數(shù)、冠層藥液沉積分布變異系數(shù)作為指標(biāo)，評價4種藥械的噴霧質(zhì)量，對靶風(fēng)送式變量噴霧機在霧量垂直分布、果樹冠層沉積分布都具有較好的均勻性，其次是植保多旋翼無人機。噴槍和益豐果園風(fēng)送噴霧機噴霧沉積效果較差，噴槍使用過程中有跑冒滴漏現(xiàn)象，操作人員人身污染嚴(yán)重。益豐果園風(fēng)送式噴霧機在噴頭間距布置、出風(fēng)口、壓力表等設(shè)計仍需進(jìn)一步改進(jìn)，以提高噴霧均勻性和機具的適用性。

3)試驗果園屬籬壁式果園，冠層厚度稀疏，果園施藥量應(yīng)根據(jù)不同季節(jié)不同冠層密度進(jìn)行變量施藥。因此，建議選用風(fēng)量、施藥量可調(diào)噴霧機或噴霧機配備不同型號噴頭，以實現(xiàn)不同冠層密度變量施藥。

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Experimental Study on Spray Machine Selection in Dwarf Density Orchard

Li Chuanyou

(Beijing Agricultural Machinery Testing Extension Station, Beijing 100079, China)

Abstract：In order to improve fruit production mechanization level, Beijing city is vigorously promote fruit dwarfing close planting technology, in view of the present market of fruit plant protection machinery model, spray quality uneven problem, carried out experimental study on the selection of suitable for plant protection machinery and new planting model of fruit under test, selecting 4 kinds of spraying machine. The test results show that, for this orchard wall type canopy, three kinds of ground sprayer in spray volume. The conventional spray quantity conditions (mu dosage 108 liters), the average density of canopy droplet distribution are more than 100 / square cm, on target air assisted sprayer in acres of spray volume 40 liters a next, the droplet deposition of average density of 62 per square centimeter, plant protection multi rotor UAV in Mu spraying 1 litres, the droplet deposition of average density of 67 A /cm2, were far more than 20 per square centimeter of industry standard. Suggested the use of air flow rate, spray volume adjustable sprayer or a spray machine equipped with different types of nozzle, so as to realize the variables of different canopy density of pesticide.

Key words：dwarf culture; plant protection machinery; sprayer; selection

文章編號：1003-188X(2016)01-0201-06

中圖分類號：S491

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

作者簡介：李傳友(1965-)，男，北京人，高級工程師，碩士，(E-mail)beijing12345@126.com。

基金項目：北京市農(nóng)委農(nóng)業(yè)科技項目(20130119)

收稿日期：2014-12-25