肖麗萍，蔡金平，劉木華，林金龍，葉洋洋，黃糧糧

(江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院，南昌 330045)

0 引言

農(nóng)作物生產(chǎn)技術(shù)上，化學(xué)肥料和化學(xué)農(nóng)藥在環(huán)境中的持續(xù)積累不僅會(huì)危害生態(tài)系統(tǒng)，造成環(huán)境污染，而且還會(huì)造成作物表面農(nóng)藥殘留，給人們生命帶來危害[1]。生物農(nóng)藥通過使用天然存在的活生物體來控制或抑制病蟲害，具有毒性低、殘留量低及持久性好等特點(diǎn)。生物農(nóng)藥相比于常規(guī)化學(xué)農(nóng)藥，更安全，可快速分解而不產(chǎn)生耐藥性，且具有較長的產(chǎn)品生命周期，以無毒友好機(jī)制防治病害蟲[2-3]。生物農(nóng)藥的使用是將來農(nóng)作物病蟲害防治的必然趨勢，全球范圍內(nèi)，生物農(nóng)藥的使用量每年都在穩(wěn)步增長約10%。2014年，美國環(huán)保局(EPA)注冊了超過430種活性生物農(nóng)藥成分，超過1 320種產(chǎn)品[2]；2015年，我國處于有效登記狀態(tài)的生物農(nóng)藥有效成分達(dá)115個(gè)，產(chǎn)品約3 000個(gè)[4]。

生物農(nóng)藥活性成分不同，種類繁多，產(chǎn)品也多樣，對(duì)農(nóng)作物的噴霧防治效果也不相同，且目前對(duì)于生物農(nóng)藥的應(yīng)用還缺乏較多的定量信息[5-6]。了解一種農(nóng)藥的噴霧覆蓋率和沉積率對(duì)于確保和改善地面農(nóng)藥噴霧在整個(gè)噴霧層面上的運(yùn)輸至關(guān)重要，因?yàn)閲婌F效果的好壞取決于噴霧在葉冠上的覆蓋率和沉積量的分布情況，而在噴霧過程中，可能由于噴霧液滴體積過大發(fā)生重疊而浪費(fèi)或液滴尺寸太小而發(fā)生漂移損失[7-8]，所以噴霧生物農(nóng)藥時(shí)產(chǎn)生的高質(zhì)量噴霧覆蓋率和沉積均勻性是選擇或設(shè)計(jì)噴霧方法的關(guān)鍵，從而最大限度地發(fā)揮病蟲害控制效果[9]。早些年，H. Guler等人采用移動(dòng)噴霧系統(tǒng)和多種噴嘴對(duì)水敏性試紙進(jìn)行了噴霧研究，分析了多種噴嘴的噴霧覆蓋率，發(fā)現(xiàn)噴嘴類型對(duì)噴霧覆蓋率的影響較大[10-14]。周良富等人對(duì)風(fēng)送靜電噴霧效果進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)噴霧距離、噴霧壓力等對(duì)正面覆蓋率影響比較顯著[15]。徐廣春等人采用水敏性試紙采集農(nóng)藥霧滴，通過Deposit Scan軟件分析霧滴覆蓋率和霧滴密度，發(fā)現(xiàn)彌霧下傾噴霧田間防治灰飛虱的效果要顯著高于彌霧飄移噴霧下的防效[16]。Ozkan等人研究發(fā)現(xiàn)，有效控制亞洲大豆銹病需要用合適類型的殺菌劑徹底覆蓋大豆冠層[17]。

本文在實(shí)驗(yàn)室條件下對(duì)兩種噴嘴、5種生物農(nóng)藥的噴霧覆蓋度和葉面沉積分布等進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，并得出結(jié)論。

1 材料和方法

試驗(yàn)是2017年3-4月期間在美國OARDC(Ohio Agricultural Research & Development Center)農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)研究所實(shí)驗(yàn)室完成。

1.1 試驗(yàn)材料

噴霧覆蓋率檢測樣本是52mm×76mm大小的水敏性試紙(WSP)，葉面沉積量檢測樣本是溫室盆栽白花鳳仙葉。

噴霧樣本是美國BioWorks公司的Suffoil-X?(植物油)、Cease?(細(xì)菌類)、Molt-X?(昆蟲生長調(diào)節(jié)劑)、BotaniGard?ES和BotaniGard?22WP(真菌類)等5種生物農(nóng)藥與水以一定比例的混合物。這5種生物農(nóng)藥在大型溫室植物病蟲害防治應(yīng)用較為普遍，除了Cease是用于農(nóng)作物病毒防治，其余均用于農(nóng)作物蟲害防治，且BotaniGard?22WP是粉末狀，其它均為液體狀。

試驗(yàn)噴嘴是美國Teejet公司的平面扇形噴嘴80°XR8004和中空錐形噴嘴TXVK8004兩種噴嘴。平面扇形噴嘴多在16～60psi(大約0.1～0.4MPa)的壓力下各種噴桿式噴霧機(jī)上廣泛使用，而中空錐形噴嘴多用于果園或特殊農(nóng)作物的風(fēng)送式噴霧。在噴頭壓力為40psi(大約0.28MPa)情況下，80°XR8004的噴量速率為1.5L/min，TXVK8004的速率分別為0.25L/min。

1.2 試驗(yàn)裝置

圖1為噴霧覆蓋率和葉面沉積量分析的噴霧現(xiàn)場。噴霧系統(tǒng)的噴桿上并排裝有3個(gè)相同噴頭，間距為50cm，噴霧系統(tǒng)以滑輪形式倒掛安裝于移動(dòng)滑槽裝置上，整個(gè)噴霧系統(tǒng)可沿滑槽移動(dòng)；盆栽樣本和固定支架并排放在水平實(shí)驗(yàn)桌面上，水敏性試紙被固定支架夾持，并與植物葉面同等高度，調(diào)整桌面高度使葉面和試紙?zhí)幱趪婎^下方50cm處；噴霧系統(tǒng)以6.4km/h的速度沿滑槽移動(dòng)，同時(shí)以40psi的噴頭壓力噴灑樣本液體于葉面和WSP上。

1.滑槽裝置 2.噴霧系統(tǒng) 3.水敏性紙(WSP) 4.盆栽 5.水平實(shí)驗(yàn)桌 6.固定支架

在室溫下測量5種生物農(nóng)藥的粘度，采用美國Viscolite VL7便攜式粘度計(jì)，直接將粘度計(jì)的探頭放入帶有生物農(nóng)藥混合物樣品的量筒或燒杯中，顯示單元中立即顯示其粘度值。

圖2是液體表面張力分析系統(tǒng)(SensaDyne PC500L Tensiometer)，室溫下測定5種生物農(nóng)藥的表面張力。該系統(tǒng)由探頭、氣壓控制器(MFC)及分析系統(tǒng)等組成，將探頭放入在支撐板上的燒杯樣本中，其中兩根探針產(chǎn)生氣泡，另一根探針測量液體溫度；質(zhì)量控制器(MFC)以調(diào)節(jié)孔口生成氣泡頻率，隨后氣泡從液體內(nèi)上升到液體表面消失；分析系統(tǒng)根據(jù)氣泡的大小、上升時(shí)間間隔和液體溫度等特征，來分析液體樣本的表面張力與其他參數(shù)的關(guān)系等。

1.探頭 2.氣壓控制器 3.分析系統(tǒng) 4.燒杯

1.3 試驗(yàn)方法

噴霧覆蓋率和沉積量決定了噴霧效果的好壞，本試驗(yàn)在無任何外界因素影響的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下進(jìn)行，采用兩種不同噴嘴在相同壓力40psi(大約0.28MPa)和相同噴霧高度50cm條件下對(duì)5種不同噴霧樣本的噴霧覆蓋率和葉面沉積量進(jìn)行分析。由于植物葉面上噴霧沉積量較難直接測定，本試驗(yàn)采用了幾種最新方法：每一次試驗(yàn)噴霧系統(tǒng)沿滑槽運(yùn)動(dòng)并噴霧一次，實(shí)驗(yàn)樣本液體被同時(shí)噴灑在植物葉面和水敏性試紙上；每一種生物農(nóng)藥用兩種噴頭分別噴霧3次，取平均值。

對(duì)植物葉子樣本進(jìn)行處理。對(duì)于生物農(nóng)藥Cease?、BotaniGrad?ES和BotaniGrad?22WP噴霧樣本，每一次試驗(yàn)收集一株植物的3片葉子，分別放入直徑為95mm且進(jìn)行過化學(xué)藥物處理的塑料盤中，待葉面與藥物完全接觸后取出葉子待用。該藥物可使葉子上的生物農(nóng)藥與其發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生霉菌，通過分析儀器可計(jì)算出所有霉菌個(gè)數(shù)，然后可根據(jù)霉菌個(gè)數(shù)與樣本液體容量的關(guān)系曲線而計(jì)算該葉面噴霧總量，即噴霧后附著在葉面上的生物農(nóng)藥噴霧樣本量。

而對(duì)于具有油性特征的生物農(nóng)藥Molt-X?和Suffoil-X?，噴霧前在其混合液中加入一定量的油性熒光劑，均勻混合噴灑于盆栽和水敏性試紙上。每一次試驗(yàn)收集一株植物的3片葉子，分別放入含20mL反透射水的玻璃瓶中，迅速輕晃以沖洗葉面上的生物農(nóng)藥，再取出葉子待用，然后利用紫外-可見光光譜儀測定玻璃瓶中混合物的熒光劑濃度，再根據(jù)熒光劑濃度與噴霧液體容量的關(guān)系曲線計(jì)算出葉子上的噴霧總量。

最后，采用掃描儀(HP Scanjet G4050)測出每一片葉子的面積，結(jié)合該葉子上的噴霧總量，可獲得葉面的沉積量，即葉面單位面積上噴霧液滴的量。

對(duì)水敏性試紙進(jìn)行處理。水敏性試紙通常用作收集工具來測量噴霧的覆蓋范圍，通常用覆蓋率百分比來表示。對(duì)于噴霧覆蓋率，每次試驗(yàn)使用兩張水敏性試紙，噴霧后，水敏性試紙被霧滴染成藍(lán)色點(diǎn)狀；干燥后，由掃描儀(Scan shell 800NR)掃描后并計(jì)算藍(lán)色點(diǎn)覆蓋率，即藍(lán)色點(diǎn)面積占試紙總面積的比例，從而得到該生物農(nóng)藥的噴霧覆蓋率。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 不同生物農(nóng)藥的葉面沉積量

表1、表2分別給出了噴嘴XR8004和TVXK8004分別采用5種生物農(nóng)藥樣本噴霧3次后，采集9片葉子樣本的噴霧量、面積和沉積量的計(jì)算值和測量值。由表1、表2可以看出：生物農(nóng)藥Cease的葉面噴霧量最少，BotanGrant?20WP次之；Suffoil-X的葉面噴霧量最多，Molt-X次之，BotanGrant?BE的葉面噴霧量處于中間位置。

表1 XR8004噴嘴對(duì)不同生物農(nóng)藥噴灑葉子樣本的噴霧量、面積和沉積量

表2 TVXK8004噴嘴對(duì)不同生物農(nóng)藥噴灑葉子樣本的噴霧量、面積和沉積量

續(xù)表2

由表1、表2可知：每一片葉子樣本面積大小沒有較大差別，所以計(jì)算出來的葉子樣本的沉積量存在的規(guī)律與其噴霧量也一樣。

圖3為兩種噴嘴采用5種生物農(nóng)藥噴霧樣本的沉積量平均值。由圖3可知：生物農(nóng)藥Cease的葉面沉積量最少，BotanGrant?20WP次之；Suffoil-X?的葉面沉積量最多，Molt-X?次之，BotanGrant?BE的葉面沉積量處于中間位置。

噴嘴XR8004對(duì)于Suffoil-X?和Mol-X?的噴霧葉面沉積量比TVXK8004的值大，而對(duì)于其他生物農(nóng)藥，噴嘴XR8004的葉面沉積量比TVXK8004的值小。可見，油性生物農(nóng)藥噴霧樣本的葉面沉積量偏大。

圖3 葉面沉積量平均值

2.2 不同生物農(nóng)藥的噴霧覆蓋率

圖4和圖5分別為XR8004和TVXK8004兩種噴嘴情況下5種不同噴霧樣本在水敏性試紙上的噴霧覆蓋情況。在相同的噴霧位置和壓力情況下，平面扇形噴嘴(XR8004)的試紙上噴霧黑色面積明顯比中空錐形噴嘴(TVXK8004)的黑色覆蓋面積大，而同一種噴嘴不同生物農(nóng)藥的噴霧覆蓋面積從圖上看不出差別。

Molt-X? Botanigrad? 20WP Botanigrad? ES Cease? Suffoil-X?

Molt-X? Botanigrad? 20WP Botanigrad? ES Cease? Suffoil-X?

圖6給出了不同生物農(nóng)藥的噴霧覆蓋率的具體數(shù)據(jù)。由圖6可知：噴嘴XR8004噴霧生物農(nóng)藥的覆蓋率在50%～75%之間，遠(yuǎn)大于噴嘴TVXK8004的覆蓋率10%～18%之間。對(duì)于噴嘴XR8004，對(duì)Suffoil-X 噴霧的覆蓋率值最大，Cease次之，Molt-X的值最?。欢鴮?duì)于噴嘴TVXK8004，所有生物農(nóng)藥的噴霧覆蓋率沒有較大差別。由此可見，噴嘴的類型、孔徑大小和噴量流速等對(duì)噴霧覆蓋率的大小有較大影響，而噴霧樣本的種類影響較小。

圖6 不同生物農(nóng)藥的液滴覆蓋率

2.3 不同生物農(nóng)藥的粘度和表面張力

圖7顯示了5種生物農(nóng)藥的粘度值和表面張力值。由于BotoniGard?ES噴霧樣本噴霧前為粉末狀態(tài)，可能因?yàn)榛旌暇鶆蚨鹊挠绊懀浔砻鎻埩χ迪鄬?duì)其他生物農(nóng)藥偏低。除了BotoniGard?ES，其余生物農(nóng)藥的粘度和表面張力的變化基本與噴嘴XR8004的噴霧覆蓋率變化類似，從Molt-X?、BotaniGard? 20WP、Cease?到Suffoil-X?成上升變化趨勢。

圖7 不同生物農(nóng)藥的粘度值和表面張力值

3 結(jié)論

1)油性生物農(nóng)藥噴霧樣本的葉面沉積量偏大。

2)噴嘴的類型、孔徑大小和噴量流速等對(duì)噴霧覆蓋率的大小有較大影響，而噴霧樣本的種類影響較小。

3)除了BotoniGard?ES，其余生物農(nóng)藥的粘度和表面張力的變化基本與噴嘴XR8004的噴霧覆蓋率變化類似，從Molt-X?、BotaniGard? 20WP、Cease?到Suffoil-X?成上升變化趨勢。