陳 吟，齊浩亮，張 龍，馬金龍，靳尚杰，李廣澤，蘭玉彬

(1 深圳諾普信農(nóng)化股份有限公司研究院，廣東 深圳 518102； 2 深圳雨燕智能科技服務(wù)有限公司，廣東 深圳 518102； 3 華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 電子工程學(xué)院/人工智能學(xué)院，廣東 廣州 510642)

隨著全國人口的增長、農(nóng)村勞動(dòng)人口的逐漸減少，在保證農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量的基礎(chǔ)上推進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化和現(xiàn)代化越來越重要。近十年里，中國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化迅猛發(fā)展，其中，農(nóng)業(yè)無人機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展尤為迅速，無人機(jī)在農(nóng)業(yè)植保中的應(yīng)用越來越廣泛[1-2]。截止2016年，已經(jīng)有不少于178種農(nóng)用無人機(jī)被開發(fā)[3]。農(nóng)用植保無人機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)逐漸從水稻、小麥等主要大宗糧食作物[4]擴(kuò)展到了果樹、蔬菜、茶葉等經(jīng)濟(jì)作物上[5-7]。植保無人機(jī)的工作效率可達(dá)人工噴灑的60倍[8]，并且操作靈活，在作業(yè)過程中不會(huì)破壞土壤結(jié)構(gòu)，也不會(huì)直接碰觸到作物，非常適合中小面積田塊、丘陵山區(qū)的植保作業(yè)。但由于無人機(jī)載液量的限制，無人機(jī)噴灑時(shí)流量偏小，且一般配備小粒徑的扇形噴頭或者離心噴頭，霧滴粒徑較小(100 μm左右)。由于技術(shù)原因和安全性考量，目前植保無人機(jī)噴灑最低高度有一定限制。以大疆植保無人機(jī)為例，一般推薦最低飛行高度為1.0～1.5 m，相較于傳統(tǒng)噴灑方式(拖拉機(jī)和人工噴霧器)，噴灑高度更高，因此，無人機(jī)在噴灑農(nóng)藥過程中更容易產(chǎn)生霧滴漂移的現(xiàn)象。根據(jù)相關(guān)研究，在農(nóng)藥噴灑中約有25%的細(xì)小霧滴可漂移到非靶標(biāo)區(qū)域[9-11]。農(nóng)藥霧滴的漂移可造成環(huán)境污染，對周邊生物造成危害。相比殺蟲劑和殺菌劑，除草劑的漂移更可能嚴(yán)重影響周邊作物的產(chǎn)量甚至造成絕收。在2004年，美國40個(gè)州內(nèi)曾發(fā)生不少于1 700起農(nóng)藥漂移引起的農(nóng)作物損失報(bào)告，其中1 207起是由除草劑漂移引起的[12-13]。McNaughton等[14]曾在研究中指出，僅推薦劑量的2.5%的草甘膦漂移霧滴即可造成番茄苗傷害率達(dá)23%。不同的除草劑有不同的非靶標(biāo)敏感作物，除草劑品類亦會(huì)影響漂移的程度和對非靶標(biāo)作物的毒性。如2,4-D和麥草畏等生長素類除草劑對雙子葉植物高毒，且極易因蒸發(fā)漂移到遠(yuǎn)距離非靶標(biāo)區(qū)域。即便無人機(jī)噴灑除草劑可以達(dá)到較為滿意的除草效果[15]，但漂移問題嚴(yán)重限制了無人機(jī)噴灑除草劑的可行性和應(yīng)用推廣。而助劑和噴頭型號是影響噴灑中霧滴漂移的重要因素。噴頭型號直接影響霧滴的霧化性質(zhì)，助劑的添加可通過改變?nèi)芤旱男再|(zhì)而間接改變霧化性質(zhì)[16-22]。目前，大部分的研究為使用風(fēng)洞等設(shè)備進(jìn)行的室內(nèi)研究，大田噴灑環(huán)境的研究較少。本文使用不同型號品牌的噴頭和不同廠家品類的助劑，在大田環(huán)境中測定其影響霧滴漂移的特點(diǎn)，對比助劑和噴頭在抗漂移效果上的表現(xiàn)及其與粒徑的關(guān)聯(lián)。為進(jìn)一步優(yōu)化抗漂移助劑和噴頭提供數(shù)據(jù)和理論依據(jù)，也為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上田間農(nóng)藥噴灑中控制漂移提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

本次測試的植保無人機(jī)為大疆MG-1S八旋翼無人機(jī)(深圳大疆創(chuàng)新科技有限公司，中國)。環(huán)境監(jiān)測使用華誼PM6252A風(fēng)速儀(深圳市新華誼儀表有限公司，中國)測量，溫度和濕度由?，擜S817手持式溫濕度計(jì)(東莞萬創(chuàng)電子制品有限公司，中國)測量。配備不同的噴頭在田間環(huán)境進(jìn)行噴灑試驗(yàn)。所測試噴頭包括TeeJet XR110-01[特杰特噴霧技術(shù)(天津)有限公司，中國]，Lechler LU120-01、LU120-015、IDK120-01[萊克勒噴嘴系統(tǒng)(北京)有限公司，中國]。所測試噴灑助劑包括紅雨燕第一代增效水性助劑、紅雨燕防漂移增效油性助劑(深圳雨燕智能科技服務(wù)有限公司，中國)、激健增效助劑(四川蜀峰化工有限公司，中國)、禾大DRT-NISAP(禾大公司，英國)和亨斯邁5 960助劑(亨斯邁公司，美國)，在文中分別簡稱為雨燕水性、雨燕油性、激健、禾大和亨斯邁。試驗(yàn)中使用質(zhì)量濃度為1 g·L－1的誘惑紅溶液 (6－羥基－5－(2－甲氧基－4－磺酸－5－甲苯基)偶氮萘－2－磺酸二鈉鹽)(上海獅頭染料研究所有限公司，中國)，并使用佳能pp-208噴墨打印機(jī)相紙(佳能有限公司，中國)接收霧滴。霧滴接收卡由惠普(HP)Scanjet G3110照片掃描儀(惠普有限公司，中國)掃描，由霧滴覆蓋率分析軟件Depositscan進(jìn)行分析。室內(nèi)試驗(yàn)使用DP-02型噴霧粒度分析儀(珠海市歐美克儀器有限公司，中國)對不同噴頭和助劑溶液產(chǎn)生的霧滴進(jìn)行粒徑測試。

1.2 方法

1.2.1 不同助劑溶液的配制 在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測試不同噴頭霧滴粒徑時(shí)，噴灑清水測量。測試不同助劑溶液霧滴粒徑時(shí)，將不同的助劑分別以體積比(φ)1%添加到不同的清水中，混勻后取中間層液體進(jìn)行測量。田間不同噴頭的霧滴漂移試驗(yàn)中，使用1 g·L－1的誘惑紅水溶液，并按體積比1%添加紅雨燕水性助劑，混勻備用。田間不同助劑的霧滴漂移試驗(yàn)中，則將不同助劑分別以體積比1%加入到混勻后的1 g·L－1的誘惑紅水溶液中，混勻備用。

1.2.2 不同助劑溶液和噴頭對霧滴粒徑的影響試驗(yàn)在深圳諾普信農(nóng)化股份有限公司研究院智能噴灑實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，按照“1.2.1”配制溶液，預(yù)熱DP-02型噴霧粒度分析儀30 min。依次使用相應(yīng)的溶液(φ為1%的雨燕水性、雨燕油性、激健、禾大和亨斯邁)進(jìn)行霧滴粒徑測試。使用噴頭XR110-01、LU120-01、LU120-015和IDK120-01分別噴灑清水進(jìn)行霧滴粒徑測試。噴霧時(shí)間10 s，噴霧壓力為0.48 MPa，每個(gè)測試重復(fù)3次。

1.2.3 無人機(jī)噴頭流量測試 在田間試驗(yàn)時(shí)，每次更換噴頭后進(jìn)行噴頭流量測試。安裝好4個(gè)噴頭后，將清水灌入無人機(jī)藥箱，設(shè)定好無人機(jī)參數(shù)(飛行速度、噴幅和單位面積噴灑量)，在清水填充所有管道后，用4個(gè)量杯對準(zhǔn)噴頭口啟動(dòng)噴灑一定時(shí)間(本試驗(yàn)中時(shí)間為20 s)。停止噴灑，用量筒測量所收集液體體積：

式中：V為理論噴液體積；t為噴液時(shí)間，s；v為設(shè)定無人機(jī)飛行速度，m·s－1；w為設(shè)定無人機(jī)噴幅，m；Vt為設(shè)定無人機(jī)單位面積噴液量，L·m－2。每個(gè)噴頭的噴液體積理論上為V/4。當(dāng)實(shí)際收集液量在理論液量±5%的范圍內(nèi)時(shí)，可進(jìn)行漂移測試。

1.2.4 不同助劑溶液和噴頭在大田環(huán)境中噴灑的霧滴漂移 試驗(yàn)于2018年在江蘇省興化市田間進(jìn)行。試驗(yàn)過程中實(shí)時(shí)測試瞬時(shí)風(fēng)速、溫度以及濕度。不同助劑試驗(yàn)時(shí)溫度為12～13 ℃，空氣濕度45%，風(fēng)速 0～1.2 m·s－1，風(fēng)速較為穩(wěn)定 (圖 1)。不同噴頭試驗(yàn)時(shí)溫度為9 ℃，空氣濕度40%，風(fēng)速1.7～3.0 m·s－1。試驗(yàn)期間，基本無云。使用大疆 MG-1S無人機(jī)和XR 110-01噴頭，搭載“1.2.1”描述的不同助劑溶液進(jìn)行直線航線單方向飛行噴灑，清水噴灑作為對照。飛行參數(shù)設(shè)置為：高度1.5 m，噴幅3.5 m，飛行速度 4.5 m·s－1，單位面積噴灑量 18.75 L·hm－2。飛行方向與風(fēng)向垂直，正式測試飛行距離為100 m，噴灑區(qū)始末端設(shè)置50 m的加減速緩沖區(qū)。每個(gè)PC管上固定2張霧滴卡，分別離地0.5和1.0 m。在100 m的飛行沿線上均勻設(shè)置霧滴接收點(diǎn)，卡片正面正對風(fēng)向，平行于飛行方向。根據(jù)風(fēng)向，在下風(fēng)區(qū)以不同間距設(shè)置霧滴接收點(diǎn)，分別離噴灑邊界1、2、5、10、20和50 m。在航線下方均勻固定霧滴接收卡25個(gè)，霧滴接收卡排列如圖2所示。每個(gè)測試重復(fù)3次，更換3次霧滴接收卡，故而每個(gè)距離點(diǎn)和離地高度共有15個(gè)重復(fù)，航線下方地表共收集75張霧滴卡(75個(gè)重復(fù))。每次噴灑完畢后將霧滴接收卡裝入自封袋，在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行掃描和分析。獲取霧滴覆蓋密度、沉積量和粒徑分布。在噴頭測試中，使用按體積比1%添加紅雨燕水性助劑的質(zhì)量濃度為1 g·L－1的誘惑紅水溶液，依次用不同的噴頭進(jìn)行噴灑。用同樣方法布置、收集霧滴接收卡并進(jìn)行掃描分析。噴頭測試時(shí)每個(gè)測試重復(fù)4次，更換4次霧滴接收卡，故而每個(gè)距離點(diǎn)和離地高度共有20個(gè)重復(fù)，航線下方地表共收集100張霧滴卡(100 個(gè)重復(fù))。

圖1 試驗(yàn)過程中的風(fēng)速變化(隨機(jī)測試)Fig. 1 Wind speed changes during experiments (random test)

圖2 霧滴漂移量田間評估試驗(yàn)布置示意圖Fig. 2 Experimental arrangement diagram in field for droplet drift amount estimation

1.2.5 不同助劑對粒徑均勻度的影響 為了研究不同助劑對粒徑均勻度的影響，按下式計(jì)算霧滴粒徑分布均勻度(Relative SPAN factor, RSF)值：

式中，D90、D10和D50分別為累積分布為90%、10%和50%最大顆粒的等效粒徑。RSF值越小，說明霧滴粒徑越集中。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同助劑溶液和不同噴頭對霧滴粒徑的影響

由圖3A可見，當(dāng)噴灑不同助劑溶液(φ為1%)時(shí)，雨燕油性 (D50=162 μm)、禾大 (D50= 146 μm)助劑提高霧滴粒徑的效果要優(yōu)于雨燕水性(D50= 126 μm)、亨斯邁 (D50= 126 μm)和激健 (D50= 127 μm)助劑。由圖4可見，雨燕油性和禾大助劑可將粒徑小于103 μm的霧滴比例降低至17.73%和20.16%。而雨燕水性、亨斯邁和激健助劑噴灑時(shí)粒徑小于103 μm的霧滴比例達(dá)34.15%、34.51%和34.87%。同時(shí)，圖3A還顯示了不同助劑對粒徑均勻度(RSF)的影響，RSF值越小，說明霧滴粒徑越集中，因此禾大和雨燕油性助劑溶液的粒徑均勻度較其他3種助劑好。由圖3B可以看出，在4個(gè)噴頭中，IDK 120-01噴頭噴灑的霧滴粒徑約為其他3個(gè)噴頭的2倍，明顯增大了粒徑。而其余3個(gè)噴頭噴灑的霧滴粒徑無明顯差異。

圖3 φ為1%的不同助劑溶液(A)和不同噴頭噴灑(B)的霧滴粒徑(D50)及分布均勻度(RSF)Fig. 3 Droplet diameter (D50) and relative span factor (RSF) of φ=1% solution of different adjuvants (A) and nozzles (B)

圖4 不同助劑溶液(φ為1%)的霧滴粒徑(D)占比Fig. 4 Droplet diameter (D) proportion of φ=1% solutions of different adjuvants

2.2 不同助劑溶液在大田環(huán)境下對無人機(jī)噴灑霧滴分布的影響

對比5種助劑溶液(φ為1%)和清水在離噴灑區(qū)域不同距離的霧滴密度分布(圖5)可見，所有助劑都明顯減少了霧滴的漂移。霧滴沉積量隨著離噴灑區(qū)域距離的增加而減少，大部分的霧滴集中于離噴灑區(qū)域1和2 m距離的霧滴卡上。霧滴在5 m處急劇減少?？傮w來說，離地50 cm處的霧滴沉積量比離地80 cm處的霧滴沉積量增加約40%～60%。在離地80 cm處，距離噴灑區(qū)域1～50 m距離內(nèi)漂移霧滴密度總和由多到少依次為清水 (0.539 5 μL/cm2)＞禾大助劑 (0.407 5 μL /cm2)＞激健助劑 (0.378 9 μL/cm2)＞雨燕水性助劑(0.317 0 μL/cm2)＞雨燕油性助劑 (0.283 2 μL/cm2)＞亨斯邁助劑(0.234 9 μL/cm2)。在離地50 cm處，距離噴灑區(qū)域1 ～50 m距離內(nèi)漂移霧滴量由多到少依次為清水 (0.901 8 μL/cm2)＞激健助劑 (0.711 6 μL/cm2)＞雨燕油性助劑 (0.679 1 μL/cm2)＞禾大助劑(0.633 0 μL/cm2)＞雨燕水性助劑 (0.577 1 μL/cm2)＞亨斯邁助劑(0.395 9 μL/cm2)?？傮w來看，亨斯邁助劑漂移總霧滴密度最低，其次是雨燕水性和油性助劑。雨燕油性助劑在離地50 cm處的霧滴沉積量大于雨燕水性助劑，而在離地80 cm處的霧滴沉積量少于雨燕水性助劑，且雨燕油性助劑霧滴比水性助劑更集中于距噴灑區(qū)域1、2和5 m的距離，占總霧滴沉積量的98.6%，而在10、20和50 m距離范圍內(nèi)的霧滴沉積量為0.013 5 μL/cm2。雨燕水性助劑霧滴距噴灑區(qū)域1、2和5 m的霧滴沉積量占總量的96.9%，在10、20和50 m距離范圍內(nèi)的霧滴沉積量為0.028 1 μL/cm2。說明雨燕油性助劑沉降性較水性助劑強(qiáng)，漂移多集中于噴灑區(qū)附近，在抗漂移方面效果較好。禾大助劑的霧滴漂移量在離地50 cm處和雨燕油性助劑差不多，但在離地80 cm處霧滴漂移量則明顯高于雨燕水性助劑和油性助劑。激健助劑的抗漂移性略低于其他幾個(gè)助劑，在距離噴灑區(qū)域10 m處仍有較多霧滴，和清水的霧滴沉積量相近。

由圖6可見霧滴粒徑和漂移距離的關(guān)系。由于霧滴卡在收集和掃描之間需要時(shí)間，因此霧滴卡上霧滴有一定程度的擴(kuò)散，霧滴粒徑比實(shí)際粒徑偏大。隨著離噴灑區(qū)域距離的增大，漂移的霧滴粒徑也減少。每個(gè)助劑中，同一距離，離地50 cm處收集的霧滴粒徑大于離地80 cm收集的霧滴粒徑，說明較大粒徑的霧滴更容易沉降到較低的位置。但隨著距離增大，2個(gè)離地高度處收集的霧滴粒徑趨于相近，在離噴灑區(qū)域5 m處2個(gè)高度的霧滴粒徑已經(jīng)非常相近。在離噴灑區(qū)域1～2 m范圍內(nèi)收集的霧滴粒徑大小大致為清水＞激健助劑＞雨燕水性助劑≈雨燕油性助劑≈禾大助劑＞亨斯邁助劑?？梢娭鷦┯行У靥岣吡似频牧介撝?，減少了較大粒徑霧滴的漂移。

圖5 無人機(jī)噴灑不同助劑溶液(φ為1%)后離噴灑區(qū)域不同距離的霧滴沉積量Fig. 5 Droplet deposition of φ=1% solutions of different adjuvants at different distances from the spraying area when sprayed with UAV

圖6 無人機(jī)噴灑不同助劑溶液(φ為1%)后離噴灑區(qū)域不同距離的霧滴粒徑Fig. 6 Droplet diameter of φ=1% solutions of different adjuvants at different distances from the spraying area when sprayed with UAV

圖7 無人機(jī)噴灑不同助劑溶液(φ為1%)后噴灑區(qū)域內(nèi)的霧滴沉積量Fig. 7 Droplet deposition of φ=1% solutions of different adjuvants in spraying area when sprayed with UAV

為了進(jìn)一步確定添加助劑后，能否提高航線下方噴灑目標(biāo)區(qū)域霧滴的沉積量，試驗(yàn)中在航線下方噴幅內(nèi)區(qū)域設(shè)置了霧滴卡，對噴灑區(qū)域的霧滴進(jìn)行收集檢測，結(jié)果如圖7所示。在噴灑區(qū)域，添加了雨燕油性助劑的溶液在目標(biāo)區(qū)域的沉積量多于其他助劑溶液以及清水。各助劑霧滴沉積量大致為雨燕油性助劑(0.298 2 μL/cm2)＞激健助劑(0.260 8 μL/cm2)≈禾大助劑 (0.254 7 μL/cm2)＞亨斯邁 (0.212 1 μL/cm2)≈雨燕水性助劑 (0.201 5 μL/cm2)＞清水 (0.178 3 μL/cm2)。但雨燕油性助劑與激健、禾大助劑的沉積量在統(tǒng)計(jì)學(xué)上無顯著差異。激健、禾大、亨斯邁助劑間無顯著差異。亨斯邁、雨燕水性助劑與清水間無顯著差異。因此，對霧滴沉降到目標(biāo)區(qū)域效果提升較大的為雨燕油性助劑。亨斯邁助劑和雨燕水性助劑對霧滴在目標(biāo)區(qū)域的沉降幫助較小。由此可見，在所測試的5種助劑中，雨燕油性助劑對目標(biāo)區(qū)域沉積量的提升效果表現(xiàn)較佳。所有助劑都能明顯降低漂移，而雨燕油性、激健和禾大助劑都能顯著提高霧滴在目標(biāo)區(qū)域的沉積量。

2.3 使用不同噴頭在大田環(huán)境下對無人機(jī)噴灑霧滴分布的影響

圖8 無人機(jī)配備不同噴頭進(jìn)行噴灑后離噴灑區(qū)域不同距離的霧滴沉積量Fig. 8 Droplet deposition at different distances from spray area when UAV is equipped with different nozzles

對比4種不同的噴頭在離噴灑區(qū)域不同距離處的噴霧量，由圖8可見，霧滴沉積量在各噴頭間和離地高度間的變化規(guī)律性相比助劑測試更弱。這可能是由測試噴頭期間風(fēng)速相比助劑測試期間較不穩(wěn)定導(dǎo)致的。XR 110-01噴頭噴灑在離地50和80 cm的霧滴總量相近，IDK 120-01噴頭也是這樣。XR 110-01噴頭在各個(gè)距離時(shí)2個(gè)離地高度的霧滴沉積量都相近，但I(xiàn)DK 120-01噴頭在距離噴灑區(qū)域10 m以上的位置時(shí)，離地80 cm處霧滴沉積量明顯少于離地50 cm處霧滴沉積量。說明該噴頭的霧滴在10～50 m時(shí)傾向于沉降到較低位置。LU 120-01和LU 120-015噴頭的霧滴在離地80 cm的總霧滴量明顯少于離地50 cm處的總霧滴量。其中LU 120-01噴頭處于距離噴灑點(diǎn)1～50 m的總霧滴量少于LU 120-015噴頭的總霧滴量。

由圖9可見不同噴頭的霧滴粒徑，以及粒徑和漂移距離的關(guān)系。由于霧滴卡在收集和掃描之間需要時(shí)間，因此霧滴卡上霧滴有一定程度的擴(kuò)散，霧滴粒徑比實(shí)際粒徑偏大。隨著離噴灑區(qū)域距離的增大，各噴頭漂移的霧滴粒徑也減少。XR 110-01和LU 120-01噴頭在各個(gè)距離點(diǎn)離地50和80 cm處的霧滴粒徑均相近。LU 120-015噴頭的霧滴粒徑在各個(gè)距離均大于XR 110-01和LU 120-01噴頭的霧滴粒徑，在離噴灑區(qū)域2 m范圍內(nèi)離地50 cm處的霧滴粒徑略大于80 cm處，說明該噴頭的較大粒徑的霧滴更容易沉降到較低的位置。隨著距離增大，在離噴灑區(qū)域5 m處不同離地高度收集的霧滴粒徑已經(jīng)趨于相近。IKD 120-01噴頭的霧滴粒徑在2個(gè)離地高度相近，且接近50 cm高度的LU 120-015噴頭霧滴粒徑。在距離1～50 m范圍內(nèi)收集的霧滴粒徑大小大致為IDK 120-01≈LU 120-015＞LU 120-01≈XR 110-01?？梢?IDK 120-01和LU 120-015噴頭可提高霧滴粒徑。結(jié)合圖10可見，霧滴粒徑的增加也相應(yīng)增加了目標(biāo)區(qū)域的霧滴沉積量。同樣的單位面積噴灑量下，IDK 120-01噴頭在目標(biāo)噴灑區(qū)域(航線下方)的霧滴沉積量最大(0.395 3 μL/cm2)，LU 120-015 噴頭目標(biāo)區(qū)域霧滴沉積量次之(0.325 2 μL/cm2)，兩者均高于LU 120-01(0.206 0 μL/cm2)和 XR 110-01 噴頭 (0.197 7 μL/cm2)在目標(biāo)區(qū)域的霧滴沉積量。因此，能增大霧滴粒徑的噴頭可有效地增加目標(biāo)區(qū)域的霧滴沉積量。但是增大霧滴粒徑亦會(huì)大大減少單位面積霧滴數(shù)量(圖 11)，影響覆蓋率。

圖9 無人機(jī)配備不同噴頭進(jìn)行噴灑后離噴灑區(qū)域不同距離的霧滴粒徑Fig. 9 Droplet diameter at different distances from spray area when UAV is equipped with different nozzles

圖10 無人機(jī)配備不同噴頭進(jìn)行噴灑后噴灑區(qū)域內(nèi)的霧滴沉積量Fig. 10 Droplet deposition in spraying area when UAV is equipped with different nozzles

圖11 無人機(jī)配備不同噴頭進(jìn)行噴灑后噴灑區(qū)域內(nèi)的霧滴密度Fig. 11 Droplet density in spraying area when UAV is equipped with different nozzles

3 討論與結(jié)論

本文結(jié)合了實(shí)驗(yàn)室霧滴噴灑測試儀和真實(shí)的大田噴灑環(huán)境，比較分析了5種助劑(雨燕水性助劑、雨燕油性助劑、禾大助劑、激健助劑和亨斯邁助劑)，以及 4 種噴頭 (XR 110-01、LU 120-01、LU 120-015和IDK 120-01)的噴霧粒徑和漂移特點(diǎn)。本研究中的霧滴分布趨勢與Ding等[23]的室內(nèi)研究結(jié)果類似。有研究顯示，霧滴的粒徑與霧滴漂移程度密切相關(guān)，漂移主要是由微小的霧滴引起[24]。助劑能起到一定的增加粒徑、減少噴霧角的作用[25]，從而減少霧滴漂移和增加目標(biāo)區(qū)域沉積量。不同的助劑抗漂移、促沉降的效果差異較大，這可能是由助劑的成分差異造成的。從雨燕2種助劑的試驗(yàn)可以看出，油性助劑增加粒徑效果明顯優(yōu)于水性助劑。助劑不僅能夠起到降低霧滴漂移的作用，還能提高霧滴附著和吸收等效果[26]，因此在無人機(jī)噴灑時(shí)，推薦加入助劑。而相比于助劑，噴頭型號對霧滴形態(tài)的影響更加明顯，能明顯影響霧滴粒徑和在目標(biāo)區(qū)域的沉積量[17]。然而霧滴粒徑過大也會(huì)導(dǎo)致單位面積霧滴數(shù)量的減少，影響霧滴覆蓋率，可能對藥劑防效有影響[27]，因此在選擇噴頭時(shí)應(yīng)作綜合考慮。本次試驗(yàn)所得結(jié)論如下：

1)在室內(nèi)測試中，當(dāng)噴灑不同助劑溶液(φ為1%)時(shí)，雨燕油性和禾大助劑提高霧滴粒徑的效果優(yōu)于雨燕水性、亨斯邁和激健助劑。IDK 120-01噴頭相比其他3款噴頭明顯增大了霧滴粒徑。XR 110-01、LU 120-01和LU 120-015噴頭的D50大致為 105 μm，而 IDK 120-01 達(dá) 221 μm。

2)在大田測試中，所有的助劑都一定程度上降低了漂移。大部分的霧滴集中于離噴灑區(qū)域1和2 m距離的霧滴卡上。離地80 cm處的霧滴沉積量比離地50 cm的霧滴沉積量少40%～60%。雨燕油性助劑沉降性較雨燕水性助劑更強(qiáng)，漂移更集中于噴灑區(qū)附近。對比在航線下方噴灑目標(biāo)區(qū)域收集的霧滴沉積量，雨燕油性助劑在目標(biāo)區(qū)域的沉積量最大。所有助劑的沉積量均大于清水。

3)大田環(huán)境下，噴灑區(qū)域以外的霧滴沉積量在各噴頭間的變化和離地高度間的變化規(guī)律性較弱，但目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的霧滴沉積量IDK 120-01噴頭最大，約高于XR 110-01噴頭1倍。LU 120-015噴頭次之。沉積量和噴頭粒徑的規(guī)律相似，能有效增大粒徑的噴頭在目標(biāo)區(qū)域的沉積量也較大(漂移量較小)。但大粒徑噴頭霧滴的覆蓋率(單位面積的霧滴數(shù)量)較低。

本研究為進(jìn)一步探討如何利用助劑和噴頭減少漂移提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，也為助劑和噴頭在不同目的噴灑中的選擇提供了參考依據(jù)。