劉益含，金偉達(dá)，郭 爽，姚偉祥 ,b，于豐華,b，陳春玲,b

（沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué) a.信息與電氣工程學(xué)院；b.遼寧省農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心，沈陽 110161）

水稻是我國最主要的糧食作物，田間雜草是影響水稻生長(zhǎng)的重要因素之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年由雜草、病蟲害引起的水稻產(chǎn)量損失率高達(dá)15%以上。因此，有效進(jìn)行田間除草成為確保水稻高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的一項(xiàng)重要植保措施。目前，應(yīng)用最為高效的是通過植保無人機(jī)進(jìn)行變量噴施化學(xué)農(nóng)藥除草作業(yè)，較傳統(tǒng)除草技術(shù)而言，具有作用持久，節(jié)省人力，可有效檢測(cè)雜草位置并設(shè)置噴施農(nóng)藥等優(yōu)點(diǎn)。農(nóng)藥利用率偏低一直是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中急需改進(jìn)的問題，據(jù)2020年統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中施用農(nóng)藥利用率約為40%，高達(dá)60%的農(nóng)藥被浪費(fèi)，這將帶來環(huán)境污染、作物安全性降低等問題。因此，有效提高植保無人機(jī)農(nóng)藥噴施利用率是當(dāng)前要解決的首要問題。

對(duì)于農(nóng)藥利用率的提高，關(guān)鍵在于增強(qiáng)霧滴沉積效果，研究發(fā)現(xiàn)，提升有效沉積的方法主要集中在如何減少霧滴飄移量以及獲得最佳作業(yè)粒徑這兩個(gè)方面。噴頭作為航空施藥系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一，它的設(shè)計(jì)與正確選取對(duì)于獲得最佳霧滴沉積效果具有一定的重要性。何勇等從噴嘴壓力與流量、噴頭噴霧角、防堵塞性以及最佳作業(yè)粒徑4個(gè)方面分析了如何進(jìn)行噴嘴選型，為減少藥液飄移,提升防治效果提供參考；HEWITT于澳大利亞昆士蘭大學(xué)的風(fēng)洞設(shè)施、美國新墨西哥州立大學(xué)的風(fēng)洞設(shè)施以及英國阿斯科特帝國學(xué)院的噴霧室，比較了不同噴頭的霧滴粒徑譜，獲得噴頭粒徑的最佳作業(yè)參數(shù)，以提高作業(yè)效果。此外，添加助劑對(duì)抗飄移以及增加霧滴粒徑上也有一定程度的影響，蘭玉彬等研究了Ultimate、Starguar4A、Starguar4、Atplus Mso-Hs500、邁飛以及倍達(dá)通6種噴霧助劑對(duì)霧滴沉積特性的影響，結(jié)果表明添加倍達(dá)通助劑可以使沉積效果更為顯著，有助于減小霧滴飄移；LAN等將4種不同助劑對(duì)霧滴飄移的影響效果進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果顯示，添加助劑有助于減輕霧滴飄移，同時(shí)，不同助劑對(duì)于霧滴粒徑尺寸的影響也有所不同。

為了更好優(yōu)化噴施作業(yè)質(zhì)量，獲得最佳噴施效果，一些學(xué)者將噴頭霧化性能測(cè)試與田間植保無人機(jī)試驗(yàn)相結(jié)合，進(jìn)而分析霧滴沉積效果。王國賓等分析了室內(nèi)冬麥除草劑溶液對(duì)離心霧化噴頭噴灑霧滴粒徑的影響，同時(shí)，在田間試驗(yàn)測(cè)定植保無人機(jī)噴灑霧滴飄移分布情況，將二者結(jié)合，得出不同風(fēng)速對(duì)飄移距離的影響規(guī)律；GULER 等在風(fēng)洞、溫室兩種環(huán)境下測(cè)試了空氣導(dǎo)流扁平扇形噴頭和常規(guī)型扁平扇形噴頭的霧化性能。結(jié)合以上研究發(fā)現(xiàn)，目前仍較為缺乏相關(guān)的霧滴沉積模型，在未來研究中仍然需要大量積累數(shù)據(jù)以準(zhǔn)確分析霧滴沉積效果。

針對(duì)上述問題，本研究以植保無人機(jī)變量噴施霧滴沉積分布特性為主要研究目標(biāo)，基于大疆T30植保無人機(jī)（深圳大疆創(chuàng)新科技有限公司）展開田間施藥研究。首先測(cè)試其選配扇形噴頭的霧化性能，分析在不同噴灑流量下的霧化粒徑。在此基礎(chǔ)上，以田間除草為目的，對(duì)田間水稻進(jìn)行變量施藥，進(jìn)一步研究航空噴施霧滴的沉積特性，并探究了霧滴的飄移特性，以期為提高農(nóng)藥利用率、減少霧滴飄移以及改善變量施藥作業(yè)質(zhì)量提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)置

本研究分為室內(nèi)和田間試驗(yàn)兩個(gè)部分，分別為：（1）SX110015VS型航空噴頭室內(nèi)霧化效果測(cè)試試驗(yàn)；（2）植保無人機(jī)變量噴施水稻田間除草作業(yè)沉積效果測(cè)試試驗(yàn)。

1.2 噴頭霧化性能測(cè)試

1.2.1 室內(nèi)試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)采用DP-02 激光粒度儀（珠海歐美克儀器有限公司）測(cè)定T30 植保無人機(jī)配套的SX110015VS 型航空噴頭的霧滴粒徑分布，激光粒度儀發(fā)射器和接收器間距設(shè)置為120cm，水平放置在兩側(cè)工作平臺(tái)上，噴頭置于激光正上方，噴頭距離激光線間距為40cm，激光線垂直穿過噴霧羽流，具體布置方式如圖1。

田間作業(yè)時(shí)，大疆T30 植保無人機(jī)是通過噴霧流量設(shè)置的方式改變噴霧壓力，進(jìn)而改變霧滴粒徑的大小，經(jīng)植保無人機(jī)飛行參數(shù)的設(shè)定可以推算出本研究田間試驗(yàn)的單噴頭流量約為0.405L·min，故在噴頭霧化性能測(cè)試中設(shè)置0.35，0.40，0.45L·min共3 種單噴頭噴施流量。如表1 所示，用于室內(nèi)試驗(yàn)的SX110015VS 型航空噴頭數(shù)量為5個(gè)，依次命名為110015-1，110015-2，110015-3，110015-4，110015-5。通過激光粒度儀依次對(duì)3 種流量下的5 個(gè)噴頭進(jìn)行霧滴粒徑測(cè)試，每個(gè)噴頭測(cè)定5 次，并記錄每次測(cè)試時(shí)對(duì)應(yīng)的噴霧壓力。測(cè)試過程中室溫及空氣濕度均保持恒定，試驗(yàn)介質(zhì)為清水。

1.2.2 霧化性能評(píng)價(jià)方法 試驗(yàn)中得到的

Dv

、

Dv

、

Dv

（分別表示霧滴粒徑由小到大累加到占全部霧滴體積的10%、50%、90%時(shí)對(duì)應(yīng)的粒徑值）以及

V

、

V

（分別表示霧滴直徑小于200μm、霧滴直徑大于300μm 的霧滴累積體積占總霧滴體積百分比）均為評(píng)價(jià)噴頭霧化性能的參數(shù)。

RS

（相對(duì)粒徑譜寬度），也稱霧滴分布跨度，同樣是評(píng)價(jià)霧滴分布均勻性的指標(biāo)之一，RS越小代表霧滴分布均勻性越好，

RS

計(jì)算公式為：

1.3 植保無人機(jī)田間試驗(yàn)

1.3.1 試驗(yàn)設(shè)備及地點(diǎn) 田間試驗(yàn)采用大疆T30植保無人機(jī)（圖2）進(jìn)行航空噴施作業(yè)，該植保無人機(jī)主要性能以及噴施主要指標(biāo)如表1。

表1 T30植保無人機(jī)主要性能以及噴施參數(shù)
Table 1 Main performance of the T30 plant protection drone and spraying parameters

主要技術(shù)參數(shù)Main technical parameters最大載藥量Maximum load/L作業(yè)高度Working height/m作業(yè)速度Working speed/(m·s-1)噴頭數(shù)Number of nozzles/個(gè)有效噴幅Effective spray width/m噴頭型號(hào)Nozzle type規(guī)格及數(shù)值Specifications and values 30 2.6 6 16 6 SX110015VS

圖2 T30植保無人機(jī)及試驗(yàn)田地Figure 2 T30 plant protection drone and test plots

本研究采用瑞士先正達(dá)作物保護(hù)有限公司的霧滴采集卡-水敏紙（26mm×76mm）采集霧滴覆蓋率、霧滴粒徑以及霧滴沉積密度等關(guān)鍵信息，同時(shí)使用的設(shè)備與材料還有kestrel微型氣象站及大疆精靈航拍無人機(jī)（深圳大疆創(chuàng)新科技有限公司）。

試驗(yàn)地點(diǎn)位于遼寧省鞍山市沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)海城水稻種植基地，試驗(yàn)時(shí)間為2021年6月20日，水稻生長(zhǎng)期為分蘗期，試驗(yàn)當(dāng)天環(huán)境條件較為穩(wěn)定，平均溫度為26.83℃，相對(duì)濕度為48.61%，風(fēng)速為0.85m·s，風(fēng)向?yàn)楸憋L(fēng)。作業(yè)總面積為1.706hm。其中，區(qū)域1，2，3，4 面積分別為 0.133hm，區(qū)域 5 和 6 面積分別為 0.267hm，區(qū)域 7，8，10 面 積 分 別 為 0.160hm，區(qū) 域 9 面 積 為0.080hm，區(qū)域 11 和 12 面積分別為 0.040hm。試驗(yàn)農(nóng)藥配比濃度為陶氏益農(nóng)稻杰（陶氏化學(xué)公司）0.90L·hm、靈斯科·杰（科迪華農(nóng)業(yè)科技公司）0.75L·hm、利飛助劑（邁潤(rùn)斯農(nóng)業(yè)科技發(fā)展有限公司）稀釋200倍，三者混合噴施，噴施量為30L·hm。

1.3.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與采樣點(diǎn)布置 根據(jù)施藥處方圖，試驗(yàn)田設(shè)置了12 個(gè)作業(yè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域隨機(jī)選取5 個(gè)采樣點(diǎn)（圖3）。其中，作業(yè)區(qū)域3，7，8，9，11為噴施農(nóng)藥區(qū)域，作業(yè)區(qū)域1，2，4，10，12為不噴施農(nóng)藥區(qū)域，作業(yè)區(qū)域5和作業(yè)區(qū)域6 為不作業(yè)區(qū)域（植保無人機(jī)既不噴施也不飛臨）。此外，植保無人機(jī)變量施藥中變量只為噴施和不噴施，所有噴施區(qū)域作業(yè)參數(shù)設(shè)定相同。同時(shí)，設(shè)置3條飄移采集帶，每個(gè)飄移采集帶放置19張水敏紙。其中，在臨近噴施區(qū)域南側(cè)的兩排田塊分界樹上分別布置2層水敏紙，兩排樹間距為4m。同時(shí)，由北至南方向按照等距1m依次水平布置15張水敏紙。本試驗(yàn)沉積區(qū)與飄移采集帶共包含117張水敏紙。

圖3 采集點(diǎn)布置示意圖Figure 3 Schematic layout of collection points

1.3.3 沉積飄移特性評(píng)價(jià)方法本 研究采用沉積量變異系數(shù)（

CV

）來檢測(cè)田間試驗(yàn)中各作業(yè)區(qū)域的霧滴沉積均勻性。其中，CV 值越接近0 時(shí)，代表沉積均勻性越好，噴施質(zhì)量也相應(yīng)越好。沉積量變異系數(shù)計(jì)算公式為：

式中：

S

為試驗(yàn)區(qū)域采集點(diǎn)沉積量標(biāo)準(zhǔn)差；

X

為區(qū)域各采集點(diǎn)沉積量（μL·cm）為試驗(yàn)區(qū)域各采集點(diǎn)的沉積量均值（μL·cm）；

n

為試驗(yàn)區(qū)域采集點(diǎn)個(gè)數(shù)。

另外，針對(duì)霧滴飄移情況采用飄移最遠(yuǎn)作用距離進(jìn)行分析，自飄移采集帶采集方向進(jìn)行飄移量的累積，當(dāng)累積飄移量達(dá)到總飄移量的90%時(shí)所對(duì)應(yīng)的飄移測(cè)定距離，為最遠(yuǎn)飄移影響距離。各采集點(diǎn)的噴霧飄移量與噴施量占比計(jì)算公式為：

式中：

N

為各采集點(diǎn)噴霧飄移量所占噴施量的百分比；

X

為單位面積噴施量（L·hm）。

1.4 數(shù)據(jù)處理

待田間試驗(yàn)結(jié)束后，將布置的水敏紙依次進(jìn)行編號(hào)并帶回實(shí)驗(yàn)室，使用掃描儀進(jìn)行掃描，掃描后的數(shù)據(jù)采用Depositscan軟件（美國農(nóng)業(yè)部）進(jìn)行圖像分析處理，得到

Dv

、

Dv

、

Dv

以及霧滴覆蓋率、沉積密度、霧滴沉積量等數(shù)據(jù)。為了更全面的描述試驗(yàn)中霧滴粒徑的分布情況，進(jìn)一步將粒徑分為＜100μm，101～200μm，201～300μm，301～400μm，401～500μm，501～600μm，和＞600μm 共7 個(gè)粒徑譜區(qū)間。同時(shí)，由飄移采集帶數(shù)據(jù)處理得到的飄移率與激光粒度儀測(cè)得的噴頭霧滴粒徑等數(shù)據(jù)等相關(guān)信息，共同使用Microsoft Excel 2019（微軟公司）、SPSS26.0（IBM公司）、Origin2018（OriginLab公司）軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 SX110015VS型航空噴頭的霧化性能

由表2 可知，隨著噴施流量的增加，噴施壓力隨之增加，噴頭粒徑隨之減小。

Dv

的均值變化范圍為79～93μm，

Dv

的均值變化范圍為150～172μm，

Dv

的均值變化范圍為251～272μm。根據(jù)噴頭霧化尺寸分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)可知，5 個(gè)測(cè)試噴頭均處于細(xì)（Fine）的霧化等級(jí)，各待測(cè)噴頭噴施的霧滴粒徑尺寸較小，噴施效果表現(xiàn)為穩(wěn)定。因小霧滴比例逐漸增大，直徑小于200μm 的霧滴累積體積占總霧滴粒徑體積百分比變大。經(jīng)測(cè)算得，在0.35，0.40，0.45L·min3 種流量下，

V

分別占比65%、72%和76%，

V

僅占6%、4%和5%，表明此種噴頭粒徑主要分布在200μm 以下，300μm 以上的大霧滴較少。此外，在3 種噴施流量下，

RS

的變化范圍為1.04～1.15，接近于1，說明霧滴均勻性較好，由此進(jìn)一步表明此型號(hào)噴頭具有良好的霧化性能。

表2 3種噴施流量下各待測(cè)噴頭霧滴粒徑測(cè)定結(jié)果
Table 2 Results of particle size determination for each spray nozzle to be tested at three application rates

注:數(shù)據(jù)為均值±標(biāo)準(zhǔn)差，同列不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著。
Note:Data are mean±standard deviation,different lowercase letters in the same column indicate significant differences at the 0.05 level.

噴施流量/(L·min-1)Spray rate噴施壓力/MPa Spray pressure 0.350.09 0.400.11 0.450.15噴頭編號(hào)Nozzle number 110015-1 110015-2 110015-3 110015-4 110015-5均值Mean 110015-1 110015-2 110015-3 110015-4 110015-5均值Mean 110015-1 110015-2 110015-3 110015-4 110015-5均值Mean Dv0.1/μm(94±1.1)a(93±1.15)a(94±2.14)a(93±1.2)a(89±0.6)b 93(84±0.35)bc(83±0.54)c(85±0.47)a(84±0.23)ab(84±0.50)ab 84(79±1.07)a(77±0.64)b(78±0.55)b(81±1.11)a(80±0.50)a 79 Dv0.5/μm(173±0.64)b(170±1.48)c(177±1.53)a(173±0.45)b(168±0.68)c 172(159±0.90)b(156±0.97)c(162±0.31)a(160±0.42)a(159±1.10)b 159(150±1.13)b(148±1.29)c(154±0.74)a(151±0.64)b(150±0.49)b 150 Dv0.9/μm(272±0.91)b(263±1.51)c(284±3.12)a(274±0.92)b(265±0.89)c 272(257±3.69)ab(256±5.50)ab(262±2.16)a(255±5.06)ab(250±1.65)b 256(244±1.58)b(244±9.44)b(259±10.70)a(256±1.92)ab(254±2.07)ab 251 V＜200/%(65±0.26)b(67±0.81)a(62±0.78)c(65±0.22)b(68±0.41)a 65(72±0.25)ab(73±0.66)a(70±0.30)c(72±0.23)b(73±0.65)ab 72(77±0.51)ab(77±1.01)a(74±0.79)d(75±0.35)c(76±0.32)bc 76 V＞300/%(6±0.29)b(4±0.21)d(8±0.33)a(5±0.25)c(5±0.15)c 6(4±0.62)ab(5±1.02)a(5±0.35)ab(4±1.12)ab(4±0.26)b 4(4±0.34)a(4±1.35)a(5±1.68)a(5±0.25)a(5±0.19)a 5 RS(1.03±0.013)b(1.00±0.008)c(1.08±0.013)a(1.05±0.008)b(1.04±0.007)b 1.04(1.09±0.028)ab(1.11±0.034)a(1.09±0.011)ab(1.06±0.033)b(1.05±0.008)b 1.08(1.10±0.02)b(1.13±0.052)ab(1.18±0.064)a(1.16±0.016)ab(1.16±0.011)ab 1.15

2.2 田間試驗(yàn)

2.2.1 霧滴覆蓋率、沉積密度與沉積量分析 霧滴覆蓋率、沉積密度與沉積量是衡量霧滴沉積特性的重要指標(biāo)。圖4 為植保無人機(jī)在沉積采集區(qū)的霧滴覆蓋率、沉積密度和沉積量，三者在各個(gè)區(qū)域中變化規(guī)律較一致。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析知，噴施農(nóng)藥區(qū)域和不噴施農(nóng)藥區(qū)域的霧滴覆蓋率均值分別為9.410%和5.552%，霧滴沉積密度均值分別為71.540 個(gè)·cm和37.334 個(gè)·cm，霧滴沉積量均值分別為0.687μL·cm和0.468μL·cm，噴施農(nóng)藥區(qū)域的覆蓋率、沉積密度以及沉積量均值高于不噴施農(nóng)藥區(qū)域。其中，不噴施農(nóng)藥區(qū)域2的霧滴覆蓋率與沉積量要比噴施農(nóng)藥的區(qū)域3 高，分析原因?yàn)椋褐脖o人機(jī)飛行航線是由區(qū)域4 飛至區(qū)域1，進(jìn)行往復(fù)式作業(yè)，而現(xiàn)在植保無人機(jī)變量施藥技術(shù)普遍存在延遲性問題，在植保無人機(jī)飛臨區(qū)域2時(shí)，植保無人機(jī)的變量噴施系統(tǒng)未能靈敏的做出響應(yīng)。同為不噴施區(qū)域2 和區(qū)域1 的霧滴覆蓋率、沉積密度與沉積量極差分別為14.116%、84.42個(gè)·cm和1.338 μL·cm，差值較大，這是由于植保無人機(jī)飛臨區(qū)域1 時(shí)噴施系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。此外，區(qū)域5 和區(qū)域6 為植保無人機(jī)既不噴灑也不飛臨的區(qū)域，故霧滴覆蓋率、沉積密度以及沉積量均很低，與植保無人機(jī)實(shí)際飛行情況相符合。

圖4 各區(qū)域霧滴覆蓋率、沉積密度以及沉積量分布情況Figure 4 Distribution of droplet coverage, deposition density and deposition volume by region

2.2.2 沉積均勻性分析 由圖5 可知，無論是否噴施農(nóng)藥，各區(qū)域的霧滴沉積分布都不均勻。其中，區(qū)域2、區(qū)域4 以及區(qū)域9 變異系數(shù)分別高達(dá)117.15%、107.55%和118.74%，是所有沉積采集區(qū)中最高的3 個(gè)區(qū)域。造成這種現(xiàn)象的原因分析可能為：（1）采集點(diǎn)是在試驗(yàn)區(qū)隨機(jī)布點(diǎn)，隨機(jī)采樣，同時(shí)，植保無人機(jī)自動(dòng)飛行致流量實(shí)時(shí)變化，霧滴沉積均勻性則會(huì)隨之較差；（2）植保無人機(jī)在從區(qū)域4 經(jīng)區(qū)域3 飛臨區(qū)域2 的過程中，植保無人機(jī)作業(yè)速度較快，作業(yè)區(qū)域相隔太近，植保無人機(jī)未能立即設(shè)置為不噴施，已經(jīng)飛臨到下一個(gè)作業(yè)區(qū)域。同時(shí)，在系統(tǒng)設(shè)置變量噴施的一瞬間，旋翼風(fēng)場(chǎng)受到飛行參數(shù)變化的影響而發(fā)生改變，致使均勻性變差，符合真實(shí)飛行真實(shí)情況；（3）最后，與當(dāng)天環(huán)境因素密不可分，風(fēng)速會(huì)導(dǎo)致一定程度上的小霧滴發(fā)生飄移，不同時(shí)段風(fēng)向也有所改變，進(jìn)而影響霧滴沉積均勻性。

圖5 各區(qū)域沉積均勻性分布情況Figure 5 Distribution of deposition uniformity by region

2.2.3 霧滴粒徑分析 圖6 為噴施農(nóng)藥區(qū)域3，7，8，9 以及11 的霧滴粒徑譜占比圖，圖7 為不噴施農(nóng)藥區(qū)域1，2，4，10，12 以及不作業(yè)區(qū)域5，6 的霧滴粒徑譜占比圖。其中，可以清晰看出各個(gè)區(qū)域之間粒徑譜分布較為規(guī)律，大多集中在0～200μm 之間。經(jīng)統(tǒng)計(jì)得到，區(qū)域3，7，8，9，11 的霧滴粒徑在200μm 以下分別占比67.36 %、69.80 %、66.68 %、65.28%以及75.92 %，區(qū)域1，2，4，10，12 的霧滴粒徑在200μm 以下分別占比為53.71 %、69.14%、72.30%、66.15%和66.02%，均處于較高的占比。另外，噴施農(nóng)藥區(qū)域處于300μm 以上的粒徑比例為14.73%、13.40%、13.38%、16.75%和7.69%（區(qū)域3，7，8，9，11），不噴施農(nóng)藥區(qū)域 300μm 以上的粒徑比例為27.29%、14.64%、9.02%、11.93%和14.55%（區(qū)域1，2，4，10，12）。結(jié)合上文提到的噴頭霧化性能測(cè)試結(jié)果2.1，發(fā)現(xiàn)300μm 以上的霧滴粒徑譜占比有較大提升，這是由于噴頭霧化性能測(cè)試介質(zhì)是水，而在田間試驗(yàn)時(shí)噴施的是農(nóng)藥，并且其中添加了利飛助劑。有相關(guān)學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)添加助劑有助于增大霧滴粒徑，在一定程度上減少飄移。同時(shí)，不作業(yè)區(qū)域5 和6 的粒徑在0～100μm 的小霧滴高達(dá)71.91%和66.10%，這是因?yàn)椴蛔鳂I(yè)區(qū)域的霧滴主要源于作業(yè)區(qū)發(fā)生飄移，而粒徑越小的霧滴越容易發(fā)生飄移。

圖6 霧滴粒徑譜百分比分布情況Figure 6 Percentage distribution of spray droplet size

2.2.4 霧滴飄移情況分析 對(duì)各條飄移采集帶的噴施飄移情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其中，采集點(diǎn)1，3與采集點(diǎn)2，4分別設(shè)立在道路兩旁的樹上與樹下，為便于分析，故將采集點(diǎn)1 和采集點(diǎn)2 以及采集點(diǎn)3 和采集點(diǎn)4 分別取飄移量均值，最終飄移情況如圖7。圖7 中3 條飄移采集帶的霧滴飄移量均有明顯下降趨勢(shì)，且變化規(guī)律較一致。鑒于有樹木阻擋，在第2、第4個(gè)采集點(diǎn)，即飄移測(cè)定距離4m處的霧滴飄移量已經(jīng)有較大程度上的降低，飄移測(cè)定距離達(dá)8m 以上時(shí)，水敏紙收集到的霧滴非常少。飄移采集帶1，2，3 的飄移量總和分別為0.043，0.058，0.051μL·cm，飄移采集帶2 的飄移量比飄移采集帶1 和3 多的原因是：飄移采集帶2 的采集點(diǎn)位于區(qū)域1 和3中間的直線上，噴施沉積量多于其他區(qū)域，因此飄移量也隨之增多。飄移量累積到總飄移量的90%時(shí)，對(duì)應(yīng)其飄移測(cè)定距離為6.55，13.2，12.3m，飄移采集帶2為3條飄移采集帶中最長(zhǎng)距離，因此在植保無人機(jī)作業(yè)前建議預(yù)留14m以上的緩沖區(qū)。

圖7 各飄移采集帶飄移特性Figure 7 Drift characteristics of each drift collection zone

同時(shí)，為了表明飄移測(cè)定距離對(duì)于各個(gè)飄移采集帶飄移量的影響，對(duì)飄移測(cè)定距離和飄移量進(jìn)行顯著性分析。經(jīng)檢驗(yàn)，在顯著性水平

α

= 0.05 條件下，距離對(duì)于飄移采集帶1，2，3 的飄移量均影響顯著(

p

=0.037、

p

=0.013以及

p

=0.006)。

圖8為飄移采集帶的霧滴粒徑分布情況，由于后期檢測(cè)發(fā)現(xiàn)飄移采集帶中霧滴粒徑在400μm 以上的大霧滴十分少，故將粒徑譜分為＜100μm、101～200μm、201～300μm、301～400μm 以及＞400μm 共 5 個(gè)區(qū)間。由圖 8可知，飄移采集帶的粒徑尺寸越小，粒徑所占百分比越大，飄移采集帶1，2，3中粒徑在200μm以下的占比高達(dá)86.84%、85.89%和88.19%，與不作業(yè)區(qū)5 和6 相同，表明小霧滴易發(fā)生飄移。為防止霧滴大量飄移，結(jié)合2.1節(jié)噴頭性能測(cè)試結(jié)果，建議增大流量使噴頭粒徑增至200～300μm 之間，但如果粒徑過大，則會(huì)導(dǎo)致霧滴分布不均勻，造成藥劑流失，污染水土等問題；此外，也可通過設(shè)計(jì)噴施粒徑較大的航空噴頭以改善霧滴飄移情況。

圖8 各飄移采集帶霧滴粒徑分布情況Figure 8 Particle size distribution of droplets in each drift zone

3 討論與結(jié)論

本研究對(duì)植保無人機(jī)變量噴施水稻田間除草作業(yè)質(zhì)量展開研究，測(cè)試T30植保無人機(jī)配套的SX110015VS型航空噴頭霧化性能，重點(diǎn)研究植保無人機(jī)田間作業(yè)的霧滴沉積分布特性。由于植保無人機(jī)變量施藥時(shí)，變量噴施系統(tǒng)不能靈敏做出響應(yīng)，即植保無人機(jī)在作業(yè)區(qū)域之間噴施與不噴施農(nóng)藥會(huì)發(fā)生延時(shí)，因此未來還需在精準(zhǔn)控制方面進(jìn)行植保無人機(jī)變量施藥技術(shù)的研究。同時(shí)，本研究?jī)H是對(duì)植保無人機(jī)變量噴施的霧滴沉積分布進(jìn)行測(cè)試分析，并未就T30植保無人機(jī)自身參數(shù)及風(fēng)場(chǎng)大小等影響因素進(jìn)行詳盡測(cè)定評(píng)估，存在一定不足之處。因此，在下一步研究中需要考慮機(jī)體大小，氣流強(qiáng)度等因素對(duì)霧滴噴施效果的影響。此外，在田間試驗(yàn)中，對(duì)飄移采集帶進(jìn)行飄移距離測(cè)定，因有樹木遮擋，研究具有一定局限性，未來可以測(cè)試下沒有障礙物遮擋時(shí)的飄移情況。

本研究結(jié)果表明，（1）在噴施流量為0.35，0.40，0.45L·min條件下，SX110015VS 型航空噴頭具有良好的霧化性能，各個(gè)測(cè)試噴頭霧化等級(jí)為細(xì)（Fine），Dv、Dv和Dv均值為14～22μm，RS 變化范圍為1.04～1.15。（2）田間作業(yè)時(shí)，噴施農(nóng)藥區(qū)域比不噴施農(nóng)藥區(qū)域的霧滴覆蓋率、沉積密度和沉積量均值大，但部分不噴施農(nóng)藥區(qū)域霧滴沉積特性優(yōu)于噴施農(nóng)藥區(qū)域。例如，不噴施農(nóng)藥區(qū)域2比噴施農(nóng)藥區(qū)域3的霧滴覆蓋率與沉積量高，分析受作業(yè)區(qū)域間隔太近以及無人機(jī)的變量施藥延時(shí)性等因素影響。同時(shí)，田間植保無人機(jī)噴施的霧滴沉積量CV 值較大，原因主要與采集點(diǎn)隨機(jī)布置、植保無人機(jī)自動(dòng)飛行、飛行參數(shù)從噴施變?yōu)椴粐娛?，以及環(huán)境中風(fēng)速和風(fēng)向的改變有關(guān)。此外，田間試驗(yàn)中粒徑在300μm 以上的大霧滴占比（不包括區(qū)域5，6）高于噴頭性能測(cè)試中300 μm 以上的粒徑，分析其原因?yàn)樘镩g作業(yè)時(shí)介質(zhì)不同，并加入了利飛助劑。（3）田間試驗(yàn)中對(duì)最遠(yuǎn)飄移影響距離進(jìn)行測(cè)定，3 條飄移采集帶因有樹木遮擋，飄移量均較小。其中，飄移采集帶2 的飄移量最大，最遠(yuǎn)飄移影響距離為三者最長(zhǎng)（13.2m），因此在作業(yè)前建議預(yù)留至少14m 以上的緩沖區(qū)。此外，飄移測(cè)定距離對(duì)于飄移量影響顯著，

p

值分別為0.037（飄移采集帶1）、0.013（飄移采集帶1）和0.006（飄移采集帶3）。同時(shí)，研究飄移采集帶的粒徑譜發(fā)現(xiàn)，3 條飄移采集帶霧滴粒徑在200μm 以下占比86.84%、85.89%以及89.19%，與不作業(yè)區(qū)域5 和6 一致，均是因?yàn)榱匠叽缧〉撵F滴易飄移，因此在噴頭使用上，建議優(yōu)先使用霧化粒徑在200～300μm之間的航空噴頭。