不同施藥機(jī)具在玉米田間的霧滴沉積分布試驗(yàn)

王 果，龔 艷，張 曉，陳 曉，劉德江，陳 偉，繆友誼

(農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，南京 210014)

?

不同施藥機(jī)具在玉米田間的霧滴沉積分布試驗(yàn)

王 果，龔 艷，張 曉，陳 曉，劉德江，陳 偉，繆友誼

(農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，南京 210014)

針對(duì)我國(guó)玉米等高稈作物生長(zhǎng)中后期的機(jī)械化植保難題，進(jìn)行了3WX-1000G噴桿噴霧機(jī)、3WX-2000G噴桿噴霧機(jī)、STORM1500風(fēng)送遠(yuǎn)程噴霧機(jī)等3種大型自走式施藥機(jī)具的玉米田間噴霧試驗(yàn)，比較分析了不同施藥技術(shù)與機(jī)具對(duì)霧滴沉積分布規(guī)律的影響，為篩選技術(shù)水平先進(jìn)，并與玉米病蟲(chóng)害防治要求相適應(yīng)的施藥技術(shù)與植保機(jī)具的技術(shù)提升提供依據(jù)。試驗(yàn)結(jié)果表明：風(fēng)幕輔助氣流能有效提高霧滴在玉米冠層內(nèi)的沉積量和覆蓋率，在冠層中部和下部的平均沉積量比無(wú)風(fēng)幕時(shí)提高了36.4%和17%；冠層各部分的覆蓋率均比無(wú)風(fēng)幕時(shí)有所提高，冠層下部增長(zhǎng)率最高，達(dá)到28%；風(fēng)幕輔助氣流還能有效改善霧滴在玉米植株上的分布均勻性；風(fēng)送式遠(yuǎn)程噴霧機(jī)的風(fēng)力輔助作用有助于將霧滴向遠(yuǎn)程輸送，大大提高了噴幅及作業(yè)效率，但大量霧滴集中于噴幅的前段區(qū)間，使其在整個(gè)噴幅范圍內(nèi)的霧量分布均勻性遠(yuǎn)差于噴桿噴霧機(jī)，最大變異系數(shù)超過(guò)1。

施藥機(jī)具；霧滴沉積率；霧滴覆蓋率；玉米病蟲(chóng)害

0 引言

我國(guó)每年農(nóng)藥使用量巨大，并呈逐年遞增趨勢(shì)，至2014年全國(guó)農(nóng)藥年施用量已超過(guò)180萬(wàn)t(成藥)。與農(nóng)藥技術(shù)領(lǐng)域相比，我國(guó)施藥技術(shù)與裝備的技術(shù)創(chuàng)新明顯滯后，“使用一種機(jī)型，采用同樣霧滴，打遍百藥，防治各種作物病蟲(chóng)草害”的情況比較普遍，“大流量”“全覆蓋”仍是目前農(nóng)藥施用的主要方法。目前，我國(guó)農(nóng)藥有效利用率僅為30%左右(發(fā)達(dá)國(guó)家可達(dá)60%～70%)，每年有超過(guò)100萬(wàn)t的農(nóng)藥流失到土壤、水體、空氣中，不僅嚴(yán)重削弱了我國(guó)對(duì)有害生物的抗災(zāi)能力，威脅著我國(guó)的糧食安全，且造成農(nóng)業(yè)面源污染加劇及生物多樣性破壞[1]。

玉米是我國(guó)種植面積最大的糧食作物，據(jù)2014年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，我國(guó)玉米種植面積達(dá)到0.37億hm2，產(chǎn)量達(dá)2.15億t，占全國(guó)糧食總產(chǎn)量的35.5%，其抗災(zāi)保收、增產(chǎn)增效事關(guān)我國(guó)的糧食安全。由于玉米生長(zhǎng)中后期，植株高大、枝繁葉茂、田間相對(duì)密閉，采用背負(fù)式噴霧噴粉機(jī)等傳統(tǒng)小型施藥機(jī)具進(jìn)入作物叢中進(jìn)行噴灑作業(yè)，不僅作業(yè)效率低，無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)規(guī)?；?zhuān)業(yè)化統(tǒng)防統(tǒng)治的要求，并且作業(yè)質(zhì)量差，防治效果不理想。采用自走式高地隙(或高架式)噴桿噴霧機(jī)，雖可大大提高作業(yè)效率，但由于缺乏風(fēng)力輔助，藥液霧滴很難穿透作物冠層，到達(dá)植株的中下部，因而不能得到滿(mǎn)意的防治效果[2-6]。一旦遭遇暴發(fā)性的病蟲(chóng)害，往往難以得到有效控制，造成玉米大量減產(chǎn)，甚至是絕收。2012年夏季，玉米二代粘蟲(chóng)災(zāi)害就曾在全國(guó)范圍內(nèi)相繼暴發(fā)，受災(zāi)面積超過(guò)0.2億hm2次(僅吉林省長(zhǎng)春市玉米二代粘蟲(chóng)發(fā)生面積就達(dá)8.56萬(wàn)hm2)，給我國(guó)的糧食生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重威脅。為此，本研究針對(duì)3種大型自走式噴霧機(jī)進(jìn)行了玉米田間噴霧試驗(yàn)，對(duì)該3種機(jī)具在玉米植株不同部位的藥液沉積量與霧滴覆蓋率，以及噴幅范圍內(nèi)的霧量分布均勻性進(jìn)行分析，比較不同施藥技術(shù)對(duì)霧滴沉積分布規(guī)律的影響，為篩選適用于玉米等高稈作物生長(zhǎng)中后期病蟲(chóng)害防治的施藥技術(shù)與機(jī)具及進(jìn)一步的技術(shù)提升提供依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)機(jī)具

參試機(jī)具包括2種型號(hào)的噴桿噴霧機(jī)與1種型號(hào)的風(fēng)送式遠(yuǎn)程噴霧機(jī)，如圖1～圖3所示。3種施藥機(jī)具的參數(shù)如表1所示。

1.2 試驗(yàn)材料與試劑

霧滴采樣用Φ9cm規(guī)格圓盤(pán)濾紙、7.6cm×7.6cm規(guī)格淡藍(lán)色便簽紙；噴霧示蹤劑采用誘惑紅，噴霧溶液用清水加0.5%(質(zhì)量比)誘惑紅配成；數(shù)據(jù)分析與處理采用專(zhuān)用霧滴圖像分析軟件(農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所自主開(kāi)發(fā))，可見(jiàn)光分光光度計(jì)(上海元析儀器公司，型號(hào)V5100)。

圖1 3WX-1000G型噴桿噴霧機(jī)

圖2 3WX-2000G型噴桿噴霧機(jī)

圖3 STORM1500型風(fēng)送式遠(yuǎn)程噴霧機(jī)表1 3種施藥機(jī)具參數(shù)

參數(shù)3WX-1000G3WX-2000GSTORM1500機(jī)具類(lèi)型自走式噴桿自走式噴桿(風(fēng)幕)牽引式風(fēng)送藥箱容量/L100020001500噴幅/m1521≥40噴霧流量/L·min-125.4838.22105噴霧壓力/MPa0.2～0.40.2～0.41.0～2.0

1.3 試驗(yàn)條件

在吉林梨樹(shù)縣玉米萬(wàn)畝高產(chǎn)創(chuàng)建示范區(qū)進(jìn)行3WX-1000G和3WX-2000G兩種噴桿噴霧機(jī)的試驗(yàn)，在中國(guó)農(nóng)科院商丘實(shí)驗(yàn)站進(jìn)行STORM1500牽引式風(fēng)送遠(yuǎn)程噴霧機(jī)的試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)的氣象參數(shù)、靶標(biāo)作物參數(shù)及各試驗(yàn)機(jī)具的作業(yè)參數(shù)如表2所示。

表2 試驗(yàn)參數(shù)

1.4 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

噴霧試驗(yàn)區(qū)域劃定：根據(jù)各試驗(yàn)點(diǎn)玉米種植的行距，對(duì)于3WX-1000G和3WX-2000G，在噴幅范圍內(nèi)每間隔1.2m選定一株玉米作為試驗(yàn)植株；對(duì)STORM1500，在噴幅范圍內(nèi)沿射程方向，間隔2m選擇一株玉米作為試驗(yàn)植株。在選定的每株玉米冠層的上、中、下部及地面分別布置濾紙與便簽紙，用于采集霧滴樣本(見(jiàn)圖4)；在機(jī)具行走方向上，間隔3～5m選取1行玉米，共選取3行，按照同樣的方法布置紙卡，作為試驗(yàn)的3次重復(fù)。首行玉米距離試驗(yàn)機(jī)具的起始位置20～30m，以確保霧滴采樣時(shí)機(jī)具的作業(yè)工況穩(wěn)定。布樣結(jié)束后，啟動(dòng)機(jī)具，并迅速將機(jī)具的作業(yè)參數(shù)調(diào)整至表2所示的機(jī)具試驗(yàn)參數(shù)。噴霧試驗(yàn)結(jié)束待采樣紙卡上的霧滴干燥后，迅速收集并用自封袋密封保存。

圖4 玉米冠層采樣紙卡的布置

對(duì)采集到的霧滴樣本進(jìn)行分析處理。

1)藥液沉積率測(cè)定：將每張濾紙分別放入培養(yǎng)皿中，并加入20mL清水浸泡3～4h，確保濾紙上的誘惑紅充分溶解于水中，用移液槍吸取一定量溶液注入玻璃比色皿中，放入分光光度計(jì)中測(cè)定溶液的吸光度值；根據(jù)誘惑紅溶液吸光度與濃度的關(guān)系曲線(xiàn)，換算出試驗(yàn)靶標(biāo)上誘惑紅示蹤劑的沉積量。

2)霧滴覆蓋率測(cè)定：將每張便簽紙上的霧滴沉積狀況用相機(jī)拍攝，導(dǎo)入專(zhuān)用霧滴圖像分析軟件進(jìn)行分析計(jì)算，得到霧滴在每個(gè)采樣點(diǎn)紙卡上的覆蓋率，并將數(shù)據(jù)結(jié)果導(dǎo)入Excel軟件，對(duì)機(jī)具全噴幅范圍內(nèi)的霧滴沉積分布狀況進(jìn)行分析。專(zhuān)用霧滴圖像分析軟件計(jì)算結(jié)果界面如圖5所示。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 霧滴沉積量

在分光光度計(jì)上測(cè)得溶液吸光度值后，換算成誘惑紅沉積量。3種施藥機(jī)具噴幅范圍內(nèi)，霧滴在玉米植株上的沉積分布狀況如圖6所示。在其噴幅范圍內(nèi)，玉米植株冠層上、中、下各部分的霧滴沉積量平均值與變化曲線(xiàn)如表3及圖7、圖8所示。

圖5 專(zhuān)用霧滴圖像分析軟件計(jì)算結(jié)果界面

圖6 3種施藥機(jī)具噴幅范圍內(nèi)玉米植株上的霧滴沉積分布表3 霧滴在玉米冠層沉積量及變異系數(shù)

參數(shù)3WX-1000G沉積量/μg·cm-2變異系數(shù)3WX-2000G沉積量/μg·cm-2變異系數(shù)STORM1500沉積量/μg·cm-2變異系數(shù)冠層上部1.7510.1401.2750.0967.781.348冠層中部0.7640.0801.0420.0806.0581.514冠層下部0.4520.1230.5290.1203.3661.549

圖7 3種施藥機(jī)具在玉米冠層各部分霧滴沉積量平均值

圖8 3種施藥機(jī)具在玉米冠層各部分霧滴沉積

分布變異系數(shù)對(duì)比

2.1.2 霧滴覆蓋率

將每張便簽紙采集的霧滴樣本經(jīng)專(zhuān)用霧滴圖像分析軟件計(jì)算后，得到3種機(jī)具噴幅范圍內(nèi)霧滴在玉米植株上的覆蓋率分布狀況，如圖9所示。在其噴幅范圍內(nèi)，玉米植株冠層上、中、下各部分的霧滴覆蓋率平均值與變化曲線(xiàn)如表4及圖10、圖11所示。

圖9 3種施藥機(jī)具噴幅范圍內(nèi)玉米植株上的霧滴覆蓋率表4 霧滴在玉米冠層覆蓋率及變異系數(shù)

參數(shù)3WX-1000G覆蓋率/%變異系數(shù)3WX-2000G覆蓋率/%變異系數(shù)STORM1500覆蓋率/%變異系數(shù)冠層上部21.190.5524.650.5330.450.90冠層中部11.660.5713.060.2927.701.01冠層下部8.700.9511.130.3122.491.07

圖10 3種施藥機(jī)具在玉米冠層各部分霧滴覆蓋率平均值

圖11 3種施藥機(jī)具在玉米冠層各部分霧滴覆蓋率變異系數(shù)

2.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果圖表，比較分析兩種自走式噴桿噴霧機(jī)的霧滴沉積分布狀況：①無(wú)風(fēng)幕部件的3WX-1000G噴桿噴霧機(jī)在玉米冠層上部的霧滴沉積量總體略大于帶風(fēng)幕部件的3WX-2000G噴桿噴霧機(jī)，前者上部沉積量平均值為1.751μg/cm2，后者為1.275μg/cm2；而在冠層中下部的霧滴沉積量則小于帶風(fēng)幕部件的3WX-2000G噴桿噴霧機(jī)，前者冠層中部、下部位置的沉積量平均值分別為0.764、0.452μg/cm2，后者相應(yīng)位置沉積量為1.042、0.529μg/cm2，后者分別提高了36.4%、17%。②無(wú)風(fēng)幕部件的3WX-1000G型噴桿噴霧機(jī)的霧滴覆蓋率總體上低于帶有風(fēng)幕部件的3WX-2000G噴桿噴霧機(jī)，前者在冠層上中下部的霧滴覆蓋率平均值分別為21.19%、11.66%、8.704%，后者相應(yīng)位置分別為24.65%、13.06%、11.13%，后者分別提高了16.3%、12%、28%。③無(wú)風(fēng)幕部件的3WX-1000G噴桿噴霧機(jī)在噴幅范圍內(nèi)玉米冠層上、中、下3部分的霧滴沉積量與覆蓋率變異系數(shù)均大于帶風(fēng)幕部件的3WX-2000G噴桿噴霧機(jī)。分析產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因：由于3WX-2000G噴桿噴霧機(jī)的風(fēng)幕產(chǎn)生的氣流有助于霧滴向玉米冠層內(nèi)部穿透，使得霧滴在植株上的沉積分布更加均勻。由此說(shuō)明：增加風(fēng)幕部件，能夠增強(qiáng)霧滴在作物冠層間的穿透性及在作物葉片上的附著能力，從而有效提高霧滴在靶標(biāo)上的沉積量與分布均勻性[7-13]。

根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果圖表，對(duì)STROM1500牽引式風(fēng)送遠(yuǎn)程噴霧機(jī)的霧滴沉積分布狀況進(jìn)行分析，結(jié)果表明：①大量霧滴沉積于射程范圍的前14m區(qū)域內(nèi)，14m之外射程范圍內(nèi)霧滴沉積量與覆蓋率迅速減少；②噴幅范圍內(nèi)，霧滴在玉米冠層各部分的沉積量與覆蓋率平均值遠(yuǎn)大于前者兩種噴桿噴霧機(jī)，且霧滴在冠層上部的沉積分布與中、下部差異性較小；③STORM1500型牽引式風(fēng)送遠(yuǎn)程噴霧機(jī)在噴幅范圍內(nèi)玉米冠層各部分的沉積量和覆蓋率變異系數(shù)遠(yuǎn)大于噴桿噴霧機(jī)。分析其主要原因：由于風(fēng)送式噴霧機(jī)噴頭流量較噴桿噴霧機(jī)大，且風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的強(qiáng)力輔助氣流有效穿透植株冠層，將藥液輸送至作物中下層；風(fēng)場(chǎng)由近及遠(yuǎn)呈現(xiàn)速度衰減，輔助氣流對(duì)霧滴具有向遠(yuǎn)程輸送的作用，但粒徑較大的霧滴，在14m范圍內(nèi)迅速沉降，使得14m之外的霧滴沉積量和覆蓋率急劇減少；中小粒徑霧滴在輔助氣流作用下，被輸送至遠(yuǎn)程，其沉降速度大大降低，使得50m處的霧滴覆蓋率仍然達(dá)到10%。由此說(shuō)明：風(fēng)送式遠(yuǎn)程噴霧機(jī)能夠增大霧滴的沉降范圍，大大提高霧滴在植株冠層內(nèi)的沉積量和覆蓋率，以及機(jī)具的作業(yè)效率，但降低了霧滴在噴幅范圍內(nèi)的分布均勻性。

3 結(jié)論

1)較傳統(tǒng)噴桿噴霧機(jī)，帶風(fēng)幕組件的噴桿噴霧機(jī)的輔助氣流可顯著增強(qiáng)霧滴在玉米冠層內(nèi)的穿透能力，提高霧滴在植株上的附著性能，從而有效提高藥液霧滴在植株上(尤其是植株中下部)的沉積量和覆蓋率。

2)風(fēng)送式遠(yuǎn)程噴霧機(jī)由于強(qiáng)力輔助氣流的作用，使得該機(jī)具的有效射程遠(yuǎn)，霧滴穿透性強(qiáng)，有效增加了藥液霧滴在靶標(biāo)作物中、下部的沉積量和覆蓋率，因而無(wú)需下田即可進(jìn)行玉米等高稈作物的病蟲(chóng)害防治作業(yè)，并具有較高的作業(yè)效率；但大量霧滴集中于噴幅前段區(qū)間，整個(gè)噴幅范圍內(nèi)的霧量分布均勻性較差。為提升該類(lèi)機(jī)具的作業(yè)質(zhì)量，還需在進(jìn)一步優(yōu)化噴灑部件、減小霧滴粒徑的同時(shí)，優(yōu)化風(fēng)機(jī)導(dǎo)風(fēng)部件、改善風(fēng)場(chǎng)分布，從而使得農(nóng)藥?kù)F滴在田間均勻分布。

3)綜合對(duì)比3種參試機(jī)具的施藥試驗(yàn)效果，從霧滴沉積規(guī)律來(lái)看：風(fēng)送式遠(yuǎn)程噴霧機(jī)的作業(yè)效率、霧滴在冠層間的沉積和穿透性能要優(yōu)于噴桿噴霧機(jī)；從霧量分布均勻性角度來(lái)看，帶有風(fēng)幕部件的噴桿噴霧機(jī)的霧滴分布均勻性最佳，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于風(fēng)送式噴霧機(jī)，也優(yōu)于無(wú)風(fēng)幕部件的噴桿噴霧機(jī)。

[1] 王俊，董祥，嚴(yán)荷榮，等. 風(fēng)幕式噴桿噴霧機(jī)玉米田間施藥試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2015，46(7)：79-84.

[2] 王瀟楠，何雄奎，Andreas Herbst，等.噴桿式噴霧機(jī)霧滴飄移測(cè)試系統(tǒng)研制及性能試驗(yàn)[J] .農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2014，30(18)：55-62.

[3] 袁會(huì)珠，楊代斌，閆曉靜，等.農(nóng)藥有效利用率與噴霧技術(shù)優(yōu)化[J].植物保護(hù)，2011，37(5)：14-20.

[4] 祁力均，胡錦蓉，史巖，等.噴霧參數(shù)與飄移相關(guān)性分析[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2004，20(5)：122-125.

[5] Hoffmann W C, Salyani M. Spray deposition on citrus canopies under different meteorological conditions[J]. Transactions of the ASAE, 1996,39(1):17-22.

[6] 燕明德，賈衛(wèi)東，毛罕平，等.風(fēng)幕式噴桿噴霧霧滴粒徑與速度分布試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2014，45(11):104-110.

[7] 祁力均，傅澤田.影響農(nóng)藥施藥效果的因素分析[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1998，3(2)：80-84.

[8] Chen Y, Zhua H, Ozkan H E, et al. Spray drift and off-target loss reduction with a precision air-assisted sprayer[J].Transactions of the ASABE, 2013,56(6):1273-1281.

[9] Juster F, Sanchez S, Ibanez R, et al. Measurement of spray deposition and efficiency of pesticide application in citrus orchard[J]. Journal of Agricultural Engineering Research, 1990(3):187-196.

[10] Foque D, Nuyttens D. Effects of nozzle type and spray angle on spray deposition in ivy pot plants[J]. Pest Management Science,2011,67(2):199-208.

[11] Ebert T A, Taylor R A, Downer R A, et al. Deposit structure and efficacy of pesticide application.1: interactions between deposit size toxicant concentration and deposit number[J]. Pesticide Science, 1999,55(8):783-792.

[12] Pergher G, Gubiani R, Cividino S R S, et al. Assessment of spray deposition and recycling rate in the vineyard from a new type of air-assisted tunnel sprayer[J]. Crop Protection, 2013, 45(3):6-14.

[13] 張曉辛，呂曉蘭，丁素明，等. 果園風(fēng)送式噴霧機(jī)仿形噴霧試驗(yàn)研究[J]. 中國(guó)農(nóng)機(jī)化，2011(3)：68-72.

The Test of Droplet Deposition Distribution for Different Kinds of Pesticide Application Equipment in Corn Field

Wang Guo, Gong Yan, Zhang Xiao, Chen Xiao, Liu Dejiang, Chen Wei, Miao Youyi

(Nanjing Research Institute for Agricultural Mechanization of Ministry of Agriculture, Nanjing 210014, China)

Corn field test of 3 different kinds of pesticide equipment (3WX-1000G self-propelled boom sprayer,3WX-2000G self-propelled boom sprayer and STORM1500 trailed air-assisted long-range sprayer) was carried out, aiming at the difficulties of mechanical crop protection in late growing period for long-stalk crop, such as corn, in China. The comparison and analysis of droplet deposition influenced by different pesticide application technology and equipment become the basis for selecting the pesticide application technology and sprayer, which is with advanced technology and meet the requirement of corn pests prevention. The results show that: assisted air flow of air curtain can enhance the deposition and coverage of droplet, the average deposition in middle and lower parts of canopy increases by 36.4% and17% than that without air curtain; the droplet coverage in the whole canopy increases, compared with that without air curtain, with the max growth rate of 28% in the lower part of canopy.Assisted air flow of air curtain is also able to improve the distribution uniformity at corn canopies; The air-assisted long-range sprayer greatly enhances the spray range and efficiency, because the droplets are delivered to farther distance by assisted wind, however, large amount of droplets gather in the front of range, making the distribution uniformity of droplet in the whole spray range much worse than boom sprayer, with its max CV over 1.

sprayer； droplet deposition； droplet coverage； corn pests

2016-07-01

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31401296)；農(nóng)業(yè)部引進(jìn)國(guó)際先進(jìn)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)計(jì)劃項(xiàng)目(2014-Z7)；江蘇省科技自主創(chuàng)新資金項(xiàng)目(CX(14)2101)；公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專(zhuān)項(xiàng)(201203025)

王 果(1987-)，男，江蘇無(wú)錫人，研究實(shí)習(xí)員，(E-mail)sudawang1987@sina.com。

龔 艷(1976-)，女，海南瓊海人，研究員，(E-mail)254482460@qq.com。

S49

A

1003-188X(2017)06-0177-06