雙流體噴嘴靶向授粉沉積量控制參數(shù)研究

石復習 蔣宗謹 馬 馳 朱 悅 劉占德

(1.西北農(nóng)林科技大學機械與電子工程學院， 陜西楊凌 712100； 2.西北農(nóng)林科技大學園藝學院， 陜西楊凌 712100)

0 引言

獼猴桃為雌雄異株藤本植物，人工輔助授粉是提高獼猴桃產(chǎn)量的重要措施[1]。傳統(tǒng)手工授粉方法存在花粉消耗大、授粉均勻性差、勞動強度高和效率低等問題，且難以滿足規(guī)?；a(chǎn)需求[2-4]。壓力式液體噴霧授粉可提高作業(yè)效率，但因霧化質(zhì)量差、花粉液的柱頭沉積量不足、授粉不充分，而影響獼猴桃的產(chǎn)量和品質(zhì)。

雙流體噴嘴可使液相在混合腔內(nèi)受到氣流剪切、機械碰撞和孔口膨脹等強烈的相互作用，以較低的噴射水壓和氣壓獲得良好的霧化效果，并保持穩(wěn)定的霧化粒徑分布和噴霧穿透性[5-6]，有助于花粉液的定向噴授和定量沉積。相較于壓力式噴授方式，雙流式授粉技術液流可獨立控制，具有導向性強、霧化分布穩(wěn)定、霧滴粒徑均勻性好等特點，可有效降低花粉消耗量[7]。

新西蘭Kiwi Pollen公司的外混式雙流體噴霧授粉機[8]，作業(yè)面積可達1.5 hm2/h，但由于該機采用連續(xù)噴霧的作用方式授粉，導致花粉利用率低。相比外混式噴嘴，內(nèi)混式雙流式噴頭具有霧錐角小、霧滴定向沉積可控性強的優(yōu)點[9]，可有效提高柱頭花粉液沉積率。蔣仲安等[10]的試驗研究表明，內(nèi)混式雙流體噴嘴在水壓一定時，氣壓增加會使水流量減小，進而使霧化粒徑減小。王宇等[11]研究煙草加料過程中雙流體噴嘴霧化粒徑的分布特性，發(fā)現(xiàn)隨著氣液比增加，霧滴粒徑減小，粒徑均勻性指數(shù)變大，因此可通過調(diào)節(jié)雙流式噴霧的氣體壓力改善霧化粒徑分布。李雪等[6]研究發(fā)現(xiàn)，常溫下雙流體煙霧系統(tǒng)，霧滴沉積量在作物冠層間變異系數(shù)小、霧滴均勻性好，對噴霧距離敏感度低，能更好地滿足獼猴桃花朵生長高度對噴霧距離的要求。

雙流式噴霧系統(tǒng)霧化對象為液體，氣體有輔助霧化和液滴輸送的雙重作用，可在較低的氣壓和液流條件下維持穩(wěn)定的霧化粒徑，降低霧化能耗[12-15]。授粉作業(yè)過程中調(diào)整噴射液流，不影響霧化效果和氣流輸送效果，可有效節(jié)約花粉液。因此，采用具有近距、微量、低氣流量作業(yè)特征的雙流體噴嘴進行獼猴桃授粉，是濕式噴霧授粉系統(tǒng)的最佳選擇。

獼猴桃尋花對靶授粉是提高花粉利用率和作業(yè)效果的先進技術手段，本研究從單花的最低授粉量確定入手，將花蕊區(qū)花粉液沉積量及其分布規(guī)律作為提高作業(yè)質(zhì)量優(yōu)化的依據(jù)，通過研究液流量、噴射氣壓和噴霧距離對花粉液沉積效果的影響，確定雙流體噴嘴對靶授粉的噴施控制參數(shù)，并通過棚架式獼猴桃果園授粉試驗，驗證該參數(shù)組合的有效性，為雙流式霧化技術在獼猴桃對靶授粉作業(yè)中的應用提供技術支持。

1 試驗材料與方法

1.1 理論授粉量計算

本研究針對西北農(nóng)林科技大學眉縣獼猴桃試驗站海沃德獼猴桃樹，其花冠直徑為5～7 cm，花蕊區(qū)直徑2～3 cm，朝下開花，花朵距離地面160～190 cm，開花冠層厚度約30 cm。在盛花期，即單花花冠完全展開時，雌花柱頭充分暴露在空氣中，霧滴不受花瓣遮擋易沉積于花蕊區(qū)，此時噴霧授粉成功率最高。

獼猴桃果實大小與花蕊區(qū)的花粉沉積量成正相關，增加柱頭上的花粉液沉積，能提高獼猴桃果實產(chǎn)量[16]。通常認為每3～5?；ǚ哿？纱_保發(fā)育1粒種子[17]，獼猴桃果實種子數(shù)大于800～1 000?？烧J為授粉充分[4]，因此，本研究采用花蕊獲得花粉粒數(shù)量評價授粉效果，如表1所示，質(zhì)量分數(shù)為0.1%的花粉液，其花粉粒濃度為2.78×105粒/mL[18]。

表1 充分授粉條件的花粉粒數(shù)需求研究成果Tab.1 Result of pollen grain amount requirement for sufficient pollination

由表1可知，單朵花充分授粉需花粉3 000～12 000粒，取上限12 000粒，經(jīng)計算可得，在盛花期采用質(zhì)量分數(shù)為0.1%的花粉液，單朵獼猴桃花柱頭最少需沉積42.9 mg花粉液，可確保充分授粉。

1.2 霧滴沉積量測試裝置

采用圓錐形雙流體噴嘴(D1/4-SUC13-SS和D1/4-SUC1A-SS型，東莞市長原噴霧技術有限公司)進行霧滴譜寬度[23]預測試，測試條件為氣壓0.2 MPa、液流量0.125 L/min、噴嘴孔徑1 mm，經(jīng)測試D1/4-SUC1A-SS型和D1/4-SUC13-SS型噴嘴的霧滴譜寬度平均值分別為1.9和1.4，表明D1/4-SUC13-SS型噴嘴霧滴譜寬度較小，霧滴粒徑均勻性更高[24]。故本研究選用D1/4-SUC13-SS型噴嘴，其結(jié)構如圖1所示。

圖1 D1/4-SUC13-SS型雙流體噴嘴結(jié)構簡圖Fig.1 Structure diagram of D1/4-SUC13-SS air-liquid nozzle1.流量調(diào)節(jié)閥針 2.進液口 3.空氣帽 4.進氣口

圖2 雙流體噴嘴沉積試驗裝置示意圖Fig.2 Scheme of air-liquid spraying deposition test device1.藥箱 2.回流管 3.節(jié)流閥 4.液管 5.試管夾 6.采集卡 7.激光定位器 8.雙流體噴嘴 9.氣管 10.氣壓表 11.調(diào)壓閥 12.安全閥 13.220 V交流電源 14.蓄電池 15.隔膜泵 16.流量計 17.Arduino UNO單片機 18.空氣壓縮機

如圖2所示，雙流體噴嘴沉積試驗裝置主要由氣路、液路和控制部分等組成。氣路包括空氣壓縮機、壓力調(diào)節(jié)閥、氣壓表和安全閥，能準確控制噴嘴的氣壓。液路由隔膜泵、節(jié)流閥、流量計構成，能實現(xiàn)噴嘴流量的有效調(diào)節(jié)與控制，液路的電磁閥有較高的響應速度，可準確控制噴霧脈沖。

圖3 雙流體噴霧沉積試驗現(xiàn)場Fig.3 Scene of air-liquid pollination spraying test device1.空氣壓縮機 2.蓄電池 3.藥箱 4.氣壓表 5隔膜泵 6.Arduino UNO單片機 7.液體流量計 8.雙流體噴嘴 9.霧滴采集卡

通過Arduino UNO單片機精確控制電磁閥脈沖時長，控制液路通斷，實現(xiàn)對液流的有效控制。試管夾將霧滴采集卡固定于采樣點，激光定位器安裝于雙流體噴嘴正上方100 cm處，以精確對中采樣點位置。霧滴沉積量試驗現(xiàn)場如圖3所示。

根據(jù)前期試驗研究的結(jié)果[9]，氣壓調(diào)節(jié)范圍為0～0.4 MPa，液路流量調(diào)節(jié)范圍為0～0.35 L/min，相應的傳感器和檢測裝置據(jù)此選型。測試裝置的主要部件性能參數(shù)如表2所示。

表2 雙流式噴霧控制系統(tǒng)主要參數(shù)Tab.2 Main parameters of spray control system

1.3 測試方法

1.3.1霧滴沉積量測試方法

為有效地采集霧滴在花蕊區(qū)的霧滴沉積數(shù)據(jù)，試驗以清水為介質(zhì)，用直徑為3 cm的Sinovege型霧滴采集卡(先正達生物科技有限公司)替代花朵的花蕊區(qū)，收集霧滴沉積液，采用精度為1 mg的電子天平(AL204型，梅特勒儀器有限公司)稱量采集卡上的沉積液質(zhì)量，噴霧前后采集卡質(zhì)量差值為花蕊區(qū)霧滴沉積量m，每組參數(shù)重復測量3次沉積量，取平均值。

1.3.2單花柱頭極限附著量測試方法

于2018年5月10日在西北農(nóng)林科技大學眉縣獼猴桃試驗站摘取80朵花冠直徑為5～7 cm的獼猴桃雌花，并保存于4℃冷藏柜。試驗前30 min將雌蕊與花托分離，把雌蕊固定于噴嘴正上方，保持柱頭朝下。以清水為霧化介質(zhì)，對雌蕊持續(xù)噴霧2 min，分別用電子天平測量噴霧前后雌蕊質(zhì)量，其質(zhì)量差為單花雌蕊的液滴極限附著量mmax。試驗現(xiàn)場溫度21℃、風速1.6 m/s、空氣濕度49%。

1.3.3噴霧場霧滴粒徑測量方法

用DP-02型激光粒度儀(歐美克儀器公司)測量霧滴體積中值直徑(DV50)。以清水為噴霧介質(zhì)，測量氣壓0.15～0.30 MPa條件下，霧滴沉積位置的霧滴粒徑分布，測量點選取如圖4所示。每個測點持續(xù)噴霧30 s，分別測量0～5 s和25～30 s時段的霧滴粒徑，對比分析噴霧初始期和霧化穩(wěn)定期的霧滴粒徑差異。每個測點重復3次試驗，取平均值。

根據(jù)文獻[23]，霧滴譜寬度S計算公式為

S=(DV90-DV10)/DV50

(1)

式中DV90——90%累積體積直徑

DV10——10%累積體積直徑

DV50——50%累積體積直徑

霧滴譜寬度衡量噴霧系統(tǒng)所霧化霧滴的均勻性，霧滴譜寬度越小，表明噴霧系統(tǒng)霧化霧滴的均勻性越好[24]。

圖4 霧滴粒徑測試點布置圖Fig.4 Schematic of measurement points arrangement

霧滴粒徑測量系統(tǒng)如圖5所示，測量激光沿y方向垂直穿過霧場，噴嘴軸心線距激光接收端面30 cm。測試距離L取田間授粉作業(yè)的最佳噴霧距離，該距離由2.1節(jié)分析得出。試驗時室內(nèi)溫度為26℃、濕度60%。

圖5 霧滴粒徑測量系統(tǒng)Fig.5 Measurement system of droplet diameter1.激光發(fā)射端 2.雙流體噴嘴 3.噴嘴支架 4.激光接收端 5.數(shù)據(jù)顯示器

圖6 不同液流量和噴霧距離的霧滴沉積量變化曲線Fig.6 Changing curves of droplet deposition at different liquid flow rates and spray distances

1.3.4霧滴覆蓋率測定方法

使用六六山下植?？萍脊? cm×11 cm水敏紙采集霧滴分布信息，采樣后將水敏紙晾干，用掃描儀(柯尼卡美能達C226型，分辨率為600像素×600像素)采集水敏紙霧滴印痕圖像，在水敏紙圖像上從左至右依次截取3 cm×1 cm的矩形區(qū)域，通過ImageJ軟件面積測量功能分析矩形區(qū)域內(nèi)的霧滴覆蓋率a[25]。

1.4 霧化控制參數(shù)試驗方案

棚架式獼猴桃園花朵層厚差約30 cm，故噴嘴至花的距離設定為20～50 cm。郭昊明[26]采用壓力式噴嘴，最佳授粉液流量為0.05 L/min，石寶寶等[9]獲得獼猴桃園雙流體噴嘴最佳液流量0.182 L/min、氣壓0.25 MPa，根據(jù)以上研究和預試驗，本試驗確定液流量0.10～0.20 L/min，氣壓0～0.30 MPa。參見目前自走式果園噴霧機[27]的最低行駛速度0.5 m/s，根據(jù)花朵的直徑5 cm，確定單朵雌花對靶授粉時長為0.1 s，故設定噴霧脈沖時長為0.1 s。因此，確定總體的測試方案如表3所示。

表3 測試試驗方案Tab.3 Scheme for testing experiment

2 試驗結(jié)果與分析

霧滴在花蕊區(qū)域的沉積量是判定雙流式霧化授粉作業(yè)效果的核心指標。通過分析噴霧距離、氣壓、液流量，以及花蕊區(qū)域霧化粒徑分布、霧滴密度徑向分布，探討試驗采用的雙流體噴嘴的區(qū)域沉積特性，并通過試驗確定最佳花粉液沉積量的霧化控制參數(shù)。

2.1 噴霧距離對花粉液沉積的影響

噴霧距離決定霧化充分程度、霧錐內(nèi)霧滴的粒徑分布和中心區(qū)域霧滴數(shù)量分布，因此其成為影響花蕊區(qū)花粉液沉積量的重要控制參數(shù)。依據(jù)表3，霧滴沉積量隨氣壓的變化趨勢曲線如圖6所示。

在不同噴霧距離和液流量條件下，沉積量隨氣壓增加而逐漸收窄，表明隨著氣壓增加，雙流體噴嘴出口的環(huán)狀液膜厚度減小，霧化效果提升，霧滴沉積量趨于穩(wěn)定，因此噴霧距離20～50 cm范圍內(nèi)，較高的氣壓對沉積量的影響弱化。

其次，3種液流量條件下，噴霧距離小于35 cm時霧滴沉積量隨氣壓增大而減小，噴霧距離大于35 cm時霧滴沉積量隨氣壓增大而增加，而在35 cm處沉積量在流量、氣壓變化時均保持基本穩(wěn)定。

以上數(shù)據(jù)表明，噴霧距離35 cm處，氣壓0.15～0.30 MPa時，液流量0.10、0.15、0.20 L/min時霧滴沉積量為(31±5) mg、(65±5) mg、(90±5) mg，且基本保持穩(wěn)定，此時花蕊區(qū)的噴霧沉積量主要受液流量的影響，霧滴沉積量對氣壓變化不敏感，可通過液流量調(diào)節(jié)的方式，準確控制霧滴沉積量。因此，從噴粉量控制準確性和花朵授粉量穩(wěn)定性角度出發(fā)，選噴霧距離35 cm為授粉作業(yè)的最佳噴霧距離。

2.2 氣壓對霧滴極限附著量的影響

試驗測量噴霧距離35 cm處的單花柱頭區(qū)的液滴極限附著量。如圖7所示，在不同流量下霧滴極限沉積量變化趨勢相同，流量變化對極限沉積量影響較小。隨著氣壓增大，柱頭上的霧滴極限附著量先增大后減小，在0.05 MPa氣壓時達到最大值100.5 mg，在氣壓為0.30 MPa、液流量0.10 L/min時，最小極限附著量約為77.0 mg。

圖7 氣壓與霧滴極限附著量關系曲線Fig.7 Variation curves of pollen droplet deposition with air pressure

試驗發(fā)現(xiàn)，無氣壓時，霧錐角為零，噴霧液為柱狀，直射到柱頭上，液流動能大，與柱頭碰撞后發(fā)生飛濺，液體的柱頭附著性能降低[28-29]，當氣壓為0.05 MPa時，液柱霧化為液滴，液體附著能力增強。隨著霧錐角增加，花粉液極限附著量降低，原因是花蕊區(qū)內(nèi)霧滴密度下降，柱頭上可粘附的霧滴下降。此外，雌蕊表面的空氣流速增加，氣流對雌蕊的作用力增強，柱頭搖擺的頻率增加，導致霧滴極限附著量降低。因此，設定極限附著量小于77.0 mg，在0～0.30 MPa氣壓下，不會出現(xiàn)噴施過量而導致的霧滴滴落。

2.3 液流量對霧滴沉積量的影響

結(jié)合2.2節(jié)試驗結(jié)果，在噴霧距離35 cm、噴霧脈沖時長0.1 s和氣壓0.15～0.30 MPa工況下，液流量對霧滴沉積量影響如圖8所示。

圖8 液流量與霧滴沉積量關系曲線Fig.8 Variation curves of pollen droplet deposition with liquid flow rate

由圖8可知，霧滴在采集卡上的沉積量對氣壓變化不敏感，但隨液流量增大而增加。在流量0.125 L/min、氣壓0.15～0.30 MPa內(nèi)，所對應的霧滴沉積量均大于42.9 mg，能滿足充分授粉的最低要求。當液流量大于0.175 L/min時，曲線斜率明顯減小，沉積量增長率降低，此時霧滴沉積量大于柱頭極限附著量，開始出現(xiàn)霧滴滴落，花粉利用率降低。因此，選定0.125 L/min為花粉液最佳控制流量，可在確保授粉質(zhì)量的同時，使花粉利用率最高。

圖9 氣壓對霧滴體積中值直徑和霧滴譜寬度的影響Fig.9 Influence of air pressure on VMD and droplet size spectrum

2.4 氣壓對霧化粒徑徑向分布的影響

圖9為在噴霧距離35 cm、液流量0.125 L/min的工況下，花蕊區(qū)霧場霧滴粒徑和霧滴譜寬度隨氣壓變化的分布規(guī)律。

由圖9a可知，隨著氣壓增大，霧滴粒徑呈減小趨勢?？傮w上，0～5 s和25～30 s霧滴粒徑的變化趨勢基本相同。其次，在花朵徑向(同圖4中z軸方向)上霧滴的DV50分布呈中心小周邊大，沿噴嘴軸線位置霧滴粒徑最小。此外，氣壓大于0.15 MPa時，50%的霧滴粒徑均小于35 μm[30]，表明在噴霧距離35 cm、氣壓大于0.15 MPa時，本研究所用噴嘴的霧滴已充分霧化。

如圖9b所示，在噴霧距離35 cm、0～5 s噴霧時段、氣壓0.15～0.30 MPa時，霧場中心的霧滴譜寬度為1.0～2.0；隨著氣壓增高，霧滴譜寬度減小，霧滴的霧化均勻性提高。同一氣壓下，霧滴譜寬度基本呈對稱分布，霧場中心的霧滴譜寬度最小，霧化粒徑更均勻。根據(jù)標準MH/T 1002—2016[23]，低容量噴霧(每公頃噴液量大于5 L但小于30 L的噴灑作業(yè))的霧滴譜寬度小于2即可滿霧滴譜寬度指標要求。

表4中ΔDV10、ΔDV50、ΔDV90分別表示0～5 s和25～30 s時段霧滴DV10、DV50、DV90之差的絕對值，在氣壓0.15～0.3 MPa范圍內(nèi)0～5 s和25～30 s噴霧時段霧滴的DV50之差的絕對值最大為1.58 μm、最小為0，表明0～5 s和25～30 s噴霧時段的霧化粒徑差異較小，本試驗所用噴嘴在噴霧初始階段霧化粒徑穩(wěn)定，可保證霧滴在花蕊區(qū)的穩(wěn)定沉積，提高授粉量控制的準確性。

此外，海沃德獼猴桃花粉粒呈橢球形[31]，其長軸和短軸平均尺寸分別為25.7、12.7 μm。氣壓為0.20 MPa時，在z軸(圖4)2.5～7.5 cm區(qū)域的霧滴DV50約為26 μm，霧滴大小與花粉粒相近，液滴可有效包裹花粉粒，提高花粉粒與柱頭的黏附性，而且在一定范圍內(nèi)霧滴粒徑越小，花粉粒“擊中”柱頭的概率越大，授粉成功率越高[32]。當氣壓大于0.20 MPa時，霧滴粒徑小于花粉粒，花粉液過度霧化會導致花粉機械損傷，故確定本研究的最佳氣壓為0.20 MPa。

表4 0～5 s和25～30 s時段的霧滴粒徑差絕對值Tab.4 Absolute value of droplet diameter difference at 0～5 s and 25～30 s spray stage μm

2.5 氣壓對霧滴徑向分布規(guī)律的影響

設噴霧距離35 cm、液流量0.125 L/min和氣壓0.15～0.30 MPa。通過將水敏紙采集的霧滴覆蓋情況與霧滴沉積的徑向分布對應的方法，間接分析花蕊區(qū)的霧滴沉積效果，結(jié)果如圖10和圖11所示。

液滴在水敏紙上的霧滴附著分布情況如圖10所示。以花朵中心為軸線將水敏紙劃分為花蕊區(qū)和花瓣區(qū)。在0.15 MPa氣壓時，霧錐角較小，霧滴過度集中于花蕊區(qū)，造成霧滴滴落，不利于授粉；在0.20 MPa氣壓時，霧化粒徑大小適中、靶向性較好，使霧滴沉積在花蕊區(qū)，成為有效的授粉沉積液；在0.30 MPa氣壓時，霧錐角增大，霧滴分布在整張水敏紙上分布更為均勻，但花蕊區(qū)的霧滴沉積量減少，導致花粉利用率降低。這一現(xiàn)象是因為隨著氣壓增加，氣液質(zhì)量比增加，氣液兩相流中氣體的體積空隙率增大，加強了氣相對液相的擠壓作用，噴嘴出口處的膨脹能增加，使得霧滴沿徑向外側(cè)發(fā)散[33]。

圖10 不同氣壓下液滴在水敏紙上的沉積狀態(tài)Fig.10 Evaluation of spray deposition status in coated paper

圖11為不同噴射氣壓下霧滴覆蓋率沿花朵徑向分布的圖形統(tǒng)計結(jié)果。霧滴覆蓋率為1 cm圖像寬度內(nèi)霧滴沉積面積與該區(qū)域圖片面積之比。0.20 MPa氣壓時，花蕊區(qū)的霧滴覆蓋率最高，中心點達69.5%；氣壓0.20～0.30 MPa時，花蕊區(qū)霧滴覆蓋率隨氣壓增加而減小，花瓣區(qū)霧滴覆蓋率變化不大。

雞新城疫是由副黏病毒引起的高度接觸性傳染病，有強毒株和弱毒株兩類。近年來，由于雞群正常進行雞新城疫疫苗接種，因此本病多呈非典型性發(fā)生，主要發(fā)生于免疫雞群，尤其是二免前后的雞。有一定抗體水平的免疫雞群，病情比較緩和，發(fā)病率和死亡率都不高；成雞產(chǎn)蛋量突然下降5%～12%，嚴重者在50%以上，并出現(xiàn)畸形蛋、軟殼蛋和糙皮蛋。

圖11 霧滴的徑向分布規(guī)律Fig.11 Curves of droplets rational distribution under different air pressure

如圖12所示，花蕊區(qū)覆蓋面積和花瓣區(qū)覆蓋面積分別為本區(qū)域所有沉積點的面積和，0.20 MPa噴射氣壓時，花蕊區(qū)的霧滴覆蓋面積和覆蓋率達到極大值7.14 cm2和69.5%，為授粉霧滴的最佳沉積狀態(tài)，花粉液利用率最高。

圖12 氣壓與花蕊區(qū)覆蓋率及覆蓋面積關系Fig.12 Relationship between air pressure and droplets coverage on stam en area

綜合上述試驗，確定雙流式噴霧授粉作業(yè)參數(shù)為：最佳氣壓為0.20 MPa，最佳液流量為0.125 L/min，最佳噴霧距離為35 cm，噴霧脈沖時長0.1 s。因此，采用本研究所用的雙流體噴嘴，在最佳噴霧參數(shù)條件下，進行獼猴桃授粉試驗，用以驗證最佳參數(shù)對獼猴桃授粉的改善效果。

3 最佳噴霧參數(shù)授粉效果試驗

3.1 試驗地點和材料

試驗于2018年5月12日在西北農(nóng)林科技大學眉縣獼猴桃試驗站進行，以8株樹齡為8 a、樹體長勢一致的棚架式海沃德獼猴桃為試驗對象，獼猴桃樹的行距400 cm，株距300 cm，花朵高度在160～190 cm之間。作業(yè)時氣候條件：氣溫20℃、西風風速2.1 m/s、濕度43%。

試驗用花粉為寶雞福羅瑞斯園藝有限公司的lovepande牌花粉(10 g裝，花粉活性70%)，冷藏保存溫度-18℃?；ǚ垡号渲疲合葘?50 g蔗糖、0.5 g硼酸加入量筒中，加純凈水，定容至500 mL后，放入微波爐加熱3 min，待蔗糖融化后，加入9 500 mL純凈水稀釋，攪拌均勻配制成10 L懸浮液，冷卻至常溫后待用。使用前10 min，加入10 g純花粉，攪拌至花粉全部溶于懸浮液，配制成質(zhì)量分數(shù)為0.1%的花粉液。

3.2 授粉試驗方法

3.2.1授粉作業(yè)方法

設置手工點授、電動噴霧器授粉、手動噴霧器授粉和雙流式授粉共4種授粉方式，每種授粉方式取2棵樹為授粉樣本，用秒表分別記錄4種授粉方法的授粉時長，試驗現(xiàn)場如圖13所示。

圖13 獼猴桃園授粉試驗Fig.13 Kiwifruit orchard pollination experiment

雙流體噴嘴授粉，花粉液流量0.125 L/min、氣壓0.20 MPa、噴霧距離35 cm、噴霧脈沖時長0.1 s。

3WBD-16L型電動噴霧器授粉，液流量為1.5 L/min、噴霧壓強0.30 MPa，人工背負電動噴霧器對獼猴桃花朵授粉，噴頭與花的距離為35 cm。

手動噴霧器授粉，采用deepbang-5L型手壓式噴霧器授粉，噴霧前手工打氣15次，噴射壓力為0.30 MPa，花粉液流量0.8 L/min，調(diào)節(jié)噴嘴霧化帽至花粉液霧化效果最佳的狀態(tài)，噴霧器距離花朵35 cm。壓力低于0.20 MPa，重新打氣15次。

3.2.2坐果率、果實質(zhì)量和畸形率統(tǒng)計

授粉作業(yè)前，每棵樹選取30個直徑為20 cm的標記區(qū)，每個標記區(qū)內(nèi)用標簽紙標記1朵花，取樣標記方法如下：如圖14a所示，在縱向平面內(nèi)，花朵高度在160～190 cm之間，采樣區(qū)沿垂直于地面的方向分為3個10 cm高的采樣層，每個采樣層分布10個采樣點。

圖14 授粉試驗采樣點布置Fig.14 Scheme of sample point distribution

如圖14b所示，在水平平面內(nèi)，以樹干構成的直線為分界線，在左、右兩側(cè)70 cm處，每隔50 cm設一個采樣點。每種授粉方式以2棵樹為一個處理，每個處理設置3個重復。數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法采用文獻[26]所述方法計算。

授粉作業(yè)20 d后，按取樣標記分別統(tǒng)計4種授粉方式的坐果數(shù)，坐果率f為坐果數(shù)與標記數(shù)之比。在果實成熟期，每個采樣層各摘5個標記果，用電子天平稱量單果質(zhì)量mg，按授粉方式取單果質(zhì)量平均值；然后用游標卡尺分別測量果縱徑、橫徑和側(cè)徑，每個尺寸重復測量3次，并取平均值，按文獻[26]所述方法計算獼猴桃果實的畸形率r。

3.3 授粉試驗結(jié)果分析

將4種授粉方法的作業(yè)數(shù)據(jù)和試驗統(tǒng)計結(jié)果進行統(tǒng)計，如表5所示，噴霧授粉消耗的花粉量由噴霧消耗的花粉液體積和花粉質(zhì)量分數(shù)計算出，手工點授消耗的花粉量由消耗的花粉混合物和配制比例計算出。雙流式噴嘴的坐果率分別比手動噴霧器和電動噴霧器高6.7個百分點和13.4個百分點；單果質(zhì)量上，雙流式授粉比手式噴霧器和電動噴霧器高12.6 g和8.0 g。手工點授的坐果率比雙流式授粉高5.0個百分點，平均單果質(zhì)量高11.1 g。

表5 田間授粉效果對比試驗結(jié)果Tab.5 Comparison of pollination experiment result in kiwifruit orchard

授粉試驗數(shù)據(jù)表明，雙流式噴霧授粉的坐果率、果實畸形率和單果質(zhì)量均優(yōu)于電動噴霧和手動噴霧器作業(yè)，在氣壓0.20 MPa、流量0.125 L/min和對靶噴授的工況下，由雙流體噴嘴噴出的霧滴主要沉積于花蕊區(qū)，提高了柱頭上的花粉液附著量，同時因雙流式霧化霧滴粒徑小，花蕊區(qū)單位空間內(nèi)的霧滴密度大，霧滴在空中懸浮的時間較長，提高了花粉在多個柱頭上粘附的概率，從而獲得了更好的授粉效果。

相比手工點授，雙流式噴霧的授粉效果較差，但其花粉利用率最高。因噴霧授粉花粉浸泡在水中，導致部分花粉吸水膨脹破裂，花粉活性下降，而手工點授時花粉濃度高，單花授粉量大，易充分授粉，但消耗的花粉也稍高[34]。

作業(yè)效率和成本方面，雙流式噴霧對于60朵花授粉所需時間比手工點授少3 min，作業(yè)效率提高了60%，同時雙流式噴霧授粉花粉消耗量減少了25%。雙流式噴霧授粉60朵花的花粉消耗量比電動噴霧器少0.45 g，節(jié)約60%的花粉，但電動噴霧器和手動噴霧器的噴霧流量大、噴射范圍廣，其工作效率均高于雙流式對靶授粉，綜合考慮花粉消耗量和人力成本，雙流式授粉的成本比電動噴霧器低約14%。

綜上所述，手動噴霧器和電動噴霧器授粉方法霧化質(zhì)量差、受控性差，花粉液在花蕊區(qū)沉積少，花粉消耗最高，花粉利用率低。雙流式對靶授粉技術，在授粉質(zhì)量、花粉消耗和作業(yè)速度等方面具有綜合優(yōu)勢。

4 結(jié)論

(1)在盛花期，采用質(zhì)量分數(shù)為0.1%的花粉液，雌花柱頭區(qū)至少需要42.9 mg花粉液沉積，才能保證獼猴桃充分授粉。

(2)揭示了獼猴桃花朵采用雙流式靶向噴射時，花蕊區(qū)授粉沉積量的徑向分布特征，試驗選定的雙流式噴嘴采用0.20 MPa氣壓時，獼猴桃花蕊區(qū)霧滴覆蓋率最大，為69.5%。

(3)確定了雙流體噴嘴對獼猴桃授粉的作業(yè)控制參數(shù)為：氣壓0.20 MPa、噴霧脈沖時長0.1 s、花粉液流量0.125 L/min、噴霧距離35 cm，此時花蕊區(qū)的靶向沉積量能滿足充分授粉的最低要求。

(4)采用以上控制參數(shù)進行田間授粉，雙流式授粉的坐果率為86.7%，比手動噴霧器授粉提高6.7個百分點，比電動噴霧器提高13.4個百分點，比手工點授低5.0個百分點；雙流式授粉的平均單果質(zhì)量為91.5 g，比手動噴霧器授粉提高12.6 g，比電動噴霧器提高8.0 g，比手工點授小11.1 g。