農(nóng)藥助劑對(duì)空中和地面防控林業(yè)有害生物的霧滴粒徑影響*

張慧春 周宏平 鄭加強(qiáng) 廖 娟 Andrew J. Hewitt

(1. 南京林業(yè)大學(xué)機(jī)械電子工程學(xué)院 南京 210037； 2. 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院 廣東省農(nóng)業(yè)航空應(yīng)用工程技術(shù)研究中心 廣州 510642； 3. 澳大利亞昆士蘭大學(xué)理學(xué)院 布里斯班 4343)

林業(yè)有害生物防治是國(guó)家減災(zāi)工程的重要組成部分，對(duì)保護(hù)森林資源、改善生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。近年來(lái)，隨著我國(guó)造林綠化步伐加快，人工林面積增加近50%，但與此同時(shí)，林業(yè)有害生物的發(fā)生面積也增加近40%，二者基本呈同步增長(zhǎng)趨勢(shì)。據(jù)報(bào)道，我國(guó)林業(yè)有害生物發(fā)生面積每年超過(guò)1 200萬(wàn)hm2，年均死樹(shù)4 000多萬(wàn)株，年均經(jīng)濟(jì)損失和生態(tài)服務(wù)價(jià)值損失超過(guò)1 100億元(中國(guó)日?qǐng)?bào)網(wǎng)， 2017)，嚴(yán)重制約了林業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境建設(shè)，防治形勢(shì)十分嚴(yán)峻。

在林業(yè)有害生物防治上，我國(guó)一直采用空中和地面立體交叉的噴藥方式以確保防治效果，對(duì)大面積發(fā)病林分使用飛機(jī)噴藥進(jìn)行防治，對(duì)小范圍零星感病樹(shù)木進(jìn)行地面防治(胡猛等， 2015)。噴施化學(xué)藥物殺蟲(chóng)容易操作，且能迅速對(duì)猖獗的害蟲(chóng)種群有效加以控制，被譽(yù)為對(duì)付林業(yè)有害生物最有力、最可靠的武器； 但常規(guī)的施藥方法大部分農(nóng)藥未能發(fā)揮效用，流失非常嚴(yán)重，噴灑出去的農(nóng)藥只有極少部分能達(dá)到要防治的靶標(biāo)上，不僅造成了巨大的農(nóng)藥浪費(fèi)，而且還帶來(lái)了農(nóng)藥安全、環(huán)境污染等諸多問(wèn)題(曾楚楚等， 2018； 張慧春等， 2018)。助劑是在農(nóng)藥劑型加工和施用中添加的除農(nóng)藥有效成分以外各種輔助物料的總稱(卜元卿等， 2014)，主要有配方助劑和噴霧助劑2類(王艷平， 2011)。配方助劑指制劑加工過(guò)程中除原藥有效成分以外的其他輔助物，包括乳化劑、穩(wěn)定劑、控制釋放劑、增效劑、分散劑和消泡劑等，其主要目的是保證原藥有效成分穩(wěn)定存在于制劑體系中，有助于發(fā)揮藥效或延長(zhǎng)藥效(劉占山等， 2009)； 噴霧助劑指噴霧前添加到混藥裝置或噴霧器中可改善農(nóng)藥在靶標(biāo)上的潤(rùn)濕、附著、展布和滲透等界面特性的輔助物，包括濕潤(rùn)劑、滲透劑、黏著劑、防飄移劑和表面活性劑等，其主要目的是提高農(nóng)藥在植物葉片上的沉積量，有助于靶標(biāo)對(duì)象接觸或吸收農(nóng)藥有效成分(石伶俐， 2006)。因此，為了提升林業(yè)有害生物防治能力，應(yīng)考慮地面和空中施藥時(shí)添加助劑，以改善農(nóng)藥的物理或化學(xué)性能，最大限度發(fā)揮藥效，實(shí)現(xiàn)低量高效施藥，而研究助劑添加后噴頭霧化性能與農(nóng)藥防治效果的相關(guān)關(guān)系十分必要(黃樹(shù)華等， 2010)。

無(wú)論是地面施藥還是空中施藥，都會(huì)受到氣象環(huán)境條件如風(fēng)速的影響。野外實(shí)地試驗(yàn)難以控制風(fēng)速，可重復(fù)性差，成本高昂；相較于野外實(shí)地試驗(yàn)，風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)軌蚰M真實(shí)風(fēng)速、風(fēng)向等氣象環(huán)境，準(zhǔn)確控制相關(guān)參數(shù)，試驗(yàn)重復(fù)性好、可靠性高，在霧滴粒徑相關(guān)的基礎(chǔ)理論研究中備受青睞。長(zhǎng)期以來(lái)，受限于缺乏統(tǒng)一規(guī)范的技術(shù)手冊(cè)，地面和空中施藥時(shí)并沒(méi)有相應(yīng)得到噴頭在何種風(fēng)速、何種壓力、何種噴霧介質(zhì)下的霧滴粒徑分布情況，森防部門(mén)在選用噴頭時(shí)僅僅依靠經(jīng)驗(yàn)盲目選擇，無(wú)法根據(jù)防治靶標(biāo)精確選擇產(chǎn)生不同霧滴粒徑的噴頭。國(guó)內(nèi)噴頭生產(chǎn)廠家沒(méi)有出具噴頭在不同壓力和不同農(nóng)藥助劑下的具體霧滴粒徑范圍，霧化性能參數(shù)不明確。我國(guó)引進(jìn)的林業(yè)有害生物防治作業(yè)飛機(jī)配備美國(guó)CP系列航空用扇形噴頭，學(xué)者們對(duì)飛行速度與噴霧質(zhì)量、沉積分布和施藥效果的關(guān)系進(jìn)行了大量研究(文晟等， 2016； 李宗飛等， 2018)，但目前尚未見(jiàn)報(bào)道對(duì)CP系列噴頭如何設(shè)置導(dǎo)流板噴霧偏轉(zhuǎn)角度進(jìn)行探索，在使用過(guò)程中忽視了導(dǎo)流板偏轉(zhuǎn)角度對(duì)氣流的影響。施藥過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)防治目標(biāo)和農(nóng)藥助劑類型確定對(duì)應(yīng)的霧滴粒度和噴灑技術(shù)，達(dá)到大幅度減少農(nóng)藥用量的效果(Sugiuraetal.， 2011)。

常規(guī)液力噴頭可產(chǎn)生粒徑10～3 000 μm的霧滴，圖1所示為霧滴粒徑分布示意。從農(nóng)藥使用技術(shù)角度出發(fā)，粒徑100～300 μm的霧滴對(duì)于林業(yè)有害生物防治和環(huán)境綜合控制而言是最有用的，其可有效沉積在樹(shù)木葉片上，而非散失到空氣或土壤等非靶標(biāo)中(Craigetal.， 2014)。在農(nóng)藥使用過(guò)程中，粒徑小于100 μm的霧滴從噴頭釋放后沉降速度較低(僅為0.27 m·s-1)，運(yùn)動(dòng)軌跡較短，被稱為細(xì)霧滴，其可有效防治害蟲(chóng)，但也容易造成飄移、蒸發(fā)和在大氣中的損失(Gricharetal.， 2015)。氣吸型噴頭可產(chǎn)生粒徑大于300 μm的霧滴，霧滴沉降速度較高(達(dá)3 m·s-1)，運(yùn)動(dòng)軌跡呈一條陡峭曲線，但由于粒徑較大，不太可能撞擊到目標(biāo)害蟲(chóng)或有效覆蓋在樹(shù)木葉片上； 即使在冠層密集的樹(shù)木上，粗霧滴也可能從葉片或其他部分上反彈，導(dǎo)致藥液流失到土壤或地下水里，造成環(huán)境污染(Robinson， 2015)。

圖1 大部分液力霧化噴頭產(chǎn)生的霧滴粒徑分布

農(nóng)藥助劑可保證農(nóng)藥在充分發(fā)揮活性和效果的前提下從高用量向低用量轉(zhuǎn)變，具有降低農(nóng)藥投入成本、提高經(jīng)濟(jì)效益并減少破環(huán)生態(tài)環(huán)境的作用，添加低成本農(nóng)藥助劑可使農(nóng)藥使用劑量下降20%～50%(張靖， 2015)。王瀟楠等(2015)采用風(fēng)速、溫度、濕度可調(diào)的風(fēng)洞和熒光分析儀比較了不同濃度抗蒸發(fā)助劑、防飄移助劑對(duì)離心噴頭、平面扇形霧噴頭和空心圓錐霧噴頭飄移潛在指數(shù)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)添加助劑濃度不同，霧滴體積中徑不同，霧滴粒徑越大，噴頭霧滴飄移潛在指數(shù)越小，防飄效果越好。Beck等(2013)分析了助劑和噴頭孔徑對(duì)葉面蟲(chóng)害防治效果的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)助劑可以增加農(nóng)藥在葉面害蟲(chóng)上的懸浮性能，提高殺蟲(chóng)效果。Henry等(2015)研究得出，對(duì)于粒徑尺寸小于100 μm的霧滴占全部霧粒體積的百分比(粒徑小于100 μm的霧滴相對(duì)表面積較小，易揮發(fā)飄移)而言，風(fēng)速、噴頭類型和助劑均會(huì)對(duì)其產(chǎn)生顯著影響。

林業(yè)有害生物防治效果取決于噴頭選型、噴霧介質(zhì)和施藥技術(shù)三者的合理配置，霧滴粒徑分布是衡量三者組合效果極其重要的參數(shù)，也是量化藥液霧化程度和比較各類噴頭霧化質(zhì)量的主要指標(biāo)。本研究利用開(kāi)路式風(fēng)洞和激光粒度儀對(duì)農(nóng)藥助劑在空中和地面防治時(shí)不同風(fēng)速、噴頭類型、噴頭孔徑、噴施壓力、噴霧介質(zhì)等情況下的霧滴粒徑、分布跨度進(jìn)行研究，并根據(jù)美國(guó)S572.1標(biāo)準(zhǔn)判斷噴頭霧譜等級(jí)，分析農(nóng)藥助劑配比、噴頭結(jié)構(gòu)參數(shù)、施藥技術(shù)因素對(duì)霧滴粒徑分布的影響，以期為農(nóng)藥助劑的生產(chǎn)應(yīng)用、噴頭的操作使用提供技術(shù)依據(jù)，為進(jìn)一步研究新型農(nóng)藥助劑、設(shè)計(jì)新型噴頭和噴霧設(shè)備提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 供試噴頭、農(nóng)藥助劑、壓力和風(fēng)速設(shè)置

扇形噴頭因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、霧滴產(chǎn)生方式較為經(jīng)典等優(yōu)勢(shì)，在地面施藥作業(yè)中廣泛使用，同時(shí)其也被作為航空參考噴頭用于風(fēng)洞試驗(yàn)(唐青等， 2016)。進(jìn)行噴頭霧滴粒徑對(duì)比試驗(yàn)時(shí)，本研究采用的進(jìn)口供試噴頭為美國(guó)伊利諾伊州TeeJet公司的氣吸扇形噴頭AIXR11004和延長(zhǎng)范圍扇形噴頭XR11004、XR80015等，國(guó)產(chǎn)供試噴頭采用蘇州藍(lán)翱精密塑膠有限公司的扇形噴頭N-Lanao F11002、N-Lanao F11003、N-Lanao F11004、N-Lanao F11005、N-Lanao F11001.5、N-Lanao YZK8004和廣州捷奧工業(yè)噴霧噴嘴設(shè)備有限公司的扇形噴頭TEEJJET 11003VP、TEEJJET 11004VP、TEEJJET 11005VP、TEEJJET 8002VP、TEEJJET AITTJ6011004等。根據(jù)國(guó)外噴頭使用手冊(cè)，扇形噴頭使用時(shí)的壓力范圍為200～400 kPa，不同壓力下噴霧效果不同。目前，尚無(wú)國(guó)產(chǎn)噴頭在不同壓力下的霧滴粒徑變化報(bào)道，本研究在壓力200、300和400 kPa，風(fēng)速2 m·s-1(袁會(huì)珠， 2011)條件下選用水作為噴霧介質(zhì)進(jìn)行測(cè)試。

進(jìn)行農(nóng)藥助劑對(duì)地面噴施噴頭霧滴粒徑的影響試驗(yàn)時(shí)，采用TeeJet公司的延長(zhǎng)范圍扇形噴頭XR80015、防飄移扇形噴頭DG110015、廣角扇形噴頭TT110015等進(jìn)口噴頭和蘇州藍(lán)翱精密塑膠有限公司的扇形噴頭N-Lanao F11004、浙江余姚市力成磨具廠的扇形噴頭LICHENG110015VP、廣州捷奧工業(yè)噴霧噴嘴設(shè)備有限公司的扇形噴頭TEEJJET 11004VP等國(guó)產(chǎn)噴頭作為供試噴頭，在壓力300 kPa、風(fēng)速2 m·s-1條件下進(jìn)行測(cè)試，選用水、SANAG公司的飄移抑制劑41A Liquid、Nufarm公司的表面活性劑LI700和濕潤(rùn)劑CHEMWET100作為不同噴霧介質(zhì)，助劑類型、助劑成分和活性含量等信息見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)中農(nóng)藥助劑的技術(shù)信息和活性含量

進(jìn)行農(nóng)藥助劑對(duì)空中噴施噴頭霧滴粒徑的影響試驗(yàn)時(shí)，采用美國(guó)亞利桑那州Tempe公司的CP-07、CP-03航空用扇形噴頭(Thomson， 2014)、美國(guó)伊利諾伊州TeeJet公司的TP6515航空用扇形噴頭等進(jìn)口噴頭作為供試噴頭，在壓力200 kPa、風(fēng)速67 m·s-1條件下進(jìn)行測(cè)試。調(diào)整CP-07航空用扇形噴頭導(dǎo)流板，設(shè)置噴霧偏轉(zhuǎn)角度為0°和30°，選用水、SANAG公司的飄移抑制劑41A Liquid、Nufarm公司的表面活性劑LI700和濕潤(rùn)劑CHEMWET100作為不同噴霧介質(zhì)。

1.2 試驗(yàn)風(fēng)洞

試驗(yàn)在澳大利亞昆士蘭大學(xué)農(nóng)藥應(yīng)用與安全研究中心(The Center for Pesticide Application and Safety，簡(jiǎn)稱CPAS)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室(圖2)進(jìn)行。風(fēng)洞由75 kW 變速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的離心風(fēng)機(jī)、流量校正部分、開(kāi)路式風(fēng)洞、工作區(qū)和排氣濾凈系統(tǒng)組成(張慧春等， 2015)，洞內(nèi)風(fēng)速最高可調(diào)節(jié)到300 km·h-1(83 m·s-1)，可模擬從地面噴施的低速到空中噴施的高速。激光粒度儀安裝在風(fēng)洞透明工作區(qū)，以方便監(jiān)督觀察噴霧情況，2個(gè)起重機(jī)架被用于相對(duì)獨(dú)立地放置激光粒度儀和噴霧系統(tǒng)。在測(cè)試過(guò)程中，噴頭安裝在可三維空間移動(dòng)的坐標(biāo)架上，坐標(biāo)架位于風(fēng)洞中軸線處，噴頭距離地面0.6 m，水平向右噴霧，調(diào)節(jié)固定激光粒度儀到噴頭中軸線的距離，通過(guò)計(jì)算機(jī)輸入指令實(shí)現(xiàn)三維坐標(biāo)架縱向移動(dòng)，從而使激光粒度儀能測(cè)量噴頭噴施霧滴的動(dòng)態(tài)霧化過(guò)程，射出的噴霧扇面被激光光波掃描，能夠確保完整地測(cè)量整個(gè)噴霧羽流。

在不同噴頭類型、噴霧壓力、噴霧介質(zhì)、風(fēng)速等參數(shù)下，測(cè)試噴霧霧化后的霧滴粒徑。測(cè)試過(guò)程中室溫恒定，每組試驗(yàn)重復(fù)3次，取平均值作為最終數(shù)據(jù)，3次測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)差小于5%。

圖2 風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)

1.3 測(cè)試系統(tǒng)及技術(shù)

噴頭霧化產(chǎn)生的噴霧扇面空間中各點(diǎn)霧滴粒徑分布由安裝R7鏡頭(0.5～3 500 μm的動(dòng)態(tài)尺寸范圍)的Sympatec HELOS VARIO Helios激光粒度儀(德國(guó)Sympatec GmbH)采集，每次采集時(shí)間為10 s，噴霧過(guò)程中，HELOS軟件記錄并顯示霧滴測(cè)試數(shù)據(jù)和分布曲線(Dorretal.， 2013； Wangetal.， 2016)。霧滴粒徑和霧譜等級(jí)采用美國(guó)制定的ASABE S572.1標(biāo)準(zhǔn)(Czaczyk, 2014)，如表2所示。

表2 霧滴粒徑分布分類(美國(guó)ASABE標(biāo)準(zhǔn)S572.1)

本研究選取以下特征參數(shù)分析評(píng)價(jià)噴頭霧化性能(張慧春等， 2012)：Dv10——霧滴累計(jì)分布為10%的霧滴直徑，即小于此霧滴直徑的霧粒體積占全部霧粒體積的10%；Dv50——霧滴累計(jì)分布為50%的霧滴直徑，即小于此霧滴直徑的霧粒體積占全部霧粒體積的50%，稱為體積中徑(volume median diameter，VMD)；Dv90——霧滴累計(jì)分布為90%的霧滴直徑； RS(relative span)——分布跨度，RS=(Dv90-Dv10) /Dv50，為描述霧滴粒徑分布對(duì)稱性的參數(shù)，RS=1，霧滴粒徑呈對(duì)稱分布，RS越小，霧滴粒徑分布越窄，一致性越小，霧滴均勻性越好。

2 結(jié)果與分析

2.1 國(guó)產(chǎn)噴頭與進(jìn)口噴頭的霧滴粒徑分布對(duì)比

在壓力200、300和400 kPa，風(fēng)速2 m·s-1條件下，選用水作為噴霧介質(zhì)，不同噴頭的霧滴粒徑測(cè)試結(jié)果和等級(jí)如表3所示。

由表3可見(jiàn)，同一型號(hào)噴頭，壓力越大，霧滴粒徑越小。N-Lanao F11003和N-Lanao F11004噴頭的壓力變化甚至導(dǎo)致霧譜等級(jí)改變，N-Lanao F11003噴頭當(dāng)壓力為200 kPa時(shí)，霧譜等級(jí)為中等，當(dāng)壓力為300和400 kPa時(shí)，霧譜等級(jí)為細(xì)； N-Lanao F11004噴頭當(dāng)壓力為200和300 kPa時(shí)，霧譜等級(jí)為中等，當(dāng)壓力為400 kPa時(shí)，霧譜等級(jí)為細(xì)。對(duì)于同一型號(hào)噴頭，當(dāng)壓力相同時(shí)，孔徑越大，單位時(shí)間的流量越大，霧滴粒徑越大。

對(duì)進(jìn)口噴頭而言，AIXR11004噴頭的噴孔材料為聚合物，XR11004、XR80015噴頭的噴孔材料為不銹鋼。AIXR11004和XR11004同為噴霧角110°的扇形噴頭，AIXR11004噴頭采用文氏吸氣結(jié)構(gòu)，依靠文丘里法則操作，在前置噴孔產(chǎn)生一個(gè)高速液流的地方，通過(guò)邊孔吸氣，這種特殊的空氣、液體混合形成充氣的大霧滴，因此其產(chǎn)生的霧滴粒徑要比同樣孔徑的XR11004噴頭大，AIXR11004噴頭的霧滴體積中徑為433 μm，霧譜等級(jí)為非常粗，而XR11004噴頭的霧滴體積中徑為225 μm，霧譜等級(jí)為細(xì)。

對(duì)國(guó)產(chǎn)噴頭而言，噴孔材料全部為聚合物。N-Lanao F11002噴頭的噴霧角為110°，型號(hào)為02。隨著型號(hào)增大，孔徑增大，當(dāng)噴頭型號(hào)由N-Lanao F11002變?yōu)镹-Lanao F11003、N-Lanao F11004和N-Lanao F11005，即噴頭型號(hào)由02增大到05時(shí)，霧滴粒徑也逐漸增大，單位時(shí)間的流量分別為0.8、1.2、1.6、2.0 L·min-1，霧譜等級(jí)由細(xì)變?yōu)橹小-Lanao F11004和N-Lanao YZK8004VP噴頭的型號(hào)均為04，即單位時(shí)間的流量均為1.6 L·min-1，噴霧角分別為110°和80°，在壓力均為400 kPa時(shí)，霧滴體積中徑分別為226 和245 μm，霧譜等級(jí)分別為細(xì)和中等。對(duì)于TEEJJET扇形噴頭，當(dāng)噴頭型號(hào)由03增大到05時(shí)，霧滴粒徑逐漸增大，霧譜等級(jí)由細(xì)變?yōu)橹械?。根?jù)表3，從霧滴體積中徑和分布跨度角度考慮，采用國(guó)產(chǎn)噴頭施藥時(shí)的最佳噴霧壓力為200 kPa，該噴霧壓力下能夠保證霧滴體積中徑最大，分布跨度最小，從而最大程度減少霧滴飄移損失，在滿足流量需求的情況下，較小的噴霧壓力有利于降低霧滴飄移損失。圖3所示為N-Lanao F11002噴頭的霧滴粒徑分布。

表3 風(fēng)洞試驗(yàn)中供試噴頭在不同壓力下的霧滴粒徑和等級(jí)

圖4所示為進(jìn)口噴頭和國(guó)產(chǎn)噴頭不同型號(hào)的結(jié)構(gòu)。不同于進(jìn)口噴頭的嵌鑲式結(jié)構(gòu)，國(guó)產(chǎn)噴頭采用整體式設(shè)計(jì)，且球頭的形狀、切深、切角存在差異。另外，進(jìn)口噴頭采用圓形噴孔，當(dāng)壓力液流進(jìn)入噴頭后，受到切槽楔面擠壓延展成平面液膜，在噴頭內(nèi)外壓力差作用下，液膜撕裂成細(xì)絲狀、破裂成霧滴的同時(shí)，扇形霧流與相對(duì)靜止的空氣撞擊，進(jìn)一步細(xì)碎為微細(xì)霧滴； 而國(guó)產(chǎn)噴頭采用圓錐噴孔，當(dāng)藥液受壓力作用后沿著與噴孔中心近于垂直的平面延展時(shí)，形成扇形液面。因此，同型號(hào)下國(guó)產(chǎn)噴頭產(chǎn)生的霧滴粒徑大于進(jìn)口噴頭，如國(guó)產(chǎn)N-Lanao F11004和TEEJJET 11004VP噴頭在壓力為300 kPa時(shí)的霧滴體積中徑分別為246和260 μm，霧譜等級(jí)均為中等； 而進(jìn)口XR11004噴頭在壓力為300 kPa時(shí)的霧滴體積中徑為225 μm，霧譜等級(jí)為細(xì)。

圖3 N-Lanao F11002噴頭3次測(cè)試的霧滴粒徑分布

圖4 進(jìn)口噴頭和國(guó)產(chǎn)噴頭不同型號(hào)的結(jié)構(gòu)

2.2 農(nóng)藥助劑對(duì)地面施藥噴頭霧滴粒徑分布的影響

在壓力300 kPa、風(fēng)速2 m·s-1條件下，選用水和飄移抑制劑、表面活性劑、濕潤(rùn)劑等助劑作為噴霧介質(zhì)，對(duì)地面噴頭進(jìn)行測(cè)試得到的霧滴粒徑和等級(jí)如表4所示。

由表4可見(jiàn)，相較于水作為噴霧介質(zhì)，當(dāng)以飄移抑制劑41A作為噴霧介質(zhì)時(shí)，霧滴粒徑明顯增大。進(jìn)口噴頭TeeJet XR80015的霧滴體積中徑由187變?yōu)?41 μm，增大82%，分布跨度未發(fā)生變化，霧譜等級(jí)由細(xì)變?yōu)榇郑?TeeJet DG110015噴頭的霧滴體積中徑由275變?yōu)?82 μm，增大42%，分布跨度由1.2增大為1.5，霧譜等級(jí)由中等變?yōu)闃O粗； TeeJet TT110015噴頭的霧滴體積中徑由290變?yōu)?40 μm，增大190%，分布跨度由1.2增大為1.6，霧譜等級(jí)由中等變?yōu)槌郑?國(guó)產(chǎn)噴頭N-Lanao F11004的霧滴體積中徑由246變?yōu)?79 μm，增大257%，分布跨度由1.3增大為1.5，霧譜等級(jí)由中等變?yōu)槌郑?LICHENG 110015VP噴頭的霧滴體積中徑由166變?yōu)?20 μm，增大213%，分布跨度由1.2增大為1.3，霧譜等級(jí)由細(xì)變?yōu)榉浅４郑?TEEJJET 11004VP噴頭的霧滴體積中徑由260變?yōu)?18 μm，增大99%，分布跨度由1.2增大為1.4，霧譜等級(jí)由中等變?yōu)榉浅４?。霧滴在運(yùn)行傳遞過(guò)程中，水分和可揮發(fā)組分蒸發(fā)是產(chǎn)生大量細(xì)霧滴的重要原因，顯然，飄移抑制劑41A的主要作用是減緩汽化，可抑制蒸發(fā)，防止霧滴迅速變細(xì)而產(chǎn)生飄移。

表4 風(fēng)洞試驗(yàn)中不同農(nóng)藥助劑時(shí)低風(fēng)速地面噴頭的霧滴粒徑和等級(jí)

相較于水作為噴霧介質(zhì)，當(dāng)以潤(rùn)濕劑CHEMWET作為噴霧介質(zhì)時(shí)，霧滴粒徑未發(fā)生顯著變化，霧譜等級(jí)也維持不變，僅進(jìn)口噴頭TeeJet TT110015的霧滴體積中徑由290變?yōu)?05 μm，霧譜等級(jí)由中等變?yōu)榧?xì)。潤(rùn)濕劑CHEMWET可使不溶于水或不為水濕潤(rùn)的固體農(nóng)藥表面被水潤(rùn)濕，兌水后配成懸浮液使用，能使藥液在樹(shù)木葉片、蟲(chóng)體和病菌體表上濕潤(rùn)展開(kāi)，從而提高防治效果，減少藥害發(fā)生，但并未明顯改變霧滴粒徑。如介殼蟲(chóng)體表以及大葉女貞(Ligustrumcompactum)、黃楊(Buxussinica)、香樟(Cinnamomumcamphora)等樹(shù)木葉片，由于存在較厚蠟質(zhì)層，較難被藥液潤(rùn)濕，而多數(shù)殺蟲(chóng)劑的水溶性很低【溴氰菊酯(Deltamethrin)在水中的溶解度小于0.002 g·L-1】，因此，對(duì)于此類靶標(biāo)噴施農(nóng)藥時(shí)，應(yīng)使用潤(rùn)濕劑，以增加藥液在靶體表面的潤(rùn)濕性能和黏附性能。

相較于水作為噴霧介質(zhì)，當(dāng)以表面活性劑LI700作為噴霧介質(zhì)時(shí)，霧滴粒徑稍變小，霧譜等級(jí)維持不變，同樣也僅進(jìn)口噴頭TeeJet TT110015的霧滴體積中徑由290變?yōu)?04 μm，霧譜等級(jí)由中等變?yōu)榧?xì)。TeeJet TT11001噴頭添加抗飄移助劑后的霧滴粒徑變化與其他噴頭有顯著區(qū)別，是因?yàn)槠涮厥獾膰婎^結(jié)構(gòu)。延長(zhǎng)范圍扇形噴頭XR80015和防飄移扇形噴頭DG110015均為前置圓孔噴頭，藥液在壓力作用下破碎成細(xì)小液滴，TT110015為廣角扇形噴頭，噴頭的前置噴孔限制進(jìn)入噴頭的液量，并在噴頭上形成壓降，當(dāng)藥液經(jīng)過(guò)前置噴孔后，改變藥液方向，強(qiáng)制進(jìn)入一個(gè)水平室，然后再次改變其方向?yàn)閹缀醮怪钡膰娍變?nèi)部通道，這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使得添加農(nóng)藥助劑后霧滴粒徑發(fā)生明顯變化。對(duì)大部分噴頭而言，表面活性劑LI700對(duì)于農(nóng)藥增效性的表現(xiàn)在霧滴粒徑改變上并不明顯，而是作用于靶標(biāo)生物產(chǎn)生有效影響，會(huì)改善農(nóng)藥在防治靶標(biāo)表面(樹(shù)木葉面和蟲(chóng)體表面)的分布和附著，增加防治靶標(biāo)對(duì)藥劑的吸收和輸導(dǎo)。

基于上述樣本測(cè)試集，采用SPSS16.0軟件分析噴頭(噴頭品牌、孔徑)、壓力、噴霧介質(zhì)等因子與霧滴體積中徑和分布跨度的相關(guān)性，進(jìn)而驗(yàn)證主要影響因素，結(jié)果如表5所示。

由表5可見(jiàn)，孔徑和壓力與VMD之間的相關(guān)關(guān)系非常顯著(P<0.01)，噴霧介質(zhì)與VMD之間的相關(guān)關(guān)系顯著(P<0.05)，噴頭品牌、壓力和噴霧介質(zhì)與RS之間的相關(guān)關(guān)系非常顯著(P<0.01)，噴霧介質(zhì)對(duì)VMD和RS均有顯著影響，添加農(nóng)藥助劑后，霧滴體積中徑和分布跨度明顯發(fā)生變化。

表5 霧滴體積中徑和分布跨度與各因子之間的相關(guān)性①

①*：P<0.05；**：P<0.01.

2.3 農(nóng)藥助劑對(duì)空中施藥噴頭霧滴粒徑分布的影響

在壓力200 kPa、風(fēng)速67 m·s條件下，選用水和飄移抑制劑、表面活性劑、濕潤(rùn)劑等助劑作為噴霧介質(zhì)，對(duì)空中噴頭進(jìn)行測(cè)試得到的霧滴粒徑和等級(jí)如表6所示。

表6 風(fēng)洞試驗(yàn)中不同農(nóng)藥助劑時(shí)高風(fēng)速航空噴頭的霧滴粒徑和等級(jí)

空中施藥條件下，風(fēng)速較大，風(fēng)對(duì)霧滴產(chǎn)生的影響，即霧流中的細(xì)小霧滴被與霧滴運(yùn)動(dòng)相垂直的氣流攜帶出靶標(biāo)區(qū)后消失或再沉降的過(guò)程是影響空中施藥效果的主要因素(茹煜等， 2016)。在空中施藥過(guò)程中，粒徑較大的霧滴能夠抵抗側(cè)風(fēng)和飛機(jī)尾流導(dǎo)致的飄移。此外，霧滴粒徑變化要盡可能小，即霧滴粒徑分布跨度要窄，這樣既可降低小霧滴比例，減小飄移損失，同時(shí)也能降低大霧滴比例，提高霧滴的葉面沉積效率。由表6可見(jiàn)，TP6515扇形噴頭采用飄移抑制劑41A作為噴霧介質(zhì)時(shí)，霧滴體積中徑由334變?yōu)?22 μm，明顯增大，霧譜等級(jí)由中等變?yōu)榉浅４郑?噴施濕潤(rùn)劑CHEMWET100時(shí)，霧滴體積中徑變化不大，霧譜等級(jí)沒(méi)有改變； 噴施表面活性劑LI700時(shí)，霧滴體積中徑由334變?yōu)?11 μm，明顯變小，霧譜等級(jí)由中等變?yōu)榧?xì)。TP6515噴頭采用邊部漸縮扇形噴霧，實(shí)現(xiàn)全面覆蓋噴霧時(shí)覆蓋均勻一致，空中作業(yè)時(shí)在噴霧介質(zhì)中添加表面活性劑LI700，霧滴粒徑明顯變小。

CP-07扇形噴頭當(dāng)導(dǎo)流板設(shè)置噴霧偏轉(zhuǎn)角度為0°時(shí)(圖5)，采用飄移抑制劑41A作為噴霧介質(zhì)，霧滴體積中徑由459變?yōu)?95 μm，增大51%，霧譜等級(jí)由極粗變?yōu)槌郑?噴施濕潤(rùn)劑CHEMWET100和表面活性劑LI700時(shí)，霧滴體積中徑明顯變小，分別為305和303 μm，霧譜等級(jí)均變?yōu)橹械取?/p>

圖5 CP噴頭導(dǎo)流板偏轉(zhuǎn)噴霧偏轉(zhuǎn)角度

在地面施藥過(guò)程中，霧滴粒徑主要受噴施壓力、噴頭類型等影響(Lebeauetal.， 2011)，而在空中施藥過(guò)程中，霧滴粒徑還會(huì)受來(lái)流風(fēng)速、噴頭安裝角度等條件影響(陳盛德等， 2017； Huangetal.， 2011)。CP-07扇形噴頭當(dāng)導(dǎo)流板設(shè)置噴霧偏轉(zhuǎn)角度為30°時(shí)(圖5)，采用飄移抑制劑41A作為噴霧介質(zhì)，霧滴體積中徑由268變?yōu)?91 μm，增大83%，霧譜等級(jí)由中等變?yōu)榉浅４郑?噴施濕潤(rùn)劑CHEMWET100和表面活性劑LI700時(shí)，霧滴體積中徑明顯變小，分別為178和173 μm，霧譜等級(jí)均變?yōu)榧?xì)。

CP-07扇形噴頭為直流噴頭，側(cè)面開(kāi)有一個(gè)小孔，用以吸入空氣，當(dāng)藥液經(jīng)過(guò)壓力進(jìn)入噴頭，流經(jīng)空氣孔時(shí)會(huì)產(chǎn)生負(fù)壓，藥液會(huì)吸進(jìn)空氣并產(chǎn)生氣泡，經(jīng)噴孔后形成帶氣泡的霧滴，由于霧滴內(nèi)含有氣泡，因此粒徑增大，不易飄移。CP噴頭除了調(diào)整孔徑外，還可通過(guò)調(diào)整導(dǎo)流板角度來(lái)改變霧滴粒徑，噴頭孔徑增大，流量增大； 導(dǎo)流板角度增大，霧滴粒徑減小。由表6可知，以水作為噴霧介質(zhì)，CP-07噴頭當(dāng)導(dǎo)流板設(shè)置噴霧偏轉(zhuǎn)角度為0°時(shí)，霧滴體積中徑為459 μm，霧譜等級(jí)為非常粗，導(dǎo)流板設(shè)置噴霧偏轉(zhuǎn)角度為30°時(shí)，霧滴粒徑為268 μm，減小42%，霧譜等級(jí)為中等。另外，當(dāng)CP噴頭導(dǎo)流板角度為30°時(shí)，其分布跨度(RS)的性能要好于0°，以水作為噴霧介質(zhì)，RS分別為1.4和2.3，表明當(dāng)導(dǎo)流板設(shè)置噴霧偏轉(zhuǎn)角度為30°時(shí)霧滴譜分布跨度小，霧滴霧化均勻性好，基本呈對(duì)稱分布。

3 討論

林木植株高大，冠層濃密，生長(zhǎng)周期長(zhǎng)，針對(duì)林業(yè)有害生物防治應(yīng)選擇適宜的農(nóng)藥藥劑、配備合適的噴頭、采用正確的噴霧技術(shù)，只有達(dá)到農(nóng)藥藥劑、施藥器械和噴霧技術(shù)的優(yōu)化，才能提高施藥效率，避免農(nóng)藥浪費(fèi)和環(huán)境污染。霧滴粒徑是選擇噴頭的關(guān)鍵因素，當(dāng)防治蛀干類害蟲(chóng)時(shí)，覆蓋均勻?yàn)橹饕繕?biāo)，應(yīng)選用產(chǎn)生細(xì)霧滴的噴頭(如N-Lanao F11001.5、N-Lanao F11002、TEEJJET 8002VP、TEEJJET 11003VP)、技術(shù)(降低噴霧壓力)和農(nóng)藥助劑(如表面活性劑LI700)，細(xì)霧滴能在樹(shù)木表面形成極好覆蓋； 當(dāng)防治食葉類害蟲(chóng)和真菌時(shí)，應(yīng)選用產(chǎn)生中等霧滴的噴頭(如N-Lanao F11004、N-Lanao F11005、TEEJJET 11004VP、TEEJJET 11005VP)； 當(dāng)防治目標(biāo)位于敏感區(qū)域，如附近有果園、魚(yú)塘、水域時(shí)，或防治地下害蟲(chóng)時(shí)，要最大限度防止霧滴飄移，應(yīng)選用產(chǎn)生粗霧滴的噴頭(如TEEJJET AITTJ6011004)和農(nóng)藥助劑(如飄移抑制劑41A)。

對(duì)大面積發(fā)病林分、地形復(fù)雜林區(qū)的林業(yè)有害生物，用飛機(jī)噴藥時(shí)受風(fēng)場(chǎng)壓強(qiáng)、飛行參數(shù)等影響，極有可能使霧滴產(chǎn)生飄移，此時(shí)，需要添加合適的農(nóng)藥助劑適當(dāng)增大霧滴粒徑，提高附著性。對(duì)小范圍零星感病樹(shù)木和行道樹(shù)、綠化帶的林業(yè)有害生物，用高射程噴霧機(jī)、擔(dān)架式噴霧機(jī)、背負(fù)式噴霧機(jī)等進(jìn)行地面防治時(shí)，霧滴粒徑越小，霧滴數(shù)目越多，覆蓋面積大且比較均勻，并能滲入空隙黏附在植株上，可得到很好的沉降和覆蓋率，因此需要添加合適的農(nóng)藥助劑降低霧滴粒徑。施藥時(shí)還要考慮霧滴蒸發(fā)，如溫度過(guò)高，霧滴極易在空氣中快速蒸發(fā)，還未與葉片發(fā)生化學(xué)效用防治有害生物就散失了，因此，高溫施藥需要添加農(nóng)藥助劑適當(dāng)增大霧滴粒徑，以確保農(nóng)藥的藥效發(fā)揮。

農(nóng)藥助劑不是萬(wàn)能的，表面活性劑如LI700會(huì)使霧滴的霧化效果更好，增加霧滴在樹(shù)木冠層的穿透性，但其會(huì)延長(zhǎng)霧滴在氣流中的懸浮時(shí)間，增大霧滴的飄移距離； 飄移抑制劑41A從增加藥液黏度和抗蒸發(fā)2方面可有效控制小霧滴產(chǎn)生，起到防飄移作用，但其會(huì)使霧滴不易霧化，甚至?xí)氯麌婎^； 濕潤(rùn)劑CHEMWET100在空中施藥時(shí)可消除小霧滴迅速蒸發(fā)的現(xiàn)象，既保證藥液有效濃度的穩(wěn)定，又增加藥液與葉面的充分接觸，使藥效得以充分發(fā)揮，但是霧滴太小，易造成隨風(fēng)飄移污染環(huán)境。因此，針對(duì)不同使用場(chǎng)合，選擇適宜的農(nóng)藥助劑才能達(dá)到理想的防治效果。

施藥是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，受技術(shù)、環(huán)境、施藥器械等因素的綜合影響，且各因素之間還會(huì)有交互影響，后續(xù)將對(duì)各因素之間的互作效應(yīng)進(jìn)行方差分析，比較試驗(yàn)數(shù)據(jù)的離差平方和、均方差和顯著性等來(lái)判斷各因素互作效應(yīng)對(duì)霧滴粒徑的影響程度，以實(shí)現(xiàn)林業(yè)有害生物防治過(guò)程中的減量、控害、增效的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。

4 結(jié)論

1) 國(guó)產(chǎn)噴頭N-Lanao F11002系列，當(dāng)噴頭孔徑增大時(shí)，單位時(shí)間的流量分別為0.8、1.2、1.6和2.0 L·min-1，霧滴粒徑增大20%，霧譜等級(jí)保持不變或升高一個(gè)等級(jí)，噴施壓力由200 kPa逐步變大為300、400 kPa時(shí)，霧滴粒徑減小，霧譜等級(jí)保持不變或降低一個(gè)等級(jí)。國(guó)產(chǎn)TEEJJET 扇形噴頭，當(dāng)噴頭孔徑由03增大到05時(shí)，霧滴粒徑增大20%，霧譜等級(jí)由細(xì)變?yōu)橹械?，噴施壓力?00 kPa逐步變大為300、400 kPa時(shí)，霧滴粒徑減小，霧譜等級(jí)保持不變。CP-07扇形噴頭，當(dāng)導(dǎo)流板設(shè)置噴霧偏轉(zhuǎn)角度為0°時(shí)，相較于偏轉(zhuǎn)角度為30°，噴頭粒徑減小，其分布跨度增大，因此導(dǎo)流板設(shè)置噴霧偏轉(zhuǎn)角度為30°時(shí)霧滴霧化均勻性好，基本呈對(duì)稱分布。

2) 相較于水作為噴霧介質(zhì)，當(dāng)以飄移抑制劑41A作為噴霧介質(zhì)時(shí)，進(jìn)口噴頭TeeJet系列的霧滴粒徑增大40%～190%，國(guó)產(chǎn)噴頭N-Lanao系列的霧滴粒徑增大99%～257%，所有噴頭的分布跨度增大，霧譜等級(jí)改變。當(dāng)以表面活性劑LI700和潤(rùn)濕劑CHEMWET作為噴霧介質(zhì)時(shí)，國(guó)產(chǎn)噴頭的霧滴粒徑未發(fā)生顯著變化，霧譜等級(jí)也均維持不變。使用時(shí)，應(yīng)結(jié)合防治靶標(biāo)和使用目的，添加農(nóng)藥助劑來(lái)改善農(nóng)藥對(duì)靶沉積性能。

3) 進(jìn)行空中施藥時(shí)，為了降低霧滴飄移，需要添加合適的農(nóng)藥助劑(如飄移抑制劑41A)增大霧滴粒徑，提高附著性； 進(jìn)行地面施藥時(shí)，為了確保覆蓋面積和冠層穿透性，需要添加合適的農(nóng)藥助劑(如表面活性劑LI700)降低霧滴粒徑，增強(qiáng)沉積率。

4) 介殼蟲(chóng)體表以及大葉女貞、黃楊、香樟等蠟質(zhì)層較厚的樹(shù)木葉片，其表面較難被藥液潤(rùn)濕，對(duì)于此類靶標(biāo)噴施農(nóng)藥時(shí)，應(yīng)使用潤(rùn)濕劑CHEMWET，以增加藥液在靶體表面的潤(rùn)濕性能和黏附性能。

5) 采用相關(guān)分析得到噴霧介質(zhì)與體積中徑在P<0.05水平上顯著相關(guān)，與分布跨度在P<0.01水平上顯著相關(guān)，添加農(nóng)藥助劑后，霧滴的體積中徑和分布跨度均發(fā)生明顯變化。