不同噴霧助劑在植保無(wú)人機(jī)噴施作業(yè)中對(duì)霧滴沉積特性的影響

蘭玉彬，單常峰，王慶雨，劉 琪，楊承磊，謝英杰，王國(guó)賓

·農(nóng)業(yè)航空工程·

不同噴霧助劑在植保無(wú)人機(jī)噴施作業(yè)中對(duì)霧滴沉積特性的影響

蘭玉彬1,2，單常峰1，王慶雨1，劉 琪1，楊承磊1，謝英杰1，王國(guó)賓1※

（1. 山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院/山東理工大學(xué)生態(tài)無(wú)人農(nóng)場(chǎng)研究院/國(guó)家精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)航空施藥技術(shù)國(guó)際聯(lián)合研究中心山東理工大學(xué)分中心，淄博 255022；2. 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)電子工程學(xué)院，廣州 510642）

為研究不同噴霧助劑的理化性質(zhì)及噴霧助劑在玉米葉片上的沉積特性，該研究將6種噴霧助劑對(duì)藥液表面張力、藥液在玉米葉片上接觸角以及無(wú)人機(jī)噴施6種不同的噴霧助劑對(duì)霧滴的沉積特性進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明：噴霧助劑可以顯著降低（=0.000）溶液的表面張力，與清水溶液的表面張力相比Starguar4A噴霧助劑對(duì)降低溶液表面張力的作用效果最好，降低了67.8%。噴霧助劑對(duì)溶液在玉米葉片上接觸角的變化程度影響不同，隨著時(shí)間的增加霧滴在玉米葉片上的接觸角均逐漸降低，其中Ultimate噴霧助劑的霧滴在滴落到玉米葉片上90 s后接觸角降低至0°。與清水溶液相比倍達(dá)通噴霧助劑的霧滴密度、覆蓋率與沉積量作用效果最好，霧滴密度與覆蓋率、沉積量分別提高了35.1%、93.8%、31.9%；添加噴霧助劑后除倍達(dá)通噴霧助劑外，其他噴霧助劑溶液的霧滴體積中徑D0.5均有所降低；添加噴霧助劑對(duì)霧滴譜寬的影響不明顯。在田間進(jìn)行無(wú)人機(jī)植保噴施作業(yè)時(shí)，可以?xún)?yōu)選使用倍達(dá)通噴霧助劑，雖然倍達(dá)通噴霧助劑的表面張力與接觸角并不是最優(yōu)，但是也能夠滿(mǎn)足田間使用植保無(wú)人機(jī)噴霧作業(yè)的要求。同時(shí)，該試驗(yàn)也為進(jìn)一步提高農(nóng)藥的利用率提供數(shù)據(jù)參考。

無(wú)人機(jī)；噴霧助劑；霧滴密度；覆蓋率；沉積量；表面張力；接觸角

0 引 言

中國(guó)農(nóng)藥的施用量居世界的前列，據(jù)統(tǒng)計(jì)，單位面積農(nóng)藥的施用量約為世界平均水平的2.5倍，受污染的耕地面積約占可耕種面積的1/10[1-2]。傳統(tǒng)的施藥方式不僅造成了農(nóng)藥的大量浪費(fèi)，還嚴(yán)重污染了生態(tài)環(huán)境[3]。農(nóng)藥對(duì)環(huán)境的污染已經(jīng)成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。2015年，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部開(kāi)展了化肥農(nóng)藥使用零增長(zhǎng)計(jì)劃，截止到2020年底國(guó)內(nèi)化肥農(nóng)藥的使用量明顯降低。相比2015年農(nóng)藥利用率提高了4個(gè)百分點(diǎn)，達(dá)到40.6%[4]。2021年1月，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部再次發(fā)文稱(chēng)，力爭(zhēng)到2025年農(nóng)藥的利用率再提高3個(gè)百分點(diǎn)[4]。

隨著植保無(wú)人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，植保無(wú)人機(jī)技術(shù)改變了傳統(tǒng)“粗放式”的噴灑方式，但是還存在著農(nóng)藥利用率低、霧滴易飄移等問(wèn)題[5-7]，噴霧時(shí)添加噴霧助劑是改善目前所存在問(wèn)題的主要途徑之一。噴霧助劑也是影響藥液理化性質(zhì)的主要因素，其一般能夠降低藥液的表面張力、提高潤(rùn)濕滲透性、優(yōu)化霧滴分布的均勻性、降低霧滴在作物表面上的接觸角、增加藥液在作物上的沉積量，進(jìn)而提高農(nóng)藥的利用率[8-10]。在作物病蟲(chóng)害的防治中，部分藥劑不能達(dá)到理想的防治效果，通常會(huì)使用噴霧助劑提高藥液在作物表面上的沉積特性來(lái)提高防效[11]。

目前，國(guó)外航空噴霧助劑的研究主要以大飛機(jī)為主，并且主要以霧滴的飄移為研究對(duì)象[12]。Lan 等[13]使用固定翼大飛機(jī)研究了抗飄移噴霧助劑對(duì)霧滴沉積特性的影響，并篩選出抗飄移性能較好的噴霧助劑。Guler等[14]在風(fēng)洞中進(jìn)行了噴霧助劑對(duì)抗飄移性能的試驗(yàn)，結(jié)果表明噴霧助劑對(duì)霧滴的飄移具有抑制作用。國(guó)內(nèi)航空噴霧助劑的研究主要以大容量噴灑與室內(nèi)試驗(yàn)為主[15-17]。袁會(huì)珠等[15]使用地面噴霧機(jī)械在桃樹(shù)上進(jìn)行了噴霧助劑的沉積試驗(yàn)，結(jié)果表明添加噴霧不僅可以降低藥液的流失率還可以提高霧滴沉積的均勻性。張瑞瑞等[16]研究了噴霧助劑類(lèi)型及濃度對(duì)噴頭霧化效果的影響，結(jié)果表明助劑類(lèi)型及助劑濃度均可對(duì)霧滴粒徑產(chǎn)生顯著的影響。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究了噴霧助劑對(duì)藥液理化性質(zhì)、霧滴沉積特性的影響，但他們的研究很少使用植保無(wú)人機(jī)對(duì)此進(jìn)行研究。由于植保無(wú)人機(jī)具有高濃度、低容量噴霧的特點(diǎn)，藥液理化性質(zhì)與霧滴沉積特性對(duì)提高農(nóng)藥利用率至關(guān)重要。同時(shí)，不同的噴霧助劑對(duì)藥液理化性質(zhì)與霧滴沉積特性的影響各有差異。因此，本文研究了6種不同的航空噴霧助劑對(duì)溶液的表面張力、接觸角、霧滴密度、霧滴覆蓋率、沉積量等的影響，以期為田間使用植保無(wú)人機(jī)對(duì)噴霧助劑的選擇提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本次噴霧作業(yè)使用廣州極飛科技有限公司的XP2020植保無(wú)人機(jī)，植保無(wú)人機(jī)具體參數(shù)如表1所示。植保無(wú)人機(jī)的噴霧系統(tǒng)由4個(gè)蠕動(dòng)泵、藥箱、流量計(jì)、噴頭組成，蠕動(dòng)泵分別以0～0.675 L/min的流量向4個(gè)離心霧化噴嘴提供藥液。無(wú)人機(jī)上安裝有20 L快速拔插的藥箱。在每個(gè)轉(zhuǎn)子的下方裝有垂直向下的離心霧化噴頭，在不同的電壓下，噴嘴的轉(zhuǎn)速可以在0～16 000 r/min之間變化[18]。在田間測(cè)試作業(yè)時(shí)，使用XP2020植保無(wú)人機(jī)的“極飛農(nóng)業(yè)”APP可對(duì)植保無(wú)人機(jī)的噴幅寬度、霧滴粒徑及噴液量等參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。該植保無(wú)人機(jī)具有自主飛行的功能，采用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)（Real -Time Kinematic，RTK）差分定位技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)的定位[18]。噴霧設(shè)備如圖 1所示。

表1 極飛XP2020植保無(wú)人機(jī)主要參數(shù)

圖1 極飛XP2020植保無(wú)人機(jī)

試驗(yàn)材料還包括山東本創(chuàng)儀器有限公司的BCZ-600型全自動(dòng)界面張力測(cè)定儀、上海棱光科技有限公司的723S可見(jiàn)分光光度計(jì)、東莞市普賽特檢測(cè)設(shè)備有限公司的CAPST-2000At全自動(dòng)水滴角測(cè)試儀、美國(guó)Kestrel 5500氣象儀以及Ultimate、Starguar4A、 Starguar4、倍達(dá)通、邁飛、Atplus Mso-Hs 500噴霧助劑。不同噴霧助劑的特點(diǎn)如表2所示。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 助劑溶液配制

試驗(yàn)前，為測(cè)定表面張力與接觸角，將Ultimate、Starguar4A、Starguar4、倍達(dá)通、邁飛、Atplus Mso-Hs 500噴霧助劑配置成體積濃度為1%的水溶液各50 mL。

表2 不同噴霧助劑的特點(diǎn)

1.2.2 表面張力的測(cè)定

使用表面張力測(cè)定儀測(cè)定不同助劑溶液的表面張力時(shí)，先使用純水對(duì)儀器進(jìn)行標(biāo)定，使其在正常的測(cè)量范圍之內(nèi)。再取配置好的助劑溶液30 mL加入待測(cè)容器中，通過(guò)操作表面張力測(cè)定儀對(duì)助劑溶液的表面張力進(jìn)行測(cè)定。每組助劑溶液重復(fù)測(cè)定3次。

1.2.3 接觸角的測(cè)定

試驗(yàn)時(shí)，取三葉一芯期品種為紅太陽(yáng)3號(hào)的新鮮玉米葉片平整固定在接觸角測(cè)量?jī)x載物臺(tái)上，通過(guò)調(diào)整攝像機(jī)的焦距與鹵素?zé)舻牧炼龋挂旱螆D像清楚呈現(xiàn)在電腦屏幕上。為了保證液滴大小一致，每次試驗(yàn)自動(dòng)移液槍的注射體積為5L。設(shè)置拍攝時(shí)間為10 s一幀，分別測(cè)試霧滴滴落到玉米葉片上0～120 s的接觸角，每間隔10 s測(cè)試一次（當(dāng)液滴滴到玉米葉片的瞬間點(diǎn)擊開(kāi)始測(cè)量按鈕，記此時(shí)的測(cè)試時(shí)間為0）。

1.2.4 田間噴霧試驗(yàn)

試驗(yàn)地點(diǎn)位于山東省淄博市臨淄區(qū)（E118°12′50″；N36°57′47″）山東理工大學(xué)生態(tài)無(wú)人農(nóng)場(chǎng)基地。試驗(yàn)田種植的作物為玉米，玉米的株高、行距、種植密度分別為(30 ±3) cm、(40±4) cm、(4.5×104±1 000) 株/hm2，玉米的生長(zhǎng)期為三葉一芯期，葉面積指數(shù)約為0.4。試驗(yàn)時(shí)的氣象條件如表3所示。試驗(yàn)時(shí)設(shè)定XP2020植保無(wú)人機(jī)的飛行速度為5.0 m/s，飛行高度2.0 m，噴幅寬度4.0 m，霧滴體積中徑135m，噴液量22.5 L/hm2。田間噴霧試驗(yàn)所用的助劑溶液為體積濃度1%的水溶液，誘惑紅染色劑濃度為5 g/L。預(yù)試驗(yàn)以及其他學(xué)者的研究表明，誘惑紅的加入不會(huì)改變?nèi)芤旱谋砻鎻埩σ约敖佑|角的大小[19]。

表3 試驗(yàn)時(shí)各助劑處理的氣象參數(shù)

1.2.5 采樣點(diǎn)布置

噴霧開(kāi)始前，在距植保無(wú)人機(jī)起飛處前30、50、70 m處設(shè)3條平行霧滴采樣線，植保無(wú)人機(jī)航線垂直于采樣線并居中[20]。根據(jù)植保無(wú)人機(jī)的作業(yè)噴幅設(shè)置采樣點(diǎn)，每條采樣線上布置19個(gè)采樣點(diǎn)，每個(gè)采樣點(diǎn)間隔1 m，總長(zhǎng)度為 18 m，在每個(gè)采樣點(diǎn)處放置一個(gè)采樣架，將銅版紙卡（35 mm× 80 mm）和麥拉卡（50 mm×80 mm）分別通過(guò)雙頭夾布置在玉米的冠層上，與玉米的葉芯高度一致。采樣點(diǎn)布置如圖2所示，試驗(yàn)裝置實(shí)物與現(xiàn)場(chǎng)如圖3所示。試驗(yàn)中以植保無(wú)人機(jī)的噴幅寬度定義沉積區(qū)（8～12采樣點(diǎn)），采樣區(qū)中除去沉積區(qū)的部分定義為非沉積區(qū)。

1.2.6 沉積測(cè)定

每次試驗(yàn)完成后，收集采樣點(diǎn)上的銅版紙卡放置在密封袋中，銅版紙卡帶回實(shí)驗(yàn)室使用掃描儀在600 dpi灰度下進(jìn)行掃描，并使用DepositScan 軟件分析霧滴的覆蓋率、密度及霧滴粒徑等參數(shù)[3,21]。

測(cè)定麥拉卡上霧滴的沉積量時(shí)先使用723S可見(jiàn)分光光度計(jì)進(jìn)行濃度-吸光度的標(biāo)定。通過(guò)線性擬合獲得誘惑紅濃度與吸光值之間的線性回歸方程A= 0.250 13C+ 0.014 8 (2=0.998 6)，C為誘惑紅濃度，A為測(cè)定溶液的吸光值。

試驗(yàn)前，向藥液中加入誘惑紅作為噴霧染色劑以代替藥劑測(cè)定噴霧霧滴的沉積量[22]。試驗(yàn)結(jié)束后，收集各采樣點(diǎn)處的麥拉卡放入自封袋中帶回試驗(yàn)室進(jìn)行處理。洗脫時(shí)，向每個(gè)自封袋中加入5 mL的純水，震蕩5 min，然后取洗脫液3 mL使用723S可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)定其吸光值，根據(jù)擬合的回歸曲線測(cè)定其濃度。最后，根據(jù)公式（1）計(jì)算單位面積的霧滴沉積量。

式中為單位面積的霧滴沉積量，L/cm2；為加入洗脫液的體積，mL；為霧滴收集器麥拉卡的面積，cm2。

1.2.7 霧化效果的測(cè)定

試驗(yàn)中霧滴粒徑的大小以及D0.1D0.5D0.9是使用DepositScan軟件進(jìn)行測(cè)定。D0.1是指等于或小于該霧滴粒徑的體積之和占總體積的10%；D0.5是指等于或小于該霧滴粒徑的體積之和占總體積的50%，又被稱(chēng)為霧滴體積中徑（D0.5）；D0.9是指等于或小于該霧滴粒徑的體積之和占總體積的90%。霧滴粒徑的均勻性也是描述霧化性能的重要指標(biāo)，根據(jù)美國(guó)農(nóng)業(yè)與生物工程學(xué)會(huì)（ASABE）和美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局（ANSI）572.1標(biāo)準(zhǔn)，通常使用霧滴譜寬來(lái)評(píng)價(jià)，霧滴譜寬是衡量霧滴粒徑分布寬度的指標(biāo)之一，簡(jiǎn)稱(chēng)RS（Relative Span）。RS越小，霧滴粒徑越均勻，極限值為0，其定義如下[23]：

1.2.8 數(shù)據(jù)分析

采用 Microsoft Excel 2019 和 SPSS 17.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。噴霧助劑對(duì)藥液表面張力、霧滴體積中徑D0.5、霧滴譜寬的影響采用單變量方差分析在顯著性水平95%的條件下檢驗(yàn)差異顯著性。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 助劑溶液對(duì)表面張力的影響

添加噴霧助劑可以降低溶液的表面張力（如表4）。與清水溶液相比，添加噴霧助劑后溶液的表面張力值降低了56.4%～67.8%，且具有極顯著性差異（=0.000）。Ultimate助劑與Starguar4A助劑之間的表面張力不存在顯著性差異(=0.338)，這表明不同助劑對(duì)溶液表面張力的改變程度不同。

表面張力越小收縮力越小，霧滴越容易在作物的表面潤(rùn)濕鋪展。在植保無(wú)人機(jī)噴施作業(yè)中，潤(rùn)濕鋪展對(duì)霧滴的沉積行為至關(guān)重要。通過(guò)表面張力測(cè)定的試驗(yàn)結(jié)果可以得出，在進(jìn)行田間作業(yè)時(shí)，為了提高藥液在玉米葉片上的潤(rùn)濕鋪展可以?xún)?yōu)先使用Ultimate與Starguar4A噴霧助劑。

表4 不同助劑溶液的表面張力

注：表中的數(shù)字為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差，不同小寫(xiě)字母表示助劑溶液的表面張力存在顯著性差異。

Note: The numbers in the table is the mean ± standard error, and different lowercase letters represent significant differences for the surface tension of the additive solution.

2.2 助劑溶液在玉米葉片上接觸角的變化

表5為不同助劑溶液在玉米葉片上不同時(shí)刻接觸角的測(cè)量值。添加噴霧助劑后，隨著時(shí)間的增加助劑溶液在玉米葉片上的接觸角均逐漸降低。清水溶液在玉米葉片上的接觸角有所波動(dòng)，這表明霧滴剛接觸到玉米葉片時(shí)，由于霧滴和固體界面之間還未達(dá)到平衡狀態(tài)，霧滴接觸角在一定時(shí)間內(nèi)的變化與時(shí)間成負(fù)相關(guān)[11]。在所有的測(cè)試助劑中，0 s 時(shí)Ultimate、Starguar4、倍達(dá)通、Atplus Mso-Hs 500助劑溶液的接觸角均低于90°，表明溶液達(dá)到了親水狀態(tài)，具有較好的潤(rùn)濕性。而Starguar4A與邁飛助劑的接觸角均大于90°，表明藥液在玉米葉片上還處于疏水狀態(tài)。90 s時(shí)Ultimate助劑溶液的接觸角變?yōu)?°，其變化率為100%優(yōu)于其他助劑溶液在玉米葉片上的接觸角，這表明Ultimate助劑溶液90 s時(shí)在玉米葉片上完全潤(rùn)濕鋪展。

噴霧助劑通過(guò)影響表面張力進(jìn)而影響接觸角。一般來(lái)說(shuō)，同一種作物葉片表面的接觸角會(huì)隨著表面張力的降低而降低[11]。接觸角越小表明霧滴越容易在作物表面上潤(rùn)濕鋪展。表5的試驗(yàn)結(jié)果表明，Ultimate噴霧助劑具有較優(yōu)的潤(rùn)濕鋪展性。在田間進(jìn)行噴霧作業(yè)時(shí)，可以?xún)?yōu)先使用Ultimate噴霧助劑。

2.3 助劑溶液對(duì)霧滴沉積特性的影響

2.3.1 助劑溶液對(duì)霧滴密度、覆蓋率的影響

不同處理對(duì)霧滴密度、覆蓋率的影響見(jiàn)表6。在采樣區(qū)內(nèi)，不同處理霧滴密度、覆蓋率的變化范圍分別為8.5～12.1個(gè)/cm2與0.7%～1.17%。與清水溶液相比，添加噴霧助劑后，霧滴密度、覆蓋率均有所增加，這表明添加噴霧助劑后霧滴的中值粒徑有所增加，降低了霧滴的蒸發(fā)與飄移，其中倍達(dá)通噴霧助劑對(duì)霧滴密度、覆蓋率的增加最為顯著，這表明倍達(dá)通噴霧助劑抑制霧滴的蒸發(fā)與飄移作用最強(qiáng)。在沉積區(qū)內(nèi)霧滴密度的變化范圍為21.1～28.5個(gè)/cm2，達(dá)到國(guó)家民航標(biāo)準(zhǔn)中飛機(jī)在農(nóng)林作物中進(jìn)行噴灑作業(yè)時(shí)15個(gè)/cm2的霧滴密度要求[24]。與清水溶液相比，倍達(dá)通噴霧助劑在沉積區(qū)霧滴密度（28.5個(gè)/cm2）增加了35.1%，考慮到往返作業(yè)時(shí)霧滴的疊加，此霧滴密度可以有效防治農(nóng)田常見(jiàn)病蟲(chóng)害。在沉積區(qū)內(nèi)霧滴覆蓋率的變化范圍為1.6%～3.1%。與清水溶液相比，倍達(dá)通噴霧助劑在沉積區(qū)霧滴覆蓋率（3.1%）增加了93.8%。

表5 不同助劑溶液在玉米葉片上不同時(shí)刻接觸角測(cè)量值

表6 添加噴霧助劑對(duì)采樣區(qū)及沉積區(qū)霧滴密度和覆蓋率的影響

注：表中采樣區(qū)與沉積區(qū)的平均值是將3條采樣帶上對(duì)應(yīng)區(qū)域采樣點(diǎn)上的霧滴密度與覆蓋率分別求平均值。

Note: The average value of the sampling area and the deposition area in the table is the average of the droplet density and coverage rate on the sampling points of the corresponding areas on the three sampling belts.

在田間使用植保無(wú)人機(jī)進(jìn)行噴施作業(yè)時(shí)，不同藥劑類(lèi)型對(duì)霧滴密度及覆蓋率的要求有所不同。對(duì)于觸殺性藥劑提高覆蓋率可以增加防效。因此，在田間進(jìn)行觸殺性藥劑噴施時(shí)，建議使用倍達(dá)通噴霧助劑提高覆蓋率來(lái)增加防效。

2.3.2 助劑溶液對(duì)霧滴沉積量的影響

不同噴霧助劑溶液的沉積量如圖4所示。從圖4可以看出，添加噴霧助劑后非沉積區(qū)霧滴沉積量的變化范圍為0.011～0.019L/cm2，其中邁飛噴霧助劑的沉積量最小，這可能與試驗(yàn)時(shí)的風(fēng)速（0 m/s）以及助劑溶液的抗飄移性有關(guān)。Wang等[18]的研究表明，環(huán)境風(fēng)速為0的情況下，旋翼風(fēng)場(chǎng)也會(huì)影響霧滴的飄移。而Starguar4、Atplus Mso-Hs 500噴霧助劑試驗(yàn)風(fēng)速也為0 m/s，但Starguar4、Atplus Mso-Hs 500噴霧助劑的沉積量高于邁飛噴霧助劑的沉積量，這是因?yàn)?，與Starguar4、Atplus Mso-Hs 500噴霧助劑相比，邁飛噴霧助劑具有較好的抗飄移性能。沉積區(qū)霧滴沉積量的變化范圍為0.049～0.072L/cm2，與清水溶液相比均有所增加，其中倍達(dá)通噴霧助劑的沉積量最大，達(dá)0.072L/cm2，這一結(jié)果也與霧滴密度、覆蓋率的結(jié)果相同，這與助劑溶液的抗蒸發(fā)性能有關(guān)，也進(jìn)一步表明倍達(dá)通噴霧助劑具有較好的抗蒸發(fā)性能。在噴霧過(guò)程中，霧滴的沉積量不僅會(huì)受到表面張力與接觸角的影響，還會(huì)受到霧滴的飄移與蒸發(fā)等因素的影響。結(jié)合表4與表5可知，Ultimate噴霧助劑的表面張力與接觸角均優(yōu)于倍達(dá)通噴霧助劑，但是沉積區(qū)倍達(dá)通噴霧助劑的沉積量最大，這是因?yàn)橹鷦┤芤旱谋砻鎻埩εc接觸角不是影響霧滴沉積量的主要因素，而是助劑溶液的抗蒸發(fā)與抗飄移性能。

2.3.3 助劑溶液對(duì)霧滴體積中徑D0.5的影響

不同助劑溶液對(duì)霧滴體積中徑D0.5的影響如表7所示。從表7可知，不同助劑溶液霧滴體積中徑D0.5的變化范圍為227.3～300.5m，根據(jù) ASABE S572.1 標(biāo)準(zhǔn)屬于中等和粗霧滴。與清水溶液相比，添加噴霧助劑后邁飛、Ultimate、Starguar4、Starguar4A、Atplus Mso-Hs 500助劑溶液的霧滴體積中徑D0.5分別減少了12.05%、13.84%、7.75%、17.44%、24.36%。與清水溶液的霧滴體積中徑D0.5相比，添加倍達(dá)通噴霧助劑后溶液的霧滴體積中徑D0.5增加了8.75%，但不存在顯著性差異（=0.064），與其他噴霧助劑溶液的霧滴體積中徑D0.5相比存在顯著性差異（<0.05）。在田間進(jìn)行植保作業(yè)時(shí)，為了減少霧滴的飄移，可以?xún)?yōu)先使用倍達(dá)通噴霧助劑來(lái)增加霧滴粒徑。小霧滴能夠增加霧滴密度及覆蓋率[22]。在田間進(jìn)行植保作業(yè)時(shí)，為了提高霧滴密度及覆蓋率，可以?xún)?yōu)先使用Atplus Mso-Hs 500噴霧助劑。

表7 不同助劑溶液的霧滴體積中徑DV0.5

注：不同小寫(xiě)字母為下同助劑溶液的霧滴體積中徑D0.5存在顯著性差異。

Note: Different lowercase letters is significant differences in the diameter of droplet volumeD0.5of the different additive solution.

2.3.4 助劑溶液對(duì)霧滴譜寬的影響

不同溶液的霧滴譜寬為0.95～1.10（如表8）。與清水溶液相比，添加噴霧助劑后邁飛助劑溶液的霧滴譜寬減少了2.06%，倍達(dá)通、Ultimate、Starguar4、Starguar4A助劑溶液的霧滴譜寬分別增加了4.12%、13.40%、10.31%、4.12%，添加噴霧助劑后溶液的霧滴譜寬變化較小，且無(wú)顯著性差異（>0.05），這說(shuō)明6種噴霧助劑與水混合后霧化效果均比較穩(wěn)定。在田間進(jìn)行植保作業(yè)時(shí)，為了提高霧滴粒徑的均勻性，可以?xún)?yōu)先使用邁飛噴霧助劑。

表8 不同助劑溶液的霧滴譜寬

注：不同小寫(xiě)字母代表不同助劑溶液的霧滴譜寬存在顯著性差異。

Note: Different lowercase letters represent significant differences in the relative span of the different additive solution.

3 討 論

添加噴霧助劑能夠改變?nèi)芤旱谋砻鎻埩εc藥液在作物表面上的接觸角。該試驗(yàn)中添加噴霧助劑均降低了溶液的表面張力與藥液在玉米葉片上的接觸角，但作用效果表現(xiàn)不一，這與噴霧助劑的類(lèi)型有關(guān)。景亮亮等[25]研究了不同的噴霧助劑類(lèi)型對(duì)表面張力與接觸角的影響，結(jié)果表明有機(jī)硅類(lèi)型的噴霧助劑對(duì)降低表面張力與接觸角的效果最好。該試驗(yàn)中Ultimate噴霧助劑具有較好的表面張力與接觸角，在霧滴滴落到玉米葉片上90 s時(shí)接觸角降低至0°，這可能與Ultimate噴霧助劑中的表面活性劑成分有關(guān)。表面活性劑具有固定的親水親油基團(tuán)，能夠顯著降低水的表面能進(jìn)而降低溶液的表面張力與接觸角。清水溶液在玉米葉片上的接觸角變化范圍為111.27°～108.10。這一結(jié)果與其他學(xué)者的研究結(jié)果有所不同，可能與玉米的品種及測(cè)試時(shí)期有關(guān)。潘文軒等[26]使用“先玉335”在5～6葉期時(shí)測(cè)得清水在玉米葉片上的接觸角為74.0°。張萍[27]使用“先玉335”在三葉一芯期測(cè)得清水在玉米葉片上的接觸角約為90.0°。

噴霧助劑不僅能夠改變?nèi)芤旱睦砘匦?，還能夠?qū)F滴的沉積特性產(chǎn)生影響。在進(jìn)行田間噴霧試驗(yàn)時(shí)，與清水溶液相比較各噴霧助劑的沉積特性均有所增加，這與添加噴霧助劑后霧滴的抗飄移、抗蒸發(fā)性增加以及溶液的表面張力、接觸角降低有關(guān)[11]。表面張力與接觸角的降低更有利于霧滴的潤(rùn)濕與鋪展[23]。在所有助劑溶液中，倍達(dá)通噴霧助劑的作用效果最好，其霧滴密度、覆蓋率及沉積量與清水溶液相比分別增加了35.1%、93.8%、31.9%。結(jié)合表4與表5可知，Ultimate噴霧助劑具有較好的表面張力與接觸角，但對(duì)霧滴沉積特性的作用效果不及倍達(dá)通噴霧助劑。產(chǎn)生這一結(jié)果的原因是與Ultimate噴霧助劑相比較，倍達(dá)通噴霧助劑具有較好的抗飄移、抗蒸發(fā)性。根據(jù)表7可知，由于倍達(dá)通噴霧助劑的霧滴中值粒徑增加進(jìn)而抑制了霧滴的蒸發(fā)與飄移。同時(shí)，由于Ultimate噴霧助劑本身具有較弱的抗飄移、抗蒸發(fā)性能也使得沉積區(qū)霧滴覆蓋率與沉積量最差。添加Atplus Mso-Hs 500噴霧助劑后，霧滴的中值粒徑在所有助劑中最小，這可能與噴霧助劑的添加濃度有關(guān)。張文君等[9]的研究結(jié)果表明霧滴粒徑隨著噴霧助劑濃度的增加先增加后降低，峰值出現(xiàn)在噴霧助劑濃度為0.03%左右。添加邁飛噴霧助劑后，霧滴具有較好的霧滴譜寬，但與其他噴霧助劑沒(méi)有顯著性差異。添加Starguar4噴霧助劑后，溶液的表面張力最優(yōu)，但是Starguar4噴霧助劑溶液在玉米葉片上的接觸角并不是最優(yōu)，這可能與助劑的成分有關(guān)[25]。

綜上所述，添加噴霧助劑均可對(duì)溶液的表面張力、藥液在玉米葉片上的接觸角以及霧滴沉積特性等因素產(chǎn)生影響。在所研究的噴霧助劑中，倍達(dá)通噴霧助劑對(duì)溶液理化性質(zhì)和沉積特性具有較好的促進(jìn)作用。雖然倍達(dá)通噴霧助劑對(duì)溶液表面張力以及霧滴在玉米葉片上的接觸角與Ultimate噴霧助劑相比存在一定的差距，但也能滿(mǎn)足田間植保無(wú)人機(jī)噴施作業(yè)的要求。添加噴霧助劑對(duì)病蟲(chóng)草害的防治效果是否有顯著影響，還需要進(jìn)一步的田間試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

4 結(jié) 論

本文研究了噴霧助劑對(duì)溶液表面張力、藥液在玉米葉片上接觸角的變化、霧滴沉積特性等因素的影響。所得結(jié)論如下：

1）不同的噴霧助劑對(duì)降低藥液的表面張力與藥液在作物表面上的接觸角的能力有所不同。其中Ultimate噴霧助劑的作用效果較好，接觸角的變化率為100%，與清水相比表面張力與接觸角分別降低了67.8%。進(jìn)行田間噴施作業(yè)時(shí)，在疏水作物表面可以?xún)?yōu)先使用Ultimate噴霧助劑。

2）添加噴霧助劑后霧滴密度、覆蓋率以及沉積量均有所增加，說(shuō)明噴霧助劑對(duì)霧滴具有一定的抗蒸發(fā)、抗飄移性能。其中，倍達(dá)通噴霧助劑的作用效果較顯著，與清水溶液相比霧滴密度、覆蓋率以及沉積量分別增加了35.1%、93.8%與31.9%。在田間噴施觸殺性時(shí)可以?xún)?yōu)選使用倍達(dá)通噴霧助劑來(lái)提高沉積特性。

3）添加噴霧助劑后助劑溶液對(duì)霧滴D0.5具有顯著性差異（<0.05），與清水溶液相比較除倍達(dá)通噴霧助劑的霧滴體積中徑0.5增加8.75%外其他噴霧助劑的霧滴體積中徑0.5均有所降低。在田間進(jìn)行作業(yè)時(shí)，可以?xún)?yōu)先使用倍達(dá)通噴霧助劑以減小霧滴的飄移。

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Effects of different spray additives on droplet deposition characteristics during plant protection UAV spraying operations

Lan Yubin1,2, Shan Changfeng1, Wang Qingyu1, Liu Qi1, Yang Chenglei1, Xie Yingjie1, Wang Guobin1※

(1.,/,/-,255022,; 2.,,510642,)

With the rapid development and application of plant protection UAV in China, its high-efficiency and low-volume spraying technology has gradually become a research hotspot. At present, domestic and foreign researches on spray additives for plant protection UAV are mainly based on droplet drift and laboratory tests. Few studies have been conducted on the physical and chemical properties of spray additives and the effects of droplet deposition characteristics. Spray additives can reduce the surface tension of the solution and increase the retention of droplets, which is of great significance for improving the utilization of pesticides. Therefore, this study explored the effects of different spray additives on the surface tension of the solution, the change law of the contact angle of the solution on the maize leaves, and the droplet deposition characteristics. In the experiment, surface tension-meter, contact angle measurement, 723S visible spectrophotometer, and XAG XP2020 plant protection UAV were used to measure the surface tension, contact angle, droplet deposition characteristics, and other parameters of six kinds of aviation spray additives (Ultimate, Starguar4A, Starguar4, Bei Datong, Mai Fei, Atplus Mso-Hs 500). Kromekote cards and Mylar were used to sample the droplet deposition characteristics, and DepositScan software was used to measure the droplet density, coverage,D0.5and other parameters on the Kromekote cards. The test results showed that the addition of spray additives could significantly reduce the surface tension of the solution and had a significant difference (=0.000). The surface tension value of the solution after adding the spray additives was reduced by 56.4%-67.8% compared with the pure water solution. Among them, Starguar4A spray additives had the best effect on reducing the surface tension of the solution, but it was not significant difference effects of Ultimate spray additives. The spray additives had different effects on the contact angle of the solution on the maize leaves. The contact angle of the pure water solution on the maize leaves varies from 111.27° to 108.10°. With the increase of time, the contact angle of the spray additive solution on the maize leaves gradually decreases and Ultimate spray additive had the best effect, and the contact angle decreased to 0°after the droplets fall on the corn leaves for 90 s. Adding spray additives can increase the density and coverage of the droplets in the deposition area and sampling area, among which the effect of Be Datong spray additives was the best, and the density and coverage of droplets and deposition were increased by 35.1%, 93.8% and 31.9% respectively compared with the pure water solution. The deposition of the deposition area after adding spray additives varies from 0.049-0.072L/cm2, which is increased compared with the pure water solution. Among them, the deposition of Bei Datong spray additives was up to 0.072L/cm2. The distribution of the deposition amount of the droplets with the sampling position basically conforms to the normal distribution. After adding spray additives, theD0.5of most of the additive solutions had been reduced and there was a significant difference (<0.05). Except for the increase of dropletD0.5by Bei Datong, other spray additives all reduce dropletD0.5, generally reducing by about 50m. Adding spray additives had no obvious influence on the droplet relative span, and there was no significant difference compared with the pure water solution (<0.05). When plant protection spraying operations were carried out in the field, it can be preferable to use Bei Datong spray additives. Although the surface tension and contact angle of Bei Datong spray additives are not optimal, it can also meet the needs of field use of UAV. Meanwhile, the test can also provide a data basis for further improving the utilization rate of pesticides.

UAV; spray additives; droplet density; coverage; deposition; surface tension; contact angle

10.11975/j.issn.1002-6819.2021.16.005

S491

A

1002-6819(2021)-16-0031-08

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2021-03-10

2021-06-29

山東省引進(jìn)頂尖人才“一事一議”專(zhuān)項(xiàng)經(jīng)費(fèi)資助項(xiàng)目（2018.01-2021.12）；生態(tài)無(wú)人農(nóng)場(chǎng)研究院項(xiàng)目（2019ZBXC200）

蘭玉彬，教授，博士，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)榫珳?zhǔn)農(nóng)業(yè)航空。Email：ylan@sdut.edu.cn。

王國(guó)賓，博士，講師，研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)航空噴施技術(shù)。Email：guobinwang@sdut.edu.cn

中國(guó)農(nóng)業(yè)工程學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員：蘭玉彬（E041200725S）