施藥噴嘴的噴灑性能研究現(xiàn)狀及展望*

焦雨軒，薛新宇，丁素明

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

0 引言

我國作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國，每年糧食因作物病蟲害等原因?qū)е碌膿p失可達(dá)1 500億kg[1]。使用化學(xué)農(nóng)藥是防治作物病蟲害的主要手段之一，傳統(tǒng)施藥器械在作業(yè)過程中存在霧滴霧化不完全、在目標(biāo)作物上的沉積效果差等問題，造成農(nóng)藥流失等不良后果，目前全國受農(nóng)藥污染嚴(yán)重的耕地面積已經(jīng)超過9 000 khm2[2]。

精準(zhǔn)施藥是解決農(nóng)業(yè)環(huán)境污染的有效手段，噴桿噴霧機(jī)與植保無人飛機(jī)作為近年興起的精準(zhǔn)施藥器械，施藥后的農(nóng)藥有效利用率與防治病蟲害效果顯著優(yōu)于傳統(tǒng)施藥器械[3-5]，在我國得到了廣泛應(yīng)用與發(fā)展。噴嘴作為植保機(jī)械的核心部件之一，其性能決定了霧滴在靶標(biāo)上的沉積效果以及靶標(biāo)外的飄移流失，進(jìn)一步影響對病蟲害的防治效果[6-8]。隨著植保機(jī)械的快速發(fā)展，噴嘴的種類也不斷更新，出現(xiàn)了諸如防飄噴嘴、靜電噴嘴等新型噴嘴[9-10]。雖然施藥噴嘴的種類多樣化為植保機(jī)械用戶帶來了更多選擇，然而指導(dǎo)噴嘴選用的相關(guān)研究卻進(jìn)展緩慢，大多數(shù)施藥噴嘴的噴灑性能與使用條件仍然未知。大量研究證明不同種類與型號噴嘴噴霧時(shí)的霧滴粒徑與沉積飄移特性存在差異[11-13]，且不同種類農(nóng)藥、作物對施藥時(shí)的霧滴粒徑需求不同[14]，例如觸殺型農(nóng)藥需要盡量多且均勻地沉積在靶標(biāo)對象上，噴霧時(shí)要求霧滴粒徑相對較小，因?yàn)榇箪F滴容易從作物上滑落且分布均勻性差；而內(nèi)吸型農(nóng)藥需要盡可能多地穿透作物直至根部，所以要求霧滴粒徑相對較大以減少飄移，增加穿透性。因使用噴嘴不當(dāng)造成的霧滴沉積效果差，霧滴飄移嚴(yán)重等問題時(shí)常發(fā)生，選擇與作業(yè)環(huán)境、作業(yè)目標(biāo)相匹配的施藥噴嘴對農(nóng)作物病蟲害的防治效果意義重大，所以亟需對現(xiàn)有施藥噴嘴的噴灑性能進(jìn)行研究以指導(dǎo)用戶正確選擇與使用。

本文簡要介紹了液力霧化噴嘴與離心霧化噴嘴的分類和特點(diǎn)，概括了國內(nèi)外學(xué)者針對這兩種噴嘴的噴灑性能研究進(jìn)展，包括噴嘴的霧化性能與沉積飄移特性。最后，針對目前施藥噴嘴噴灑性能的研究標(biāo)準(zhǔn)與方法仍需進(jìn)一步改善的現(xiàn)狀，本文從噴灑介質(zhì)、實(shí)驗(yàn)環(huán)境、研究標(biāo)準(zhǔn)3個(gè)方面分析了施藥噴嘴噴灑性能研究存在的問題，并對今后的研究進(jìn)行了展望。

1 施藥噴嘴的發(fā)展現(xiàn)狀

噴嘴是植保機(jī)械施藥系統(tǒng)的核心部件之一，良好的噴嘴性能能夠有效提高噴灑效果，改善霧滴在作物上的沉積結(jié)構(gòu)，減少霧滴飄移。施藥噴嘴根據(jù)霧化方式可分為液力霧化噴嘴和旋轉(zhuǎn)離心霧化噴嘴兩類。

1.1 液力霧化噴嘴

液力霧化噴嘴按照不同分類方式可分為多種類型，通常按結(jié)構(gòu)不同可劃分為扇形噴嘴、錐形噴嘴和防飄噴嘴等3種類型，如圖1所示。扇形噴嘴在進(jìn)液口處增加了孔片，進(jìn)液口窄而噴道寬，使藥液能夠在噴嘴腔體內(nèi)呈渦流狀，噴施藥液時(shí)可以使得粒徑較小的霧滴在霧滴譜中比重大大減小，提高霧滴粒徑的均勻性，進(jìn)而有效減小霧滴在非靶標(biāo)區(qū)域的沉降[15-16]。錐形噴嘴使藥液在噴嘴噴腔內(nèi)繞軸孔線旋轉(zhuǎn)，液滴隨著噴腔內(nèi)壓力的增大在離心力的作用下噴出，霧滴噴出運(yùn)動方向與其運(yùn)動軌跡相切，形成一個(gè)圓錐體，按照噴霧的形狀不同可分為空心錐形噴嘴和實(shí)心錐形噴嘴兩種，目前市場上經(jīng)常使用的是空心錐形噴嘴?？招腻F形噴嘴的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單更換拆卸方便，流道大防堵塞性強(qiáng)，噴出的霧滴分布均勻性好，缺點(diǎn)是噴霧角較小僅有80°。防飄噴嘴是利用特殊結(jié)構(gòu)在噴嘴內(nèi)部產(chǎn)生大量充氣霧滴，霧滴之間不斷融合使得質(zhì)量增大從而提高霧滴的抗飄移能力，隨后在充氣霧滴被噴施到靶標(biāo)上時(shí)，氣泡破裂能在靶標(biāo)表面形成良好的藥液覆蓋效果。

(a)扇形噴嘴

1.2 旋轉(zhuǎn)離心霧化噴嘴

旋轉(zhuǎn)離心霧化噴嘴(圖2)主要有轉(zhuǎn)盤式離心噴嘴和轉(zhuǎn)籠式離心噴嘴兩種。轉(zhuǎn)盤式離心噴嘴根據(jù)動力不同還可分為電力驅(qū)動和風(fēng)力驅(qū)動[17]，目前植保作業(yè)常用的為電力驅(qū)動式。轉(zhuǎn)盤式離心噴嘴的霧滴粒徑大小可通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行控制，而且其噴道大、防堵塞性強(qiáng)，非常適合可濕性粉劑和懸浮劑等不易溶于水的藥劑噴灑，而且植保無人飛機(jī)高濃度的施藥需求更加偏向于使用離心霧化噴嘴，但離心噴嘴的缺點(diǎn)有穿透力不如液力噴嘴、霧滴抗飄移性差等[18]，所以多在良好的作業(yè)環(huán)境條件下使用。

轉(zhuǎn)籠式離心噴嘴流量較大，工作時(shí)藥液從中心孔流出，在離心力作用下拋到轉(zhuǎn)籠的籠網(wǎng)上，經(jīng)過兩層網(wǎng)篩霧化成細(xì)小霧滴[19]。固定翼飛機(jī)或者有人駕駛直升飛機(jī)由于飛行速度快、高度高，通常使用轉(zhuǎn)籠式離心噴嘴[20]，我國航空植保作業(yè)多使用植保無人飛機(jī)，轉(zhuǎn)籠式離心噴嘴在我國市場應(yīng)用少，而在國外以固定翼飛機(jī)為主的航空植保作業(yè)中使用較多。

不同種類噴嘴的噴灑性能均存在差異，因此針對不同施藥對象選擇合適的噴嘴是提升施藥效果的關(guān)鍵，對此國內(nèi)外學(xué)者展開了對施藥噴嘴噴灑性能的研究以指導(dǎo)噴嘴的選用。

(a)轉(zhuǎn)盤式離心噴嘴

2 施藥噴嘴的噴灑性能研究

2.1 霧化性能

關(guān)于施藥噴嘴的噴灑性能研究主要針對兩個(gè)方面，其一是噴嘴的霧化性能，噴嘴的霧化性能指標(biāo)主要有霧滴粒徑、霧滴譜等級、霧滴譜寬度等，其中霧滴粒徑和霧滴譜等級表明了噴嘴可以產(chǎn)生的霧滴尺寸范圍，霧滴譜寬度表明了噴嘴產(chǎn)生的霧滴尺寸均勻性。

國外對施藥噴嘴的霧化性能研究起步較早，美國農(nóng)業(yè)生物工程師學(xué)會(ASAE)在2000年建立了基于Teejet 110-01、110-03、110-06等8種型號液力霧化噴嘴的霧滴譜等級參考圖，將噴嘴按霧滴粒徑的大小分為極細(xì)到超粗8個(gè)等級，且確定了每種等級對應(yīng)的噴嘴工作條件的閾值[21]。Czaczyk等[22]測量了MMAT公司不同孔徑和流道的扇形噴嘴在不同壓力下的霧滴粒徑(Dv10，Dv50，Dv90)，發(fā)現(xiàn)所測量噴嘴可產(chǎn)生中等和粗等級的霧滴，可滿足工作環(huán)境下的抗飄移需求。Womac等[23]發(fā)現(xiàn)不同品牌的參考噴嘴的平均霧滴粒徑差異范圍較小，而測量霧滴粒徑的激光儀器會對結(jié)果造成偏差，從而影響霧滴粒徑。Fritz等[24]在USDA航空應(yīng)用技術(shù)中心、林肯大學(xué)、澳大利亞昆士蘭大學(xué) 3 個(gè)風(fēng)洞試驗(yàn)室內(nèi)，對扇形噴嘴基于霧滴粒徑進(jìn)行研究，結(jié)果表明在相同的測試條件下，不同試驗(yàn)室霧滴粒徑存在差異且在5%內(nèi)。

我國關(guān)于施藥噴嘴霧化性能的研究起步較晚，但也已相對成熟，茹煜等[25]對固定翼飛機(jī)使用的GP-81A等6個(gè)不同孔徑的扇形噴嘴進(jìn)行了霧滴粒徑測試，發(fā)現(xiàn)這些噴嘴的霧滴粒徑均大于150 μm，且霧滴譜寬度均較窄。Guler等[26]在實(shí)驗(yàn)室條件下比較了平面扇形噴嘴和氣吸型噴嘴的噴霧效果，發(fā)現(xiàn)在噴灑相同流量的情況下，氣吸型噴嘴的噴霧時(shí)間比平面扇形噴嘴短2倍以上。張慧春等[27]研究了4種扇形噴嘴(AIXR11002、TT11002、XR11002、XR11001)在不同噴施壓力下的霧滴粒徑分布，發(fā)現(xiàn)相同壓力下AIXR11002氣吸型噴嘴產(chǎn)生的霧滴粒徑最大，且其霧滴譜寬度最窄。王雙雙等[28]對Lechler公司生產(chǎn)的氣吸型射流防飄噴嘴IDK120-02、03，標(biāo)準(zhǔn)扇型噴嘴ST110-02、03和空心圓錐噴嘴TR80-02、03等6種型號噴嘴使用3種不同儀器進(jìn)行了霧滴粒徑的測量，發(fā)現(xiàn)3種儀器對同型號噴嘴的霧滴譜判定等級相同，均為“細(xì)”等級。周晴晴等[29]依據(jù)ASAE S572.1標(biāo)準(zhǔn)，在NJS-01植保低速風(fēng)洞為平臺建立了霧滴粒徑標(biāo)準(zhǔn)測試方法，以Teejet 11001、11003、11006、8008和6510不銹鋼芯扇形噴嘴為參考噴嘴，測試了Teejet F110 01～08等24種液力霧化噴嘴在0.2、0.3、0.4 MPa下的霧滴粒徑，發(fā)現(xiàn)NJS-01植保低速風(fēng)洞中測量的霧滴粒徑和國外學(xué)者所測得結(jié)果差異在±5%內(nèi)，大部分被測噴嘴的霧滴粒徑均在“細(xì)”和“中等”級別。

綜上可知，前人對噴嘴霧化性能的研究主要集中于噴嘴的霧滴粒徑、霧滴譜等級，而霧滴譜寬度鮮有涉及，目前基于施藥噴嘴霧滴譜等級的研究均是以ASABE建立的噴嘴霧滴譜分級標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，該標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一了參考噴嘴的品牌與型號，而不同的測量地點(diǎn)與測量儀器均會影響霧滴粒徑的測量結(jié)果，所以使用該標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，必須首先考量所用試驗(yàn)臺對參考噴嘴霧滴粒徑的測量結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)的差異性是否滿足要求。

2.2 沉積飄移特性

沉積飄移特性是施藥噴嘴噴灑性能研究的另一主要方面，噴嘴的沉積飄移特性指標(biāo)主要有霧滴(飄移)沉積量和飄移潛在指數(shù)等。霧滴(飄移)沉積量表明噴嘴在不同分布區(qū)域內(nèi)的霧滴沉積數(shù)量，飄移潛在指數(shù)表明噴嘴的飄移概率。

關(guān)于離心霧化噴嘴沉積飄移特性的研究，國內(nèi)外近年來均涉及較少，而在1999年，傅澤田等[30]在Silsoe研究所的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測量不同風(fēng)速與轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速下離心霧化噴嘴的飄移特性，發(fā)現(xiàn)在相同或相近霧滴大小的情況下，轉(zhuǎn)盤式離心噴嘴產(chǎn)生的霧滴比液力霧化噴嘴更易產(chǎn)生飄移，且隨著轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速與風(fēng)速的增加飄移風(fēng)險(xiǎn)也逐漸升高。Bai等[31]測量了日本植保作業(yè)使用的防飄噴嘴Hypro和YAMAHO ES系列噴嘴在不同條件和環(huán)境下的飄移潛在指數(shù)，發(fā)現(xiàn)噴嘴高度和尺寸對結(jié)果的影響具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，且ES系列噴嘴在0.3～0.5 m的高度下具有較好的減飄能力。Qi等[32]測量了離心噴嘴和標(biāo)準(zhǔn)扇形噴嘴的飄移潛在指數(shù)，通過比較相似霧滴體積中徑的扇型噴嘴和離心噴嘴的飄移潛在指數(shù)建立了兩者之間的聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)不同測量環(huán)境下離心噴嘴飄移風(fēng)險(xiǎn)均較高。Zande等[33]測量了不同參考噴嘴的飄移潛在指數(shù)，發(fā)現(xiàn)結(jié)果具有明顯差異，指定一種參考噴嘴(包括制造商、型號、尺寸和材料)進(jìn)行噴嘴飄移潛在指數(shù)的研究很有必要。曾愛軍等[34]對國內(nèi)常用的5種典型液力噴嘴在不同風(fēng)洞環(huán)境條件下(壓力、風(fēng)速和溫濕度)的飄移特性進(jìn)行了對比試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)小型號噴嘴的飄移遠(yuǎn)大于大型號噴嘴且霧滴大小和風(fēng)速是影響飄移的最主要因素。徐德進(jìn)等[35]使用4種扇形噴嘴(ST11001、02，TR8001、02)進(jìn)行農(nóng)藥在水稻植株上的沉積分布研究，發(fā)現(xiàn)4種噴嘴均在上層沉積量最大，而在水稻根部的沉積量最少。Garcerá等[36]比較了標(biāo)準(zhǔn)扇形噴嘴與防飄噴嘴噴霧在柑橘樹冠、地面和空氣中的沉積分布情況，結(jié)果顯示標(biāo)準(zhǔn)扇形噴嘴的霧滴飄移量多于防飄噴嘴，而地面損失量少于防飄移噴嘴。

綜上可知，對施藥噴嘴沉積飄移特性的研究尚未建立標(biāo)準(zhǔn)，指標(biāo)與參考噴嘴型號不統(tǒng)一。大部分研究主要針對不同噴霧參數(shù)對噴嘴沉積飄移特性的影響展開，沒有結(jié)合噴嘴的霧化性能，而霧滴粒徑與霧滴譜寬度是影響噴嘴沉積飄移特性的關(guān)鍵因素，小霧滴更容易受環(huán)境風(fēng)速的影響產(chǎn)生飄移；噴嘴的霧滴譜寬度越窄，霧滴尺寸越均勻，沉積飄移特性相對更有規(guī)律。

噴嘴沉積飄移特性的研究需要有側(cè)風(fēng)風(fēng)場或無人機(jī)下洗氣流的參與，通常在風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，因?yàn)槭彝鈱Νh(huán)境與噴霧參數(shù)的可控性較差，而風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室中可自主調(diào)節(jié)所需要的風(fēng)速以及試驗(yàn)參數(shù)等，有效地保證了所測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室中的霧滴沉積量收集方法一般參考國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 22856：Equipment for crop protection—Methods for the laboratory measurement of spray drift—Wind tunnel，圖3展示了該標(biāo)準(zhǔn)提出的風(fēng)洞典型結(jié)構(gòu)和采樣絲線、霧化器和監(jiān)測儀器的布局，使用的采樣絲線通常是直徑為1.98 mm或2 mm的聚乙烯線或聚四氟乙烯線，其中，h是霧化器距風(fēng)洞地面的高度，A是氣流。

圖3 風(fēng)洞工作段典型結(jié)構(gòu)示例Fig.3 Example of a typical structure of the wind tunnel working section1.相對濕度和溫度傳感器 2.風(fēng)速計(jì) 3.噴霧霧化器 4.收集絲線(垂直間隔0.1 m，水平間隔1 m) 5.彌霧噴嘴(用于增加風(fēng)洞環(huán)境內(nèi)濕度)

對噴嘴沉積飄移特性的研究一般以噴嘴的沉積量、飄移潛在指數(shù)和飄移減少百分比3個(gè)指標(biāo)為主，噴嘴的沉積量可通過試驗(yàn)直接測得，飄移減少百分比是通過所測噴嘴的飄移潛在指數(shù)與參考噴嘴進(jìn)行對比計(jì)算得出，而國內(nèi)外對于飄移潛在指數(shù)的計(jì)算有不同的方法，目前主要有以下幾種。

1)由ISO 22856：Equipment for crop protection—Methods for the laboratory measurement of spray drift—Wind tunnel所規(guī)定，此標(biāo)準(zhǔn)將飄移潛在指數(shù)定義為1 min 內(nèi)收集到的霧滴飄移沉積量占噴嘴輸出流量的百分比，具體計(jì)算公式如下。

噴霧過程中，霧滴1 min內(nèi)在收集線上的沉積總量用Ad來表示。

(1)

式中：n——收集線的數(shù)量，水平方向和垂直方向分別進(jìn)行求和；

di——第i根收集線上示蹤劑的沉積量，由熒光分析儀得到示蹤劑的濃度，濃度值乘以洗脫液體積，得到了采集線上沉積的示蹤劑量，μg；

s——收集線間的距離，m；

w——收集線的直徑，mm；

x——噴霧時(shí)間，s。

(2)

式中：Ta——噴嘴1 min內(nèi)的流量(可測得)；

Sd——收集到的霧滴沉積量占噴嘴輸出的百分比，即為飄移潛在指數(shù)。

2)由Miller等[37]提出的飄移潛在指數(shù)DP(Drift Potential)表示的是飄移沉積量與噴嘴噴霧量進(jìn)行比較的相對值，該方法采用數(shù)值積分的方式研究豎直與水平方向上的飄移潛在指數(shù)DPV和DPH。

噴嘴在豎直平面上

(3)

(4)

式中：DPV——基于數(shù)值積分的空間飄移潛在指數(shù)，μL/mL；

PVi——噴嘴每噴灑出1 L溶液第i根豎直采集線上的相對飄移沉積量，μL/L；

Δhi——各豎直采集線對應(yīng)的高度間隔，m；

AVi——第i根豎直采集線上的飄移沉積量，mg/L；

W——洗脫水體積，mL；

K——示蹤劑濃度，mg/L；

Q——噴嘴流量，L/min。

噴嘴在水平沉積面上

(5)

(6)

式中：DPH——基于數(shù)值積分的地面飄移潛在指數(shù)，μL/mL；

PHi——噴嘴每噴灑出1 L溶液第i根水平采集線上的相對飄移沉積量，μL/L；

AHi——第i根水平采集線上的飄移沉積量，mg/L；

Δxi——各水平采集線對應(yīng)的距離間隔。

3)由Bai等[31]提出的DIX(Drift Index)方法，該方法僅研究了噴嘴在豎直平面的飄移特性，與前兩個(gè)計(jì)算方法相比，該方法不僅考慮了總沉積量和收集高度的權(quán)重，而且還通過引入兩個(gè)參數(shù)a=0.88，b=0.78(通過大量田間試驗(yàn)總結(jié)得出)對比風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)和田間試驗(yàn)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。

(7)

(8)

(9)

式中：V——相對飄移潛在指數(shù)；

v(i)——一個(gè)豎直平面收集器處的沉積量，μL/L；

Δzi——一個(gè)豎直平面收集器的代表高度間隔，m；

VN——噴嘴輸出，L/min；

H——飄移潛在指數(shù)空間的特征高度，m；

zi——收集器高度，m；

hrs——參考噴霧的飄移潛在指數(shù)空間的特征高度，m；

Vrs——參考噴霧的相對飄移潛在指數(shù)體積，L；

his——研究噴霧的飄移潛在指數(shù)空間的特征高度，m；

Vis——被研究噴霧的相對飄移潛在指數(shù)體積，L。

以上是目前計(jì)算噴嘴飄移潛在指數(shù)的主流方法，第一種計(jì)算方法最簡單也最常用，第二和第三種方法都采用了數(shù)值積分的方式計(jì)算噴嘴空間與水平面上的相對飄移潛在指數(shù)，提高了準(zhǔn)確性，第三種方法還進(jìn)一步與田間實(shí)際實(shí)驗(yàn)關(guān)系相結(jié)合，提高了計(jì)算結(jié)果對田間試驗(yàn)的參考意義，具體使用哪種方法需要根據(jù)自己的試驗(yàn)設(shè)計(jì)與需求選擇。

2.3 小結(jié)

噴嘴的霧化性能和沉積飄移特性都是決定最終施藥效果的重要因素，不同的植物、農(nóng)作物葉片或根莖的物理特性不同，不同直徑的霧滴在其上的附著性、鋪展性等均有差異，所以不同施藥對象適用不同的霧滴粒徑，而霧滴粒徑直接影響霧滴的沉積飄移特性，小霧滴更易飄移。目前不同研究對霧滴飄移的粒徑界限仍有不同結(jié)論，而生物最佳粒徑理論認(rèn)為落在施藥對象最佳粒徑范圍內(nèi)的霧滴數(shù)量越多，防治效果則越好[38-39]，因此在面對不同防治對象時(shí)，需要綜合考慮霧滴粒徑與沉積飄移特性等因素選擇合適的噴嘴，在霧滴大小合適的前提下首選靶標(biāo)區(qū)域內(nèi)沉積效果好、飄移少的噴嘴。針對噴嘴噴灑性能的研究可以為實(shí)際植保作業(yè)中噴嘴的合適選用提供理論依據(jù)與數(shù)據(jù)參考，所以不斷完善現(xiàn)有施藥噴嘴噴灑性能的研究標(biāo)準(zhǔn)與方法對植保施藥作業(yè)具有重大意義。

3 問題與展望

3.1 存在問題

目前國內(nèi)外對施藥噴嘴的噴灑性能研究仍處于發(fā)展階段，僅建立了以扇形噴嘴為參考噴嘴的霧滴譜分級標(biāo)準(zhǔn)，對噴嘴沉積飄移特性的研究尚未有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。前人的研究仍存在一些明顯問題，具體體現(xiàn)在：(1)施藥噴嘴噴灑性能試驗(yàn)中使用的噴灑介質(zhì)均是清水。已有研究表明噴灑介質(zhì)的黏度和表面張力會影響噴霧的霧滴粒徑[40]，且實(shí)際施藥作業(yè)中噴灑介質(zhì)為農(nóng)藥，其黏度和表面張力與清水必然有差異，從而導(dǎo)致霧滴粒徑發(fā)生變化且進(jìn)一步影響霧滴的沉積與飄移；(2)大部分研究均在風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室的理想環(huán)境下進(jìn)行，與實(shí)際作業(yè)環(huán)境相似度較低。如噴嘴的高度與實(shí)際作業(yè)中噴嘴距離作物冠層的高度不同，若噴嘴使用在植保無人飛機(jī)上，仍需考慮旋翼下洗氣流對噴嘴的霧滴粒徑和沉積飄移特性的影響；(3)由ASABE建立的霧滴譜等級標(biāo)準(zhǔn)跨度較大。該標(biāo)準(zhǔn)中將霧滴粒徑為140～350 μm的霧滴劃分為“細(xì)”等級，如扇形噴嘴Teejet F110-01～F110-03的霧滴譜等級均為“細(xì)”，指導(dǎo)意義局限性較大。(4)關(guān)于噴嘴的沉積飄移特性研究大多針對不同噴霧參數(shù)對噴嘴沉積飄移特性的影響，未結(jié)合噴嘴的霧化性能。霧滴粒徑與霧滴譜寬度是影響噴嘴沉積飄移特性的關(guān)鍵因素，小霧滴更容易受環(huán)境風(fēng)速的影響發(fā)生飄移；而霧滴譜寬度越窄，霧滴尺寸越均勻，噴嘴的沉積飄移分布相對更有規(guī)律。

3.2 展望

針對上述問題，今后的研究可圍繞以下幾方面深入展開：(1)建立高度模擬實(shí)際作業(yè)環(huán)境的噴嘴噴灑性能試驗(yàn)臺，綜合考慮地面植保機(jī)械和植保無人飛機(jī)的作業(yè)環(huán)境，包括噴霧機(jī)噴桿的振動、自然環(huán)境側(cè)風(fēng)、植保無人飛機(jī)飛行高度、旋翼下洗氣流等因素；(2)噴灑介質(zhì)可選用具有不同物理特性如黏度、表面張力等性質(zhì)的液體，與田間常用農(nóng)藥的物理特性相同或相近，為實(shí)際作業(yè)中農(nóng)藥與助劑的選用提供參考；(3)進(jìn)一步細(xì)化已有標(biāo)準(zhǔn)，突出不同型號噴嘴噴灑性能的差異，保證實(shí)際作業(yè)時(shí)噴嘴的選用更具有針對性，且需要考慮建立旋轉(zhuǎn)離心霧化噴嘴的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；(4)結(jié)合噴嘴的霧化性能對其沉積飄移特性開展研究，對比分析具有不同霧滴譜寬度的噴嘴沉積飄移特性的差異。

雖然施藥噴嘴隨著植保機(jī)械的迅速發(fā)展與更新為實(shí)際作業(yè)中噴嘴的使用帶來了更多選擇，但是過快的發(fā)展速度導(dǎo)致實(shí)際作業(yè)時(shí)缺乏規(guī)范的指導(dǎo)與監(jiān)管，而專業(yè)的噴嘴選型與施藥指導(dǎo)是推動植保行業(yè)有序合理發(fā)展的關(guān)鍵條件，如Teske等[41]建立了AGDISP(agricultural dispersion)和AGDRIFT(agricultural drift)預(yù)測模型，對模型輸入噴嘴型號、藥液種類、飛機(jī)類型、氣象因素等就能夠有效預(yù)測霧滴的潛在飄移。我國學(xué)者在施藥噴嘴的噴灑性能上做了大量研究，但是要應(yīng)對生物種類多、特性復(fù)雜，農(nóng)田環(huán)境變化大、維度廣等問題，必須設(shè)計(jì)規(guī)范的噴嘴選型決策系統(tǒng)來指導(dǎo)農(nóng)民實(shí)際生產(chǎn)施藥。例如，建立用戶平臺、數(shù)據(jù)庫時(shí)能直接獲取以下信息：各型號噴嘴自身的功能參數(shù)如噴幅、噴霧角等；噴灑性能參數(shù)如不同流量和壓力下的霧滴粒徑、不同側(cè)風(fēng)風(fēng)速、飛行高度和飛行速度下的飄移潛在指數(shù)；常見植物、農(nóng)作物及其病害與適用藥劑、助劑以及指導(dǎo)施藥量；生物最佳粒徑理論所建議的防治不同病害的最佳霧滴粒徑范圍。

4 結(jié)論

綜上所述，目前研究大多圍繞現(xiàn)有施藥噴嘴的霧化性能測試與霧滴沉積飄移特性的影響因素展開，針對液力霧化噴嘴的研究較多而離心霧化噴嘴的研究較少，建立健全施藥噴嘴選型制度與規(guī)范仍有較長的路要走，主要有以下方面。

1)完善施藥噴嘴的噴灑性能試驗(yàn)參數(shù)與指標(biāo)，結(jié)合噴嘴的霧化性能展開對其沉積飄移特性的研究，進(jìn)一步獲得更準(zhǔn)確、全面的施藥噴嘴性能參數(shù)。

2)整合現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)資源信息與研究成果，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)建立施藥噴嘴專用數(shù)據(jù)庫和噴嘴選型決策系統(tǒng)。