陳 吟，齊浩亮，張 龍，馬金龍，靳尚杰，李廣澤，蘭玉彬

(1 深圳諾普信農(nóng)化股份有限公司研究院，廣東 深圳 518102； 2 深圳雨燕智能科技服務(wù)有限公司，廣東 深圳 518102； 3 華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 電子工程學(xué)院/人工智能學(xué)院，廣東 廣州 510642)

隨著全國(guó)人口的增長(zhǎng)、農(nóng)村勞動(dòng)人口的逐漸減少，在保證農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量的基礎(chǔ)上推進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化和現(xiàn)代化越來(lái)越重要。近十年里，中國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化迅猛發(fā)展，其中，農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展尤為迅速，無(wú)人機(jī)在農(nóng)業(yè)植保中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛[1-2]。截止2016年，已經(jīng)有不少于178種農(nóng)用無(wú)人機(jī)被開(kāi)發(fā)[3]。農(nóng)用植保無(wú)人機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)逐漸從水稻、小麥等主要大宗糧食作物[4]擴(kuò)展到了果樹(shù)、蔬菜、茶葉等經(jīng)濟(jì)作物上[5-7]。植保無(wú)人機(jī)的工作效率可達(dá)人工噴灑的60倍[8]，并且操作靈活，在作業(yè)過(guò)程中不會(huì)破壞土壤結(jié)構(gòu)，也不會(huì)直接碰觸到作物，非常適合中小面積田塊、丘陵山區(qū)的植保作業(yè)。但由于無(wú)人機(jī)載液量的限制，無(wú)人機(jī)噴灑時(shí)流量偏小，且一般配備小粒徑的扇形噴頭或者離心噴頭，霧滴粒徑較小(100 μm左右)。由于技術(shù)原因和安全性考量，目前植保無(wú)人機(jī)噴灑最低高度有一定限制。以大疆植保無(wú)人機(jī)為例，一般推薦最低飛行高度為1.0～1.5 m，相較于傳統(tǒng)噴灑方式(拖拉機(jī)和人工噴霧器)，噴灑高度更高，因此，無(wú)人機(jī)在噴灑農(nóng)藥過(guò)程中更容易產(chǎn)生霧滴漂移的現(xiàn)象。根據(jù)相關(guān)研究，在農(nóng)藥噴灑中約有25%的細(xì)小霧滴可漂移到非靶標(biāo)區(qū)域[9-11]。農(nóng)藥?kù)F滴的漂移可造成環(huán)境污染，對(duì)周邊生物造成危害。相比殺蟲(chóng)劑和殺菌劑，除草劑的漂移更可能?chē)?yán)重影響周邊作物的產(chǎn)量甚至造成絕收。在2004年，美國(guó)40個(gè)州內(nèi)曾發(fā)生不少于1 700起農(nóng)藥漂移引起的農(nóng)作物損失報(bào)告，其中1 207起是由除草劑漂移引起的[12-13]。McNaughton等[14]曾在研究中指出，僅推薦劑量的2.5%的草甘膦漂移霧滴即可造成番茄苗傷害率達(dá)23%。不同的除草劑有不同的非靶標(biāo)敏感作物，除草劑品類(lèi)亦會(huì)影響漂移的程度和對(duì)非靶標(biāo)作物的毒性。如2,4-D和麥草畏等生長(zhǎng)素類(lèi)除草劑對(duì)雙子葉植物高毒，且極易因蒸發(fā)漂移到遠(yuǎn)距離非靶標(biāo)區(qū)域。即便無(wú)人機(jī)噴灑除草劑可以達(dá)到較為滿(mǎn)意的除草效果[15]，但漂移問(wèn)題嚴(yán)重限制了無(wú)人機(jī)噴灑除草劑的可行性和應(yīng)用推廣。而助劑和噴頭型號(hào)是影響噴灑中霧滴漂移的重要因素。噴頭型號(hào)直接影響霧滴的霧化性質(zhì)，助劑的添加可通過(guò)改變?nèi)芤旱男再|(zhì)而間接改變霧化性質(zhì)[16-22]。目前，大部分的研究為使用風(fēng)洞等設(shè)備進(jìn)行的室內(nèi)研究，大田噴灑環(huán)境的研究較少。本文使用不同型號(hào)品牌的噴頭和不同廠家品類(lèi)的助劑，在大田環(huán)境中測(cè)定其影響霧滴漂移的特點(diǎn)，對(duì)比助劑和噴頭在抗漂移效果上的表現(xiàn)及其與粒徑的關(guān)聯(lián)。為進(jìn)一步優(yōu)化抗漂移助劑和噴頭提供數(shù)據(jù)和理論依據(jù)，也為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上田間農(nóng)藥噴灑中控制漂移提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

本次測(cè)試的植保無(wú)人機(jī)為大疆MG-1S八旋翼無(wú)人機(jī)(深圳大疆創(chuàng)新科技有限公司，中國(guó))。環(huán)境監(jiān)測(cè)使用華誼PM6252A風(fēng)速儀(深圳市新華誼儀表有限公司，中國(guó))測(cè)量，溫度和濕度由?，擜S817手持式溫濕度計(jì)(東莞萬(wàn)創(chuàng)電子制品有限公司，中國(guó))測(cè)量。配備不同的噴頭在田間環(huán)境進(jìn)行噴灑試驗(yàn)。所測(cè)試噴頭包括TeeJet XR110-01[特杰特噴霧技術(shù)(天津)有限公司，中國(guó)]，Lechler LU120-01、LU120-015、IDK120-01[萊克勒噴嘴系統(tǒng)(北京)有限公司，中國(guó)]。所測(cè)試噴灑助劑包括紅雨燕第一代增效水性助劑、紅雨燕防漂移增效油性助劑(深圳雨燕智能科技服務(wù)有限公司，中國(guó))、激健增效助劑(四川蜀峰化工有限公司，中國(guó))、禾大DRT-NISAP(禾大公司，英國(guó))和亨斯邁5 960助劑(亨斯邁公司，美國(guó))，在文中分別簡(jiǎn)稱(chēng)為雨燕水性、雨燕油性、激健、禾大和亨斯邁。試驗(yàn)中使用質(zhì)量濃度為1 g·L－1的誘惑紅溶液 (6－羥基－5－(2－甲氧基－4－磺酸－5－甲苯基)偶氮萘－2－磺酸二鈉鹽)(上海獅頭染料研究所有限公司，中國(guó))，并使用佳能pp-208噴墨打印機(jī)相紙(佳能有限公司，中國(guó))接收霧滴。霧滴接收卡由惠普(HP)Scanjet G3110照片掃描儀(惠普有限公司，中國(guó))掃描，由霧滴覆蓋率分析軟件Depositscan進(jìn)行分析。室內(nèi)試驗(yàn)使用DP-02型噴霧粒度分析儀(珠海市歐美克儀器有限公司，中國(guó))對(duì)不同噴頭和助劑溶液產(chǎn)生的霧滴進(jìn)行粒徑測(cè)試。

1.2 方法

1.2.1 不同助劑溶液的配制 在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測(cè)試不同噴頭霧滴粒徑時(shí)，噴灑清水測(cè)量。測(cè)試不同助劑溶液霧滴粒徑時(shí)，將不同的助劑分別以體積比(φ)1%添加到不同的清水中，混勻后取中間層液體進(jìn)行測(cè)量。田間不同噴頭的霧滴漂移試驗(yàn)中，使用1 g·L－1的誘惑紅水溶液，并按體積比1%添加紅雨燕水性助劑，混勻備用。田間不同助劑的霧滴漂移試驗(yàn)中，則將不同助劑分別以體積比1%加入到混勻后的1 g·L－1的誘惑紅水溶液中，混勻備用。

1.2.2 不同助劑溶液和噴頭對(duì)霧滴粒徑的影響試驗(yàn)在深圳諾普信農(nóng)化股份有限公司研究院智能?chē)姙?shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，按照“1.2.1”配制溶液，預(yù)熱DP-02型噴霧粒度分析儀30 min。依次使用相應(yīng)的溶液(φ為1%的雨燕水性、雨燕油性、激健、禾大和亨斯邁)進(jìn)行霧滴粒徑測(cè)試。使用噴頭XR110-01、LU120-01、LU120-015和IDK120-01分別噴灑清水進(jìn)行霧滴粒徑測(cè)試。噴霧時(shí)間10 s，噴霧壓力為0.48 MPa，每個(gè)測(cè)試重復(fù)3次。

1.2.3 無(wú)人機(jī)噴頭流量測(cè)試 在田間試驗(yàn)時(shí)，每次更換噴頭后進(jìn)行噴頭流量測(cè)試。安裝好4個(gè)噴頭后，將清水灌入無(wú)人機(jī)藥箱，設(shè)定好無(wú)人機(jī)參數(shù)(飛行速度、噴幅和單位面積噴灑量)，在清水填充所有管道后，用4個(gè)量杯對(duì)準(zhǔn)噴頭口啟動(dòng)噴灑一定時(shí)間(本試驗(yàn)中時(shí)間為20 s)。停止噴灑，用量筒測(cè)量所收集液體體積：

式中：V為理論噴液體積；t為噴液時(shí)間，s；v為設(shè)定無(wú)人機(jī)飛行速度，m·s－1；w為設(shè)定無(wú)人機(jī)噴幅，m；Vt為設(shè)定無(wú)人機(jī)單位面積噴液量，L·m－2。每個(gè)噴頭的噴液體積理論上為V/4。當(dāng)實(shí)際收集液量在理論液量±5%的范圍內(nèi)時(shí)，可進(jìn)行漂移測(cè)試。

1.2.4 不同助劑溶液和噴頭在大田環(huán)境中噴灑的霧滴漂移 試驗(yàn)于2018年在江蘇省興化市田間進(jìn)行。試驗(yàn)過(guò)程中實(shí)時(shí)測(cè)試瞬時(shí)風(fēng)速、溫度以及濕度。不同助劑試驗(yàn)時(shí)溫度為12～13 ℃，空氣濕度45%，風(fēng)速 0～1.2 m·s－1，風(fēng)速較為穩(wěn)定 (圖 1)。不同噴頭試驗(yàn)時(shí)溫度為9 ℃，空氣濕度40%，風(fēng)速1.7～3.0 m·s－1。試驗(yàn)期間，基本無(wú)云。使用大疆 MG-1S無(wú)人機(jī)和XR 110-01噴頭，搭載“1.2.1”描述的不同助劑溶液進(jìn)行直線(xiàn)航線(xiàn)單方向飛行噴灑，清水噴灑作為對(duì)照。飛行參數(shù)設(shè)置為：高度1.5 m，噴幅3.5 m，飛行速度 4.5 m·s－1，單位面積噴灑量 18.75 L·hm－2。飛行方向與風(fēng)向垂直，正式測(cè)試飛行距離為100 m，噴灑區(qū)始末端設(shè)置50 m的加減速緩沖區(qū)。每個(gè)PC管上固定2張霧滴卡，分別離地0.5和1.0 m。在100 m的飛行沿線(xiàn)上均勻設(shè)置霧滴接收點(diǎn)，卡片正面正對(duì)風(fēng)向，平行于飛行方向。根據(jù)風(fēng)向，在下風(fēng)區(qū)以不同間距設(shè)置霧滴接收點(diǎn)，分別離噴灑邊界1、2、5、10、20和50 m。在航線(xiàn)下方均勻固定霧滴接收卡25個(gè)，霧滴接收卡排列如圖2所示。每個(gè)測(cè)試重復(fù)3次，更換3次霧滴接收卡，故而每個(gè)距離點(diǎn)和離地高度共有15個(gè)重復(fù)，航線(xiàn)下方地表共收集75張霧滴卡(75個(gè)重復(fù))。每次噴灑完畢后將霧滴接收卡裝入自封袋，在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行掃描和分析。獲取霧滴覆蓋密度、沉積量和粒徑分布。在噴頭測(cè)試中，使用按體積比1%添加紅雨燕水性助劑的質(zhì)量濃度為1 g·L－1的誘惑紅水溶液，依次用不同的噴頭進(jìn)行噴灑。用同樣方法布置、收集霧滴接收卡并進(jìn)行掃描分析。噴頭測(cè)試時(shí)每個(gè)測(cè)試重復(fù)4次，更換4次霧滴接收卡，故而每個(gè)距離點(diǎn)和離地高度共有20個(gè)重復(fù)，航線(xiàn)下方地表共收集100張霧滴卡(100 個(gè)重復(fù))。

圖1 試驗(yàn)過(guò)程中的風(fēng)速變化(隨機(jī)測(cè)試)Fig. 1 Wind speed changes during experiments (random test)

圖2 霧滴漂移量田間評(píng)估試驗(yàn)布置示意圖Fig. 2 Experimental arrangement diagram in field for droplet drift amount estimation

1.2.5 不同助劑對(duì)粒徑均勻度的影響 為了研究不同助劑對(duì)粒徑均勻度的影響，按下式計(jì)算霧滴粒徑分布均勻度(Relative SPAN factor, RSF)值：

式中，D90、D10和D50分別為累積分布為90%、10%和50%最大顆粒的等效粒徑。RSF值越小，說(shuō)明霧滴粒徑越集中。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同助劑溶液和不同噴頭對(duì)霧滴粒徑的影響

由圖3A可見(jiàn)，當(dāng)噴灑不同助劑溶液(φ為1%)時(shí)，雨燕油性 (D50=162 μm)、禾大 (D50= 146 μm)助劑提高霧滴粒徑的效果要優(yōu)于雨燕水性(D50= 126 μm)、亨斯邁 (D50= 126 μm)和激健 (D50= 127 μm)助劑。由圖4可見(jiàn)，雨燕油性和禾大助劑可將粒徑小于103 μm的霧滴比例降低至17.73%和20.16%。而雨燕水性、亨斯邁和激健助劑噴灑時(shí)粒徑小于103 μm的霧滴比例達(dá)34.15%、34.51%和34.87%。同時(shí)，圖3A還顯示了不同助劑對(duì)粒徑均勻度(RSF)的影響，RSF值越小，說(shuō)明霧滴粒徑越集中，因此禾大和雨燕油性助劑溶液的粒徑均勻度較其他3種助劑好。由圖3B可以看出，在4個(gè)噴頭中，IDK 120-01噴頭噴灑的霧滴粒徑約為其他3個(gè)噴頭的2倍，明顯增大了粒徑。而其余3個(gè)噴頭噴灑的霧滴粒徑無(wú)明顯差異。

圖3 φ為1%的不同助劑溶液(A)和不同噴頭噴灑(B)的霧滴粒徑(D50)及分布均勻度(RSF)Fig. 3 Droplet diameter (D50) and relative span factor (RSF) of φ=1% solution of different adjuvants (A) and nozzles (B)

圖4 不同助劑溶液(φ為1%)的霧滴粒徑(D)占比Fig. 4 Droplet diameter (D) proportion of φ=1% solutions of different adjuvants

2.2 不同助劑溶液在大田環(huán)境下對(duì)無(wú)人機(jī)噴灑霧滴分布的影響

對(duì)比5種助劑溶液(φ為1%)和清水在離噴灑區(qū)域不同距離的霧滴密度分布(圖5)可見(jiàn)，所有助劑都明顯減少了霧滴的漂移。霧滴沉積量隨著離噴灑區(qū)域距離的增加而減少，大部分的霧滴集中于離噴灑區(qū)域1和2 m距離的霧滴卡上。霧滴在5 m處急劇減少。總體來(lái)說(shuō)，離地50 cm處的霧滴沉積量比離地80 cm處的霧滴沉積量增加約40%～60%。在離地80 cm處，距離噴灑區(qū)域1～50 m距離內(nèi)漂移霧滴密度總和由多到少依次為清水 (0.539 5 μL/cm2)＞禾大助劑 (0.407 5 μL /cm2)＞激健助劑 (0.378 9 μL/cm2)＞雨燕水性助劑(0.317 0 μL/cm2)＞雨燕油性助劑 (0.283 2 μL/cm2)＞亨斯邁助劑(0.234 9 μL/cm2)。在離地50 cm處，距離噴灑區(qū)域1 ～50 m距離內(nèi)漂移霧滴量由多到少依次為清水 (0.901 8 μL/cm2)＞激健助劑 (0.711 6 μL/cm2)＞雨燕油性助劑 (0.679 1 μL/cm2)＞禾大助劑(0.633 0 μL/cm2)＞雨燕水性助劑 (0.577 1 μL/cm2)＞亨斯邁助劑(0.395 9 μL/cm2)?？傮w來(lái)看，亨斯邁助劑漂移總霧滴密度最低，其次是雨燕水性和油性助劑。雨燕油性助劑在離地50 cm處的霧滴沉積量大于雨燕水性助劑，而在離地80 cm處的霧滴沉積量少于雨燕水性助劑，且雨燕油性助劑霧滴比水性助劑更集中于距噴灑區(qū)域1、2和5 m的距離，占總霧滴沉積量的98.6%，而在10、20和50 m距離范圍內(nèi)的霧滴沉積量為0.013 5 μL/cm2。雨燕水性助劑霧滴距噴灑區(qū)域1、2和5 m的霧滴沉積量占總量的96.9%，在10、20和50 m距離范圍內(nèi)的霧滴沉積量為0.028 1 μL/cm2。說(shuō)明雨燕油性助劑沉降性較水性助劑強(qiáng)，漂移多集中于噴灑區(qū)附近，在抗漂移方面效果較好。禾大助劑的霧滴漂移量在離地50 cm處和雨燕油性助劑差不多，但在離地80 cm處?kù)F滴漂移量則明顯高于雨燕水性助劑和油性助劑。激健助劑的抗漂移性略低于其他幾個(gè)助劑，在距離噴灑區(qū)域10 m處仍有較多霧滴，和清水的霧滴沉積量相近。

由圖6可見(jiàn)霧滴粒徑和漂移距離的關(guān)系。由于霧滴卡在收集和掃描之間需要時(shí)間，因此霧滴卡上霧滴有一定程度的擴(kuò)散，霧滴粒徑比實(shí)際粒徑偏大。隨著離噴灑區(qū)域距離的增大，漂移的霧滴粒徑也減少。每個(gè)助劑中，同一距離，離地50 cm處收集的霧滴粒徑大于離地80 cm收集的霧滴粒徑，說(shuō)明較大粒徑的霧滴更容易沉降到較低的位置。但隨著距離增大，2個(gè)離地高度處收集的霧滴粒徑趨于相近，在離噴灑區(qū)域5 m處2個(gè)高度的霧滴粒徑已經(jīng)非常相近。在離噴灑區(qū)域1～2 m范圍內(nèi)收集的霧滴粒徑大小大致為清水＞激健助劑＞雨燕水性助劑≈雨燕油性助劑≈禾大助劑＞亨斯邁助劑?？梢?jiàn)助劑有效地提高了漂移的粒徑閾值，減少了較大粒徑霧滴的漂移。

圖5 無(wú)人機(jī)噴灑不同助劑溶液(φ為1%)后離噴灑區(qū)域不同距離的霧滴沉積量Fig. 5 Droplet deposition of φ=1% solutions of different adjuvants at different distances from the spraying area when sprayed with UAV

圖6 無(wú)人機(jī)噴灑不同助劑溶液(φ為1%)后離噴灑區(qū)域不同距離的霧滴粒徑Fig. 6 Droplet diameter of φ=1% solutions of different adjuvants at different distances from the spraying area when sprayed with UAV

圖7 無(wú)人機(jī)噴灑不同助劑溶液(φ為1%)后噴灑區(qū)域內(nèi)的霧滴沉積量Fig. 7 Droplet deposition of φ=1% solutions of different adjuvants in spraying area when sprayed with UAV

為了進(jìn)一步確定添加助劑后，能否提高航線(xiàn)下方噴灑目標(biāo)區(qū)域霧滴的沉積量，試驗(yàn)中在航線(xiàn)下方噴幅內(nèi)區(qū)域設(shè)置了霧滴卡，對(duì)噴灑區(qū)域的霧滴進(jìn)行收集檢測(cè)，結(jié)果如圖7所示。在噴灑區(qū)域，添加了雨燕油性助劑的溶液在目標(biāo)區(qū)域的沉積量多于其他助劑溶液以及清水。各助劑霧滴沉積量大致為雨燕油性助劑(0.298 2 μL/cm2)＞激健助劑(0.260 8 μL/cm2)≈禾大助劑 (0.254 7 μL/cm2)＞亨斯邁 (0.212 1 μL/cm2)≈雨燕水性助劑 (0.201 5 μL/cm2)＞清水 (0.178 3 μL/cm2)。但雨燕油性助劑與激健、禾大助劑的沉積量在統(tǒng)計(jì)學(xué)上無(wú)顯著差異。激健、禾大、亨斯邁助劑間無(wú)顯著差異。亨斯邁、雨燕水性助劑與清水間無(wú)顯著差異。因此，對(duì)霧滴沉降到目標(biāo)區(qū)域效果提升較大的為雨燕油性助劑。亨斯邁助劑和雨燕水性助劑對(duì)霧滴在目標(biāo)區(qū)域的沉降幫助較小。由此可見(jiàn)，在所測(cè)試的5種助劑中，雨燕油性助劑對(duì)目標(biāo)區(qū)域沉積量的提升效果表現(xiàn)較佳。所有助劑都能明顯降低漂移，而雨燕油性、激健和禾大助劑都能顯著提高霧滴在目標(biāo)區(qū)域的沉積量。

2.3 使用不同噴頭在大田環(huán)境下對(duì)無(wú)人機(jī)噴灑霧滴分布的影響

圖8 無(wú)人機(jī)配備不同噴頭進(jìn)行噴灑后離噴灑區(qū)域不同距離的霧滴沉積量Fig. 8 Droplet deposition at different distances from spray area when UAV is equipped with different nozzles

對(duì)比4種不同的噴頭在離噴灑區(qū)域不同距離處的噴霧量，由圖8可見(jiàn)，霧滴沉積量在各噴頭間和離地高度間的變化規(guī)律性相比助劑測(cè)試更弱。這可能是由測(cè)試噴頭期間風(fēng)速相比助劑測(cè)試期間較不穩(wěn)定導(dǎo)致的。XR 110-01噴頭噴灑在離地50和80 cm的霧滴總量相近，IDK 120-01噴頭也是這樣。XR 110-01噴頭在各個(gè)距離時(shí)2個(gè)離地高度的霧滴沉積量都相近，但I(xiàn)DK 120-01噴頭在距離噴灑區(qū)域10 m以上的位置時(shí)，離地80 cm處?kù)F滴沉積量明顯少于離地50 cm處?kù)F滴沉積量。說(shuō)明該噴頭的霧滴在10～50 m時(shí)傾向于沉降到較低位置。LU 120-01和LU 120-015噴頭的霧滴在離地80 cm的總霧滴量明顯少于離地50 cm處的總霧滴量。其中LU 120-01噴頭處于距離噴灑點(diǎn)1～50 m的總霧滴量少于LU 120-015噴頭的總霧滴量。

由圖9可見(jiàn)不同噴頭的霧滴粒徑，以及粒徑和漂移距離的關(guān)系。由于霧滴卡在收集和掃描之間需要時(shí)間，因此霧滴卡上霧滴有一定程度的擴(kuò)散，霧滴粒徑比實(shí)際粒徑偏大。隨著離噴灑區(qū)域距離的增大，各噴頭漂移的霧滴粒徑也減少。XR 110-01和LU 120-01噴頭在各個(gè)距離點(diǎn)離地50和80 cm處的霧滴粒徑均相近。LU 120-015噴頭的霧滴粒徑在各個(gè)距離均大于XR 110-01和LU 120-01噴頭的霧滴粒徑，在離噴灑區(qū)域2 m范圍內(nèi)離地50 cm處的霧滴粒徑略大于80 cm處，說(shuō)明該噴頭的較大粒徑的霧滴更容易沉降到較低的位置。隨著距離增大，在離噴灑區(qū)域5 m處不同離地高度收集的霧滴粒徑已經(jīng)趨于相近。IKD 120-01噴頭的霧滴粒徑在2個(gè)離地高度相近，且接近50 cm高度的LU 120-015噴頭霧滴粒徑。在距離1～50 m范圍內(nèi)收集的霧滴粒徑大小大致為IDK 120-01≈LU 120-015＞LU 120-01≈XR 110-01?？梢?jiàn) IDK 120-01和LU 120-015噴頭可提高霧滴粒徑。結(jié)合圖10可見(jiàn)，霧滴粒徑的增加也相應(yīng)增加了目標(biāo)區(qū)域的霧滴沉積量。同樣的單位面積噴灑量下，IDK 120-01噴頭在目標(biāo)噴灑區(qū)域(航線(xiàn)下方)的霧滴沉積量最大(0.395 3 μL/cm2)，LU 120-015 噴頭目標(biāo)區(qū)域霧滴沉積量次之(0.325 2 μL/cm2)，兩者均高于LU 120-01(0.206 0 μL/cm2)和 XR 110-01 噴頭 (0.197 7 μL/cm2)在目標(biāo)區(qū)域的霧滴沉積量。因此，能增大霧滴粒徑的噴頭可有效地增加目標(biāo)區(qū)域的霧滴沉積量。但是增大霧滴粒徑亦會(huì)大大減少單位面積霧滴數(shù)量(圖 11)，影響覆蓋率。

圖9 無(wú)人機(jī)配備不同噴頭進(jìn)行噴灑后離噴灑區(qū)域不同距離的霧滴粒徑Fig. 9 Droplet diameter at different distances from spray area when UAV is equipped with different nozzles

圖10 無(wú)人機(jī)配備不同噴頭進(jìn)行噴灑后噴灑區(qū)域內(nèi)的霧滴沉積量Fig. 10 Droplet deposition in spraying area when UAV is equipped with different nozzles

圖11 無(wú)人機(jī)配備不同噴頭進(jìn)行噴灑后噴灑區(qū)域內(nèi)的霧滴密度Fig. 11 Droplet density in spraying area when UAV is equipped with different nozzles

3 討論與結(jié)論

本文結(jié)合了實(shí)驗(yàn)室霧滴噴灑測(cè)試儀和真實(shí)的大田噴灑環(huán)境，比較分析了5種助劑(雨燕水性助劑、雨燕油性助劑、禾大助劑、激健助劑和亨斯邁助劑)，以及 4 種噴頭 (XR 110-01、LU 120-01、LU 120-015和IDK 120-01)的噴霧粒徑和漂移特點(diǎn)。本研究中的霧滴分布趨勢(shì)與Ding等[23]的室內(nèi)研究結(jié)果類(lèi)似。有研究顯示，霧滴的粒徑與霧滴漂移程度密切相關(guān)，漂移主要是由微小的霧滴引起[24]。助劑能起到一定的增加粒徑、減少?lài)婌F角的作用[25]，從而減少霧滴漂移和增加目標(biāo)區(qū)域沉積量。不同的助劑抗漂移、促沉降的效果差異較大，這可能是由助劑的成分差異造成的。從雨燕2種助劑的試驗(yàn)可以看出，油性助劑增加粒徑效果明顯優(yōu)于水性助劑。助劑不僅能夠起到降低霧滴漂移的作用，還能提高霧滴附著和吸收等效果[26]，因此在無(wú)人機(jī)噴灑時(shí)，推薦加入助劑。而相比于助劑，噴頭型號(hào)對(duì)霧滴形態(tài)的影響更加明顯，能明顯影響霧滴粒徑和在目標(biāo)區(qū)域的沉積量[17]。然而霧滴粒徑過(guò)大也會(huì)導(dǎo)致單位面積霧滴數(shù)量的減少，影響霧滴覆蓋率，可能對(duì)藥劑防效有影響[27]，因此在選擇噴頭時(shí)應(yīng)作綜合考慮。本次試驗(yàn)所得結(jié)論如下：

1)在室內(nèi)測(cè)試中，當(dāng)噴灑不同助劑溶液(φ為1%)時(shí)，雨燕油性和禾大助劑提高霧滴粒徑的效果優(yōu)于雨燕水性、亨斯邁和激健助劑。IDK 120-01噴頭相比其他3款噴頭明顯增大了霧滴粒徑。XR 110-01、LU 120-01和LU 120-015噴頭的D50大致為 105 μm，而 IDK 120-01 達(dá) 221 μm。

2)在大田測(cè)試中，所有的助劑都一定程度上降低了漂移。大部分的霧滴集中于離噴灑區(qū)域1和2 m距離的霧滴卡上。離地80 cm處的霧滴沉積量比離地50 cm的霧滴沉積量少40%～60%。雨燕油性助劑沉降性較雨燕水性助劑更強(qiáng)，漂移更集中于噴灑區(qū)附近。對(duì)比在航線(xiàn)下方噴灑目標(biāo)區(qū)域收集的霧滴沉積量，雨燕油性助劑在目標(biāo)區(qū)域的沉積量最大。所有助劑的沉積量均大于清水。

3)大田環(huán)境下，噴灑區(qū)域以外的霧滴沉積量在各噴頭間的變化和離地高度間的變化規(guī)律性較弱，但目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的霧滴沉積量IDK 120-01噴頭最大，約高于XR 110-01噴頭1倍。LU 120-015噴頭次之。沉積量和噴頭粒徑的規(guī)律相似，能有效增大粒徑的噴頭在目標(biāo)區(qū)域的沉積量也較大(漂移量較小)。但大粒徑噴頭霧滴的覆蓋率(單位面積的霧滴數(shù)量)較低。

本研究為進(jìn)一步探討如何利用助劑和噴頭減少漂移提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，也為助劑和噴頭在不同目的噴灑中的選擇提供了參考依據(jù)。