矮化密植果园喷雾机选型试验研究

李传友

(北京市农业机械试验鉴定推广站，北京　100079)



矮化密植果园喷雾机选型试验研究

李传友

(北京市农业机械试验鉴定推广站，北京100079)

摘要：为了提升林果生产机械化水平，北京市正大力推广林果矮化密植技术。为此，针对目前市场林果植保机械型号多及喷雾质量参差不齐的问题，开展了适合林果新种植模式下的植保机械选型试验研究，并选取了4种喷雾机。试验结果表明：针对果园篱壁型冠层，3种地面喷雾机在喷量为喷枪常规喷量条件下(施药量108L/667m2)，冠层雾滴分布平均密度均超过100个/cm2，对靶风送式变量喷雾机在施药量40L/(667m2)条件下，雾滴沉积平均密度达62个/cm2，植保多旋翼无人机在施药量为1L/(667m2)时，雾滴沉积平均密度达67个/cm2，均远超过20个/cm2的行业标准。因此，建议选用风量、施药量可调喷雾机或喷雾机配备不同型号喷头，以实现不同冠层密度变量施药。

关键词：矮化密植;植保机械;喷雾机;选型

0引言

北京市果园面积15.4万hm2，全市从业果农户数达30.9万户，种植的水果主要有苹果、梨、桃、葡萄、板栗、枣及樱桃等。果园立地分布有平原、梯田、山坡及丘陵等地域，地势呈多样性。目前，病虫害防治仍是果园中最主要且费工时的管理作业，一年内施药次数达到10～15次，但目前仍主要使用担架式喷枪喷雾机大容量、雨淋式喷药方法，农药在果树冠层分布不均匀、利用率低，约有70%～80%流失到地面和飘失到环境中；而且由操作人员手持喷枪作业，作业效率低，劳动强度大，操作人员容易中毒。

欧美等发达国家注重农艺和农机结合，果树的栽培和管理方式采用以便于实现机械化操作的矮砧密植、篱壁型整枝的方式；果园作业空间相对开阔，多采用自走式、悬挂式或牵引式果园风送喷雾机[1-5]。我国果园传统乔砧稀植大冠栽培模式存在架式过低、行距过窄和行头过小等问题, 成树行间基本无空间，机械无法通过进行作业，严重制约了果园生产机械化的实施[6-8]。张凯雄[8-11]等进行了大田农作物打药机喷药量和沉积率的试验研究；但对果树植保机械的相关研究并不多，尤其是矮化密植果园打药机的选型试验研究。

随着北京市农业产业结构调整，优势产区的果园正逐步推广矮化砧木现代三优体系果园，向规模化和规范化方向发展。为提高北京市果园植保机械与施药技术水平，提高农药利用、减少农药损失及提高作业效率，对目前果园担架式喷枪喷雾机(台州市联龙机械有限公司生产)、高密市益丰机械有限公司研制的3WG-260型果园风送式喷雾机、北京市农业智能装备技术研究中心研制的果园光传感对靶变量风送式喷雾机、北京天途航空技术发展有限公司研制的植保多旋翼无人机进行了作业质量测试，为果园农药喷雾作业选择机型提供参考。

1试验机具

1.1试验机具

台州市联龙机械有限公司生产的果园担架式喷枪喷雾机；高密市益丰机械有限公司研制的3WG-260型果园风送式喷雾机；北京市农业智能装备技术研究中心研制的果园光传感对靶风送式变量喷雾机；北京天途航空技术发展有限公司研制的植保多旋翼无人机。试验所用的4种机具的主要技术参数如表1所示。

1.2机具结构特点

1)北京市果园植保作业目前主要采用担架式喷枪喷雾机，液泵采用三缸活塞泵，喷洒装置使用喷枪。作业时，将担架式喷雾机、药箱放置在农用机动三轮车后车斗上；如果行间较窄，三轮车无法通过，多将三轮车停靠在地头，操作者拖拉药液管路、手持喷枪对果树依次喷洒。如三轮车能通过行间，则由一人驾驶三轮车行驶在行间，一人站后车斗持喷枪对果树依次喷洒。

2)益丰果园风送喷雾机。益丰果园风送喷雾机采用悬挂式作业，其配套动力22kW拖拉机，主要由机架、药箱、液泵、轴流风机及不锈钢扇形雾喷头等组成。风机左右出风口处各布置5个喷头，在液泵压送药液经喷头雾化，轴流风机产生的强大气流输送雾滴到达果树冠层各部位。

3)果园光传感对靶风送式变量喷雾机。果园光传感对靶风送式变量喷雾机采用悬挂式作业，其配套动力22kW拖拉机，主要由机架、药箱、液泵、轴流风机、对靶探测系统、光传感对靶喷雾控制系统、基于脉宽调制(PWM)控制变量喷雾流量控制装置及LURMARK公司生产的30HCX6型空心圆锥雾喷头组成。该机可通过对靶探测系统和对靶喷雾控制系统结合，实现对果树靶标的定向对靶精确喷雾。其通过PWM控制装置实现变量施药。风机左右出风口处各布置6个喷头，液泵压送药液经喷头雾化，轴流风机产生的强大气流输送雾滴到达果树冠层各部位。

4)植保多旋翼无人机。植保多旋翼无人机主要部件由机架、8个旋翼、电池、电机、药箱、液泵、喷杆、LECHLER R80-005C圆锥雾喷头及控制系统等部分组成。多旋翼低空喷雾设备依靠电机驱动旋翼产生向上推力，无线遥控启动。旋翼产生的下压气流将雾滴向下输送至冠层。

表1　4种喷雾机技术参数

2果园喷雾机性能试验

2.1试验条件

试验于2014年10月在北京市平谷区峪口镇西营村高密植现代化桃园进行。果园桃树种植株行距为1m×4m、平均冠层厚度为0.7m、株高为3.4m；测试时风速为1～2m/s、 温度为16～18℃。

2.2试验方法

按行业标准《风送式果园喷雾机作业质量标准》(NY/T992-2006)和国际标准《Field measurements tree and bushcrops》(ISO 22522)对果园喷雾机作业质量的检测指标进行测试。试验测试内容包括各喷雾机喷量、雾滴粒径、雾滴沉积垂直分布，以及果树冠层内雾滴沉积分布。

2.2.1喷头及喷雾系统喷量测试

1)将3种地面果园喷雾机药液箱盛水至少200L、多旋翼无人机药箱加水5L；打开药液泵开关，完全排出管道内的空气，使整个系统内装满清水。

2)在作业工作压力条件下，用软管及量筒分别承接喷雾机各喷头喷量，计时测试喷头喷雾量，喷洒时间1min；

3)计算单个喷头和整个系统喷雾量(单位为L/min)，重复3次。结果如表2所示

由表2可知：益丰果园风送喷雾机各喷头的喷雾量变异系数为18.63%，喷头喷量均匀性较差；果园对靶风送式变量喷雾机喷头间喷量变异系数为9.2%；植保多旋翼无人机各喷头喷量变异系数3.7%，均匀性好。

2.2.2雾滴粒径检测

雾滴粒径检测系统由马尔文激光粒径分析仪、药箱、液泵及管路等组成。将待测喷头(喷枪、益丰果园风送式喷雾机配不锈钢扇形雾喷头、果园对靶风送式变量喷雾机配30HCX6标准圆锥雾喷头、植保多旋翼无人机配LECHLER R80-005C圆锥雾喷头)安装在激光粒径分析仪光学平台测量区上方，喷雾雾滴粒径测试时，使激光束照射到喷雾雾面，通过测量散射光的强度来完成粒度测量；然后利用激光粒径分析仪分析软件，分析计算该散射光谱图的颗粒粒度分布，如表3所示。

表3　不同喷头不同喷雾压力下雾滴粒径　μm

随着喷雾压力增加，雾滴粒径减小。4种机具配备的喷头中，30HCX6圆锥雾喷头雾滴粒径相对最小，不锈钢扇形雾喷头雾滴粒径最大。

2.2.3雾滴沉积分布均匀性测定

果园地面植保机械作业时，向果树冠层两侧喷洒。应用果园喷雾机喷雾量垂直分布测试系统测量担架式喷枪喷雾机(见图1)、益丰果园风送喷雾机(见图2)及果园对靶风送式变量喷雾机(见图3)的雾滴垂直沉积分布。测试时，药箱中加入清水，在空旷平地上将垂直雾量分布台架起，将待测试机具的中心线距离垂直分布台半个行距(1.8m)。按照计算喷雾压力，调整好作业参数后开始喷雾，喷雾期间，控制垂直雾量分布台左右移动，待分布台上的量筒内的液量达到最大值的3/4处停止喷雾；读取量筒内的液量，并分析雾滴垂直分布均匀性及喷雾高度。

图1　担架式喷枪喷雾机垂直雾量分布

图2　益丰果园风送式喷雾机垂直雾量分布

图3　果园对靶风送式变量喷雾机垂直雾量分布

测试结果表明：果园对靶风送式变量喷雾机的垂直分布均匀性最好，变异系数为32.48%；且符合果树纺锤形树形，中间喷量较大、两头喷量较小，风送雾滴高度最高为3m。其次是喷枪，由人工手持喷枪作业，分布均匀性变异系数为48.4%，最高喷射沉积高度为3.4m。益丰果园风送式喷雾机垂直分布均匀性变异系数达120.87%，中间高度区域与上、下两侧区域喷量差异过大，最高点为2.6m。

植保多旋翼无人机作业时(见图4)，喷雾雾滴由果树冠层上部向下部压送，因此在离地50cm处，横向每隔1m布置水敏纸，共布置10点9个水敏纸。植保多旋翼无人机从中间以作业时高度1～2m、作业速度3～4m/s飞过。检测水敏纸雾滴密度，超过30雾滴/cm2处，计入喷幅。

图4　植保多旋翼无人机地面喷幅及雾滴分布均匀性

测试结果表明：喷幅为4m，平均雾滴个数184个/cm2，变异系数为25%。

2.2.4果树冠层雾滴沉积分布

在试验田中，每个作业机具作业区，选取3棵果树作为布样区，因该果园果树冠层厚度小，因此布置样点厚度方向只分左右两层，如图5所示。在每棵树上布有9个点，垂直方向上每个点的间距是30cm，在每一样点上布置水敏纸和雾滴收集器测试雾滴分布密度和沉积量。叶片标记从上向下依次记为采样1～9，在树冠下方地面布置水敏纸及雾滴收集器以承接流失到地面的药液。

图5果树雾滴沉积分布采样点布置

应用水敏纸雾滴图像处理软件测量雾滴密度，以柠檬黄作为示踪剂，用可见分光光度计测量沉积在靶标上的药液量。由于担架式喷枪喷雾机由人工手持作业，人工作业速度经测试为0.4m/s，根据该机每分钟药液流量，应用下式确定该机施药量为108L/(667m2)。为对比各喷雾机作业质量，现各机具施药量确定为108L/(667m2)。因植保无人机属低量喷雾，亩施药量为1L。机具施药量、机具作业速度计算公式为

V=40l/(Q×B)

其中,V为作业速度，l为喷雾系统药液流量，Q为亩施药量，B为喷幅。4种喷雾机滴沉积分布密度如图6～图9所示；3种地面喷雾机雾测试水敏纸如图10所示。

图6　果园喷枪喷雾机雾滴沉积分布密度

图7　益丰果园风送式喷雾机雾滴沉积分布密度

图8　对靶风送式变量喷雾机雾滴沉积分布密度

图9　植保多旋翼无人机雾滴沉积分布密度

2.2.4.1果树冠层雾滴沉积分布密度测试

果树冠层雾滴沉积分布密度测试结果显示：4种机具雾滴沉积分布密度均满足20个/cm2的行业标准要求。对靶风送式变量喷雾机雾滴密度均值为142个/cm2，单位面积雾滴密度最大，各点间变异系数为14.2%，果树中部雾滴密度高于上下冠层。这主要由于果树平均株高3.4m，但喷雾机垂直雾量在2.8m处已明显减少，雾滴密度较高区域为1～2.2m。喷枪雾滴沉积密度为129个/cm2，各点间变异系数为17.25%，因由人工手持操作，随机性较大。益丰果园风送式喷雾机平均雾滴密度124个/cm2，变异系数为23.49%。

植保多旋翼无人机喷施冠层雾滴密度平均为67个/cm2，变异系数为17.94%。因该机作业时，雾滴随旋翼下压气流由冠层上部向下部喷送，因此该机雾滴沉积分布在冠层的上部少于中下部。

喷枪　　　　　　　　　　　　　　　 益丰　　　　　　　　　　　　　　　　　对靶

2.2.4.2果树冠层雾滴沉积量测试

由表4可以看出：药液在冠层内单位面积上的沉积量，益丰果园风送式喷雾机喷雾最不均匀，变异系数达51.6%，其次是喷枪；4种喷雾机种，对靶风送式变量喷雾机药液沉积最均匀，变异系数18.42%。

表4　果树各采样点雾滴沉积量　μg/cm2

4种喷雾机地面雾滴沉积密度测试结果显示(见图11)：地面机械中喷枪雾滴沉积密度最大，益丰果园风送喷雾机地面沉积量最小。因该果树冠层较稀疏，植保多旋翼无人机亦在地面有雾滴沉积流失。

2.2.4.3对靶风送式变量喷雾机减量施药测试

目前，果园喷枪作业,药液常规喷施量达100～200L/(667m2),果园风送喷雾机常规施药量为40～60L/(667m2)。如前所测当喷量为108L时，冠层平均雾滴密度达100个/cm2以上，但行业标准为大于20个/cm2时,就达到标准，因此对对靶风送式变量喷雾机进行了喷雾量减量为亩施药液量40L时(仍使用30HCX6标准圆锥雾喷头)雾滴冠层沉积分布进行了测试，测试结果显示雾滴沉积平均密度仍达62个/cm2，满足病虫害防治要求，如图12所示。

图11　 4种喷雾机地面雾滴沉积密度

图12 对靶风送式变量喷雾机减量喷雾雾滴沉积分布密度

3结论

1)针对该果园篱壁型冠层，3种地面喷雾机在喷量为喷枪常规喷量条件下(施药量108L/(667cm2)，冠层雾滴分布平均密度均超过100个/cm2，对靶风送式变量喷雾机在施药量40L/(667cm2)条件下，雾滴沉积平均密度达62个/cm2，植保多旋翼无人机在亩施药为1L/(667cm2)时，雾滴沉积平均密度达67个/cm2，均远超过20个/cm2的行业标准。

2)使用雾量沉积分布变异系数、冠层药液沉积分布变异系数作为指标，评价4种药械的喷雾质量，对靶风送式变量喷雾机在雾量垂直分布、果树冠层沉积分布都具有较好的均匀性，其次是植保多旋翼无人机。喷枪和益丰果园风送喷雾机喷雾沉积效果较差，喷枪使用过程中有跑冒滴漏现象，操作人员人身污染严重。益丰果园风送式喷雾机在喷头间距布置、出风口、压力表等设计仍需进一步改进，以提高喷雾均匀性和机具的适用性。

3)试验果园属篱壁式果园，冠层厚度稀疏，果园施药量应根据不同季节不同冠层密度进行变量施药。因此，建议选用风量、施药量可调喷雾机或喷雾机配备不同型号喷头，以实现不同冠层密度变量施药。

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Experimental Study on Spray Machine Selection in Dwarf Density Orchard

Li Chuanyou

(Beijing Agricultural Machinery Testing Extension Station, Beijing 100079, China)

Abstract：In order to improve fruit production mechanization level, Beijing city is vigorously promote fruit dwarfing close planting technology, in view of the present market of fruit plant protection machinery model, spray quality uneven problem, carried out experimental study on the selection of suitable for plant protection machinery and new planting model of fruit under test, selecting 4 kinds of spraying machine. The test results show that, for this orchard wall type canopy, three kinds of ground sprayer in spray volume. The conventional spray quantity conditions (mu dosage 108 liters), the average density of canopy droplet distribution are more than 100 / square cm, on target air assisted sprayer in acres of spray volume 40 liters a next, the droplet deposition of average density of 62 per square centimeter, plant protection multi rotor UAV in Mu spraying 1 litres, the droplet deposition of average density of 67 A /cm2, were far more than 20 per square centimeter of industry standard. Suggested the use of air flow rate, spray volume adjustable sprayer or a spray machine equipped with different types of nozzle, so as to realize the variables of different canopy density of pesticide.

Key words：dwarf culture; plant protection machinery; sprayer; selection

文章编号：1003-188X(2016)01-0201-06

中图分类号：S491

文献标识码：A

作者简介：李传友(1965-)，男，北京人，高级工程师，硕士，(E-mail)beijing12345@126.com。

基金项目：北京市农委农业科技项目(20130119)

收稿日期：2014-12-25