不同施药机具在玉米田间的雾滴沉积分布试验

王 果，龚 艳，张 晓，陈 晓，刘德江，陈 伟，缪友谊

(农业部南京农业机械化研究所，南京 210014)



不同施药机具在玉米田间的雾滴沉积分布试验

王 果，龚 艳，张 晓，陈 晓，刘德江，陈 伟，缪友谊

(农业部南京农业机械化研究所，南京 210014)

针对我国玉米等高秆作物生长中后期的机械化植保难题，进行了3WX-1000G喷杆喷雾机、3WX-2000G喷杆喷雾机、STORM1500风送远程喷雾机等3种大型自走式施药机具的玉米田间喷雾试验，比较分析了不同施药技术与机具对雾滴沉积分布规律的影响，为筛选技术水平先进，并与玉米病虫害防治要求相适应的施药技术与植保机具的技术提升提供依据。试验结果表明：风幕辅助气流能有效提高雾滴在玉米冠层内的沉积量和覆盖率，在冠层中部和下部的平均沉积量比无风幕时提高了36.4%和17%；冠层各部分的覆盖率均比无风幕时有所提高，冠层下部增长率最高，达到28%；风幕辅助气流还能有效改善雾滴在玉米植株上的分布均匀性；风送式远程喷雾机的风力辅助作用有助于将雾滴向远程输送，大大提高了喷幅及作业效率，但大量雾滴集中于喷幅的前段区间，使其在整个喷幅范围内的雾量分布均匀性远差于喷杆喷雾机，最大变异系数超过1。

施药机具；雾滴沉积率；雾滴覆盖率；玉米病虫害

0 引言

我国每年农药使用量巨大，并呈逐年递增趋势，至2014年全国农药年施用量已超过180万t(成药)。与农药技术领域相比，我国施药技术与装备的技术创新明显滞后，“使用一种机型，采用同样雾滴，打遍百药，防治各种作物病虫草害”的情况比较普遍，“大流量”“全覆盖”仍是目前农药施用的主要方法。目前，我国农药有效利用率仅为30%左右(发达国家可达60%～70%)，每年有超过100万t的农药流失到土壤、水体、空气中，不仅严重削弱了我国对有害生物的抗灾能力，威胁着我国的粮食安全，且造成农业面源污染加剧及生物多样性破坏[1]。

玉米是我国种植面积最大的粮食作物，据2014年统计数据，我国玉米种植面积达到0.37亿hm2，产量达2.15亿t，占全国粮食总产量的35.5%，其抗灾保收、增产增效事关我国的粮食安全。由于玉米生长中后期，植株高大、枝繁叶茂、田间相对密闭，采用背负式喷雾喷粉机等传统小型施药机具进入作物丛中进行喷洒作业，不仅作业效率低，无法满足现代农业规模化、专业化统防统治的要求，并且作业质量差，防治效果不理想。采用自走式高地隙(或高架式)喷杆喷雾机，虽可大大提高作业效率，但由于缺乏风力辅助，药液雾滴很难穿透作物冠层，到达植株的中下部，因而不能得到满意的防治效果[2-6]。一旦遭遇暴发性的病虫害，往往难以得到有效控制，造成玉米大量减产，甚至是绝收。2012年夏季，玉米二代粘虫灾害就曾在全国范围内相继暴发，受灾面积超过0.2亿hm2次(仅吉林省长春市玉米二代粘虫发生面积就达8.56万hm2)，给我国的粮食生产带来严重威胁。为此，本研究针对3种大型自走式喷雾机进行了玉米田间喷雾试验，对该3种机具在玉米植株不同部位的药液沉积量与雾滴覆盖率，以及喷幅范围内的雾量分布均匀性进行分析，比较不同施药技术对雾滴沉积分布规律的影响，为筛选适用于玉米等高秆作物生长中后期病虫害防治的施药技术与机具及进一步的技术提升提供依据。

1 试验材料与方法

1.1 试验机具

参试机具包括2种型号的喷杆喷雾机与1种型号的风送式远程喷雾机，如图1～图3所示。3种施药机具的参数如表1所示。

1.2 试验材料与试剂

雾滴采样用Φ9cm规格圆盘滤纸、7.6cm×7.6cm规格淡蓝色便签纸；喷雾示踪剂采用诱惑红，喷雾溶液用清水加0.5%(质量比)诱惑红配成；数据分析与处理采用专用雾滴图像分析软件(农业部南京农业机械化研究所自主开发)，可见光分光光度计(上海元析仪器公司，型号V5100)。

图1 3WX-1000G型喷杆喷雾机

图2 3WX-2000G型喷杆喷雾机

图3 STORM1500型风送式远程喷雾机表1 3种施药机具参数

参数3WX-1000G3WX-2000GSTORM1500机具类型自走式喷杆自走式喷杆(风幕)牵引式风送药箱容量/L100020001500喷幅/m1521≥40喷雾流量/L·min-125.4838.22105喷雾压力/MPa0.2～0.40.2～0.41.0～2.0

1.3 试验条件

在吉林梨树县玉米万亩高产创建示范区进行3WX-1000G和3WX-2000G两种喷杆喷雾机的试验，在中国农科院商丘实验站进行STORM1500牵引式风送远程喷雾机的试验。试验时的气象参数、靶标作物参数及各试验机具的作业参数如表2所示。

表2 试验参数

1.4 试验设计

喷雾试验区域划定：根据各试验点玉米种植的行距，对于3WX-1000G和3WX-2000G，在喷幅范围内每间隔1.2m选定一株玉米作为试验植株；对STORM1500，在喷幅范围内沿射程方向，间隔2m选择一株玉米作为试验植株。在选定的每株玉米冠层的上、中、下部及地面分别布置滤纸与便签纸，用于采集雾滴样本(见图4)；在机具行走方向上，间隔3～5m选取1行玉米，共选取3行，按照同样的方法布置纸卡，作为试验的3次重复。首行玉米距离试验机具的起始位置20～30m，以确保雾滴采样时机具的作业工况稳定。布样结束后，启动机具，并迅速将机具的作业参数调整至表2所示的机具试验参数。喷雾试验结束待采样纸卡上的雾滴干燥后，迅速收集并用自封袋密封保存。

图4 玉米冠层采样纸卡的布置

对采集到的雾滴样本进行分析处理。

1)药液沉积率测定：将每张滤纸分别放入培养皿中，并加入20mL清水浸泡3～4h，确保滤纸上的诱惑红充分溶解于水中，用移液枪吸取一定量溶液注入玻璃比色皿中，放入分光光度计中测定溶液的吸光度值；根据诱惑红溶液吸光度与浓度的关系曲线，换算出试验靶标上诱惑红示踪剂的沉积量。

2)雾滴覆盖率测定：将每张便签纸上的雾滴沉积状况用相机拍摄，导入专用雾滴图像分析软件进行分析计算，得到雾滴在每个采样点纸卡上的覆盖率，并将数据结果导入Excel软件，对机具全喷幅范围内的雾滴沉积分布状况进行分析。专用雾滴图像分析软件计算结果界面如图5所示。

2 结果与分析

2.1 试验结果

2.1.1 雾滴沉积量

在分光光度计上测得溶液吸光度值后，换算成诱惑红沉积量。3种施药机具喷幅范围内，雾滴在玉米植株上的沉积分布状况如图6所示。在其喷幅范围内，玉米植株冠层上、中、下各部分的雾滴沉积量平均值与变化曲线如表3及图7、图8所示。

图5 专用雾滴图像分析软件计算结果界面

图6 3种施药机具喷幅范围内玉米植株上的雾滴沉积分布表3 雾滴在玉米冠层沉积量及变异系数

参数3WX-1000G沉积量/μg·cm-2变异系数3WX-2000G沉积量/μg·cm-2变异系数STORM1500沉积量/μg·cm-2变异系数冠层上部1.7510.1401.2750.0967.781.348冠层中部0.7640.0801.0420.0806.0581.514冠层下部0.4520.1230.5290.1203.3661.549

图7 3种施药机具在玉米冠层各部分雾滴沉积量平均值

图8 3种施药机具在玉米冠层各部分雾滴沉积

分布变异系数对比

2.1.2 雾滴覆盖率

将每张便签纸采集的雾滴样本经专用雾滴图像分析软件计算后，得到3种机具喷幅范围内雾滴在玉米植株上的覆盖率分布状况，如图9所示。在其喷幅范围内，玉米植株冠层上、中、下各部分的雾滴覆盖率平均值与变化曲线如表4及图10、图11所示。

图9 3种施药机具喷幅范围内玉米植株上的雾滴覆盖率表4 雾滴在玉米冠层覆盖率及变异系数

参数3WX-1000G覆盖率/%变异系数3WX-2000G覆盖率/%变异系数STORM1500覆盖率/%变异系数冠层上部21.190.5524.650.5330.450.90冠层中部11.660.5713.060.2927.701.01冠层下部8.700.9511.130.3122.491.07

图10 3种施药机具在玉米冠层各部分雾滴覆盖率平均值

图11 3种施药机具在玉米冠层各部分雾滴覆盖率变异系数

2.2 试验数据分析

根据上述试验结果图表，比较分析两种自走式喷杆喷雾机的雾滴沉积分布状况：①无风幕部件的3WX-1000G喷杆喷雾机在玉米冠层上部的雾滴沉积量总体略大于带风幕部件的3WX-2000G喷杆喷雾机，前者上部沉积量平均值为1.751μg/cm2，后者为1.275μg/cm2；而在冠层中下部的雾滴沉积量则小于带风幕部件的3WX-2000G喷杆喷雾机，前者冠层中部、下部位置的沉积量平均值分别为0.764、0.452μg/cm2，后者相应位置沉积量为1.042、0.529μg/cm2，后者分别提高了36.4%、17%。②无风幕部件的3WX-1000G型喷杆喷雾机的雾滴覆盖率总体上低于带有风幕部件的3WX-2000G喷杆喷雾机，前者在冠层上中下部的雾滴覆盖率平均值分别为21.19%、11.66%、8.704%，后者相应位置分别为24.65%、13.06%、11.13%，后者分别提高了16.3%、12%、28%。③无风幕部件的3WX-1000G喷杆喷雾机在喷幅范围内玉米冠层上、中、下3部分的雾滴沉积量与覆盖率变异系数均大于带风幕部件的3WX-2000G喷杆喷雾机。分析产生上述现象的原因：由于3WX-2000G喷杆喷雾机的风幕产生的气流有助于雾滴向玉米冠层内部穿透，使得雾滴在植株上的沉积分布更加均匀。由此说明：增加风幕部件，能够增强雾滴在作物冠层间的穿透性及在作物叶片上的附着能力，从而有效提高雾滴在靶标上的沉积量与分布均匀性[7-13]。

根据上述试验结果图表，对STROM1500牵引式风送远程喷雾机的雾滴沉积分布状况进行分析，结果表明：①大量雾滴沉积于射程范围的前14m区域内，14m之外射程范围内雾滴沉积量与覆盖率迅速减少；②喷幅范围内，雾滴在玉米冠层各部分的沉积量与覆盖率平均值远大于前者两种喷杆喷雾机，且雾滴在冠层上部的沉积分布与中、下部差异性较小；③STORM1500型牵引式风送远程喷雾机在喷幅范围内玉米冠层各部分的沉积量和覆盖率变异系数远大于喷杆喷雾机。分析其主要原因：由于风送式喷雾机喷头流量较喷杆喷雾机大，且风机产生的强力辅助气流有效穿透植株冠层，将药液输送至作物中下层；风场由近及远呈现速度衰减，辅助气流对雾滴具有向远程输送的作用，但粒径较大的雾滴，在14m范围内迅速沉降，使得14m之外的雾滴沉积量和覆盖率急剧减少；中小粒径雾滴在辅助气流作用下，被输送至远程，其沉降速度大大降低，使得50m处的雾滴覆盖率仍然达到10%。由此说明：风送式远程喷雾机能够增大雾滴的沉降范围，大大提高雾滴在植株冠层内的沉积量和覆盖率，以及机具的作业效率，但降低了雾滴在喷幅范围内的分布均匀性。

3 结论

1)较传统喷杆喷雾机，带风幕组件的喷杆喷雾机的辅助气流可显著增强雾滴在玉米冠层内的穿透能力，提高雾滴在植株上的附着性能，从而有效提高药液雾滴在植株上(尤其是植株中下部)的沉积量和覆盖率。

2)风送式远程喷雾机由于强力辅助气流的作用，使得该机具的有效射程远，雾滴穿透性强，有效增加了药液雾滴在靶标作物中、下部的沉积量和覆盖率，因而无需下田即可进行玉米等高秆作物的病虫害防治作业，并具有较高的作业效率；但大量雾滴集中于喷幅前段区间，整个喷幅范围内的雾量分布均匀性较差。为提升该类机具的作业质量，还需在进一步优化喷洒部件、减小雾滴粒径的同时，优化风机导风部件、改善风场分布，从而使得农药雾滴在田间均匀分布。

3)综合对比3种参试机具的施药试验效果，从雾滴沉积规律来看：风送式远程喷雾机的作业效率、雾滴在冠层间的沉积和穿透性能要优于喷杆喷雾机；从雾量分布均匀性角度来看，带有风幕部件的喷杆喷雾机的雾滴分布均匀性最佳，远远优于风送式喷雾机，也优于无风幕部件的喷杆喷雾机。

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The Test of Droplet Deposition Distribution for Different Kinds of Pesticide Application Equipment in Corn Field

Wang Guo, Gong Yan, Zhang Xiao, Chen Xiao, Liu Dejiang, Chen Wei, Miao Youyi

(Nanjing Research Institute for Agricultural Mechanization of Ministry of Agriculture, Nanjing 210014, China)

Corn field test of 3 different kinds of pesticide equipment (3WX-1000G self-propelled boom sprayer,3WX-2000G self-propelled boom sprayer and STORM1500 trailed air-assisted long-range sprayer) was carried out, aiming at the difficulties of mechanical crop protection in late growing period for long-stalk crop, such as corn, in China. The comparison and analysis of droplet deposition influenced by different pesticide application technology and equipment become the basis for selecting the pesticide application technology and sprayer, which is with advanced technology and meet the requirement of corn pests prevention. The results show that: assisted air flow of air curtain can enhance the deposition and coverage of droplet, the average deposition in middle and lower parts of canopy increases by 36.4% and17% than that without air curtain; the droplet coverage in the whole canopy increases, compared with that without air curtain, with the max growth rate of 28% in the lower part of canopy.Assisted air flow of air curtain is also able to improve the distribution uniformity at corn canopies; The air-assisted long-range sprayer greatly enhances the spray range and efficiency, because the droplets are delivered to farther distance by assisted wind, however, large amount of droplets gather in the front of range, making the distribution uniformity of droplet in the whole spray range much worse than boom sprayer, with its max CV over 1.

sprayer； droplet deposition； droplet coverage； corn pests

2016-07-01

国家自然科学基金项目(31401296)；农业部引进国际先进农业科学技术计划项目(2014-Z7)；江苏省科技自主创新资金项目(CX(14)2101)；公益性行业(农业)科研专项(201203025)

王 果(1987-)，男，江苏无锡人，研究实习员，(E-mail)sudawang1987@sina.com。

龚 艳(1976-)，女，海南琼海人，研究员，(E-mail)254482460@qq.com。

S49

A

1003-188X(2017)06-0177-06