超声气力喷雾对稻飞虱防治试验
2017-12-20张燕军戈林泉
缪 宏，江 城，张燕军，戈林泉，张 臣
超声气力喷雾对稻飞虱防治试验
缪 宏1,2，江 城1，张燕军1，戈林泉3※，张 臣1
（1. 扬州大学机械工程学院，扬州 225000；2. 农业部现代农业装备重点实验室，南京 210014； 3. 扬州大学园艺与植物保护学院，扬州 225000）
为系统研究超声气力喷雾对稻飞虱的防治效果，该文利用自制的超声气力喷雾系统，搭建稻飞虱超声气力喷雾试验平台，模拟水稻稻飞虱的生长环境。研究药液浓度、喷雾高度、移动速度、气力值不同作业参数对超声气力雾化幅宽、雾滴粒径的影响规律，并试验验证超声气力喷雾稻飞虱防治效果。试验结果表明：当喷头移动速度160 mm/s、流量5.5 mL/min时，其雾化率高，雾化效果更好，并且流量为5.5 mL/min时，农药利用率更高；通过统一其他参量发现：不同气力值下，粒径的平均值基本相同，都在25m左右，并且在气压值为20 kPa，雾化宽幅达到240 mm；雾滴形成后，在叶片上的附着效果受到喷雾流量、雾滴直径、风速以及叶片倾斜角度的影响；对比普通喷雾，超声气力喷雾的农药利用率提高了35%～45%，对稻飞虱的控制效果提高了10%～36%。该项试验研究结果对于改进施药机具和技术却相对落后的现状，提高机械化化学农药防治技术具有指导意义和实际利用价值。
农业机械；喷雾；农药；超声气力喷雾；稻飞虱；防治；风速；气力值
0 引 言
在农业植保技术不断发展的今天，植物保护的方法有很多，按其原理及应用可分为：农业技术防治、物理机械防治、生物防治和化学农药防治[1]。目前，虽然中国有很多机械化化学农药防治方法，但施药机具和技术却相对落后，病虫害防治过程中的农药利用率低、喷药效果差，而且还造成了农产品中农药残留超标、环境污染、作物药害和操作者中毒等一系列问题[2-4]。常用机具有存在明显的“跑、冒、滴、漏”现象。同时，当前机械施药技术缺乏安全性，农民没有经过完善的施药培训指导，每年因化学农药使用错误而产生的中毒伤亡高达几十人次[5-7]。
在当前中国水稻植保机械中，手工、半机械化的手动、小型电动喷雾机仍然占据主导地位[8-10]。农业部南京农业机械化研究所龚艳等研制了高效宽幅远射程机动喷雾机，其施药液量450～600 L/hm2，作业效率1.33～2.67 hm2/h[11]。中国农业大学何雄奎等研制了一种可实现低量风送精确喷雾的水田风送低量喷杆喷雾机，可进行150～180 L/hm2的低容量喷雾作业[12]。西北农林科技大学翟长元等设计了一种车载式变量施药系统，可以根据行驶速度自动变换喷药量，解决了植保机械移动速度与施药量不匹配的问题，避免农药使用浪费或施药不足[13]。丹麦Hardy公司研制了Alpha4100型自走式喷药机，在保证一定范围施药量的情况下，有效地控制化学农药的使用，提高了农药利用率，同时该公司研制的Alpha2000型风送式喷杆喷雾机，采用了气力辅助技术，显著提高了雾滴在作物各个部位的附着量[14]。Bertelli Randell公司生产了静电喷头，提高了雾滴的附着率，比普通喷头减少药液损失65%以上[15]。由此可见，超低量喷雾技术是目前国内外研究的热点，如果在植保作业中采用低量喷雾技术，农药有效利用率可增加35%～45%，化学农药使用量节约40%，可有效提高田间农药有效利用率，减少环境污染和作物残留，以最少的农药达到最高的防治效果，从病虫害防治中收到良好的经济效益、社会效益和生态效益[16-20]。
为了使雾化产生的雾滴粒径更小，分布更均匀，便于控制，从而能够节省大量农药，避免环境污染。以实现化学农药施药中低量喷雾的要求。本文研究的目的就是要将超声和气力喷雾技术结合起来应用到植保机械中，研制出低量高效施药机械，进而为改善植保机械现状提供参考和依据。通过模拟水稻稻飞虱的生长环境，研究药液浓度、喷雾高度、移动速度、气力值等不同作业参数对超声气力雾化幅宽、雾滴粒径等性能的影响规律，并试验验证超声气力喷雾的稻飞虱防治效果。
1 超声雾化原理及喷头结构
1.1 超声雾化原理
超声雾化技术主要是通过在超声频率下，液体振动失稳，在气相中分散而形成细微雾滴[21]。其中引起超声振动的方式主要有3种：压电效应法、流体动力法和磁致伸缩效应法[22]。鉴于压电效应法的压电材料性价比高，本文采取基于压电效应法的超声喷头，其核心部件是夹心式压电换能器，主要特点是将超声电信号转化为高频率的机械震荡。超声喷头的换能器由一对或多对压电陶瓷组成，其夹在钛金属外壳中。超声雾化的工作原理如图1所示：压电陶瓷作为高频电输入的一极，另一极作为金属外壳。高频输入信号激励两极极性往复变化，压电陶瓷就会发生振动，其振动频率与输入信号相同，在经过放大变换之后，振动产生的压力波引起喷头端面振动。当液体经过液路接触到换能器激励下振动的喷头端面时，一层波状液体薄膜会在固体表面形成，当其振幅不断增大，表面波也会增大，若液膜表面波的振幅增大到相应值，表面波就会碎裂，从喷口处溢出许多雾状液滴液体经液路到达喷口处形成雾状液滴。喷嘴的设计长度是一个波长，压力波在喷头内部来回传播形成标准波模式，波峰在左右端面处，其中喷头出口端振幅明显大于入口端，增大的幅值与喷嘴直径的变化呈正比例关系[23-24]。
图1 超声雾化原理示意图[23]
1.2 超声雾化喷头结构
超声雾化喷头由前端盖，后端盖，换能器等组成，结构如图2所示。后端盖布置有进气口，进液口。超声变幅杆中心轴处设有液路。换能器与变幅杆直接接触，其包括换能器后端、压电振子组、电级焊片。电级焊片引出压电振子组的电极。圆环状压电陶瓷片需为偶数，并联方式连接，共同组合成压电振子组。该组合中的一极与换能器前段和后端连接。
前后端盖与变幅杆中间形成腔体，空气压缩机产生的气体经后端盖进气口进入该气腔；压力泵提供的液体经后端盖进液口进入液路，如图2所示。由于超声喷头喷嘴为外部混合空气助力喷嘴，所以它能避免回流气路，同时它还包含内部助力喷嘴雾化效果好，它在任何液体流量下都能保持喷雾锥角基本不变，在需要扩大或缩小锥角的情况下，通过增加气力值，可以改变锥角大小。
1. 前端盖 2. 换能器 3. 换能器后盖 4. 压电振子组 5. 电机焊片 6. 腔体 7. 后端盖 8. 进气口 9. 进液口 10. 液路 11. 超声变幅杆
2 试验材料与方法
针对稻飞虱的习性搭建稻飞虱超声气力喷雾试验平台，在平台中进行有关超声气力喷雾性能的试验，试验主要包括雾化分布试验、雾滴粒径测量试验以及雾化宽幅测量试验，用以确定稻飞虱防治试验中超声气力喷头的位置高度、流量以及气力值等重要参数。
2.1 超声气力喷雾试验平台设计
根据25株水稻种植面积及水稻最大生长高度设计稻飞虱超声气力喷雾试验平台，内部尺寸为1 780 mm´1 170 mm´520 mm，试验平台主结构分为上部施药机构与下部水稻摆台底座部分，右侧面分别开三孔做为通风口，左右两侧设计有手柄，便于玻璃罩装卸。有机玻璃罩壳可配合在底座四边的卡槽中，采用一种龙门架直线导轨滑台实现超声气力喷雾装置在水平面上的运动，如图3a所示。
1. 支架 2. 导轨 3. 喷头 4. 坦克链 5. 铝合金底座 6. 玻璃罩壳 7. 伺服电机 8. 通风口 9. 超声发生器 10. 控制柜 11. 风扇
为防止试验过程中稻飞虱从平台中逃逸，在底座与玻璃罩的对接卡槽中掺入水，形成水封闭结构，并在有机玻璃罩左右两侧的开孔处设置滤网，底座侧面开直径80 mm的孔；用于布置内外超声喷雾电源线及各种信号线，采用PID控制系统自动控制超声喷雾试验平台的温度，如图3b所示。玻璃罩壳高度为800 mm，罩壳左侧面中心开孔直径250 mm安装风扇，如图3c所示。
2.2 试验方法
2.2.1 雾化分布试验
在雾化分布试验中，用生物染料“丽春红-G”为示踪剂与蒸馏水混合配置成与农药密度及黏性相等的喷液，加入水稻稻飞虱超声喷雾平台的药液箱中，滤纸采用 1 500 mm´1 000 mm的定性滤纸。经由超声喷头喷出的雾状液滴，采用定性滤纸直接定性观测，雾化后的红色液滴散落在滤纸上，通过观测画面分布状况对比各参数下的喷雾效果[22-24]。变量参数包括高度、速度及流量。喷头高度按照水稻喷药时期的生长高度可以设置为500、950 mm。喷头的移动速度可以设置为160、400 mm/s。设置流量值为5.5、15、35 mL/min。对各参数进行正交试验。其它参数为固定值，设置超声功率为2.5 W，喷雾气力值为0 kPa，风速为0 mm/s。测试不同风速下的雾化效果时，设置参数如下：喷头高度为950 mm，流量为5.5 mL/min，喷头移动速度为0 mm/s，气力值为0 kPa，超声功率为2.5 W，风速分别设置为：零级风（0 mm/s），一级风（1 000 mm/s），二级风（2 000 mm/ s），三级风（4 000 mm/s）。
2.2.2 雾滴粒径测试试验
在雾滴粒径测量试验中，用白油作为捕集液，其他材料有白凡士林，测试工具有500倍显微镜和测微尺。将玻璃培养器洗净，在其底部均匀涂一层白凡士林，在凡士林上抹一层约2～3 mm深的白油，收集雾滴使雾滴均匀悬浮在油中，在500倍显微镜中放置测微尺，将培养器移置显微镜下，焦距调至能看清雾滴，随机在测微尺上读取雾滴，边读边记录。最后，计算雾滴体积中径，方差，数量中径及扩散比[25-26]。测试气力值与雾滴粒径的关系时，设置参数如下：喷头高速为950 mm，流量为5.5 mL/min，喷头移动速度为0 mm/s，超声功率为2.5 W，风度：零级风（0 mm/s）。气力值设置为0、10、15、20 kPa。测试流量与雾滴粒径的关系时，设置参数如下：喷雾高度为500 mm，喷头移动速度为160 mm/s，流量为自变量，分别为2、4、6、8、10、12、14、16 mL/min。
2.2.3 雾化宽幅测量试验
在雾化宽幅测量试验中，利用高倍相机直接记录，读取试验平台的网格线测量喷雾幅宽。截取距各喷头垂直高度为150 mm处（截距过大，雾滴随气流影响其轨迹变化较大，造成试验误差过大）的雾化宽幅，绘制二维坐标折线图[27]。设置气压值分别为：0、5、10、15、20 kPa。保持喷头移动速度为0 mm/s，流量为5.5 mL/min，喷头高度500 mm。
2.2.4 稻飞虱防治试验
在稻飞虱防治试验中，采用的试药剂为常州农药厂生产的10%吡虫啉；选择试验水稻品种为武运粳24，水稻秧苗共计180株，施肥水平中等，pH值为7.1，试验用60株水稻分为12组样品，每组5株水稻，共重复3次；试验选用的褐飞虱种群最初来自中国水稻研究所，在扬州大学生态实验室温室中饲养，饲养在温度（26± 1）℃，相对湿度70%～80%，光照周期16 h/8 h的环境下，属敏感种群。
分别采用普通气力喷头（手动长江16型喷雾器）与及超声气力喷头喷雾作业。普通气力喷雾的气力值为10 kPa；超声气力喷雾的主要参数为：喷头高度为500 mm，流量为5.5 mL/min，气力值为10 kPa，超声功率为2.5 W。试验分4个作业参数：用药量为460 g/hm2，采用普通喷头；用药量为620 g/hm2，采用普通喷头；用药量为260 g/hm2，采用超声气力喷头；用药量为320 g/hm2，采用超声气力喷头。共设置12组水稻样品，每组5株水稻，每组投放三龄若虫约100头。于药后7、15 d进行药效调查，计算飞虱死亡和存活数目。试验共重复3次。
3 结果与分析
3.1 雾化分布效果
各种条件下雾化分布效果如图4所示，当喷头移动速度为160 mm/s时，雾滴覆盖率较高，在滤纸上的喷雾分布效果要好于速度为400 mm/s时的情况；当喷头移动速度为400 mm/s时，存在若干空白区域，该速度不利于水稻灭虫；流量为5.5与15 mL/min时的分布效果相差不大，但当流量为35 mL/min时，会发生明显的抱团聚集现象；当喷雾高度为500 mm与喷雾高度为950 mm时的喷雾附着效果相差甚微，表明喷雾高度对雾化分布无明显影响。
如图4b所示，根据滤纸雾滴呈像图，喷头移动速度为160 mm/s、流量为5.5 mL/min时，其雾化率高，雾化效果更好；对比图4a与图4e、4b与4f，发现相比于流量为15 mL/min时，流量为5.5 mL/min的雾化分布效果与之相差不大，当施药时间相同，那么流量为5.5 mL/min的施药量更少，农药利用率可以更高。
图4 不同速度、流量、高度条件下雾化效果分布图
3.2 风速的影响
如图5a所示，0 mm/s风速雾滴垂直降落，水稻稻飞虱喷雾作业时零级风速为假想风速，因喷头本身移动时不可避免的产生气流，所以实际施药时不存在0 mm/s风速。如图5b所示，1 000 mm/s风速下的超声气力喷雾雾滴飘移程度较小。如图5c所示，2 000 mm/s风速下超声气力喷雾雾滴飘移程度明显增大，在空间中悬浮后雾滴下沉。如图5d所示，4 000 mm/s风速下超声气力喷雾雾滴弥散在空间中，致使药液与稻叶的接触机率下降。对风速的适应性较弱是超声气力喷头应用在水稻稻飞虱喷雾作业的不足之处，可在使用前利用顺逆风选择喷雾移动方向，以提高施药率。同时，增加气力值同样可以提高超声气力喷雾对风速的适应性。
图5 不同风速下雾滴轨迹
3.3 不同气力值的影响
如图6与图7所示，气压值为0 kPa时，雾化最大宽幅不超过80 mm，随着气压值的增加，达到5 kPa时，雾化最大宽幅缓慢逐步增加，达到100 mm，在气压值超过5 kPa，达到10 kPa时，雾化最大宽幅明显急剧增大，达到200 mm，当气压值超过10 kPa后，雾化最大宽幅增加趋势逐步降低，在气压值为20 kPa，雾化最大宽幅达到240 mm。
如图8所示，在显微镜下放大用测微尺获取数据后发现，气力值为0 kPa时雾化粒径相对均匀，气力值为10 kPa时的雾化粒径跨度变化不大，粒径的平均值都在25m左右。而气力值在15和20 kPa下的雾化粒径均值依旧在25m左右，表明随气力值变化，雾滴粒径均值几乎不变。但是对比图8a、8b与图8c、8d，明显看出气力值为15和20 kPa时出现了许多零碎的微小液滴。选取喷雾雾滴集中区域，通过计数和计算发现，0和10 kPa时的雾滴粒径在15～35m的分布量高达98.87%，而气力值大于等于15 kPa时，在15～35m的分布量明显减少，只有88.2%，在雾滴粒径小于15m这一区间的分布量明显增加，达到了10%以上。这种现象的原因为气力值越大，液体平面液膜碎裂程度越高，雾滴间的凝聚抱团几率也随之增大[28-29]。
图6 不同气压值下超声气力喷头作业状况
图7 超声气力喷头不同气压值下的最大雾化幅宽
3.4 影响超声气力喷雾雾滴附着效果的因素
影响农药雾滴在水稻叶片上附着效果的因素有很多，其中最大的影响因子是农药雾滴粒径的大小[30]。较大的雾滴粒径受重力影响更为严重，在喷雾过程中更容易发生溅落现象，如图9a所示。喷雾流量较大时，水稻稻叶一定范围内的液滴分布量较为密集，雾滴之间容易发生凝聚或吸附反应[31]，施药量远远超过了杀灭稻飞虱所需的药量，农药浪费严重，如图9b所示。由于环境因素中风力及稻叶摆动的影响，雾滴粒径大的液滴吸附在稻叶表面时会产生弹跳或者溅落的现象。如图9c所示。稻飞虱以及水稻表面有拒水层，稻叶的倾斜角度会加剧雾滴的滚落，因而造成农药的浪费，如图9d所示。
图8 超声气力喷头在不同气压值下的雾滴放大图
图9 影响超声气力喷雾雾滴附着效果的主要因素
3.5 超声气力喷雾雾滴对稻飞虱的防治效果
如表1所示，普通喷雾用药量合计6.75 mg，药后7 d后防治效果平均减退率为80.695%，药后14 d后防治效果平均减退率为39.66%；超声气力喷雾用药量合计4.25 mg，药后7 d后防治效果平均减退率为90.765%，药后14 d后防治效果平均减退率为75.65%。超声气力喷雾的用药量明显少于普通喷雾，但是超声气力喷雾的稻飞虱减退率却高于普通喷雾。可见，超声气力喷雾的农药利用率高，对稻飞虱的控制效果明显好于普通喷雾，相对而言，超声气力喷雾的农药利用率提高了35%～45%，对稻飞虱的控制效果提高了10%～36%，可节约约40%的农药。
表1 不同喷雾对稻飞虱的防治效果
4 结 论
1）超声气力喷雾喷头移动速度为160 mm/s、流量为5.5 mL/min时，其雾化率高，雾化效果更好，并且相比于流量为15 mL/min时，流量为5.5 mL/min的雾化分布效果与之相差不大，施药时间相同，则流量为5.5 mL/min的施药量更少，农药利用率更高，在稻飞虱防治试验时可以取得更好的实验效果；喷头高度对雾化分布没有明显影响。
2）在影响超声力气喷雾喷雾效果的因素中，风速影响喷雾轨迹和雾滴分布，由于稻飞虱防治试验在温室内进行，可通过增大气力值等方法使喷雾正常作业；气力值影响雾滴粒径的均匀性，虽然总体平均直径在25m左右，但是方差随着气力值增大而增大，在稻飞虱防治试验时可以选取10 kP的参数，以免粒径不均匀对试验造成影响；气力值主要影响喷雾幅宽，总体上是气力值越大，幅宽越大，在气压值为20 kPa，雾化宽幅达到240 mm；
3）喷雾流量、雾滴直径、风速以及叶片倾斜角度都会影响雾滴的在叶片上的附着效果，从而影响农药的有效利用；通过试验对比普通喷雾，明显看出超声气力喷雾的农药利用率提高了35%～45%，对稻飞虱的控制效果提高了10%～36，可节约约40%的农药。
[1] Marcelo G, Carlos R, Mário D P, et al. Air-assistance in spray booms which have different spray volumes and nozzle types for chemically controlling spodoptera frugiperda on corn[J]. Journal of Plant Protection Research, 2012, 52(2): 247－253.
[2] 张慧春，郑加强，周宏平，等. 转笼式生物农药雾化喷头的性能试验[J]. 农业工程学报，2013，29(4)：63－70. Zhang Huicun, Zhen Jiaqiang, Zhou Hongping, et al. Performance experiments of rotary cage atomizer for biological pesticide application[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2013, 29(4): 63－70. (in Chinese with English abstract)
[3] 靳聪聪，杨扬，刘帅磊，等. 农村废水农药污染的生态修复技术研究[J]. 生态环境学报，2017，26(1)：142－148. Jin Congcong, Yang Yang, Liu Shuailei, et al. Ecological restoration of pesticides pollution in rural waste water[J]. Ecology and Environmental Sciences, 2017, 26(1): 142－148. (in Chinese with English abstract)
[4] Tiwari R K. Enzymes of earthworm as indicators of pesticide pollution in soil[J]. Advances in Enzyme Research, 2016, 04(4): 113-124.
[5] 何雄奎. 改变我国植保机械和施药技术严重落后的现状[J]. 农业工程学报，2004，20(1)：13－15. He Xiongkui. Improving severe draggling actuality of plant protection machinery and its application techniques[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2004, 20(1): 13－15. (in Chinese with English abstract)
[6] Denloye S A, Hoff G R, Hogendoorn E A, et al. Potential of a simple mechanical extraction system for the rapid extraction of pesticides from foodstuffs. Application to the determination of organochlorine pesticides in lettuce[J]. Journal of agricultural and food chemistry, 1999. 47(7)：2729－2732.
[7] 曲环. 农业面源污染控制的补偿理论与途径研究[D]. 北京：中国农业科学院，2007. Qu Huan. Study on Compensation Theory and Approach for Controlling of Agricultural Non-point Source Pollution[D]. Beijing: Chinese Academy of Agricultural Sciences, 2007. (in Chinese with English abstract)
[8] 李龙龙，何雄奎，宋坚利，等. 基于变量喷雾的果园自动仿形喷雾机的设计与试验[J]. 农业工程学报，2017，33(1)：70－76. Li Longlong, He Xiongkui, Song Jianli, et al. Design and experiment of automatic profiling orchard sprayer based on variable air volume and flow rate[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(1): 70－76. (in Chinese with English abstract)
[9] 刘继展，王芹，詹国祥，等. 果园双摆弥雾施药系统设计[J]. 农业机械学报，2014，45(12)：109－116. Liu Jizhan, Wang Qin, Zhan Guoxiang, et al. Development of orchard symmetric swing mist spraying system[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2014, 45(12): 109－116. (in Chinese with English abstract)
[10] 周志艳，袁旺，陈盛德. 中国水稻植保机械现状与发展趋势[J]. 广东农业科学，2014 (15)：178－183. Zhou Zhiyan, Yuan Wang, Chen Shengde. Current status and future directions of rice plant protection machinery in China[J]. Guangdong Agricultural Sciences, 2014(15): 178－183. (in Chinese with English abstract)
[11] 龚艳，傅锡敏，吴萍. 高效宽幅远射程机动喷雾机在水稻植保中的应用与分析[J]. 农业机械，2008(32)：46－47.
[12] 何雄奎，曾爱军，刘亚佳，等. 水田风送低量喷杆喷雾机设计及其参数研究[J]. 农业工程学报，2005，21(9)：76－79. He Xiongkui, Zeng Aijun, Liu Yajia, et al. Design and parameter test of the low volume air assistant rice boom sprayer[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2005, 21(9): 76－79. (in Chinese with English abstract)
[13] 翟长远，朱瑞祥，随顺涛，等. 车载式变量施药机控制系统设计与试验[J]. 农业工程学报，2009，25(8)：105－109. Zhai Changyuan, Zhu Ruixiang, Sui Shuntao, et al. Design and experiment of control system of variable pesticide application machine hauled by tractor[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2009, 25(8): 105－109. (in Chinese with English abstract)
[14] Da C J, Farnese A C, Olivet J J. Spray deposition on soybean crop in aerial and ground application [J]. Engenharia Agricola, 2011, 31(2): 343－351.
[15] Teresa D. Electrostatic spray head for mistablows[J]. International Pest Control, 1995, 37(5): 155－158.
[16] 曹春霞，程贤亮，叶良阶，等. 飞机超低量喷雾苏云金杆菌油悬浮剂防治玉米螟示范[J]. 湖北农业科学，2014，53(24)：6012－6014. Cao Chunxia, Cheng xianliang, Ye Liangjie, et al. Demonstration of controlling corn borer with ultra-low volume aerial spray of bacillus thuringiensis [J]. Hubei Agricultural Sciences, 2014, 53(24): 6012－6014. (in Chinese with English abstract)
[17] 丁新华，王娜，王小武，等. 小型无人机超低量喷雾防治玉米螟田间药效评价[J]. 新疆农业科学，2017，54(3)：479-488. Ding Xinhua, Wang Na, Wang Xiaowu, et al. Studies on the control effect of ultra-low volume aerial spray using unmanned aerial vehicle ( UAV) against the corn borer[J]. Xinjiang Agricultural Sciences, 2017, 54(3): 479-488. (in Chinese with English abstract)
[18] Trotuş E, Naie M, Buburuz A A, et al. Wheat crops protection against harmful organisms using chemical treatment of seed[J]. Cercetari agronomice in Moldova, 2011, 44(4): 19－26.
[19] 梁金钟，梅剑秋，王翼雪. 果蔬中残留有机磷农药降解菌的选育及鉴定[J]. 食品工业科技，2017，38(6)：189－194. Liang Jinzhong, Mei Jianqiu, Wang Yixue. Screening and identification of the degradation bacteria of residues chlorpyrifos pesticide on fruits and vegetables[J]. Science and Technology of Food Industry, 2017, 38(6): 189－194. (in Chinese with English abstract)
[20] 刘雪美，李扬，李明，等. 喷杆喷雾机精确对靶施药系统设计与试验[J]. 农业机械学报，2016，47(3)：37－44. Liu Xuemei, Li Yang, Li Ming, et al. Design and test of smart-targeting spraying system on boom sprayer[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2016, 47(3): 37－44. (in Chinese with English abstract)
[21] 宗建平，魏书娟，王景阳，等. 喷雾和灌根施药后吡虫啉在番茄植株中的分布及其对烟粉虱的防效[J]. 农药学学报，2009，11(2)：219－224. Zong Jianping, Wei Shujuan, Wang Jingyang, et al. Systemic distribution of imidacloprid in tomato crop and its control effect against bemisia tabaci with foliar spraying or root pouring[J]. Chinese Journal of Pesticide Science, 2009, 11(2): 219-224. (in Chinese with English abstract)
[22] Sonia E Z, Jane H, Lin F. Noticing pesticide spray drift from agricultural pesticide application areas and breast cancer: a case‐control study[J]. Australian and New Zealand Journal of Public Health, 2013, 37(6): 547－555.
[23] 高建民，陆岱鹏，刘昌鑑，等. 微型指数振子低频超声雾化喷头的研制及喷雾试验[J]. 农业工程学报，2014，30(4)：40－46. Gao Jianmin, Lu Daipeng, Liu Changjian, et al. Development and spray test of micro index low-frequency ultrasonic nozzle[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014, 30(4): 40－46. (in Chinese with English abstract)
[24] Wang D A, Chuang W Y, Hsu K, et al. Design of a Bézier-profile horn for high displacement amplification[J]. Ultrasonics, 2011, 51(2): 148－156.
[25] 黄卫星. 超声雾化试验研究[D]. 镇江：江苏大学，2007. Huang Weixing. Experimental Study on Ultrasonic Atomization[D]. Zhenjiang: Jiangsu University, 2007. (in Chinese with English abstract)
[26] 袁江涛，杨立，张健，等. 采样样本的容量对雾滴尺寸测量精度影响的试验研究[J]. 仪器仪表学报，2009，30(10)：2112－2117. Yuan Jiangtao, Yang Li, Zhang Jian, et al. Experimental study on the effect of sample size on measurement accuracy of water droplet size[J]. Chinese Journal of Scientific Instrument, 2009, 30(10): 2112-2117. (in Chinese with English abstract)
[27] Kincaid D C, Solomon K H, Oliphant J C. Drop size distributions for irrigation sprinklers[J]. Transactions of the ASAE, 1996, 39(3): 839－845.
[28] 白鹏博，邢玉明，王泽. 内混式喷嘴雾化特性的试验与仿真研究[J]. 流体机械，2015，43(2)：1－6. Bai Pengbo, Xing Yuming, Wang Ze. Experiment study and simulation research for the atomization characteristics of the internal mixing nozzle[J]. Fluid Machinery, 2015, 43(2): 1－6. (in Chinese with English abstract)
[29] 王双双，何雄奎，宋坚利，等. 农用喷头雾化粒径测试方法比较及分布函数拟合[J]. 农业工程学报，2014，30(20)：34－42. Wang Shuangshuang, He Xiongkui, Song Jianli, et al. Measurement comparison and fitted distribution equation of droplet size for agricultural nozzles[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014, 30(20): 34－42. (in Chinese with English abstract)
[30] Jensen P K, Olesen M H. Spray mass balance in pesticide application: A review[J]. Crop Protection, 2014, 61: 23－31.
[31] 张慧春，周宏平，郑加强，等. 喷头雾化性能及雾滴沉积可视化模型研究[J]. 林业工程学报，2016，1(3)：91－96. Zhang Huichun, Zhou Hongping, Zheng Jiaqiang, et al. A study of spray nozzle atomization performance and droplet deposition visual model[J]. Journal of Forestry Engineering, 2016, 1(3): 91－96. (in Chinese with English abstract)
[32] Law S E. Agricultural electrostatic spray application: A review of significant research and development during the 20th century[J]. Journal of Electrostatics, 2001, 48(11): 25－42.
缪 宏，江 城，张燕军，戈林泉，张 臣.超声气力喷雾对稻飞虱防治试验[J]. 农业工程学报，2017，33(23)： 73－79. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.23.010 http://www.tcsae.org
Miao Hong, Jiang Cheng, Zhang Yanjun, Ge Linquan, Zhang Chen. Experiment on prevention and control of rice planthopper by ultrasonic pneumatic spray[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(23): 73－79. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.23.010 http://www.tcsae.org
Experiment on prevention and control of rice planthopper by ultrasonic pneumatic spray
Miao Hong1,2, Jiang Cheng1, Zhang Yanjun1, Ge Linquan3※, Zhang Chen1
(1.225000,; 2.210014,; 3.225000,)
In the current, ultrasonic atomization technology is becoming the key technology of ultra-low volume spray technology in facility agriculture. In order to systemically research the factors affecting the control effect of ultrasonic pneumatic spray on rice planthopper, in this study, the ultrasonic pneumatic spray test platform for rice planthopper was built. This test platform simulated the growth environment of rice planthopper by controlling the temperature, air flow and soil environment. The temperature of the test platform was adjusted by the heater through the PID (proportion, integral, derivative) control system. The air flow was controlled by the electric fan which was placed on the side. The soil was taken directly from the experimental plot in the Yangzhou University. The effects of different operating parameters such as liquid concentration, spray height, moving speed and strength value on the performance, wide width of spray and droplet size of ultrasonic aerosol were studied, and the control effect of ultrasonic aerodynamic spraying on rice planthopper was tested and verified. The biological dye Ponceau-G, which was used as tracer, and distilled water were mixed to be the hydrojet that had the same density and viscosity as pesticide. This kind of hydrojet can leave a trace that is not easy to spread on the qualitative filter paper. The performance and wide width of spray could be qualitatively observed on filter paper. The spray droplets were collected by the white oil which was used as the collection liquid. The droplet size was obtained by 500 times microscope and measuring micro ruler. The rice planthopper and rice seedlings from the Ecological Laboratory of Yangzhou University were placed in the test platform, and using the same configuration of imidacloprid, the control effects of ordinary spray and ultrasonic pneumatic spray on rice planthopper were compared. The experimental results show that when the nozzle moves at a speed of 160 mm/s and a flow rate of 5.5 mL/min, the atomization rate is the highest and the atomization effect is better than others. When the flow rate is 5.5 mL/min, the pesticide utilization rate is the highest. The average values of particle size are basically the same at different pneumatic values, all of which are about 25 μm, and when the air pressure is 20 kPa, the width of atomization reaches 240 mm. Because the particle size of the aerosol spray droplets is very small, the wind speed has a great influence on the droplet trajectory, which can ensure the normal operation of the spray in the greenhouse by increasing the air force value. The adhesion effect of droplets on the blade will be affected by spray flow, droplet diameter, wind speed and blade tilt angle. In comparison with ordinary spray, the pesticide utilization rate of ultrasonic pneumatic spray is increased by 35%-45%, and the control effect on rice planthopper is increased by 10%-36%. The experimental results are of guiding significance and practical value to improve the status quo of relatively backward equipment and technology, and to improve the mechanized control technology of chemical pesticide.
agricultural machinery; spraying; pesticides; ultrasonic pneumatic spraying; rice planthopper; prevention and treatment; the wind speed; pneumatic value
10.11975/j.issn.1002-6819.2017.23.010
S491
A
1002-6819(2017)-23-0073-07
2017-07-21
2017-10-30
江苏省科技计划项目（BE2016708）；农业部现代农业装备重点实验室开放基金项目（201604003）；江苏省科技项目（BE2015338 BE2016346）；江苏省科技计划项目（BE2016134）
缪 宏，江苏宜兴人，副教授，博士，主要从事智能农业装备、植保机械与施药技术研究。Email：mh0514@163.com
戈林泉，江西抚州人，副教授，博士，主要从事昆虫分子生态及害虫综合治理技术研究。Email：lqge@yzu.cn
