不同生物农药的喷雾覆盖率与叶面沉积量的试验研究

2018-08-10肖丽萍蔡金平刘木华林金龙叶洋洋黄粮粮

农机化研究 2018年9期

肖丽萍，蔡金平，刘木华，林金龙，叶洋洋，黄粮粮

(江西农业大学工学院，南昌 330045)

0 引言

农作物生产技术上，化学肥料和化学农药在环境中的持续积累不仅会危害生态系统，造成环境污染，而且还会造成作物表面农药残留，给人们生命带来危害[1]。生物农药通过使用天然存在的活生物体来控制或抑制病虫害，具有毒性低、残留量低及持久性好等特点。生物农药相比于常规化学农药，更安全，可快速分解而不产生耐药性，且具有较长的产品生命周期，以无毒友好机制防治病害虫[2-3]。生物农药的使用是将来农作物病虫害防治的必然趋势，全球范围内，生物农药的使用量每年都在稳步增长约10%。2014年，美国环保局(EPA)注册了超过430种活性生物农药成分，超过1 320种产品[2]；2015年，我国处于有效登记状态的生物农药有效成分达115个，产品约3 000个[4]。

生物农药活性成分不同，种类繁多，产品也多样，对农作物的喷雾防治效果也不相同，且目前对于生物农药的应用还缺乏较多的定量信息[5-6]。了解一种农药的喷雾覆盖率和沉积率对于确保和改善地面农药喷雾在整个喷雾层面上的运输至关重要，因为喷雾效果的好坏取决于喷雾在叶冠上的覆盖率和沉积量的分布情况，而在喷雾过程中，可能由于喷雾液滴体积过大发生重叠而浪费或液滴尺寸太小而发生漂移损失[7-8]，所以喷雾生物农药时产生的高质量喷雾覆盖率和沉积均匀性是选择或设计喷雾方法的关键，从而最大限度地发挥病虫害控制效果[9]。早些年，H. Guler等人采用移动喷雾系统和多种喷嘴对水敏性试纸进行了喷雾研究，分析了多种喷嘴的喷雾覆盖率，发现喷嘴类型对喷雾覆盖率的影响较大[10-14]。周良富等人对风送静电喷雾效果进行分析，发现喷雾距离、喷雾压力等对正面覆盖率影响比较显著[15]。徐广春等人采用水敏性试纸采集农药雾滴，通过Deposit Scan软件分析雾滴覆盖率和雾滴密度，发现弥雾下倾喷雾田间防治灰飞虱的效果要显著高于弥雾飘移喷雾下的防效[16]。Ozkan等人研究发现，有效控制亚洲大豆锈病需要用合适类型的杀菌剂彻底覆盖大豆冠层[17]。

本文在实验室条件下对两种喷嘴、5种生物农药的喷雾覆盖度和叶面沉积分布等进行了对比试验，并得出结论。

1 材料和方法

试验是2017年3-4月期间在美国OARDC(Ohio Agricultural Research & Development Center)农业部农业研究所实验室完成。

1.1 试验材料

喷雾覆盖率检测样本是52mm×76mm大小的水敏性试纸(WSP)，叶面沉积量检测样本是温室盆栽白花凤仙叶。

喷雾样本是美国BioWorks公司的Suffoil-X®(植物油)、Cease®(细菌类)、Molt-X®(昆虫生长调节剂)、BotaniGard®ES和BotaniGard®22WP(真菌类)等5种生物农药与水以一定比例的混合物。这5种生物农药在大型温室植物病虫害防治应用较为普遍，除了Cease是用于农作物病毒防治，其余均用于农作物虫害防治，且BotaniGard®22WP是粉末状，其它均为液体状。

试验喷嘴是美国Teejet公司的平面扇形喷嘴80°XR8004和中空锥形喷嘴TXVK8004两种喷嘴。平面扇形喷嘴多在16～60psi(大约0.1～0.4MPa)的压力下各种喷杆式喷雾机上广泛使用，而中空锥形喷嘴多用于果园或特殊农作物的风送式喷雾。在喷头压力为40psi(大约0.28MPa)情况下，80°XR8004的喷量速率为1.5L/min，TXVK8004的速率分别为0.25L/min。

1.2 试验装置

图1为喷雾覆盖率和叶面沉积量分析的喷雾现场。喷雾系统的喷杆上并排装有3个相同喷头，间距为50cm，喷雾系统以滑轮形式倒挂安装于移动滑槽装置上，整个喷雾系统可沿滑槽移动；盆栽样本和固定支架并排放在水平实验桌面上，水敏性试纸被固定支架夹持，并与植物叶面同等高度，调整桌面高度使叶面和试纸处于喷头下方50cm处；喷雾系统以6.4km/h的速度沿滑槽移动，同时以40psi的喷头压力喷洒样本液体于叶面和WSP上。

1.滑槽装置 2.喷雾系统 3.水敏性纸(WSP) 4.盆栽 5.水平实验桌 6.固定支架

在室温下测量5种生物农药的粘度，采用美国Viscolite VL7便携式粘度计，直接将粘度计的探头放入带有生物农药混合物样品的量筒或烧杯中，显示单元中立即显示其粘度值。

图2是液体表面张力分析系统(SensaDyne PC500L Tensiometer)，室温下测定5种生物农药的表面张力。该系统由探头、气压控制器(MFC)及分析系统等组成，将探头放入在支撑板上的烧杯样本中，其中两根探针产生气泡，另一根探针测量液体温度；质量控制器(MFC)以调节孔口生成气泡频率，随后气泡从液体内上升到液体表面消失；分析系统根据气泡的大小、上升时间间隔和液体温度等特征，来分析液体样本的表面张力与其他参数的关系等。

1.探头 2.气压控制器 3.分析系统 4.烧杯

1.3 试验方法

喷雾覆盖率和沉积量决定了喷雾效果的好坏，本试验在无任何外界因素影响的实验室环境下进行，采用两种不同喷嘴在相同压力40psi(大约0.28MPa)和相同喷雾高度50cm条件下对5种不同喷雾样本的喷雾覆盖率和叶面沉积量进行分析。由于植物叶面上喷雾沉积量较难直接测定，本试验采用了几种最新方法：每一次试验喷雾系统沿滑槽运动并喷雾一次，实验样本液体被同时喷洒在植物叶面和水敏性试纸上；每一种生物农药用两种喷头分别喷雾3次，取平均值。

对植物叶子样本进行处理。对于生物农药Cease®、BotaniGrad®ES和BotaniGrad®22WP喷雾样本，每一次试验收集一株植物的3片叶子，分别放入直径为95mm且进行过化学药物处理的塑料盘中，待叶面与药物完全接触后取出叶子待用。该药物可使叶子上的生物农药与其发生化学反应而产生霉菌，通过分析仪器可计算出所有霉菌个数，然后可根据霉菌个数与样本液体容量的关系曲线而计算该叶面喷雾总量，即喷雾后附着在叶面上的生物农药喷雾样本量。

而对于具有油性特征的生物农药Molt-X®和Suffoil-X®，喷雾前在其混合液中加入一定量的油性荧光剂，均匀混合喷洒于盆栽和水敏性试纸上。每一次试验收集一株植物的3片叶子，分别放入含20mL反透射水的玻璃瓶中，迅速轻晃以冲洗叶面上的生物农药，再取出叶子待用，然后利用紫外-可见光光谱仪测定玻璃瓶中混合物的荧光剂浓度，再根据荧光剂浓度与喷雾液体容量的关系曲线计算出叶子上的喷雾总量。

最后，采用扫描仪(HP Scanjet G4050)测出每一片叶子的面积，结合该叶子上的喷雾总量，可获得叶面的沉积量，即叶面单位面积上喷雾液滴的量。

对水敏性试纸进行处理。水敏性试纸通常用作收集工具来测量喷雾的覆盖范围，通常用覆盖率百分比来表示。对于喷雾覆盖率，每次试验使用两张水敏性试纸，喷雾后，水敏性试纸被雾滴染成蓝色点状；干燥后，由扫描仪(Scan shell 800NR)扫描后并计算蓝色点覆盖率，即蓝色点面积占试纸总面积的比例，从而得到该生物农药的喷雾覆盖率。

2 试验结果与分析

2.1 不同生物农药的叶面沉积量

表1、表2分别给出了喷嘴XR8004和TVXK8004分别采用5种生物农药样本喷雾3次后，采集9片叶子样本的喷雾量、面积和沉积量的计算值和测量值。由表1、表2可以看出：生物农药Cease的叶面喷雾量最少，BotanGrant®20WP次之；Suffoil-X的叶面喷雾量最多，Molt-X次之，BotanGrant®BE的叶面喷雾量处于中间位置。

表1 XR8004喷嘴对不同生物农药喷洒叶子样本的喷雾量、面积和沉积量

表2 TVXK8004喷嘴对不同生物农药喷洒叶子样本的喷雾量、面积和沉积量

续表2

由表1、表2可知：每一片叶子样本面积大小没有较大差别，所以计算出来的叶子样本的沉积量存在的规律与其喷雾量也一样。

图3为两种喷嘴采用5种生物农药喷雾样本的沉积量平均值。由图3可知：生物农药Cease的叶面沉积量最少，BotanGrant®20WP次之；Suffoil-X®的叶面沉积量最多，Molt-X®次之，BotanGrant®BE的叶面沉积量处于中间位置。

喷嘴XR8004对于Suffoil-X®和Mol-X®的喷雾叶面沉积量比TVXK8004的值大，而对于其他生物农药，喷嘴XR8004的叶面沉积量比TVXK8004的值小。可见，油性生物农药喷雾样本的叶面沉积量偏大。

图3 叶面沉积量平均值

2.2 不同生物农药的喷雾覆盖率

图4和图5分别为XR8004和TVXK8004两种喷嘴情况下5种不同喷雾样本在水敏性试纸上的喷雾覆盖情况。在相同的喷雾位置和压力情况下，平面扇形喷嘴(XR8004)的试纸上喷雾黑色面积明显比中空锥形喷嘴(TVXK8004)的黑色覆盖面积大，而同一种喷嘴不同生物农药的喷雾覆盖面积从图上看不出差别。

Molt-X® Botanigrad® 20WP Botanigrad® ES Cease® Suffoil-X®

图6给出了不同生物农药的喷雾覆盖率的具体数据。由图6可知：喷嘴XR8004喷雾生物农药的覆盖率在50%～75%之间，远大于喷嘴TVXK8004的覆盖率10%～18%之间。对于喷嘴XR8004，对Suffoil-X 喷雾的覆盖率值最大，Cease次之，Molt-X的值最小；而对于喷嘴TVXK8004，所有生物农药的喷雾覆盖率没有较大差别。由此可见，喷嘴的类型、孔径大小和喷量流速等对喷雾覆盖率的大小有较大影响，而喷雾样本的种类影响较小。

图6 不同生物农药的液滴覆盖率

2.3 不同生物农药的粘度和表面张力

图7显示了5种生物农药的粘度值和表面张力值。由于BotoniGard®ES喷雾样本喷雾前为粉末状态，可能因为混合均匀度的影响，其表面张力值相对其他生物农药偏低。除了BotoniGard®ES，其余生物农药的粘度和表面张力的变化基本与喷嘴XR8004的喷雾覆盖率变化类似，从Molt-X®、BotaniGard® 20WP、Cease®到Suffoil-X®成上升变化趋势。