温室番茄不同生长期常温烟雾机的作业方式及参数研究

李传友, 窦硕, 熊波, 张莉, 李震,滕飞, 刘京蕊, 杨烨, 陈玉梅

(1.北京市农业机械试验鉴定推广站， 北京 100079；2.北京市密云区农机化技术推广服务站， 北京 101500)

目前，我国蔬菜栽培面积达2 044万hm2[1]。其中，温室栽培面积约366万hm2，位居世界第一[2]。由于温室中环境封闭、温度高、湿度大等因素，导致病虫害发病重、繁殖快、防治更加困难[3-5]。此外，温室中作物冠层高大密集，叶片相互遮蔽，雾滴很难穿透冠层而沉积到行间。加之温室的封闭条件和种植模式，导致施药机具难以进入[6]。因此，研发适于温室中病虫害防治的植保机械具有十分重要的意义。

近年来，针对温室病虫害的防治，我国研发并改进了许多先进的植保机械，例如，自动导航喷雾机、垂直喷杆喷雾机、风送式喷雾机、基于超声波和机器视觉的自动对靶喷雾机等[6-9]，但由于机具成本和温室内作物行间及地头窄小的作业环境限制，这些先进的施药机具并没有得到大面积推广应用。目前，我国在设施农业中的植保机械仍以手动或电动背负式喷雾器为主，作业效率低，劳动强度大，传统的大容量喷雾技术进一步增加了温室的湿度，更容易诱发病虫害的发生。常规的施药机具和方法已不能满足无公害和绿色蔬菜的生产要求[10-12]。为改变目前温室施药机具落后、施药困难的问题，国内出现一些新型的温室植保机具，如电动背负式风送喷雾器、旋转喷枪、热烟雾机、常温烟雾机、温室轨道式弥雾机、背负式静电喷雾器等[13-15]。

常温烟雾机是我国设施蔬菜生产中常用的植保机械。本文通过测定架式番茄不同生长期、常温烟雾机不同作业方式及作业参数条件下，番茄冠层内的雾滴沉积分布规律、药液沉积量、地面流失以及农药有效利用率等，旨在确定该机温室植保作业的适宜作业方式，减少农药施用量。

1 材料与方法

1.1 试验地点及温室条件

在中国农业大学药械与施药技术研究中心实验室进行机具基本性能参数测试，温室内作业测试选用北京市延庆区绿富隆观光园内带后墙日光温室，其东西长度为240 m，南北跨度12 m，脊高4 m，室内过道宽度1 m。温室内番茄为大垄双行栽培，垄距为1.5 m，行距0.45 m，行内株距0.4 m，垄间机具可使用宽度为0.55 m。温室温度29～31 ℃，湿度48%。

1.2 试验设备和仪器

JT 3YCB1200D-Ⅲ手推/背负电动式常温烟雾机[精韬伟业(天津)环保能源科技发展有限公司]由移动发电推车与背负式常温烟雾机主机组成。其中，常温烟雾机主机组件包含机架、雾化器、电控箱、药箱、软管和喷嘴等；移动推车提供电能、电缆线与常温烟雾机相连接，为主机提供电力，同时也是其运输移动工具。

分光光度计[AA-7000，岛津(上海)实验器材有限公司]、超声仪(BLS-X3，徐州贝尔斯电子科技有限公司)、扫描仪、雾滴图像处理软件等。

1.3 试验设计

1.3.1雾滴粒径测定 将常温烟雾机放置在激光粒径分析仪(S3500，美国麦奇克有限公司)通道一侧，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雾滴粒径测量，包括Dv10(体积累加到10%时的雾滴直径，μm)、Dv50(体积累加到50%时的雾滴直径，μm)、Dv90(体积累加到90%时的雾滴直径，μm)。然后利用激光粒径分析仪分析计算散射光谱图的雾滴谱相对宽度(RS)。

1.3.2流量测定 在常温烟雾机药液箱中装入至少10 L清水。打开机具开关，正常喷雾，完全排出管道内空气，使整个系统内充满清水。使用双层12号自封袋承接，喷洒20 s，称重计量，重复3次，确定喷雾机流量(mL·min-1)。

1.3.3射程测定 在无风、湿度较大的空旷场地设置水敏纸采样点，水敏纸放置在培养皿上。每隔1 m布置一个采样点，共布置15 m。距离第一采样点1 m远处固定待测常温烟雾机，常温烟雾机喷管喷洒方向轴线与射程采样点布置方向重合，喷管与地面夹角设置分别为水平0°、向下15°和30°、向上15°和30°。喷管距离地面高度1 m，喷雾时间5 s，计数确定水敏纸上单位面积雾滴数量，重复3次，确定喷管不同喷洒角度条件下射程以及射程内雾滴沉积分布。水敏纸上雾滴沉积数大于20滴·cm-2，视为有效射程。

1.3.4番茄冠层内雾滴的沉积分布 雾滴密度和覆盖率是雾滴沉积的主要评价指标。雾滴在叶片上的覆盖密度和覆盖率与防效相关，依据NY/T 650—2013《喷雾机(器)作业质量》[16]中低容量喷雾要求，杀虫剂要求雾滴密度大于25滴·cm-2，覆盖率为0.3%。其中，内吸性杀菌剂要求雾滴密度大于20滴·cm-2，覆盖率为0.25%；非内吸性杀菌剂要求雾滴密度大于50滴·cm-2，覆盖率为0.6%。本研究中，在番茄开花期，由于番茄冠层小，叶片的药液沉积量较大，沉积在冠层叶片或水敏纸上的雾滴会出现搭接，导致测量时雾滴粒径数值增大、雾滴密度数值降低，因此，在番茄开花期以雾滴覆盖率作为雾滴沉积分布的主要评价参数；在番茄结果期，由于番茄冠层较高，雾滴分布较为清晰，用雾滴密度和覆盖率作为雾滴沉积分布的评价参数。

由熟练操作常温烟雾机的人员进行作业，作业方式分为两种：一是行间作业。作业人员进入行间由里向外倒退作业，作业速度1 m·s-1。番茄开花期，喷管单行行上喷洒；番茄结果期，喷管两侧上下摆动作业。二是过道作业。作业人员行走在温室过道，由棚里向外背负机具倒退行进。番茄开花期，喷管与行轴线重合喷洒，每行上停留作业时间为11 s；番茄结果期，行间冠层两侧喷管上下摆动喷洒，停留作业时间为11 s。两种作业方式喷量一致，约为100.5 L·hm-2。在番茄开花期，冠层较矮，作业时在冠层顶部喷洒，冠层分为上、中、下3个区域，每行5株，喷洒3行作为重复；在番茄结果期，冠层较高，呈篱壁状，作业时分别从两侧喷洒，将双行栽培的番茄植株划分为左、中、右和上、中、下3层，共9个区域(图1)，每行5株，喷洒3行作为重复。在番茄结果期，为了验证冠层喷雾效果，分别在离过道较近的冠层前部、中部、后部设置3个布样点，选取3棵番茄测定冠层前、中、后部叶片正面的雾滴覆盖率。

图1 番茄植株冠层的区域划分Fig.1 Regional division of tomato canopy

在各区域位置典型叶片的正反面分别固定水敏纸用于接收沉积雾滴，显示雾滴沉积分布状态。机具作业完毕后，待沉积雾滴充分干燥后，将水敏纸收集并干燥密封保存。于实验室内使用扫描仪在600 dpi分辨率下扫描，将扫描所得图片使用Depositsan软件处理，获取不同冠层处沉积雾滴的雾滴密度和覆盖率。

1.3.5番茄叶片农药沉积量和地面流失量测定

雾滴覆盖密度和覆盖率可直观表征雾滴的沉积分布情况，但当雾滴沉积量较大时，雾滴有叠加和聚并现象，不能有效反映药液单位面积的沉积量。因此，选用滤纸接收沉积药液并测定番茄叶片农药沉积量。具体操作是：在靠近雾滴沉积分布水敏纸布样位置旁分别于番茄叶片正反面布置滤纸，接收沉积药液。待常温烟雾机作业完成后，将滤纸分别装入做好标记的自封袋中密封，于实验室内加入定量体积的去离子水超声洗脱，使用722型分光光度计(梅特勒上海有限公司)在501 nm波长下测定洗脱液的吸光值，并计算叶片单位面积上的沉积量。

此外，在番茄植株冠层左、中、右布样位置正下方以及垄间地面放置滤纸接收冠层下的地面药液流失，测定地面流失量，并计算地面流失率。

1.3.6番茄冠层农药沉积量和农药利用率的测定 常温烟雾机作业前，选取5株番茄植株地上部分作为空白对照，使用2 L去离子水对植株洗脱，测定洗脱液的吸光值。在番茄开花期和结果期，待常温烟雾机作业完成后，在行间作业和过道作业两个区域内分别取5株番茄植株地上部分。各植株分别使用2 L去离子水洗脱，测定洗脱液的吸光值，并减去空白对照的吸光值，计算各行单植株药液的平均沉积量，然后乘以种植密度，得到番茄冠层单位面积农药沉积量，再利用下面公式计算农药利用率。

1.4 数据分析

采用Excel 2010进行数据分析和制表，用SPSS 17.0进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 常温烟雾机的雾滴粒径和雾滴谱宽

通常密闭空间内，雾滴越细，沉积覆盖靶标物的表面积也越大，防治效果就会越高，同时农药用量就会减少。本研究中常温烟雾机的雾滴粒径和谱宽见表1。雾滴体积中径(Dv50)平均值为41 μm，属于极细雾滴；雾滴谱宽(RS)为1.27，雾滴分布较均匀。结果表明，常温烟雾机雾滴粒径适用于温室高湿条件下，且易于实现低量喷雾。

表1 常温烟雾机的雾滴粒径和雾滴谱宽Table 1 Droplet diameter and RS of cold aerosol sprayer

2.2 常温烟雾机的流量

经测定，常温烟雾机的流量为(896±13.7)mL·min-1。作业时，可根据作物冠层特征，确定亩喷量；根据常温烟雾机的流量，确定作业速度。

2.3 常温烟雾机的射程

由图2可知，该喷雾机喷管向下倾斜30°、15°以及水平0°喷洒时，雾滴在水敏纸的沉积雾滴数10 m内大于20滴·cm-2，射程为10 m，与该温室作物种植垄长一致。向下30°和15°时，雾滴主要沉积在1～6 m处；水平0°时雾滴主要沉积在2～9 m处；向下倾角及水平时峰值均在3～5 m处。喷管向上15°和30°时，雾滴沉积集中在6～10 m处，峰值在8 m处，射程可达12 m，超出温室作物种植垄长和温室作物种植跨度，易导致雾滴沉积到温室棚壁，造成温室内壁污染。喷管向上30°喷洒时，雾滴主要沉积在7～10 m处，靠近喷雾机近处雾滴沉积较少。

图2 常温烟雾机喷管不同角度的喷洒射程及雾滴密度Fig.2 Spraying range and droplet density at different angles of sprayer nozzle of cold aerosol sprayer

2.4 番茄不同生长期不同作业方式下作物冠层雾滴的沉积分布

2.4.1番茄开花期两种作业方式下作物冠层内雾滴的沉积分布 由表2可知，在番茄开花期，行间作业和过道作业两种方式下，雾滴在叶片正面的覆盖率均高于叶片背面，而且叶片正面的分布均匀性也好于叶片背面；叶片正面和背面的雾滴覆盖率均呈上层、中层、下层逐渐递减的趋势，尤其是过道作业冠层下层雾滴覆盖率急剧减少。从作业方式来看，番茄冠层的上层、中层和下层均呈现行间作业的雾滴覆盖率高于过道作业的趋势，且行间作业的叶片正面和背面雾滴覆盖率平均值比过道作业共计高出16.67%，尤其是叶片背面，过道作业远低于行间作业。行间作业雾滴的沉积分布均匀性也好于过道作业。

表2 番茄开花期两种作业方式下冠层的雾滴覆盖率Table 2 Droplet coverage rate of the canopy at tomato flowering stage under two operation ways

2.4.2番茄结果期两种作业方式下作物冠层雾滴的沉积分布 由表3可知，番茄结果期间作业方式下，在冠层左、中、右区域中，叶片正面雾滴覆盖率为9.55%～34.37%，雾滴覆盖密度均大于100滴·cm-2，满足作业质量要求；叶片背面覆盖率为0.21%～13.19%，88.0%以上符合作业质量要求。因为行间作业时，从冠层左右两侧向中间喷洒药液，由于左右两侧冠层叶片拦截作用，所以冠层中间的雾滴覆盖率低于左右两侧。因喷雾时手持喷管边倒退边上下左右喷洒，所以冠层从上到下覆盖率没有明显递增或递减规律。表4结果显示，番茄结果期过道作业时，在冠层左、中、右不同区域中叶片正面雾滴覆盖率为1.60%～46.97%，雾滴覆盖密度均大于70滴·cm-2，满足作业质量要求；叶片背面覆盖率为0.22%～19.87%，88.0%以上符合作业质量要求。同样，过道作业时冠层中间雾滴覆盖率也低于左右两侧。因喷雾时手持喷管站在过道上下喷洒，所以冠层从上到下覆盖率没有明显递增或递减规律。此外，在番茄结果期两种作业方式下，叶片背面的雾滴覆盖率均低于叶片正面。虽然两种作业方式满足作业质量的比例相同，但行间作业时冠层叶片正面和背面雾滴覆盖率均高于过道作业，叶片正面高约6.0%，叶片背面高约3.4%。两种作业方式下，叶片正面的覆盖率变异系数均低于叶片背面，叶片正面雾滴沉积分布均匀性好于叶片背面，行间作业好于过道作业。表5结果显示，行间作业时，由于从行间后部倒退行走喷洒作业，所以冠层前、中、后部雾滴覆盖率没有明显差异(P>0.05)；过道作业时，雾滴覆盖率在冠层前、中、后部均呈递减趋势，尤其冠层后部沉积覆盖率小，说明在过道作业时，前面冠层对雾滴有拦截作用，减少了冠层后面的雾滴沉积量。

表3 番茄结果期行间作业下冠层雾滴的沉积分布Table 3 Droplets deposition distribution of canopy at tomato fruiting stage under aisle operation

表4 番茄结果期过道作业下冠层雾滴的沉积分布Table 4 Droplets deposition distribution of canopy at tomato fruiting stage under inter-row operation

表5 番茄结果期两种作业方式下冠层前、中、后部的雾滴覆盖率Table 5 Droplet coverage rate of the canopy front, middle and back at tomato fruiting stage under two operation ways (%)

2.5 番茄叶片农药沉积量和地面药液流失量

两种作业方式下，番茄冠层叶片的农药沉积量以及地面药液流失量结果见表6。从表6可以看出，叶片农药沉积结果与水敏纸雾滴覆盖率规律一致。在番茄两个生长期，行间作业时叶片的农药沉积量均高于过道作业，叶片正面的农药沉积量均好于背面，开花期的农药沉积量高于结果期。此外，行间作业的地面流失量均高于过道作业。行间作业番茄开花期的地面流失率最高，达到26.47%，主要该时期冠层较低，作业时喷雾机喷管朝下喷洒作业，高流速雾滴穿过冠层沉积到地面；结果期次之，为21.56%。过道作业番茄结果期的地面流失率为17.64%，开花期地面流失率为10.78%。本研究未对温室棚壁雾滴沉积流失进行测试，但目测温室大棚棚壁有雾滴沉积流失，后续研究应对棚壁农药污染进行测定。

表6 番茄叶片农药沉积量和地面流失量Table 6 Pesticide deposition on tomato leaf and ground loss

2.6 番茄不同生长期两种作业方式下的农药利用率

表7结果显示，番茄结果期农药沉积量和农药利用率均高于开花期，行间作业的农药利用率高于过道作业。其中，行间作业时农药沉积量为4.57 L，农药利用率最高为68.3%。番茄开花期过道作业的农药沉积量为2.94 L，农药利用率最低为43.9%，该时期喷雾作业时，喷管基本为水平和向下15°左右喷洒，导致较多细雾滴弥漫在空中，不能沉降。

表7 番茄不同生长期两种作业方式下的农药沉积量和农药利用率Table 7 Pesticide deposition and pesticide utilization rate at different growth stages of tomato under different operation ways

3 讨论

本研究结果显示，温室架式番茄不同生长期行间作业的农药覆盖率和沉积量均好于过道作业；番茄不同生长期不同作业方式下，叶片正面的农药覆盖率和沉积量均好于叶片背面。这与本课题组之前的研究结果[11]一致。常温烟雾机靠雾滴自由沉降吸附在高作物冠层上，以至于沉积到冠层上顶部的药液较多，沉积到中下层的较少。因此，建议在冷棚高架蔬菜植保作业时采取行间作业方式。番茄不同生长期行间作业的农药沉积分布均匀性均好于过道作业；番茄不同生长期不同作业方式条件下，叶片正面的农药沉积分布均匀性均好于叶片背面。番茄结果期，两种作业方式下篱壁行冠层中间雾滴沉积分布均较两侧少；番茄开花期，两种作业方式下，雾滴沉积分布均按照上、中、下层逐渐减少。过道作业时，无论是番茄开花期还是结果期，后部冠层的雾滴沉积均少于前、中部。

在实际植保作业时，操作人员通常都使用常温烟雾机在过道行走作业，作业效率高，但是植保效果和农药利用率均不理想。鉴于本研究测定结果，建议当温室内病虫害防治需要较大喷量、作物冠层较好雾滴覆盖率时，应进行行间喷雾作业；当温室内作物预防性作业或喷洒农药内吸性较好，不需要较高冠层雾滴覆盖率时，可进行过道喷洒作业，喷管角度在±15°范围内调整，保证前、中、后部雾滴沉积分布均匀。