不同助剂、喷头及喷雾压力对自走式喷杆喷雾机稻田喷雾效果的影响

杨 锐, 徐 翔, 王学贵*,, 贡常委, 张韫政,阮彦伟, 杨德斌, 杨旭东

(1. 四川农业大学 无公害农药研究实验室，成都 611130；2. 四川省农业农村厅 植物保护站，成都 610041；3. 四川省崇州市农业技术推广服务中心 植物保护与植物检疫站，四川 崇州 611230；4. 四川省邛崃市农业农村局，四川 邛崃 611530)

在农业生产中，化学农药是防治作物病、虫、草害的重要方法，但施药器械与施药技术发展较为缓慢，导致作物不同部位的雾滴沉积分布不均匀，达不到理想的防治效果，部分区域的农药利用率仅为20%～40%[1-3]。相比较于传统施药器械，自走式喷杆喷雾机具有喷洒质量好、喷雾雾滴分布均匀、安全性好、作业效率高、防治效果好、节约成本、增效明显等优点[4]，但在应用中也存在喷头和喷雾压力等因素造成的雾滴分布不均匀等问题。研究发现，农药雾滴粒径、雾滴密度等因素对农药沉积利用率及防治效果有较大影响[5]，其中雾滴粒径是衡量喷雾药液雾化程度和雾化质量的重要指标[6-8]。徐广春等[9]发现，较高的雾滴覆盖率和沉积量可显著提高农药的防治效果；崔丽等[10]研究发现，雾滴密度在54、133和280个/cm2条件下，施用吡虫啉7 d后，其对麦蚜的防治效果可分别达到88.1%、94.5%和96.5%。朱金文等[11]研究发现，在相同施药剂量下，雾滴体积中径 (D50)在157.3 μm时沉积量最多；Douglas[12]探究了百草枯和敌草快在不同的雾滴粒径下对除草效果的影响，结果表明，防治效果最佳的雾滴粒径为400～500 μm；除此之外，喷洒农药时添加喷雾助剂可改善雾滴物理性质、表面张力和粒径分布，并增加雾滴在叶片的沉积量，提高农药利用率[13-14]。Butler等[15]研究发现，添加助剂可改变不同类型喷头喷雾的雾滴粒径和雾滴速度；张瑞瑞等[16]研究发现，添加助剂激健可使雾滴D50增加20.43%，粒径分布相对跨度减小1.74%；Calitz等[17]研究表明，添加助剂可以提高农药在葡萄叶上的沉积量，从而降低葡萄灰霉病的发生率；杨石有等[18]研究发现，芦荟精油、有机硅助剂silwet408等5种助剂具有不同程度的增效作用。因此选择适合的助剂对农药沉积利用率有重要意义。何玲等[19]研究了添加助剂及喷液量对植保无人机农药沉积分布的影响，发现添加1.0%的飞防助剂时农药沉积利用率最佳。在田间农药沉积利用率的测定过程中，因诱惑红具有对光稳定、不易水解、不与农药发生反应等特性，通常被用作喷雾示踪剂[20]。同时，诱惑红在作物和雾滴收集器 (滤纸、麦拉片) 上有较好的洗脱回收率，且对雾滴的物理性质影响不显著，不影响药剂在靶标上的沉积，对喷雾人员身体无影响[21-23]。因此，本研究以诱惑红为示踪剂，以240 g/L噻呋酰胺悬浮剂为供试农药，通过田间试验探明助剂、喷雾压力及喷头类型对农药沉积利用率、药液雾化性能、雾滴分布均匀性等喷雾参数以及噻呋酰胺对水稻纹枯病防治效果的影响，筛选出适合自走式喷杆喷雾机的助剂、喷雾压力及喷头，旨在为农药减量减施提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 仪器、药剂及试剂

喷雾器械：亿丰丸山3WP-500CN自走式喷杆喷雾机，黑龙江省吉亿丰农机有限公司；3WBD-16背负式电动喷雾器，彩虹集团成都彩虹塑胶有限公司。

供试喷头：LICHENG-VP11003喷头 (扇形110°喷头，富锦市立兴植保机械制造有限公司)；ASJ-VP110015喷头 (防漂移气吸型压力喷头，德国ARGR公司)；TEEJET-VP80015喷头 (扇形80°喷头，美国TEEJET公司)。

CMax Plus酶标仪 (美谷分子仪器 (上海) 有限公司)；V600扫描仪 (EPSON公司)。

试验药剂：诱惑红85，上海源叶生物科技有限公司；240 g/L噻呋酰胺悬浮剂 (240 g/L thifuramide SC)，日本日产化学工业株式会社。

喷雾助剂：红太阳 (有机硅类)，南京红太阳农资连锁集团有限公司；倍力 (有机硅类)，燕化永乐 (乐亭) 生物科技有限公司；迈丝 (植物精油)，北京广源益农化学有限责任公司；融透 (卵磷脂)，武汉康科植保技术有限公司；印楝油 (植物精油)，成都绿金生物科技有限公司；哈速腾(有机硅类)，拜耳作物 (中国) 有限公司。

1.2 田间试验

供试水稻Oryza sativa品种为龙两优-粤禾丝苗，于2019年5月26日播种，于2019年7月26日 (拔节期，长势良好) 施药。试验设12个处理，每小区面积160 m2，3次重复，以人工喷雾处理为对照。供试药剂为240 g/L噻呋酰胺悬浮剂，施药剂量为每处理3 mL。试验设计见表1。施药时平均气温26.9 ℃，风速1.26 m/s。

1.2.1 药液配制 用纯净水稀释240 g/L噻呋酰胺悬浮剂，配成质量浓度为150 mg/L的喷雾药液，其中添加诱惑红85的质量浓度为3.125 g/L，根据助剂推荐使用量，每升药液中添加助剂红太阳为0.26 mL，倍力为0.30 mL，迈丝为1.00 mL，融透为0.46 mL，印楝油为0.46 mL，哈速腾为0.94 mL。

1.2.2 施药方法

自走式喷杆喷雾 (处理)：将4.8 L置好的药液加入药箱，喷雾机行驶速率2.5 km/h，喷头距离水稻植株顶部高度30 cm，单臂喷雾 (7个喷头)，单次喷雾面积为160 m2。

背负式电动喷雾 (对照)：将4.8 L配制好的药液加入药箱，在喷雾压力0.5 MPa、喷雾流量1.739 L/min条件下使用单喷喷头进行人工喷雾。

田间作业路径及布样点见图1。

1.3 喷雾效果测定指标

1.3.1 雾滴参数测定

1.3.1.1 雾滴粒径、雾滴覆盖率、雾滴密度和雾滴估计沉积量测定 在一次喷雾中，将全部雾滴的体积从小到大顺序累加，当累加值等于全部雾滴体积的10%时所对应的雾滴直径为D10，当其等于全部雾滴体积的50%时所对应的雾滴直径为D50（雾滴中径，volume median diameter)，当其等于全部雾滴体积的90%时所对应的雾滴直径为D90。根据国际标准，农业喷雾选择雾滴中径 (D50)作为喷雾雾滴雾化指标。参照徐广春等[9]的方法，收集不同条件下喷雾后风干的相片纸，用塑封袋保存。经扫描仪扫描后，用雾滴分析软件Depositscan[24]分析相片纸上的雾滴粒径 (μm)、雾滴覆盖率 (%)、雾滴密度 (个/cm2) 和雾滴估计沉积量 (μL/cm2) 等参数。

1.3.1.2 雾滴尺寸分布跨度 (S值) 测定 根据1.3.1.1节中所得到的雾滴粒径按公式 (1) 计算S值，其值表示雾滴直径相对于体积中径的范围。一般而言，S值越大，代表雾滴粒径范围越大，发散性越大[25]。

1.3.1.3 雾滴分布均匀性测定 参照邱占奎等[20]的方法，制作标准曲线：准确称取0.150 g诱惑红，溶于50 mL蒸馏水中，再梯度稀释为1 500、750、375、187.5、93.75、46.875、23.438和11.719 mg/L系列诱惑红标准溶液。用酶标仪于514 nm波长处测定其吸光度值，获取诱惑红标准曲线 (y= 0.010 5x+0.119 4，R2= 0.997 4)。用5 mL蒸馏水经超声波洗脱器洗脱麦卡片上的诱惑红，用酶标仪于514 nm波长处测定其吸光度值，根据诱惑红标准曲线，计算洗脱液中诱惑红的沉积量，从而估算出药液沉积量 (x)。参照国际标准[26]，根据公式 (2) 和 (3)计算变异系数 (CV)，以评判雾滴分布均匀性，CV越小表示雾滴分布均匀性越好。

式中：CV为变异系数；S为雾滴体积标准差；为雾滴体积平均值；n为处理数；i为其中某个处理。

1.3.2 雾滴附着率测定 根据植保机械通用试验方法[27]，在工作幅宽范围内，随机选取1行，每行均匀间隔选取10株，采用5级分级方法观察并记录所有叶片雾滴附着情况。分级标准：0级，无雾滴附着；1级，雾滴附着面积为观察面积的1/4以下 (如是观察叶片，则为1/4的叶面积有雾滴附着，下同)；2级，雾滴附着面积为观察面积的1/2以下；3级，雾滴附着面积为观察面积的3/4以下；4级，全部附着雾滴。按公式 (4) 计算雾滴附着率。

式中：A为雾滴附着率；n为各级病叶数量；X为相对级数值；N为调查叶片数量。

1.3.3 农药沉积利用率测定 根据苏小记等的方法[28]，于试验结束30 min后，在试验区域随机选择5点，每点取10株水稻，加入100 mL蒸馏水，振荡洗涤10 min，保证诱惑红完全洗脱。用酶标仪于514 nm波长处测定其吸光度值，根据诱惑红标准曲线，计算洗涤液中诱惑红的质量浓度，通过洗涤的用水量得到单株水稻的诱惑红实际沉积量 (g/cm2)。随机选取10个1 m2的试验区域内的水稻植株数，求出单株水稻所占面积，得到单株水稻的诱惑红理论沉积量 (g/cm2)。根据公式 (5) 计算水稻田喷雾农药沉积利用率。

式中：U为农药沉积利用率；M为单株水稻的实际沉积量；N为单株水稻的理论沉积量。

1.4 水稻纹枯病防效调查

根据标准GB/T 17980.20—2000进行药效调查[29]。于施药后7 d采用对角线5点取样，每点调查5丛水稻，共25丛，记录总株数、病株数和病级数，根据公式 (6) 和 (7) 计算病情指数和防效。水稻纹枯病分级标准：0级，全株无病；1级，第4叶片及以下叶鞘、叶片发病 (以剑叶为第1叶片)；3级，第3叶片及以下叶鞘、叶片发病；5级，第2叶片及以下叶鞘、叶片发病；7级，剑叶叶片及以下叶鞘、叶片发病；9级，全株发病，提早枯死。

式中：I为病情指数；n为各级病叶数；X为相对级数值；N为调查总株数；P为防治效果；ICK为空白处理区施药后病情指数；ID为药剂处理区施药后病情指数。

1.5 水稻产量调查

根据谷物与豆类千粒重的测定标准[30]，于收获前7 d对每个田块进行调查。采取5点取样法，每点取样1兜水稻进行行距、蔸距、分蘖数、实粒数、瘪粒数、千粒重测量，得到理论产量。

1.6 数据处理及分析

采用Excel进行数据统计，采用IBM SPSS Statistics 23进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 不同助剂、喷雾压力及喷头对雾滴分布均匀性的影响

由表2可知：采用TEEJET-VP80015喷头，在喷雾压力0.4 MPa下，添加不同助剂对雾滴分布均匀性有不同影响，其中添加哈速腾后雾滴分布均匀性显著高于添加其他助剂；在未添加助剂条件下，随喷雾压力升高，雾滴分布均匀性得到提高，但差异不显著；在未添加助剂及喷雾压力为0.4 MPa条件下，采用不同喷头对雾滴分布均匀性影响差异显著，其中以LICHENG-VP11003喷头效果最好。

2.2 不同助剂、喷雾压力及喷头类型对雾滴参数的影响

结果 (图2) 表明：自走式喷杆喷雾机雾滴分布及雾滴粒径等参数明显优于人工喷雾；不同助剂和喷头类型对雾滴参数影响较大，而喷雾压力影响较小。

由表2可知，采用TEEJET-VP80015喷头，在喷雾压力为0.4 MPa条件下，添加不同类型助剂对雾滴粒径及雾滴覆盖率的影响差异不显著，但对雾滴密度、估计沉积量和分布跨度S值的影响差异显著。其中添加迈丝后雾滴密度显著高于其他助剂；添加哈速腾后雾滴估计沉积量显著高于添加其他助剂。采用TEEJET-VP80015喷头，在未添加助剂条件下，改变喷雾压力仅对雾滴分布跨度S值影响差异显著 (F= 3.915,P= 0.039 ＜ 0.05)，其中以0.6 MPa喷雾压力下S值最高，达到1.18，显著高于其他处理。在未添加助剂、喷雾压力为0.4 MPa条件下，不同喷头对雾滴粒径D10、D50及分布跨度S值影响差异不显著，对雾滴粒径D90及雾滴密度影响差异显著，其中ASJ-VP110015喷头D90显著低于其他两种喷头；TEEJET-VP80015与ASJ-VP110015喷头的雾滴密度显著高于LICHENGVP11003；不同喷头对雾滴覆盖率、估计沉积量影响差异显著，其中LICHENG-VP11003喷头处理的雾滴覆盖率、雾滴估计沉积量显著高于其他两种喷头。

表2 不同助剂、喷雾压力及喷头类型对雾滴性能与雾化效果的影响Table 2 Effects of different auxiliaries, spray pressures, spray nozzles on the performance and atomization quality of deposition droplets

2.3 不同助剂、喷雾压力及喷头对雾滴附着率的影响

由表3可知，采用TEEJET-VP80015喷头，在喷雾压力0.4 MPa条件下，添加助剂对雾滴附着率的影响差异不显著；采用TEEJET-VP80015喷头，在未添加助剂条件下，不同压力对雾滴附着率的影响差异显著，且随压力升高雾滴附着率增大；在未添加助剂、喷雾压力为0.4 MPa条件下，不同喷头对雾滴附着率影响差异不显著。

2.4 不同助剂、喷雾压力及喷头类型对农药沉积利用率的影响

由表3可知，采用TEEJET-VP80015喷头，在喷雾压力0.4 MPa下，添加不同助剂对农药沉积利用率的影响差异显著，其中以哈速腾和迈丝效果显著高于其他助剂；采用TEEJET-VP80015喷头，在未添加助剂条件下，随着喷雾压力升高，农药沉积利用率提升明显，各处理间差异显著；在未添加助剂及喷雾压力为0.4 MPa条件下，采用不同类型喷头对农药沉积利用率影响差异显著，其中以LICHENG-VP11003喷头效果最好。

表3 不同助剂、喷雾压力和喷头对雾滴附着率与农药沉积利用率的影响Table 3 Effects of different auxiliaries, pressures and nozzles on the adherence rate of droplets and the utilization rate of pesticide deposition

2.5 在不同助剂、喷雾压力及喷头条件下噻呋酰胺对水稻纹枯病防治效果的影响

由图3可知，采用TEEJET-VP80015喷头，在喷雾压力为0.4 MPa条件下，添加助剂迈丝的防效显著高于添加其他助剂；采用TEEJET-VP80015喷头，在未添加助剂条件下，增大喷雾压力可显著提高防效，在0.4、0.6 MPa处理下防效分别达到86.27%和88.67%；在未添加助剂、喷雾压力为0.4 MPa条件下，采用不同喷头施药各处理间差异不显著。

2.6 不同助剂、喷雾压力及喷头对水稻产量的影响

由图4可知，采用TEEJET-VP80015喷头，在喷雾压力为0.4 MPa条件下，添加不同助剂对水稻产量的影响差异显著，其中添加红太阳对水稻产量的影响显著低于添加其他助剂；采用TEEJET-VP80015喷头，在未添加助剂条件下，改变喷雾压力对水稻产量的影响以及在未添加助剂、喷雾压力为0.4 MPa条件下，采用不同类型喷头施药对水稻产量的影响各处理间无显著差异。

2.7 自走式喷杆喷雾机与人工喷雾的比较

由表4可知，在喷雾压力0.4 MPa、TEEJETVP80015喷头条件下，自走式喷杆喷雾机施药时的农药沉积利用率和雾滴附着率均显著高于人工喷雾，变异系数显著低于人工喷雾，雾滴分布均匀性更佳，采用240 g/L噻呋酰胺悬浮剂对水稻纹枯病的防治效果及对水稻产量的影响显著高于人工喷雾。

表4 自走式喷杆喷雾机与人工喷雾比较Table 4 Comparison between self-propelled boom sprayer and artificial spray

3 结论与讨论

在农业生产中，植物保护发挥着重要作用，而植保作业的方法与质量也对作物产量有较大影响。根据卞丽娜等[31]的研究，在大规模的植保作业需求中，自走式喷杆喷雾机作业效率显著高于担架式喷雾机与背负式喷雾机，且作业成本更低。虽然近几年自走式喷杆喷雾机的发展迅速，但对其提高喷雾效果和喷雾参数的研究较少。

石伶俐等[14]研究发现，添加助剂后水稻叶片上雾滴沉积量是对照组的8倍。张靖等[32]研究表明，喷雾助剂可以使雾滴与叶片表面之间的表面张力与接触角减小，从而提高药剂的润湿展布和吸收，增大与靶标的吸附，提高防治效果。本研究结果表明，添加助剂对雾滴分布均匀性和雾滴密度均有一定的影响，其中添加助剂哈速腾效果显著，这与王金凤[33]的研究结果一致。添加助剂哈速腾后药液估计沉积量和理论覆盖率高于其他处理，同时药液附着率亦较高，防治效果显著，这与袁会珠[34]的研究结果一致。根据张靖[35]的研究，油性助剂对植物表面更具亲和性，而有机硅类助剂在降低表面张力和接触角上优于油性助剂；在本研究中，防治效果显著增加的迈丝属于油性助剂，而添加同样属于油性助剂的印楝油，防效变化则不显著，可能是由于添加量未达到其本身的临界胶束浓度 (CMC) 所致。根据王斌等[36]的研究，润湿持留能力不是影响助剂增效作用的唯一原因，因此其效果不佳。

喷头是雾滴雾化的关键部位，对雾滴的附着、分布均匀性及沉积效果均有显著影响[37-39]。祁力钧等[40]研究发现，喷头类型对雾滴分布均匀性的影响显著，喷雾压力的影响则不显著。本研究发现，改变喷雾压力对雾滴分布均匀性的影响不大，但不同喷头对雾滴分布均匀性的影响差异显著，这与王璐等[41]的研究结果一致。在采用不同喷头时，雾滴品质属于中等等级时，药液在叶片上滞留效果较好[25]，本研究中，根据雾滴D50发现，LICHENG-VP11003喷头的雾滴粒径大于其余两种喷头所形成的雾滴粒径，使沉积量更高，这可能是由于在收集卡片时雾滴未风干导致雾滴重合，扫描时无法识别，但需要进一步研究证实。

通过分析发现，添加喷雾助剂迈丝并采用LICHENG-VP11003喷头可显著提高自走式喷杆喷雾机的喷雾效果；由于在喷雾压力为0.6 MPa条件下，喷头与喷杆结合处有药液流失，因此在进行喷雾时喷雾压力选择0.4 MPa效果较佳。同时，在施药时添加助剂可以提高药液对靶沉积作用，其作用机理有待后续试验进一步研究；此外，本研究中发现，3种喷头间的喷雾效果差异较大，其性能比较还需进一步研究。