气流雾滴胁迫和冠层孔隙变化对沉积性能影响解耦研究

刘雪美 宋来其 崔慧媛 刘一冲 刘兴华,3 武民庆

(1.山东农业大学机械与电子工程学院， 泰安 271018； 2.山东省农业装备智能化工程实验室, 泰安 271018；3.山东省园艺机械与装备重点实验室, 泰安 271018)

0 引言

在气流辅助喷雾过程中，由辅助气流导致的冠层孔隙变化和对雾滴胁迫作用的影响是耦合的[1]。面对不同施药对象，在最佳工况下胁迫雾滴需要的辅助气流风速和扰动冠层孔隙需要的风速是不同的[2-3]，两者对辅助气流风速需求的不一致导致施药效果下降和额外风量浪费。此外，辅助气流导致的冠层孔隙变化和对雾滴胁迫作用影响间的耦合强度可以改变，进而冠层内雾滴沉积性能也存在差异。通过改变辅助气流的作用形式可减弱两者间的耦合强度，或者通过增加机械拨杆、改变冠层孔隙可减弱气流对冠层的作用[4-5]。目前，辅助气流作用下两者间耦合比例对沉积性能的影响机理尚未明确，明晰两者的耦合比例对沉积性能的影响可为风送参数优化和喷雾模式改进提供指导。

高郁闭度作物施药时，辅助气流对气流雾滴胁迫和冠层孔隙改变的差异性导致施药效果不佳。一方面，辅助气流对冠层孔隙空间改变有限，为达到较好的施药效果，需要提高施药机具的风速和风量，导致动力消耗成本相应增加[6]；另一方面，辅助气流风速增大会胁迫雾滴造成地面流失，从而引起环境污染。因此，辅助气流导致的雾滴气流胁迫和冠层孔隙改变对提升高郁闭度作物的施药效果有限，辅助气流风速不足以改变高郁闭度冠层内枝叶间的遮蔽，冠层外层稠密叶幕阻碍了雾滴在冠层内的运移[7-8]。国内外研究人员针对气流辅助喷雾过程中辅助气流、冠层特性和沉积性能等进行了大量的试验研究[9-14]。

上述研究均表明，风速对冠层内部的均匀沉积贡献较大。目前，关于辅助气流导致的冠层孔隙变化和对雾滴胁迫作用的分析以及两者对沉积性能的影响尚未见报道。深入研究气流辅助喷雾工况下气流雾滴胁迫和冠层孔隙变化对雾滴沉积性能的影响，对于优化气流输送形式、提高农药利用率、减少农药施用量具有重要意义。基于此，本文在前人研究基础上，以高郁闭度盛花期棉花为研究对象，通过设计解耦试验方案，解析气流辅助施药过程中气流雾滴胁迫和冠层孔隙变化对棉花冠层整体沉积行为的不同影响。

1 气流辅助喷雾沉积过程与解耦试验方案

1.1 风送喷雾冠层内雾滴沉积过程分析

冠层内部沉积阶段是关系到雾滴沉积是否均匀的关键过程。由于强制气流不是导致冠层孔隙变化的唯一原因，例如机械式扰动，因此本文将冠层孔隙变化视为一种影响雾滴沉积性能的独立因素加以考虑。在风送喷雾中，冠层孔隙变化和气流雾滴胁迫共同作用于雾滴冠层穿透、雾滴分配、雾滴沉积分布，气流雾滴胁迫强弱由气流风速决定并影响冠层孔隙变化，而冠层孔隙变化影响冠层内气流分布，进而影响气流雾滴胁迫作用。因此，两者对雾滴沉积性能的影响是耦合的。

在风送喷雾中的冠层内部沉积阶段，由于不同强制气流风速和不同冠层特性作物影响冠层孔隙变化，进而导致雾滴沉积行为存在差异。冠层孔隙的改变主要表现为气流对茎叶的扰动变形：若枝叶刚度较大或叶面积较小，受风载扰动后冠层孔隙变化较小，气流雾滴胁迫是雾滴沉积行为的主要因素；若茎叶刚度较小或叶面积较大，受风后冠层孔隙变形较大，冠层孔隙增大形成雾滴运移通道，冠层孔隙变化成为雾滴冠层中下层沉积行为的主要因素。同时，气流对雾滴的胁迫作用还受雾滴粒径谱的影响：对于到达冠层雾滴群中粒径较大的雾滴，由于动能较大，在气流胁迫下会向下加速移动，因此大雾滴向冠层中下部运移主要依靠冠层孔隙改变形成的雾滴运输通道；对于粒径较小的雾滴，由于其动能不大，容易受层流或紊流胁迫，绕过茎叶进入冠层中下部或沉积在叶片背面，因此在冠层内部的沉积行为中，气流雾滴胁迫影响较大[15-18]。

然而在实际喷雾作业过程中，提高喷雾效率主要依靠改变喷嘴流量、压力、气流速度等方式，未充分考虑到作物冠层特性对雾滴沉积行为的影响存在差异。若针对不同冠层特性作物，量化气流辅助喷雾中气流雾滴胁迫与冠层孔隙改变对雾滴沉积性能的影响，则可根据实际情况选择增大辅助气流或者额外通过机械手段增大作物冠层孔隙空间，提高雾滴沉积质量的同时又可以减少风机动力消耗。将能实现以较低的成本、较快的速度促进气流辅助喷雾施药质量的提升，可为针对不同作物冠层孔隙变化特性的新型喷雾模式设计提供借鉴。

综上所述，气流辅助喷雾在冠层内沉积行为主要受冠层内气流雾滴胁迫与冠层孔隙变化的影响，气流雾滴胁迫强弱由气流风速决定并影响冠层孔隙变化，而冠层孔隙变化影响冠层内气流分布，进而影响气流雾滴胁迫作用，两者在气流辅助喷雾过程中耦合发生，在不同冠层特性作物内沉积行为也存在差异。因此，研究行之有效的解耦方案对不同冠层特性作物内沉积行为改善尤为重要。

1.2 气流辅助喷雾解耦试验方案

一般而言，在作物群体的生长周期中存在冠层孔隙分布的差异；冠层孔隙也可以通过气流或物理方式加以改变。对于郁闭度较高作物，用于改变孔隙的辅助气流风速较大，功率消耗较多。只有当作物冠层孔隙率小于某个阈值，即郁闭度足够大时，才需要改变冠层孔隙，使之增强雾滴冠层内部运输能力，反之当孔隙率大于该阈值时，即郁闭度不大时，则不需要改变冠层孔隙。因此，本文讨论的解耦研究，其喷雾应用范围仅限于作物或作物群体达到一定的郁闭度。

采用物理解耦方式将气流影响雾滴沉积性能的二者作用形式剥离，设计2组解耦试验和1组对照试验。其中，方案1为对照组，方案2、3作为解耦试验组，方案1分别与方案2、3相互对照，两组对照之间试验变量不同。方案1试验对象是冠层孔隙可风载变形的棉花模型；方案2试验对象是风载变形后冠层孔隙固定的棉花模型，用于开展有风载孔隙变形的无风沉积试验，剥离气流雾滴胁迫对冠层沉积行为的影响；方案3试验对象是自然状态下风载冠层孔隙不变的棉花模型，用于开展气流辅助喷雾下冠层孔隙不变的沉积试验，剥离风速对冠层孔隙改变的影响。忽略3组试验方案中冠层动态孔隙变化和静态孔隙保持不变的差异。如图1所示，方案1与方案2比较试验变量为是否存在气流雾滴胁迫影响，方案1与方案3比较试验变量为是否存在冠层孔隙变形影响。因此，分别分析方案1相对于方案2、3的沉积表现，可定量分析气流雾滴胁迫和冠层孔隙变化对冠层沉积性能的影响。

2 风载作用下棉花单枝叶变形测量

气流辅助喷雾中，棉花孔隙变化主要指叶枝弯曲变形与叶片扰动变形。由于叶枝在风载荷作用下变形量相对叶片扰动变形较小，将叶枝受风载变形过程简化，采样实测不同风速下叶枝变形量进行统计，作为棉花模型叶枝变形参数[19-20]。叶片扰动变形采用试验方法得到不同风速作用下回归关系，用以对比仿真叶片与真实棉花叶片风载特性差异。

2.1 棉花叶片风载变形试验

2.1.1试验材料

试验取样棉花为盛花期表面无明显损伤、茎叶茂盛植株，样本取自山东农业大学南校区棉花试验田。取样叶片分布于棉花冠层不同部位，最终选取10组样本并进行编号，其叶面积分别为：14.2、29.6、37.4、47.1、61.4、77.8、81.6、91.4、102.8、113.96 cm2。取样过程中直接带根移栽样本棉花，提供充足水分。叶片带柄取下后立即进行风载试验，保证叶片风载特性不受影响。测量设备包括CR1000x3型高速相机(德国Optronis)、离心风机、无级变频调速器、热线风速仪、导流风筒、标尺、三脚架、补光灯等。

2.1.2试验方案

(1)导流风筒下方固定标尺，将离心风机作为风源，调节变频器改变风机转速，使用热线风速仪测量出风口风速(V)与下方叶片位置处风速(U)，得到变频器频率与出风口风速(V)对应关系。

(2)导流风筒下方30 cm处固定棉花叶片，调整三脚架高度和位置，使高速相机拍摄位置正对叶片区域，调整补光灯位置、亮度，调整相机焦距和拍摄角度确保叶片轮廓清楚，刻度清晰。同时拍摄叶片静止状态位置图像，记录静态叶片位置。

(3)通过改变变频器频率，将出风口风速(V)分别调节为5、7、9、13、17、19、21 m/s，拍摄风载下叶片高速变形过程，通过高速相机软件TimeBench获取叶片动态变形过程。试验过程和装置如图2所示。

(4)分析静态叶片与风载下高速变形叶片，以静态叶片位置为参考，获取叶片位置处风速(U)下叶片最大变形时位移。

2.2 棉花叶片变形量标定与统计

棉花叶片在气流作用下变形表现为振动变形，其振动模式和振幅受气流速度影响。由于本次试验出风口风速(V)为5～21 m/s，叶片振动变形难以评估，叶片振幅可以表征叶片变形受风速的影响。所以将叶片最大变形振幅作为变形量进行统计，通过对高速相机中的连续帧分析，抓取叶片最大变形量位置进行标定，获取其最大变形量。图3为部分叶片不同风速下变形量标定。将不同叶片变形量进行统计，结果如表1所示。

表1 叶片最大变形量统计结果

根据表1数据，棉花叶片变形量受辅助气流风速与叶面积影响。随着辅助气流的增大与叶面积的增加，采样叶片的最大变形量也随之增大。为得到风载作用下叶片位置处风速(U)、叶面积(A)与叶片最大变形量(D)三者间的关系，对获取的叶片变形量与风速、叶面积进行非线性拟合，得到图4的拟合曲面，拟合后决定系数R2=0.969,具有较高的可靠性，其拟合关系为

D=-5.054+0.358A+1.807U+0.005A2-0.032U2+0.019AU

(1)

2.3 仿真叶片风载变形试验

封伟建等[21]通过对比多种材料发现，一些人造树叶能很好地反映真实树叶的气动特性，田间叶片受风动态变形的过程可以在室内模拟。利用人造树模拟气流辅助喷雾过程中冠层内沉积分布使喷雾试验不再受限于田间试验。为接近棉花叶片风载下真实变形，选择相近尺寸、叶形呈三掌裂状塑料叶片作为仿真棉花叶片。开展仿真叶片风载变形试验，对比仿真叶片与真实叶片风载变形量差异。重复上述真实叶片风载变形试验步骤，对仿真叶片变形量与真实叶片受风拟合得到的数据进行对比。

根据表2中数据，仿真叶片在风载下变形量与拟合变形量相对误差大部分在15%之内，少数叶片变形量误差在17%之内。由于本文只是使用人造树近似表示棉花高郁闭度状态，该误差一定程度上反映了真实叶片风送喷雾下变形状态。所以，确定仿真枝叶应用于风送喷雾试验的可行性并作为棉花模型叶片材料开展沉积试验。

表2 仿真叶片风载变形量与拟合值对比

2.4 棉花单果枝风载变形量测量

按照上述棉花叶片风载变形量测量步骤，对采样的新鲜带叶果枝进行风载变形试验。由于果枝变形量相对于叶片变形量较小，为简化冠层孔隙变化模型，对采样棉花植株果枝变形量进行统计，以上、中、下3层采样均值分别作为棉花模型果枝变形量，通过高速相机提取采样果枝变形连续帧，标定果枝风载变形量。棉花果枝风载变形量如表3所示。

表3 棉花枝叶风载变形量采样统计结果

3 解耦试验方案的棉花植株模型搭建

真实植株移入室内试验会破坏植株原有枝叶特性，冠层叶片会因脱水而自然下垂，试验成本较高且试验效果不理想。因此，结合DEKEYSER等[22]采用人造仿真树木代替真实树木进行室内试验的方式。将盛花期棉花植株作为试验对象，搭建3种方案棉花模型开展喷雾沉积试验。

本组20例患者，男8例，女13例，年龄55～65岁，平均59岁，有慢性关节疼痛或肿胀6个月以上，均经X线片或MRI检查提示有膝关节退行性变、关节软骨破坏的表现。排除糖尿病、血液系统疾病、免疫疾病等影响骨质的基础疾病。

3.1 棉花表型数据及枝叶构型规律

棉花作为大株作物，具有根深、叶茂、分枝多的表型特征，器官种类多且结构复杂，但器官生长和发

育存在同伸关系并具有较为明显的规律性。本文搭建的植株模型为盛花期棉花植株，只考虑棉花冠层内枝叶部分，忽略花蕾等其他器官的影响。棉花表型生长参数通过查阅文献以及实际测量的方式确定。被测棉花品种为鲁研棉21号，位于山东农业大学南校区试验田。根据棉花农艺要求，营养枝在田间管理时大多被去除，因此棉花叶片主要考虑主茎叶和果枝叶。统计发现，盛花期棉花植株在打顶栽培条件下平均株高为1～1.2 m，具有直立生长的主茎和螺旋有序生长的叶片，其主茎上节位间可以分化出叶枝和果枝。将棉花模型主茎节位按照20层搭建，每层节位上分布有主茎叶。由于棉花主茎下部无节生果枝，将5～20层设置为果枝位置。具体果枝表型参数如表4所示,盛花期主茎叶表型参数如表5所示。

表4 盛花期棉花果枝表型参数

表5 盛花期棉花主茎叶表型参数

根据倪万潮等[23]的研究，陆地棉主茎生长的主茎叶和果枝螺旋有序分布，符合“3/8”分布规律。如图5所示，第1至第8台果枝(主茎叶)旋绕主茎3周，第9台果枝(主茎叶)位于第1台果枝(主茎叶)正上方，果枝上真叶交互排列成两行。对取样试验田内棉花冠层果枝与主茎叶排列进行测量，其生长排列基本符合“3/8”枝叶构型规律，因此，选择 “3/8”枝叶构型规律作为搭建棉花模型的枝叶排列依据。

3.2 棉花植株模型搭建与叶片位置坐标建模

3.2.1棉花植株模型搭建

根据上述盛花期棉花表型数据并结合“3/8”枝叶构型规律对棉花模型进行搭建。主茎秆材料选择PVC塑料管并在主茎各节位置打孔预留安装位置，选择刚度合适的铁丝作为果枝材料。为方便棉花模型搭建，不考虑果枝的“之”字型结构，简化为单轴形式。将果枝叶与果枝间的夹角统一设置为45°，相邻果枝螺旋角为135°，果枝与同节主茎叶水平夹角为45°。为便于分析棉花冠层内沉积分布规律，对冠层分层： 1～7层为下层，果枝倾角为65°；8～14层为中层，果枝倾角为60°；15～20层为上层，果枝倾角为55°。

按照气流辅助喷雾中棉花模型解耦方案，分别搭建方案1与方案3棉花模型：方案1棉花冠层孔隙可风载变形；方案3棉花冠层为保持自然状态下风载孔隙不变。图6为搭建完成的部分棉花模型。

3.2.2棉花叶片位置笛卡尔坐标系

根据上述棉花生长发育的表型参数与枝叶构型规律，结合简化棉花模型方法，构建描述棉花叶片空间分布的笛卡尔坐标系。以地面主茎中心为坐标原点，第一主茎叶朝向为x轴方向，与其垂直的方向为y轴，垂直于地面的棉花主茎设置为z坐标轴。以棉花叶片长度方向中点作为叶片中心位置，根据几何关系得出所有叶片位置坐标分布，如图7所示。

3.3 棉花冠层内流场分布测量与叶片变形量计算

辅助气流作用下棉花冠层内风速分布可为冠层枝叶变形提供数据支撑。由于田间测量棉花冠层内辅助气流风速分布较为困难且易受自然风影响，所以本文方案1搭建的可风载变形的仿真棉花植株为测量对象，借助热线风速仪(Testo 405i型)测量不同风速下方案1冠层内气流分布，图8为棉花冠层内流场分布测量过程与装置。测量过程中，每次测量同时使用3个热线风速仪分别对上、中、下3层不同部位测量，每个位置连续取样30次，通过蓝牙将数据传输至智能手机上的应用程序，将数据导出至Excel取平均值作为该位置速度测量值，每层内多次测量不同位置进行统计，并根据插值方法得到所有叶片位置风速。根据公式(1)得到该风速下所有叶片变形量。

4 气流辅助喷雾棉花模型沉积解耦试验

4.1 试验设置与步骤

4.1.1试验设置

依据实际喷雾工况，每次试验选取4株仿真棉花所围成的立方体区域为数据采集区，将棉花的行、株距设置为80 cm×30 cm。棉花放置于移动小车上，以0.65 m/s的速度通过试验台喷雾区并施加辅助气流。本文试验环境为室内，忽略自然风的影响。图9为试验过程中的棉花模型采样区域与试验图像。

4.1.2试验步骤

(1)调整棉花模型行株距，在数据采集区内布置水敏纸，上、中、下3层随机选取8处叶片布置水敏纸，并保证每次试验布置水敏纸位置叶片不变。

(2)试验用喷嘴选择单个TP11001不锈钢高压扇形喷嘴(TeeJet)，调整喷嘴距离冠层高度为30 cm，出风孔距离喷嘴高度为20 cm，调整喷嘴压力为0.26 MPa。方案1、3试验组调整出风口风速分别为9、13、17 m/s依次进行试验，方案2试验组依次进行风速9、13、17 m/s下冠层孔隙改变的无风沉积试验，每次试验重复3次。

(2)

(3)

其中

(4)

式中qi——每层各采样点雾滴沉积量，μL/cm2

n——棉花冠层内每层采样点数

SD——Xi的标准差，μL/cm2

Xi——第i层采样点平均雾滴沉积量，μL/cm2

4.2 试验结果与分析

评价田间喷雾效果的指标主要有单位面积沉积量、沉积均匀性和雾滴飘移。一般而言，沉积量很大程度反映了喷雾效果。另外，对于高郁闭度作物，沉积均匀性是衡量喷雾效果的重要指标。所以本文将从沉积量与沉积均匀性两方面对试验结果进行分析。

4.2.1试验结果

按照上述试验方法，3个方案在风速为0 m/s的静态沉积试验条件相同，所以只需进行1组沉积试验，并且将静态沉积试验数据单独与其他数据进行对比。将3种方案下所有试验重复3次取其平均值作为统计量，记录不同试验方案在各层单位面积沉积数据和各层间的沉积量变异系数，如表6～8所示。表6显示：方案1棉花冠层内雾滴分布具有明显的雾滴沉积衰减特征，随着辅助气流速度的增加，中下层沉积量得到改善，雾滴沉积均匀性有较小幅度改善。表7显示：方案2试验组随着辅助气流速度的增大，更换孔隙增大的植株模型，导致上层雾滴承接面减少和冠层内部空间增大，表现出上层雾滴相比其它组沉积量较少，中、下层雾滴沉积量有所增加，变异系数下降明显。表8显示：随着辅助气流速度的增加，冠层内孔隙固定不变，上层由于承接面不变，辅助气流作用下喷嘴扇形雾面向靶标集中导致上层雾滴沉积增加明显，中、下层沉积量的增加主要靠冠层内的涡流带动细小雾滴的靶标撞击。

表6 方案1各层沉积量与变异系数

表7 方案2各层沉积量与变异系数

表8 方案3各层沉积量与变异系数

4.2.2沉积性能对比

如图10、11所示，棉花冠层在无风喷雾时的静态沉积量为0.136 μL/cm2,整体各层间分布的变异系数为83.13%。其中方案1在辅助气流为9、13、17 m/s时雾滴沉积量提升比例分别为43.2%、52.2%、85.3%，雾滴分布变异系数降低比例分别为45.2%、42.4%、56.5%；方案2在辅助气流风速为9、13、17 m/s时雾滴沉积量提升比例分别为11.4%、16.9%、15.3%，雾滴分布变异系数分别降低27.7%、38.6%、65.8%；方案3在辅助气流为9、13、17 m/s时雾滴沉积量提升比例分别为30.9%、45.5%、57.7%，雾滴分布变异系数降低比例分别为12.4%、10.3%、3.6%。综上所述，3个试验方案的沉积量相较于静态沉积量提升比例在11.4%～85.3%之间，雾滴沉积量变异系数降低比例在3.6%～65.8%之间，表明气流辅助喷雾过程中的气流雾滴胁迫与冠层空隙变化都能提高雾滴在棉花冠层内的沉积量和上下均匀性。

4.2.3辅助气流对沉积性能影响的解耦分析

按照上述棉花模型沉积解耦方案，方案1为对照组，方案2、3为解耦试验组。方案1与方案2比较试验变量为是否存在气流雾滴胁迫影响，方案1与方案3比较试验变量为是否存在冠层孔隙变形影响。因此，忽略其它无关变量的影响，将不同变量组之间相互对照，得出气流辅助喷雾中二者对沉积性能的影响。方案1相对于方案2在辅助气流为9、13、17 m/s时，雾滴沉积量提升比例分别为28.6%、30.18%、60.66%，雾滴分布变异系数降低比例分别为24.28%、6.25%、-27.24%；方案1相对于方案3在辅助气流为9、13、17 m/s时，雾滴沉积量提升比例分别为9.45%、4.60%、17.52%，雾滴分布变异系数降低比例分别为37.52%、35.80%、54.81%。其中，辅助气流在风速17 m/s时，方案1相较于方案2雾滴分布变异系数存在明显差异，辅助气流对雾滴胁迫的影响作用反而导致雾滴分布均匀性有所下降，可能是由于方案2较大辅助气流引起上、中层雾滴承接叶片变形较大导致沉积量较少，形成方案2沉积变异系数相较于方案1低，方案1雾滴沉积量高于方案2。综合以上数据，在9、13、17 m/s辅助气流作用下，方案1比方案2的沉积量平均提升比例为39.81%，雾滴分布变异系数下降比例为1.10%。方案1比方案3的沉积量平均提升比例为10.52%，雾滴分布变异系数下降比例为42.71%。试验结果表明：在9、13、17 m/s辅助气流作用下，气流的雾滴胁迫作用相较于冠层内的孔隙变化影响更有利于雾滴在冠层内的沉积行为，两者对于雾滴沉积量的提升比例分别为39.81%和10.52%；冠层孔隙增大形成的雾滴运移通道相较于气流对雾滴的胁迫作用更有利于雾滴在冠层内的均匀分布，两者对沉积均匀性的提升比例分别为42.71%和1.10%。

4.3 讨论

依据上述解耦分析结论，可以看出气流的雾滴胁迫能力和气流对冠层孔隙改变，均能影响雾滴沉积但其贡献存在差异。在此基础上，分析并设计新施药模式具有现实意义。高郁闭度作物是均匀沉积的难点，改变冠层孔隙增大药液在靶标上沉积均匀性更有利于病虫害化学防治。结合本文研究对象，就高郁闭度作物施药模式展开讨论。目前高郁闭度作物施药可采用3种施药方式：①采用强制气流改变冠层孔隙，打开雾滴输送通道，增加雾滴在冠层内的穿透性，若冠层枝叶刚度较大，需要气流风速相对较大，但存在进入冠层内部风速的末速度过大，导致药液流失到地面、风机功率消耗过大的问题。该方式的典型施药方式为大负载的植保无人机。②自然状态下田间植株群体的冠层孔隙分布有其内在差异的特点，依据此差异进行针对性雾滴输送有利于冠层内部沉积[24]。采用喷杆喷雾与吊杆喷雾组合施药方式，吊杆式冠层上方采用由上而下的雾滴喷施，冠层中下部使用吊杆在行间冠层中下部孔隙处喷施细小雾滴，其典型施药方式为吊杆式喷雾[25]或分行冠内冠上组合气流喷雾[5]。③采用机械方式[26]打开上层冠层空间，使药液雾滴进入冠层中下部提高施药效果，代表施药方式为罩盖式施药[27]和柔性罩盖式气流辅助施药方式[28]，根据作物冠层特性，在不产生机械损伤的情况下打开植株冠层内部药液运移通道，辅助气流同时胁迫雾滴加速进入冠层内部，减少过大辅助气流风速的功率消耗，也有效减少相对风速和自然风速对雾滴产生的飘移影响。此种喷雾模式为新型施药模式设计提供了思路借鉴。

5 结论

(1)3组不同风速下风送试验方案的沉积量相较于静态沉积量提升比例在11.4%～85.3%之间，雾滴分布变异系数降低比例在3.6%～65.8%之间，表明气流辅助喷雾过程中的气流雾滴胁迫与冠层孔隙变化均可提高雾滴在棉花冠层内的沉积量和上下均匀性。

(2)试验表明：方案2在辅助气流风速为9、13、17 m/s时雾滴沉积量提升比例分别为11.4%、16.9%、15.3%，雾滴分布变异系数降低比例分别为27.7%、38.6%、65.8%，在实际工作过程中机械式改变冠层孔隙可较好地提升中、下层雾滴的沉积分布。

(3)解耦分析表明：气流辅助喷雾可以显著提高雾滴在冠层内的沉积量和均匀性，相较于冠层孔隙变化气流对雾滴的胁迫作用更有利于雾滴在冠层内的沉积行为，3种风速下两者对于雾滴沉积量的平均提升比例分别为39.81%和10.52%；相比于气流对雾滴的胁迫作用冠层孔隙增大形成的雾滴运移通道更有利于雾滴在冠层内的均匀分布，两者对沉积均匀性的平均提升比例分别为42.71%和1.10%。