農藥有效利用率與噴霧技術優化

袁會珠， 楊代斌， 閆曉靜， 張琳娜

（中國農業科學院植物保護研究所，農業部作物有害生物綜合治理綜合性重點實驗室，北京 100193）

農藥有效利用率與噴霧技術優化

袁會珠， 楊代斌， 閆曉靜， 張琳娜

（中國農業科學院植物保護研究所，農業部作物有害生物綜合治理綜合性重點實驗室，北京 100193）

提高農藥的有效利用率是植保工作者非常關心的問題。本文闡述了農藥有效利用率的廣義和狹義涵義，并分析了農藥使用中存在的藥劑浪費、有效利用率低的問題。根據噴霧技術中的“劑量傳遞”過程，分析了農藥有效利用率的狹義涵義，在春季果園和作物苗期，常規噴霧法的農藥有效利用率只有20%～30%；在夏秋季果園和作物中后期，隨著作物葉面積系數（LAI）的增加，農藥的有效利用率可達到50%～60%。論文分析了造成農藥有效利用率低的原因，提出噴霧技術的優化措施：（1）大田噴霧時采用機動噴桿噴霧替代背負式手動常規噴霧，可以改善霧滴沉積分布的均勻性；（2）添加噴霧助劑可以提高藥液在靶標表面的潤濕性；（3）優化霧滴粒徑，采用細霧滴替代粗霧滴可以提高霧滴的中靶率；（4）降低施藥液量可以減少藥液流失；（5）加裝擋板可以減少霧滴飄失等。通過以上技術的優化，可以大幅度提高農藥的有效利用率，達到減量增效的目的。

農藥使用； 劑量傳遞； 有效利用率； 噴霧技術優化

病蟲草害與農作物生產相生相伴，給農業生產帶來了極大危害，化學農藥的使用則是防治病蟲草害的重要方法，每年為農作物生產挽回30%的損失，諾貝爾獎獲得者、著名小麥育種學家Norman E Borlaug評價到“沒有化學農藥，人類將面臨饑餓的危險”［1－2］。目前，有機農業在農業生產中的地位被夸大［3－4］，轉基因抗病蟲草作物的出現，也不可能完全替代化學農藥的使用［4－5］。日本植物保護協會1990－2006年的研究表明，停止農藥的使用，將損失果品66%～90%，蔬菜36%～100%，糧食24%～36%［3］?？深A見的歷史時期內，農藥的使用仍將是防治病蟲草害最有效的手段之一［1－5］。

隨著現代綠色農藥生物合理分子設計理論和新型作用靶標的發現，農藥分子的生物活性迅速提高，

一些高效安全的農藥得到應用，例如魚尼丁受體殺蟲劑氯蟲苯甲酰胺。室內毒力測定結果表明，氯蟲苯甲酰胺在用藥量為0.5μg／g時可以殺死100%的甜菜夜蛾［6］，假設每667m2蔬菜田發生2 000頭甜菜夜蛾，每頭甜菜夜蛾幼蟲體重2g，則每667m2只需要2mg的氯蟲苯甲酰胺有效成分就可以控制整塊農田甜菜夜蛾的危害。而實際情況卻是，田間用藥量需要在2g的條件下才能夠有效控制害蟲，噴灑到田間的氯蟲苯甲酰胺實際上只有千分之一真正發揮了殺蟲作用。以上計算顯示，農藥使用過程中的有效利用率非常之低，使用的農藥絕大部分都不能有效地擊中病蟲草等有害生物，而是進入環境和農產品中。因此，不少農藥學人士發出“噴灑農藥是世界上效率最低的勞動”的感嘆［7－9］。

1 農藥的有效利用率

1.1 農藥有效利用率的廣義涵義

從廣義上講，農藥有效利用率就是真正發揮病蟲草害防治作用的藥劑占所使用農藥總量的比值，見公式（1）。

農藥的使用過程實際上就是藥劑的分散傳遞過程，針對農作物不同病蟲草害種類和發生特點，農藥使用的分散途徑可分為以下幾類［9］：（1）農藥在空氣中分散，然后沉積到靶標上，這包括固態農藥在空氣中的分散（噴粉法）、液態農藥在空氣中的分散（噴霧法）以及氣溶膠形態農藥在空氣中的分散（熏煙法、煙霧法、粉塵法）等；（2）農藥有效成分以分子形態在空氣中自行擴散（熏蒸法）；（3）農藥直接包衣種子（包衣法）；（4）農藥直接注入植物內部（樹干注射）；（5）農藥直接施入土壤（土壤消毒）；（6）農藥在灌溉水中分散，而后澆灌土壤（化學灌溉法）等。

在上述農藥使用途徑中，包衣法、樹干注射法的藥劑與生物體直接接觸，農藥有效利用率要高于其他用藥途徑。因此，從提高農藥有效利用率的角度出發，我國應進一步加大種子包衣和樹干注射技術的研究開發。

1.2 農藥有效利用率的狹義涵義

農藥使用的目標是病蟲草等有害生物，但在現有的技術水平條件下，人們很難把被防治害蟲或病原菌作為農藥噴霧的靶標，一般把作物株冠層視為農藥霧滴沉積的靶標。因此，本文重點討論在農藥噴霧技術條件下的農藥有效利用率，稱之為狹義涵義的農藥有效利用率。

在一塊農田中，噴灑后沉積在作物上的農藥量相對于施藥總量之比值，稱為“農藥有效利用率”（國際上也稱為“沉積回收率”），這是衡量農藥使用水平高低的基本參數［2］。

為研究分析農藥沉積回收率（有效利用率），首先需要了解農藥噴霧技術中的“劑量傳遞”過程（見圖1）［7－9］。農藥藥液在從藥液箱向作物葉片表面沉積的過程中，噴霧機具性能、操作條件、氣象條件、株冠層結構、葉片表面特性等都對其有影響；在這個過程中，會發生藥液滴漏、霧滴飄移、霧滴彈跳、霧滴聚并流失等現象，農藥損失嚴重，只有一部分的農藥能夠沉積到農作物葉片表面，更少的藥劑才能沉積到目標害蟲或進入植物體內，真正到達有害生物作用靶標的藥劑量微乎其微。Mectcalf估算，從施藥器械噴灑出去的農藥只有25%～50%能沉積到作物葉片上，不足1%的藥劑沉積到靶標害蟲上，只有0.03%的藥劑能真正發揮殺蟲作用［11］。

圖1 農藥從藥液箱向靶標生物的劑量傳遞過程示意圖［2，8－9］

2 農藥有效利用率的問題

2.1 廣義農藥有效利用率存在的問題

我國每年的農藥用量超過130萬t制劑，但農藥使用利用率很低，每年都有大量農藥并沒有真正發揮其防治病蟲草害的效果，而由于濫用、亂用浪費掉。以下原因是造成農藥有效利用率低的重要原因。

2.1.1 農藥使用技術單一

如前所述，農藥使用過程中的分散途徑多種多樣，可以根據農作物病蟲草害的種類和危害特點研究設計多樣的農藥使用技術，例如采用種子包衣、水面漂浮、莖葉涂抹、樹干包扎、溫室大棚煙霧、化學灌溉等技術［9］。我國農藥使用技術相對比較單一，普遍采用常規大容量噴霧法，一定程度上影響了農藥的有效利用率。

2.1.2 濫用、亂用農藥

目前，由于我國農藥使用者知識欠缺，濫用、亂用農藥現象普遍。例如不能“對癥下藥”，雖然農戶使用了農藥，可沒有任何防治效果的情況屢見不鮮，此種情況下，使用的農藥并沒有真正發揮效果，農藥有效利用率趨于零。對于那些用錯了農藥導致作物藥害的事故，使用的農藥不但沒有發揮效果，還造成了損失，此時的農藥有效利用率就為負數了。

在我國農業生產中，不能正確掌握用藥時機、或者不能正確選擇農藥的事例比比皆是，這些因素是導致我國農藥有效利用率低的重要原因。

2.1.3 缺少計量器具

農藥與化肥同為重要的生產資料，但是與化肥相比，農藥的使用劑量很小。自從有機合成農藥成為農藥的基本來源以后，農藥的有效成分使用劑量即降低到10g／667m2以下，需要在使用時認真計量。但由于普遍缺少計量器具，再因為不少用戶出于擔心，唯恐農藥用量太少不能保證防治效果，因而往往隨意加大用藥量。不必要的加大用藥量，是造成我國農藥有效利用率低的又一重要原因［2］。

2.1.4 不恰當的農藥混配混用造成農藥浪費

合理的混合和混配是農藥使用方法之一。但是，盲目的混配制劑卻會造成農藥的浪費，因為很多農藥混配制劑的必要性和實用性缺乏嚴謹的毒理學研究依據。例如氟蟲腈是γ－氨基丁酸受體（GA-BA）誘導電流抑制劑（GABA拮抗劑），而阿維菌素則是GABA受體氯離子通道激活劑（GABA激動劑），兩者雖然都作用于GABA，但作用機理相反，此兩種殺蟲劑混配在一起，就會產生拮抗作用，影響農藥的利用率。

因此，提高農藥有效利用率，首先還是要做到農藥科學知識的普及，做到科學合理用藥。

2.2 狹義農藥有效利用率存在的問題

噴霧法是目前國內外農藥使用最重要的方法，關于噴霧過程中的農藥有效利用率（沉積回收率）國內開展了大量的研究工作，發現我國在農藥使用中普遍存在農藥有效利用率低的問題。

2.2.1 農藥流失嚴重、有效利用率低

農藥在從藥液箱向作用靶體傳遞的過程中，有效利用率很低。在溫室內采用大容量噴霧方式（施藥液量2 300L／hm2）噴灑氯菊酯乳油時，只有20%的藥劑沉積在植物葉片上［12］；比利時的科學試驗結果表明，采用風送噴霧機在梨園和蘋果園噴灑殺菌劑，29%～39%的藥劑流失到土壤中，23%～45%的藥劑飄失到非靶體區域；在春季果園噴霧，只有30%左右的藥劑沉積分布在蘋果樹的樹葉上，秋季果樹生長茂盛條件下噴霧，沉積分布樹葉上的藥劑可達到60%左右［13］。黃瓜苗期噴霧，流失到地面的藥劑量占到61.3%［14］；在秋季果園樹葉茂密的條件下采用擔架式噴霧機噴霧，流失到地面的藥液量為35.2%［15］?？紤]到農作物不同生長期的葉面積系數的差異，一般認為在春季果園或者大田作物苗期，只有20%～30%左右的農藥能沉積分布到作物冠層區域內，即此時的農藥有效利用率只有20%～30%；夏秋季果園或者大田作物中后期，樹葉茂密或者作物封行后，葉面積系數顯著增大，此時噴霧流失到地面的農藥量顯著減少，一般認為此時的農藥有效利用率在50%～60%。

2.2.2 農藥沉積分布不均勻、有效利用率低

很多情況下的農田噴霧要求全田施藥，理論上農藥應該在全田達到一定的分布均勻性，即農藥沉積覆蓋的均勻性越高越好，但是實際上很難做到噴霧均勻。我國很多地區在噴灑農藥時，多采用手動噴霧器“Z”字形擺動噴霧，實際上這種擺動噴霧的霧滴沉積分布的變異系數（CV）高達48.6%［19］，農藥沉積分布不勻，影響了農藥藥效的發揮。

表1 農藥在作物株冠層的沉積回收率（有效利用率）

2.2.3 造成農藥有效利用率低的原因

2.2.3.1 落后的農藥使用手段

我國最常用的農藥噴灑工具是工農－16類型的背負式手動噴霧器（包括引進的國外同類型產品），在我國約占90%，而在發達國家這種噴霧器早在20世紀50年代初即已基本淘汰。這種施藥方法屬于大水量粗霧噴灑，農田施藥液量為30～100L／667m2，很多地方在農藥噴霧時甚至去掉噴頭，藥液流失現象尤為突出。這種嚴重情況是大水量粗霧噴灑器械本身技術性能方面的先天性缺陷所決定的。僅此一項，粗估農藥總體損失量至少高達50%以上，損失掉的農藥均進入環境或與人體接觸，在劑量達到一定程度時即可能引發相應的負面作用。

2.2.3.2 錯誤的施藥方法

我國各地農村多年來一直在采用一些“土辦法”噴施農藥。這些辦法似乎既省錢又方便，故頗受歡迎，并不脛而走，流傳甚廣。例如很多地區流行“噴雨法”、“水槍法”、“毒土法”等［10］，這些粗放的農藥使用方法農藥流失嚴重，浪費極大，有效利用率極低。農民為此浪費很多農藥并引起人員中毒和環境風險。

2.2.3.3 缺少田間噴霧標準

農藥田間噴霧是一項技術性要求很高的農事作業，就像在公路上開汽車，需要遵守一定的規則，要做到“紅燈停、綠燈行”?？墒俏覈毡槿鄙偬镩g噴霧技術標準，用戶多是把購買的農藥配制后隨意在田間噴霧，多以把作物葉片噴到發生藥液滴淌為止，造成大量農藥流失。實際上，當農藥霧滴在作物葉片上超過“流失點”后，即發生流失后，農藥在葉片上的最終穩定持留量只是“流失點”（POR）的1／2到1／3［20］，而大量的研究結果表明，農藥霧滴在作物葉片上只需要一定的沉積密度即可達到理想的防治效果［21］，并不需要采取淋洗式噴霧，把作物葉片“噴濕噴透”。

2.2.3.4 農藥藥液理化性質差

農藥霧滴在作物葉片沉積持留的過程，是取代作物葉片表面的氣／固界面變為液／固界面的過程，由于藥液的表面張力使霧滴收縮，農藥霧滴就不能很好地在作物葉片沉積分布。掃描電鏡、接觸角測定等方法觀察到，植物表面具有的非光滑形態與表面潤濕能力的強弱有極大的關系，凸包形非光滑單元體的植物表面憎水性強。農藥霧滴與葉片表面撞擊時，會發生彈跳（bouncing）現象。高速顯微攝影顯示，即使小霧滴在以0.57m／s的低速度下撞擊豌豆葉片時也會發生2～6次彈跳［22］。添加表面活性劑，會減少液滴彈跳次數，增加沉積量。特別是對難潤濕的植物葉片，就需要農藥藥液有較低的表面張力。農戶購買的農藥制劑，其用水稀釋后藥液的表面張力通常很大，例如48%滅草松水劑的表面張力高達69.8mN／m［23］，這樣的藥液在植物葉片表面不能形成很好的沉積分布，容易發生霧滴“滾落”，導致農藥流失。

3 噴霧技術的優化

為提高農藥噴霧過程中的有效利用率，國內外開展了大量的研究工作，試驗結果證實通過噴霧技術的優化可以顯著提高農藥在作物冠層的沉積分布，減少農藥的流失。

3.1 噴桿噴霧替代手動擺動噴霧，提高農藥的沉積分布均勻性

中國農業科學院植物保護研究所的大田試驗結果表明，噴桿噴霧與手動擺動噴霧相比，可以把農藥在田間的沉積分布變異系數降低到27%，使農藥在田間的分布均勻性得到極大改善［24－26］。對于溫室大棚蔬菜病蟲草害防治，比利時科學家的研究結果表明：采用豎桿噴霧的方式，農藥在番茄株冠層的沉積量顯著大于傳統噴槍的效果［27－28］，在采用噴桿噴霧技術時，要仔細研究選擇合適的噴頭型號和噴霧壓力，要根據作物冠層特點確定噴霧角度，這樣可以把農藥霧滴在作物葉片背面的沉積分布量提高3.0～4.9倍［29］。中國農業科學院在河南玉米田后期噴霧試驗結果證實，在玉米后期株高2m左右的條件下，采用豎桿噴霧的方式，可以使農藥在玉米穗部有更高的沉積量。

3.2 添加噴霧助劑、提高農藥有效利用率

研究表明，農藥藥液的表面張力、藥液與靶標的接觸角等因子與其在靶標上的沉積量和防治效果密切相關［23，30－31］。用藥液的表面張力與其在作物葉片上的接觸角計算其黏附功。圖2顯示了藥液的黏附功與其在作物靶標上沉積量的關系。說明通過調整藥液的表面張力以及在葉片上的接觸角，就可以使其在作物葉片上形成最佳沉積，提高農藥有效利用率，減輕環境污染。

圖2 吡蟲啉濃度為600mg／L條件下，霧滴密度、覆蓋度與防治麥蚜的關系［34］

由于目前農藥制劑中表面活性劑的添加只是從農藥制劑符合理化性狀檢測要求的角度考慮，從農藥沉積分布來看，相當數量農藥制劑中表面活性劑的添加顯得不足。一般來說，在藥液配制時添加表面活性劑是可以提高農藥有效利用率的，但也要具體情況具體分析。

大量試驗結果表明，根據作物葉片的特征選擇合適的噴霧助劑可以顯著提高藥劑在作物葉片上的沉積量，例如在20%三唑磷乳油的稀釋藥液中添加烷基醇酰胺（6501）可以把藥劑在水稻葉片上的沉積量提高8倍［30］；在25%氟磺胺草醚水劑1 250倍藥液中添加4%的C7－9烷醇聚氧乙烯醚（JFC），可以把防除反枝莧的效果從72.6%提高96.3%［23］；

3.3 優化霧滴粒徑、提高農藥霧滴的中靶率

大量試驗研究表明，降低霧滴粒徑，可以顯著提高農藥的劑量傳遞效率，這是因為細霧噴灑，農藥霧滴在植物葉片可以有更好的沉積分布，農藥霧滴粒徑減小一半，同樣體積的藥液所形成的霧滴數目將增加到8倍；根據大量的試驗結果，Matthews總結出噴灑殺菌劑，適宜采用的霧滴粒徑在50～150μm，而噴灑除草劑時，則適宜采用250μm的霧滴粒徑［21］。用48%毒死蜱乳油稀釋液對水稻噴霧，當采用霧滴體積中徑（VMD）149.5μm的細霧滴噴霧處理時，毒死蜱在葉片傾角90°、60°、30°和0°的水稻葉片上的沉積量分別是粗霧滴噴霧（VMD為233.7μm）的1.5、2.1、3.3倍和5.5倍［32］；細霧滴在吊飛黏蟲成蟲上的沉積量是粗霧滴的1.49倍［33］。

3.4 降低施藥液量、提高農藥有效利用率

人們習慣于大容量噴霧，原因之一是操作人員能夠看到藥液從作物葉片發生了流失。這是因為大容量噴霧，霧滴在作物葉片累計沉積聚并，導致流失發生。實際上，田間噴霧時可以降低施藥液量，在作物葉片形成一定的霧滴沉積分布密度就可以有效地控制病蟲害的危害。當采用70%吡蟲啉水分散粒劑防治小麥蚜蟲時，霧滴在穗部達到142粒／cm2就能達到非常好的防治效果［34］（圖2）；用40%氧樂果乳油防治小麥蚜蟲時，穗部霧滴密度132粒／cm2和280粒／cm2的防治效果差異不顯著［35］，以上試驗結果說明降低施藥液量在理論上是可行的。水稻田采用手動噴霧常規噴霧法，施藥液量為750L／hm2，藥液在水稻植株上的沉積回收率只有20.24%（分蘗期）和34.25%（孕穗期）；但改用機動彌霧法施藥，施藥液量將為450L／hm2，藥液在水稻植株上的沉積回收率則增加為46.45%（分蘗期）和56.91%（孕穗期）［18，36］。美國學者 Giles在溫室栽培的菊花上噴灑殺蟲劑時，把施藥液量從常規大容量2 300L／hm2降低到低容量46L／hm2，農藥有效利用率提高了3倍［12］。采用41%草甘膦水劑防治空心蓮子草，施藥液量超過3 825L／hm2時，草甘膦藥液的流失明顯增多，當把施藥液量降低到339L／hm2時，與常規大容量噴霧相比，草甘膦藥液在空心蓮子草上的沉積量提高了1.54倍［37］。大量研究結果表明，降低施藥液量，將顯著提高農藥的有效利用率。

3.5 建立噴霧風速標準，加裝擋板，減少農藥霧滴飄失

風速影響著農藥霧滴的運動擴散，過大的風速會造成霧滴飄移，不僅浪費農藥，還造成環境污染，因此，需要根據風速狀況來進行田間噴霧作業的決策［2，9］。研究發現，一定的風速更有利于提高霧滴的沉積效率，因此建議在輕風條件下噴霧作業，1～4m／s的風速有利于霧滴在生物靶標上的沉積［9］。當風速大于4m／s時，要嚴格禁止噴霧作業。

表2 不同風速條件對田間噴霧的影響

采用細霧噴灑方法存在細小霧滴的飄失風險，克服霧滴飄失的方法多種多樣，中國農業大學的研究表明，在大田噴桿噴霧機的噴桿上加裝擋板，改變了噴頭周圍的流場，使氣流的水平速度減小，減少了霧滴飄失的潛能并脅迫霧滴向靶標運動，藥液在小麥冠層的沉積回收率增加了20.3%［38］。不僅降低了霧滴飄失的風險，農藥有效利用率還提高了20.3%。

4 結束語

隨著對環境保護和農產品質量安全的重視，要求盡可能地降低農藥投放量，但農藥投放量的減少不是以犧牲防治效果為代價，而是建立在提高農藥有效利用率的基礎上［1－5，40］。

農藥作為現代農業生產的重要生產資料，其利用效率非常令人關注。隨著現代科技的發展，越來越多的綠色高效農藥被用來防治農作物病蟲草害，但由于我國農藥科學使用知識普及不足以及農藥使用技術落后，我國的農藥有效利用率非常低，農藥流失嚴重，不僅浪費了大量農藥，影響了防治效果，還容易造成環境污染，不能滿足我國政府提出的“公共植保、綠色植?！钡睦砟?，因此，改善優化噴霧技術便顯得尤為迫切。隨著我國各地土地流轉和專業化統防統治政策的出臺，大田農作物采用機動噴桿噴霧技術替代背負手動噴霧，不僅可以改善農藥霧滴的沉積分布均勻性，還顯著提高了作業效率，減輕了勞動強度。根據作物葉片的親水疏水特性，研究分析不同農作物的被潤濕程度并進行分類，研究不同類型農作物葉片與農藥藥液行為的相關性，在田間對農藥藥液的理化特性進行優化，可以大幅度提高農藥在植物葉片上的沉積回收率，提高農藥的藥效，減少農藥流失。我國在農藥噴霧過程中沒有標準，習慣于大霧滴、大容量噴霧，直到把作物葉片噴到“濕透”才放心，實際上農藥霧滴只需要在植物葉片有一定的沉積分布密度即可，研究制定不同農藥在作物葉片上的沉積分布密度標準，對于指導田間噴霧非常重要。隨著各地對農藥噴霧技術研究和推廣工作的重視，逐步采用噴桿噴霧技術，并研究建立田間噴霧的霧滴密度標準，就可以顯著提高農藥的有效利用率，減少農藥流失，降低農藥的負面影響。

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Pesticide efficiency and the way to optimize the spray application

Yuan Huizhu， Yang Daibin， Yan Xiaojing， Zhang Linna
（Key Laboratory of Integrated Pest Management in Crops，Ministry of Agriculture，Institute of Plant Protection，Chinese Academy of Agricultural Science，Beijing100193，China）

How to improve the efficiencies of pesticides is most concerned in plant protection.The efficiency of pesticide in broad and narrow sense was defined in this paper.According to dose delivery process in foliar spray，for conventional spray，pesticide efficiencies were approximately 20%－30%in spring orchards and fields where seedlings grow，while the pesticide efficiencies amounted to 50%－60%in summer orchards and fields when the crops were at full-leaf stage.The authors figured out the reasons that led to low pesticide efficiencies.It was demonstrated that spray boom can better the uniformity of droplet deposition and lower the run-off of pesticide solutions comparing the manual spray，and spiking spray adjuvants can improve the wetability of droplets on targeted crop surface，and spraying small droplets can benefit the deposits of pesticides on targeted crop surface and reduce the drift of droplets.Consequently，those optimized spray techniques can significantly improve the pesticide efficiencies and efficacies while reduce the pesticide dosage at the same time.

pesticide application； dose delivery； pesticide efficiency； optimization of spray application

S 481

A

10.3969／j.issn.0529-1542.2011.05.002

2011-09-05

公益性行業（農業）科研專項（200903033）；基本科研業務費項目（1610142011005）

聯系方式 Tel：010-62815941；E-mail：hzhyuan＠gmail.com