不同施藥機具在玉米田間的霧滴沉積分布試驗

王 果，龔 艷，張 曉，陳 曉，劉德江，陳 偉，繆友誼

(農業部南京農業機械化研究所，南京 210014)

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不同施藥機具在玉米田間的霧滴沉積分布試驗

王 果，龔 艷，張 曉，陳 曉，劉德江，陳 偉，繆友誼

(農業部南京農業機械化研究所，南京 210014)

針對我國玉米等高稈作物生長中后期的機械化植保難題，進行了3WX-1000G噴桿噴霧機、3WX-2000G噴桿噴霧機、STORM1500風送遠程噴霧機等3種大型自走式施藥機具的玉米田間噴霧試驗，比較分析了不同施藥技術與機具對霧滴沉積分布規律的影響，為篩選技術水平先進，并與玉米病蟲害防治要求相適應的施藥技術與植保機具的技術提升提供依據。試驗結果表明：風幕輔助氣流能有效提高霧滴在玉米冠層內的沉積量和覆蓋率，在冠層中部和下部的平均沉積量比無風幕時提高了36.4%和17%；冠層各部分的覆蓋率均比無風幕時有所提高，冠層下部增長率最高，達到28%；風幕輔助氣流還能有效改善霧滴在玉米植株上的分布均勻性；風送式遠程噴霧機的風力輔助作用有助于將霧滴向遠程輸送，大大提高了噴幅及作業效率，但大量霧滴集中于噴幅的前段區間，使其在整個噴幅范圍內的霧量分布均勻性遠差于噴桿噴霧機，最大變異系數超過1。

施藥機具；霧滴沉積率；霧滴覆蓋率；玉米病蟲害

0 引言

我國每年農藥使用量巨大，并呈逐年遞增趨勢，至2014年全國農藥年施用量已超過180萬t(成藥)。與農藥技術領域相比，我國施藥技術與裝備的技術創新明顯滯后，“使用一種機型，采用同樣霧滴，打遍百藥，防治各種作物病蟲草害”的情況比較普遍，“大流量”“全覆蓋”仍是目前農藥施用的主要方法。目前，我國農藥有效利用率僅為30%左右(發達國家可達60%～70%)，每年有超過100萬t的農藥流失到土壤、水體、空氣中，不僅嚴重削弱了我國對有害生物的抗災能力，威脅著我國的糧食安全，且造成農業面源污染加劇及生物多樣性破壞[1]。

玉米是我國種植面積最大的糧食作物，據2014年統計數據，我國玉米種植面積達到0.37億hm2，產量達2.15億t，占全國糧食總產量的35.5%，其抗災保收、增產增效事關我國的糧食安全。由于玉米生長中后期，植株高大、枝繁葉茂、田間相對密閉，采用背負式噴霧噴粉機等傳統小型施藥機具進入作物叢中進行噴灑作業，不僅作業效率低，無法滿足現代農業規模化、專業化統防統治的要求，并且作業質量差，防治效果不理想。采用自走式高地隙(或高架式)噴桿噴霧機，雖可大大提高作業效率，但由于缺乏風力輔助，藥液霧滴很難穿透作物冠層，到達植株的中下部，因而不能得到滿意的防治效果[2-6]。一旦遭遇暴發性的病蟲害，往往難以得到有效控制，造成玉米大量減產，甚至是絕收。2012年夏季，玉米二代粘蟲災害就曾在全國范圍內相繼暴發，受災面積超過0.2億hm2次(僅吉林省長春市玉米二代粘蟲發生面積就達8.56萬hm2)，給我國的糧食生產帶來嚴重威脅。為此，本研究針對3種大型自走式噴霧機進行了玉米田間噴霧試驗，對該3種機具在玉米植株不同部位的藥液沉積量與霧滴覆蓋率，以及噴幅范圍內的霧量分布均勻性進行分析，比較不同施藥技術對霧滴沉積分布規律的影響，為篩選適用于玉米等高稈作物生長中后期病蟲害防治的施藥技術與機具及進一步的技術提升提供依據。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗機具

參試機具包括2種型號的噴桿噴霧機與1種型號的風送式遠程噴霧機，如圖1～圖3所示。3種施藥機具的參數如表1所示。

1.2 試驗材料與試劑

霧滴采樣用Φ9cm規格圓盤濾紙、7.6cm×7.6cm規格淡藍色便簽紙；噴霧示蹤劑采用誘惑紅，噴霧溶液用清水加0.5%(質量比)誘惑紅配成；數據分析與處理采用專用霧滴圖像分析軟件(農業部南京農業機械化研究所自主開發)，可見光分光光度計(上海元析儀器公司，型號V5100)。

圖1 3WX-1000G型噴桿噴霧機

圖2 3WX-2000G型噴桿噴霧機

圖3 STORM1500型風送式遠程噴霧機表1 3種施藥機具參數

參數3WX-1000G3WX-2000GSTORM1500機具類型自走式噴桿自走式噴桿(風幕)牽引式風送藥箱容量/L100020001500噴幅/m1521≥40噴霧流量/L·min-125.4838.22105噴霧壓力/MPa0.2～0.40.2～0.41.0～2.0

1.3 試驗條件

在吉林梨樹縣玉米萬畝高產創建示范區進行3WX-1000G和3WX-2000G兩種噴桿噴霧機的試驗，在中國農科院商丘實驗站進行STORM1500牽引式風送遠程噴霧機的試驗。試驗時的氣象參數、靶標作物參數及各試驗機具的作業參數如表2所示。

表2 試驗參數

1.4 試驗設計

噴霧試驗區域劃定：根據各試驗點玉米種植的行距，對于3WX-1000G和3WX-2000G，在噴幅范圍內每間隔1.2m選定一株玉米作為試驗植株；對STORM1500，在噴幅范圍內沿射程方向，間隔2m選擇一株玉米作為試驗植株。在選定的每株玉米冠層的上、中、下部及地面分別布置濾紙與便簽紙，用于采集霧滴樣本(見圖4)；在機具行走方向上，間隔3～5m選取1行玉米，共選取3行，按照同樣的方法布置紙卡，作為試驗的3次重復。首行玉米距離試驗機具的起始位置20～30m，以確保霧滴采樣時機具的作業工況穩定。布樣結束后，啟動機具，并迅速將機具的作業參數調整至表2所示的機具試驗參數。噴霧試驗結束待采樣紙卡上的霧滴干燥后，迅速收集并用自封袋密封保存。

圖4 玉米冠層采樣紙卡的布置

對采集到的霧滴樣本進行分析處理。

1)藥液沉積率測定：將每張濾紙分別放入培養皿中，并加入20mL清水浸泡3～4h，確保濾紙上的誘惑紅充分溶解于水中，用移液槍吸取一定量溶液注入玻璃比色皿中，放入分光光度計中測定溶液的吸光度值；根據誘惑紅溶液吸光度與濃度的關系曲線，換算出試驗靶標上誘惑紅示蹤劑的沉積量。

2)霧滴覆蓋率測定：將每張便簽紙上的霧滴沉積狀況用相機拍攝，導入專用霧滴圖像分析軟件進行分析計算，得到霧滴在每個采樣點紙卡上的覆蓋率，并將數據結果導入Excel軟件，對機具全噴幅范圍內的霧滴沉積分布狀況進行分析。專用霧滴圖像分析軟件計算結果界面如圖5所示。

2 結果與分析

2.1 試驗結果

2.1.1 霧滴沉積量

在分光光度計上測得溶液吸光度值后，換算成誘惑紅沉積量。3種施藥機具噴幅范圍內，霧滴在玉米植株上的沉積分布狀況如圖6所示。在其噴幅范圍內，玉米植株冠層上、中、下各部分的霧滴沉積量平均值與變化曲線如表3及圖7、圖8所示。

圖5 專用霧滴圖像分析軟件計算結果界面

圖6 3種施藥機具噴幅范圍內玉米植株上的霧滴沉積分布表3 霧滴在玉米冠層沉積量及變異系數

參數3WX-1000G沉積量/μg·cm-2變異系數3WX-2000G沉積量/μg·cm-2變異系數STORM1500沉積量/μg·cm-2變異系數冠層上部1.7510.1401.2750.0967.781.348冠層中部0.7640.0801.0420.0806.0581.514冠層下部0.4520.1230.5290.1203.3661.549

圖7 3種施藥機具在玉米冠層各部分霧滴沉積量平均值

圖8 3種施藥機具在玉米冠層各部分霧滴沉積

分布變異系數對比

2.1.2 霧滴覆蓋率

將每張便簽紙采集的霧滴樣本經專用霧滴圖像分析軟件計算后，得到3種機具噴幅范圍內霧滴在玉米植株上的覆蓋率分布狀況，如圖9所示。在其噴幅范圍內，玉米植株冠層上、中、下各部分的霧滴覆蓋率平均值與變化曲線如表4及圖10、圖11所示。

圖9 3種施藥機具噴幅范圍內玉米植株上的霧滴覆蓋率表4 霧滴在玉米冠層覆蓋率及變異系數

參數3WX-1000G覆蓋率/%變異系數3WX-2000G覆蓋率/%變異系數STORM1500覆蓋率/%變異系數冠層上部21.190.5524.650.5330.450.90冠層中部11.660.5713.060.2927.701.01冠層下部8.700.9511.130.3122.491.07

圖10 3種施藥機具在玉米冠層各部分霧滴覆蓋率平均值

圖11 3種施藥機具在玉米冠層各部分霧滴覆蓋率變異系數

2.2 試驗數據分析

根據上述試驗結果圖表，比較分析兩種自走式噴桿噴霧機的霧滴沉積分布狀況：①無風幕部件的3WX-1000G噴桿噴霧機在玉米冠層上部的霧滴沉積量總體略大于帶風幕部件的3WX-2000G噴桿噴霧機，前者上部沉積量平均值為1.751μg/cm2，后者為1.275μg/cm2；而在冠層中下部的霧滴沉積量則小于帶風幕部件的3WX-2000G噴桿噴霧機，前者冠層中部、下部位置的沉積量平均值分別為0.764、0.452μg/cm2，后者相應位置沉積量為1.042、0.529μg/cm2，后者分別提高了36.4%、17%。②無風幕部件的3WX-1000G型噴桿噴霧機的霧滴覆蓋率總體上低于帶有風幕部件的3WX-2000G噴桿噴霧機，前者在冠層上中下部的霧滴覆蓋率平均值分別為21.19%、11.66%、8.704%，后者相應位置分別為24.65%、13.06%、11.13%，后者分別提高了16.3%、12%、28%。③無風幕部件的3WX-1000G噴桿噴霧機在噴幅范圍內玉米冠層上、中、下3部分的霧滴沉積量與覆蓋率變異系數均大于帶風幕部件的3WX-2000G噴桿噴霧機。分析產生上述現象的原因：由于3WX-2000G噴桿噴霧機的風幕產生的氣流有助于霧滴向玉米冠層內部穿透，使得霧滴在植株上的沉積分布更加均勻。由此說明：增加風幕部件，能夠增強霧滴在作物冠層間的穿透性及在作物葉片上的附著能力，從而有效提高霧滴在靶標上的沉積量與分布均勻性[7-13]。

根據上述試驗結果圖表，對STROM1500牽引式風送遠程噴霧機的霧滴沉積分布狀況進行分析，結果表明：①大量霧滴沉積于射程范圍的前14m區域內，14m之外射程范圍內霧滴沉積量與覆蓋率迅速減少；②噴幅范圍內，霧滴在玉米冠層各部分的沉積量與覆蓋率平均值遠大于前者兩種噴桿噴霧機，且霧滴在冠層上部的沉積分布與中、下部差異性較小；③STORM1500型牽引式風送遠程噴霧機在噴幅范圍內玉米冠層各部分的沉積量和覆蓋率變異系數遠大于噴桿噴霧機。分析其主要原因：由于風送式噴霧機噴頭流量較噴桿噴霧機大，且風機產生的強力輔助氣流有效穿透植株冠層，將藥液輸送至作物中下層；風場由近及遠呈現速度衰減，輔助氣流對霧滴具有向遠程輸送的作用，但粒徑較大的霧滴，在14m范圍內迅速沉降，使得14m之外的霧滴沉積量和覆蓋率急劇減少；中小粒徑霧滴在輔助氣流作用下，被輸送至遠程，其沉降速度大大降低，使得50m處的霧滴覆蓋率仍然達到10%。由此說明：風送式遠程噴霧機能夠增大霧滴的沉降范圍，大大提高霧滴在植株冠層內的沉積量和覆蓋率，以及機具的作業效率，但降低了霧滴在噴幅范圍內的分布均勻性。

3 結論

1)較傳統噴桿噴霧機，帶風幕組件的噴桿噴霧機的輔助氣流可顯著增強霧滴在玉米冠層內的穿透能力，提高霧滴在植株上的附著性能，從而有效提高藥液霧滴在植株上(尤其是植株中下部)的沉積量和覆蓋率。

2)風送式遠程噴霧機由于強力輔助氣流的作用，使得該機具的有效射程遠，霧滴穿透性強，有效增加了藥液霧滴在靶標作物中、下部的沉積量和覆蓋率，因而無需下田即可進行玉米等高稈作物的病蟲害防治作業，并具有較高的作業效率；但大量霧滴集中于噴幅前段區間，整個噴幅范圍內的霧量分布均勻性較差。為提升該類機具的作業質量，還需在進一步優化噴灑部件、減小霧滴粒徑的同時，優化風機導風部件、改善風場分布，從而使得農藥霧滴在田間均勻分布。

3)綜合對比3種參試機具的施藥試驗效果，從霧滴沉積規律來看：風送式遠程噴霧機的作業效率、霧滴在冠層間的沉積和穿透性能要優于噴桿噴霧機；從霧量分布均勻性角度來看，帶有風幕部件的噴桿噴霧機的霧滴分布均勻性最佳，遠遠優于風送式噴霧機，也優于無風幕部件的噴桿噴霧機。

[1] 王俊，董祥，嚴荷榮，等. 風幕式噴桿噴霧機玉米田間施藥試驗[J].農業機械學報，2015，46(7)：79-84.

[2] 王瀟楠，何雄奎，Andreas Herbst，等.噴桿式噴霧機霧滴飄移測試系統研制及性能試驗[J] .農業工程學報，2014，30(18)：55-62.

[3] 袁會珠，楊代斌，閆曉靜，等.農藥有效利用率與噴霧技術優化[J].植物保護，2011，37(5)：14-20.

[4] 祁力均，胡錦蓉，史巖，等.噴霧參數與飄移相關性分析[J].農業工程學報，2004，20(5)：122-125.

[5] Hoffmann W C, Salyani M. Spray deposition on citrus canopies under different meteorological conditions[J]. Transactions of the ASAE, 1996,39(1):17-22.

[6] 燕明德，賈衛東，毛罕平，等.風幕式噴桿噴霧霧滴粒徑與速度分布試驗[J].農業機械學報，2014，45(11):104-110.

[7] 祁力均，傅澤田.影響農藥施藥效果的因素分析[J].中國農業大學學報，1998，3(2)：80-84.

[8] Chen Y, Zhua H, Ozkan H E, et al. Spray drift and off-target loss reduction with a precision air-assisted sprayer[J].Transactions of the ASABE, 2013,56(6):1273-1281.

[9] Juster F, Sanchez S, Ibanez R, et al. Measurement of spray deposition and efficiency of pesticide application in citrus orchard[J]. Journal of Agricultural Engineering Research, 1990(3):187-196.

[10] Foque D, Nuyttens D. Effects of nozzle type and spray angle on spray deposition in ivy pot plants[J]. Pest Management Science,2011,67(2):199-208.

[11] Ebert T A, Taylor R A, Downer R A, et al. Deposit structure and efficacy of pesticide application.1: interactions between deposit size toxicant concentration and deposit number[J]. Pesticide Science, 1999,55(8):783-792.

[12] Pergher G, Gubiani R, Cividino S R S, et al. Assessment of spray deposition and recycling rate in the vineyard from a new type of air-assisted tunnel sprayer[J]. Crop Protection, 2013, 45(3):6-14.

[13] 張曉辛，呂曉蘭，丁素明，等. 果園風送式噴霧機仿形噴霧試驗研究[J]. 中國農機化，2011(3)：68-72.

The Test of Droplet Deposition Distribution for Different Kinds of Pesticide Application Equipment in Corn Field

Wang Guo, Gong Yan, Zhang Xiao, Chen Xiao, Liu Dejiang, Chen Wei, Miao Youyi

(Nanjing Research Institute for Agricultural Mechanization of Ministry of Agriculture, Nanjing 210014, China)

Corn field test of 3 different kinds of pesticide equipment (3WX-1000G self-propelled boom sprayer,3WX-2000G self-propelled boom sprayer and STORM1500 trailed air-assisted long-range sprayer) was carried out, aiming at the difficulties of mechanical crop protection in late growing period for long-stalk crop, such as corn, in China. The comparison and analysis of droplet deposition influenced by different pesticide application technology and equipment become the basis for selecting the pesticide application technology and sprayer, which is with advanced technology and meet the requirement of corn pests prevention. The results show that: assisted air flow of air curtain can enhance the deposition and coverage of droplet, the average deposition in middle and lower parts of canopy increases by 36.4% and17% than that without air curtain; the droplet coverage in the whole canopy increases, compared with that without air curtain, with the max growth rate of 28% in the lower part of canopy.Assisted air flow of air curtain is also able to improve the distribution uniformity at corn canopies; The air-assisted long-range sprayer greatly enhances the spray range and efficiency, because the droplets are delivered to farther distance by assisted wind, however, large amount of droplets gather in the front of range, making the distribution uniformity of droplet in the whole spray range much worse than boom sprayer, with its max CV over 1.

sprayer； droplet deposition； droplet coverage； corn pests

2016-07-01

國家自然科學基金項目(31401296)；農業部引進國際先進農業科學技術計劃項目(2014-Z7)；江蘇省科技自主創新資金項目(CX(14)2101)；公益性行業(農業)科研專項(201203025)

王 果(1987-)，男，江蘇無錫人，研究實習員，(E-mail)sudawang1987@sina.com。

龔 艷(1976-)，女，海南瓊海人，研究員，(E-mail)254482460@qq.com。

S49

A

1003-188X(2017)06-0177-06