溫室番茄不同生長期常溫煙霧機的作業方式及參數研究

李傳友, 竇碩, 熊波, 張莉, 李震,滕飛, 劉京蕊, 楊燁, 陳玉梅

(1.北京市農業機械試驗鑒定推廣站， 北京 100079；2.北京市密云區農機化技術推廣服務站， 北京 101500)

目前，我國蔬菜栽培面積達2 044萬hm2[1]。其中，溫室栽培面積約366萬hm2，位居世界第一[2]。由于溫室中環境封閉、溫度高、濕度大等因素，導致病蟲害發病重、繁殖快、防治更加困難[3-5]。此外，溫室中作物冠層高大密集，葉片相互遮蔽，霧滴很難穿透冠層而沉積到行間。加之溫室的封閉條件和種植模式，導致施藥機具難以進入[6]。因此，研發適于溫室中病蟲害防治的植保機械具有十分重要的意義。

近年來，針對溫室病蟲害的防治，我國研發并改進了許多先進的植保機械，例如，自動導航噴霧機、垂直噴桿噴霧機、風送式噴霧機、基于超聲波和機器視覺的自動對靶噴霧機等[6-9]，但由于機具成本和溫室內作物行間及地頭窄小的作業環境限制，這些先進的施藥機具并沒有得到大面積推廣應用。目前，我國在設施農業中的植保機械仍以手動或電動背負式噴霧器為主，作業效率低，勞動強度大，傳統的大容量噴霧技術進一步增加了溫室的濕度，更容易誘發病蟲害的發生。常規的施藥機具和方法已不能滿足無公害和綠色蔬菜的生產要求[10-12]。為改變目前溫室施藥機具落后、施藥困難的問題，國內出現一些新型的溫室植保機具，如電動背負式風送噴霧器、旋轉噴槍、熱煙霧機、常溫煙霧機、溫室軌道式彌霧機、背負式靜電噴霧器等[13-15]。

常溫煙霧機是我國設施蔬菜生產中常用的植保機械。本文通過測定架式番茄不同生長期、常溫煙霧機不同作業方式及作業參數條件下，番茄冠層內的霧滴沉積分布規律、藥液沉積量、地面流失以及農藥有效利用率等，旨在確定該機溫室植保作業的適宜作業方式，減少農藥施用量。

1 材料與方法

1.1 試驗地點及溫室條件

在中國農業大學藥械與施藥技術研究中心實驗室進行機具基本性能參數測試，溫室內作業測試選用北京市延慶區綠富隆觀光園內帶后墻日光溫室，其東西長度為240 m，南北跨度12 m，脊高4 m，室內過道寬度1 m。溫室內番茄為大壟雙行栽培，壟距為1.5 m，行距0.45 m，行內株距0.4 m，壟間機具可使用寬度為0.55 m。溫室溫度29～31 ℃，濕度48%。

1.2 試驗設備和儀器

JT 3YCB1200D-Ⅲ手推/背負電動式常溫煙霧機[精韜偉業(天津)環保能源科技發展有限公司]由移動發電推車與背負式常溫煙霧機主機組成。其中，常溫煙霧機主機組件包含機架、霧化器、電控箱、藥箱、軟管和噴嘴等；移動推車提供電能、電纜線與常溫煙霧機相連接，為主機提供電力，同時也是其運輸移動工具。

分光光度計[AA-7000，島津(上海)實驗器材有限公司]、超聲儀(BLS-X3，徐州貝爾斯電子科技有限公司)、掃描儀、霧滴圖像處理軟件等。

1.3 試驗設計

1.3.1霧滴粒徑測定 將常溫煙霧機放置在激光粒徑分析儀(S3500，美國麥奇克有限公司)通道一側，噴霧霧滴粒徑測試時，使激光束照射到噴霧霧面，通過測量散射光的強度來完成霧滴粒徑測量，包括Dv10(體積累加到10%時的霧滴直徑，μm)、Dv50(體積累加到50%時的霧滴直徑，μm)、Dv90(體積累加到90%時的霧滴直徑，μm)。然后利用激光粒徑分析儀分析計算散射光譜圖的霧滴譜相對寬度(RS)。

1.3.2流量測定 在常溫煙霧機藥液箱中裝入至少10 L清水。打開機具開關，正常噴霧，完全排出管道內空氣，使整個系統內充滿清水。使用雙層12號自封袋承接，噴灑20 s，稱重計量，重復3次，確定噴霧機流量(mL·min-1)。

1.3.3射程測定 在無風、濕度較大的空曠場地設置水敏紙采樣點，水敏紙放置在培養皿上。每隔1 m布置一個采樣點，共布置15 m。距離第一采樣點1 m遠處固定待測常溫煙霧機，常溫煙霧機噴管噴灑方向軸線與射程采樣點布置方向重合，噴管與地面夾角設置分別為水平0°、向下15°和30°、向上15°和30°。噴管距離地面高度1 m，噴霧時間5 s，計數確定水敏紙上單位面積霧滴數量，重復3次，確定噴管不同噴灑角度條件下射程以及射程內霧滴沉積分布。水敏紙上霧滴沉積數大于20滴·cm-2，視為有效射程。

1.3.4番茄冠層內霧滴的沉積分布 霧滴密度和覆蓋率是霧滴沉積的主要評價指標。霧滴在葉片上的覆蓋密度和覆蓋率與防效相關，依據NY/T 650—2013《噴霧機(器)作業質量》[16]中低容量噴霧要求，殺蟲劑要求霧滴密度大于25滴·cm-2，覆蓋率為0.3%。其中，內吸性殺菌劑要求霧滴密度大于20滴·cm-2，覆蓋率為0.25%；非內吸性殺菌劑要求霧滴密度大于50滴·cm-2，覆蓋率為0.6%。本研究中，在番茄開花期，由于番茄冠層小，葉片的藥液沉積量較大，沉積在冠層葉片或水敏紙上的霧滴會出現搭接，導致測量時霧滴粒徑數值增大、霧滴密度數值降低，因此，在番茄開花期以霧滴覆蓋率作為霧滴沉積分布的主要評價參數；在番茄結果期，由于番茄冠層較高，霧滴分布較為清晰，用霧滴密度和覆蓋率作為霧滴沉積分布的評價參數。

由熟練操作常溫煙霧機的人員進行作業，作業方式分為兩種：一是行間作業。作業人員進入行間由里向外倒退作業，作業速度1 m·s-1。番茄開花期，噴管單行行上噴灑；番茄結果期，噴管兩側上下擺動作業。二是過道作業。作業人員行走在溫室過道，由棚里向外背負機具倒退行進。番茄開花期，噴管與行軸線重合噴灑，每行上停留作業時間為11 s；番茄結果期，行間冠層兩側噴管上下擺動噴灑，停留作業時間為11 s。兩種作業方式噴量一致，約為100.5 L·hm-2。在番茄開花期，冠層較矮，作業時在冠層頂部噴灑，冠層分為上、中、下3個區域，每行5株，噴灑3行作為重復；在番茄結果期，冠層較高，呈籬壁狀，作業時分別從兩側噴灑，將雙行栽培的番茄植株劃分為左、中、右和上、中、下3層，共9個區域(圖1)，每行5株，噴灑3行作為重復。在番茄結果期，為了驗證冠層噴霧效果，分別在離過道較近的冠層前部、中部、后部設置3個布樣點，選取3棵番茄測定冠層前、中、后部葉片正面的霧滴覆蓋率。

圖1 番茄植株冠層的區域劃分Fig.1 Regional division of tomato canopy

在各區域位置典型葉片的正反面分別固定水敏紙用于接收沉積霧滴，顯示霧滴沉積分布狀態。機具作業完畢后，待沉積霧滴充分干燥后，將水敏紙收集并干燥密封保存。于實驗室內使用掃描儀在600 dpi分辨率下掃描，將掃描所得圖片使用Depositsan軟件處理，獲取不同冠層處沉積霧滴的霧滴密度和覆蓋率。

1.3.5番茄葉片農藥沉積量和地面流失量測定

霧滴覆蓋密度和覆蓋率可直觀表征霧滴的沉積分布情況，但當霧滴沉積量較大時，霧滴有疊加和聚并現象，不能有效反映藥液單位面積的沉積量。因此，選用濾紙接收沉積藥液并測定番茄葉片農藥沉積量。具體操作是：在靠近霧滴沉積分布水敏紙布樣位置旁分別于番茄葉片正反面布置濾紙，接收沉積藥液。待常溫煙霧機作業完成后，將濾紙分別裝入做好標記的自封袋中密封，于實驗室內加入定量體積的去離子水超聲洗脫，使用722型分光光度計(梅特勒上海有限公司)在501 nm波長下測定洗脫液的吸光值，并計算葉片單位面積上的沉積量。

此外，在番茄植株冠層左、中、右布樣位置正下方以及壟間地面放置濾紙接收冠層下的地面藥液流失，測定地面流失量，并計算地面流失率。

1.3.6番茄冠層農藥沉積量和農藥利用率的測定 常溫煙霧機作業前，選取5株番茄植株地上部分作為空白對照，使用2 L去離子水對植株洗脫，測定洗脫液的吸光值。在番茄開花期和結果期，待常溫煙霧機作業完成后，在行間作業和過道作業兩個區域內分別取5株番茄植株地上部分。各植株分別使用2 L去離子水洗脫，測定洗脫液的吸光值，并減去空白對照的吸光值，計算各行單植株藥液的平均沉積量，然后乘以種植密度，得到番茄冠層單位面積農藥沉積量，再利用下面公式計算農藥利用率。

1.4 數據分析

采用Excel 2010進行數據分析和制表，用SPSS 17.0進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 常溫煙霧機的霧滴粒徑和霧滴譜寬

通常密閉空間內，霧滴越細，沉積覆蓋靶標物的表面積也越大，防治效果就會越高，同時農藥用量就會減少。本研究中常溫煙霧機的霧滴粒徑和譜寬見表1。霧滴體積中徑(Dv50)平均值為41 μm，屬于極細霧滴；霧滴譜寬(RS)為1.27，霧滴分布較均勻。結果表明，常溫煙霧機霧滴粒徑適用于溫室高濕條件下，且易于實現低量噴霧。

表1 常溫煙霧機的霧滴粒徑和霧滴譜寬Table 1 Droplet diameter and RS of cold aerosol sprayer

2.2 常溫煙霧機的流量

經測定，常溫煙霧機的流量為(896±13.7)mL·min-1。作業時，可根據作物冠層特征，確定畝噴量；根據常溫煙霧機的流量，確定作業速度。

2.3 常溫煙霧機的射程

由圖2可知，該噴霧機噴管向下傾斜30°、15°以及水平0°噴灑時，霧滴在水敏紙的沉積霧滴數10 m內大于20滴·cm-2，射程為10 m，與該溫室作物種植壟長一致。向下30°和15°時，霧滴主要沉積在1～6 m處；水平0°時霧滴主要沉積在2～9 m處；向下傾角及水平時峰值均在3～5 m處。噴管向上15°和30°時，霧滴沉積集中在6～10 m處，峰值在8 m處，射程可達12 m，超出溫室作物種植壟長和溫室作物種植跨度，易導致霧滴沉積到溫室棚壁，造成溫室內壁污染。噴管向上30°噴灑時，霧滴主要沉積在7～10 m處，靠近噴霧機近處霧滴沉積較少。

圖2 常溫煙霧機噴管不同角度的噴灑射程及霧滴密度Fig.2 Spraying range and droplet density at different angles of sprayer nozzle of cold aerosol sprayer

2.4 番茄不同生長期不同作業方式下作物冠層霧滴的沉積分布

2.4.1番茄開花期兩種作業方式下作物冠層內霧滴的沉積分布 由表2可知，在番茄開花期，行間作業和過道作業兩種方式下，霧滴在葉片正面的覆蓋率均高于葉片背面，而且葉片正面的分布均勻性也好于葉片背面；葉片正面和背面的霧滴覆蓋率均呈上層、中層、下層逐漸遞減的趨勢，尤其是過道作業冠層下層霧滴覆蓋率急劇減少。從作業方式來看，番茄冠層的上層、中層和下層均呈現行間作業的霧滴覆蓋率高于過道作業的趨勢，且行間作業的葉片正面和背面霧滴覆蓋率平均值比過道作業共計高出16.67%，尤其是葉片背面，過道作業遠低于行間作業。行間作業霧滴的沉積分布均勻性也好于過道作業。

表2 番茄開花期兩種作業方式下冠層的霧滴覆蓋率Table 2 Droplet coverage rate of the canopy at tomato flowering stage under two operation ways

2.4.2番茄結果期兩種作業方式下作物冠層霧滴的沉積分布 由表3可知，番茄結果期間作業方式下，在冠層左、中、右區域中，葉片正面霧滴覆蓋率為9.55%～34.37%，霧滴覆蓋密度均大于100滴·cm-2，滿足作業質量要求；葉片背面覆蓋率為0.21%～13.19%，88.0%以上符合作業質量要求。因為行間作業時，從冠層左右兩側向中間噴灑藥液，由于左右兩側冠層葉片攔截作用，所以冠層中間的霧滴覆蓋率低于左右兩側。因噴霧時手持噴管邊倒退邊上下左右噴灑，所以冠層從上到下覆蓋率沒有明顯遞增或遞減規律。表4結果顯示，番茄結果期過道作業時，在冠層左、中、右不同區域中葉片正面霧滴覆蓋率為1.60%～46.97%，霧滴覆蓋密度均大于70滴·cm-2，滿足作業質量要求；葉片背面覆蓋率為0.22%～19.87%，88.0%以上符合作業質量要求。同樣，過道作業時冠層中間霧滴覆蓋率也低于左右兩側。因噴霧時手持噴管站在過道上下噴灑，所以冠層從上到下覆蓋率沒有明顯遞增或遞減規律。此外，在番茄結果期兩種作業方式下，葉片背面的霧滴覆蓋率均低于葉片正面。雖然兩種作業方式滿足作業質量的比例相同，但行間作業時冠層葉片正面和背面霧滴覆蓋率均高于過道作業，葉片正面高約6.0%，葉片背面高約3.4%。兩種作業方式下，葉片正面的覆蓋率變異系數均低于葉片背面，葉片正面霧滴沉積分布均勻性好于葉片背面，行間作業好于過道作業。表5結果顯示，行間作業時，由于從行間后部倒退行走噴灑作業，所以冠層前、中、后部霧滴覆蓋率沒有明顯差異(P>0.05)；過道作業時，霧滴覆蓋率在冠層前、中、后部均呈遞減趨勢，尤其冠層后部沉積覆蓋率小，說明在過道作業時，前面冠層對霧滴有攔截作用，減少了冠層后面的霧滴沉積量。

表3 番茄結果期行間作業下冠層霧滴的沉積分布Table 3 Droplets deposition distribution of canopy at tomato fruiting stage under aisle operation

表4 番茄結果期過道作業下冠層霧滴的沉積分布Table 4 Droplets deposition distribution of canopy at tomato fruiting stage under inter-row operation

表5 番茄結果期兩種作業方式下冠層前、中、后部的霧滴覆蓋率Table 5 Droplet coverage rate of the canopy front, middle and back at tomato fruiting stage under two operation ways (%)

2.5 番茄葉片農藥沉積量和地面藥液流失量

兩種作業方式下，番茄冠層葉片的農藥沉積量以及地面藥液流失量結果見表6。從表6可以看出，葉片農藥沉積結果與水敏紙霧滴覆蓋率規律一致。在番茄兩個生長期，行間作業時葉片的農藥沉積量均高于過道作業，葉片正面的農藥沉積量均好于背面，開花期的農藥沉積量高于結果期。此外，行間作業的地面流失量均高于過道作業。行間作業番茄開花期的地面流失率最高，達到26.47%，主要該時期冠層較低，作業時噴霧機噴管朝下噴灑作業，高流速霧滴穿過冠層沉積到地面；結果期次之，為21.56%。過道作業番茄結果期的地面流失率為17.64%，開花期地面流失率為10.78%。本研究未對溫室棚壁霧滴沉積流失進行測試，但目測溫室大棚棚壁有霧滴沉積流失，后續研究應對棚壁農藥污染進行測定。

表6 番茄葉片農藥沉積量和地面流失量Table 6 Pesticide deposition on tomato leaf and ground loss

2.6 番茄不同生長期兩種作業方式下的農藥利用率

表7結果顯示，番茄結果期農藥沉積量和農藥利用率均高于開花期，行間作業的農藥利用率高于過道作業。其中，行間作業時農藥沉積量為4.57 L，農藥利用率最高為68.3%。番茄開花期過道作業的農藥沉積量為2.94 L，農藥利用率最低為43.9%，該時期噴霧作業時，噴管基本為水平和向下15°左右噴灑，導致較多細霧滴彌漫在空中，不能沉降。

表7 番茄不同生長期兩種作業方式下的農藥沉積量和農藥利用率Table 7 Pesticide deposition and pesticide utilization rate at different growth stages of tomato under different operation ways

3 討論

本研究結果顯示，溫室架式番茄不同生長期行間作業的農藥覆蓋率和沉積量均好于過道作業；番茄不同生長期不同作業方式下，葉片正面的農藥覆蓋率和沉積量均好于葉片背面。這與本課題組之前的研究結果[11]一致。常溫煙霧機靠霧滴自由沉降吸附在高作物冠層上，以至于沉積到冠層上頂部的藥液較多，沉積到中下層的較少。因此，建議在冷棚高架蔬菜植保作業時采取行間作業方式。番茄不同生長期行間作業的農藥沉積分布均勻性均好于過道作業；番茄不同生長期不同作業方式條件下，葉片正面的農藥沉積分布均勻性均好于葉片背面。番茄結果期，兩種作業方式下籬壁行冠層中間霧滴沉積分布均較兩側少；番茄開花期，兩種作業方式下，霧滴沉積分布均按照上、中、下層逐漸減少。過道作業時，無論是番茄開花期還是結果期，后部冠層的霧滴沉積均少于前、中部。

在實際植保作業時，操作人員通常都使用常溫煙霧機在過道行走作業，作業效率高，但是植保效果和農藥利用率均不理想。鑒于本研究測定結果，建議當溫室內病蟲害防治需要較大噴量、作物冠層較好霧滴覆蓋率時，應進行行間噴霧作業；當溫室內作物預防性作業或噴灑農藥內吸性較好，不需要較高冠層霧滴覆蓋率時，可進行過道噴灑作業，噴管角度在±15°范圍內調整，保證前、中、后部霧滴沉積分布均勻。