植保无人机旋翼风场模型与雾滴运动机理研究进展

近几年，植保无人机施药技术在中国获得广泛应用，并逐渐发展为国内主要植保技术之一。但由于对植保无人机施药技术基础理论研究不够深入，相关机理尚不明晰，且植保无人机作业平台的稳定性依然有待提高，导致国内植保无人机施药效果不够理想。深入研究植保无人机施药技术的基础理论，理论结合试验结果共同指导植保无人机田间施药是提高其施药效果的经典方法。该研究综述了植保无人机旋翼风场分布特性、雾滴与无人机旋翼风场交互机理、雾滴沉降与飘移机理、雾滴与叶片表面的交互机理及雾滴分散和蒸发特性等植保无人机施药技术基础理论及其模型构建情况的国内外研究现状，并结合其基础理论与模型构建的国内外研究现状，给出植保无人机施药技术的未来发展建议，以期为植保无人机施药技术的发展提供参考。     

双流体喷嘴靶向授粉沉积量控制参数研究

猕猴桃喷雾授粉作业时,花蕊区花粉液沉积量是保证猕猴桃产量和品质的关键。构建了双流式喷雾授粉试验装置,分别采用沉积量测试和图像灰度分析的方法,分析了气压、液流量和喷雾距离对授粉沉积质量和径向分布特征的影响,确定了双流体喷嘴授粉的对靶喷施控制参数,并通过棚架式猕猴桃田间授粉试验,验证了采用沉积量下限参数作业时,双流式授粉方式对坐果率、单果质量和畸形率的改善效果。试验研究表明：在盛花期（单花花冠完全展开时）采用质量分数为0.1%的花粉液,单朵猕猴桃雌花花蕊区最少沉积42.9mg花粉液,才可保证猕猴桃充分授粉;双流体喷嘴采用气压0.20MPa、花粉液流量0.125L/min、喷雾脉冲时长0.1s、喷雾距离35cm等作业参数时,可提高花粉液在花朵柱头区的有效沉积,改善对靶授粉作业品质。田间试验表明：采用双流体喷嘴喷雾授粉的坐果率达86.7%,平均果实质量达91.5g,优于电动喷雾器和手动喷雾器授粉方式。     

Evaluation of the Francome MkII exhaust nozzle sprayer to apply oil-based formulations of Metarhizium flavoviride for locust control

Conidia of the fungus Metarhizium flavoviride were formulated in a paraffinic oil, ‘Shellsol’ T, and sprayed using the Francome MkII exhaust nozzle sprayer. Germination of the conidia collected from the spray was reduced by 30% as compared to unsprayed conidia. However, in bioassays, there was no detectable difference in virulence with conidia collected from the spray samples and unsprayed formulation. This indicated that, despite the recorded reduction in the concentration of active conidia, the efficacy of the formulation remained unchanged after passing through the exhaust nozzle sprayer. The droplet size spectra produced by the sprayer were investigated using the Malvern series 2600cc particle size analyser. The optimum droplets for locust control produced by this sprayer were generated by the number 1 nozzle (internal diameter 2·5 mm) with the number 1 restrictor ring (internal diameter 12.5 mm) sprayed at a pressure of 0·2 bar. The droplets thus produced had a volume median diameter of 58 μm when the nozzle protruded between 1 and 2 mm above the level of the restrictor ring. Of the droplets in the spray plume created by these conditions, 33% were between 50 and 100 μm, a range recommended as an achievable optimum for the ultra-low-volume application of Metarhizium flavoviride. The role of the exhaust nozzle sprayer as a tool for the application of M. flavoviride for locust control is discussed with reference to other vehicle-mounted ultra-low-volume sprayers. © 1997 SCI     

Spray application factors and plant growth regulator performance: I. Bioassays and biological response

Bioassays were adapted to investigate effects of droplet size and carrier volume on performance of daminozide, gibberellic acid (GA₃) and 2,4-D using Phaseolus vulgaris L. as a model system. Response to plant growth regulators was indexed by inhibition (daminozide), promotion of internode elongation (GA₃) or ethylene production (2,4-D). Elongation of first plus second internodes above primary leaves was evaluated 14 days after treatment of primary leaves, while ethylene production was determined from head-space samples of incubated leaves 24 h after treatment. Daminozide inhibition of internode elongation was related to decreased cell size and number in pith and epidermis (range 49–70% of the untreated control). GA₃ increased cell size and number in both tissues 2·3- to 4·8-fold. Responsiveness to daminozide and 2,4-D markedly decreased as seedling age increased from 8 to 12 days, but responsiveness to GA₃ increased. Decreasing droplet size (10–0·5 μl) and increasing carrier volume (10–200 μl per leaf) at constant dose of daminozide (100 μg per leaf) and 2,4-D (100 μg per leaf) significantly increased performance, but had little effect on performance of GA₃ (2 μg per leaf). Effects of application factors on performance were related to their effects on the interface area between droplets and leaf surface. Significant positive linear relationships were obtained between plant response and the logarithm of the droplet/leaf interface area for all growth regulators. © 1998 Society of Chemical Industry     

双极性接触式航空机载静电喷雾系统荷电与喷雾效果试验

该文针对航空施药植保无人机设计了双极性接触式航空机载静电喷雾系统,分别对该系统喷施静电油剂和水的荷电与雾化效果进行了测试。将该航空静电喷雾系统搭载于3WQF120-12型油动单旋翼植保无人机喷施静电油剂,并使用该植保无人机自带喷雾系统分别喷施静电油剂和常规水基化药剂,对比了3种施药方式的沉积分布均匀性和对小麦蚜虫、锈病的防治效果。试验结果表明:当喷雾液为水时,静电喷雾系统的静电电压和极性不会改变水的雾滴谱;当喷雾液为静电油剂时,正电荷使雾滴粒径减小,负电荷使雾滴粒径增大,且静电喷头的雾滴相对粒谱宽度随静电电压的增加而增大;喷雾液的荷质比与静电电压正相关,相同静电电压和输出电极下水的荷质比大于静电油剂,同一静电电压下负输出雾化喷头药液的荷质比高于正输出。小麦大田试验表明:使用静电喷雾系统喷施静电油剂的雾滴沉积分布均匀性最好,其单位面积沉积量为0.048 6?g/cm2,沉积量的标准偏差为0.015?g/cm2,变异系数为30.43%;使用无人机自带喷雾系统喷施静电油剂和常规水基化药剂的单位面积沉积量分别为0.051 3和0.035 6?g/cm2,标准偏差分别为0.019和0.016?g/cm2,变异系数分别为42.57%和45.54%;喷施静电油剂的2个处理对麦蚜和锈病的防治效果和药效期均明显高于水基化药剂,使用静电喷雾系统的测试在药后7 d对蚜虫防治效果为87.92%,明显高于无人机自带喷雾系统喷施静电油剂76.43%的防治效果。该静电喷雾系统配合喷施静电油剂可提高沉积分布均匀性,增加防治的持效期和效果。     

植保无人机施药喷嘴的发展现状及其施药决策

农药的低利用率是影响农业生态环境和农产品品质安全的重要原因之一,优化农药喷施技术是提高农药利用率的有效手段。无人机植保喷施作业作为航空施药领域的重要组成部分,因其应对突发灾害能力强、不受作业地点限制等优势,具有巨大的发展潜力。喷嘴作为植保无人机喷施系统中的关键部件,主要分为液力雾化喷嘴和离心雾化喷嘴两大类,良好的喷嘴性能能够大大提升航空施药喷洒的均匀性,提高农药的利用效率。该文总结了各类植保无人机常用喷嘴的原理、特点以及应用场合,提出了喷嘴性能评价指标并总结了三大类常用的雾滴粒径、沉积量、分布、速度等指标的测量手段,包括雾滴收集方法,雾滴沉积量测试方法以及仪器测量法。最后,针对目前无人机施药缺乏专业的指导,农药喷施效果有待提升的现状,该文提出合理的施药决策是结合靶标作物、喷药需求以及喷施环境三方面因素共同作用的结果,并从喷嘴喷雾角、防堵塞性、喷嘴压力与流量以及最佳作业粒径4个方面分析了喷嘴选型的思路,从专业喷嘴选型决策系统的建立以及无人机植保专用喷嘴的研发两方面对今后的研究进行展望。     

对冲喷头喷雾场液滴分布特性试验

植保扇形喷头的喷雾扇形面内不同位置处液滴直径是不相同的,呈现接近于U形分布的中间液滴直径小而两侧液滴直径偏大的情况,这导致同高度水平方向上各点处的液滴在靶标上的沉积行为不同,致使防治效果存在差异。本文对出水口孔径1mm和切槽角30°的对冲喷头喷雾场的液滴直径分布特性进行试验,该喷头是基于射流和撞击流耦合作用的新型喷头,发现对冲喷头在喷雾扇形面内的液滴直径呈现中间区域液滴直径较大且均匀而两侧液滴直径较小的特性,如喷施压力0.4MPa时在300mm高度测试面上,喷雾扇形面内中间区域液滴直径在265~268μm,而靠近两侧边缘处的液滴直径在250~252μm,这有利于解决喷杆式喷雾机大田作业时液滴直径分布不均匀的不足;并对喷头这一特性进行理论分析,提出在分裂区的3次雾化（即扰动雾化、撞击雾化和振荡雾化）是引起这一特性的根本原因。同时采用径向不均匀指数对喷雾场的液滴分布均匀特性进行定量表征分析,发现径向不均匀指数能够总体反映喷雾场的非均匀特性,当喷施压力在0.6~0.7MPa范围时,径向不均匀指数在0.47~0.51较小范围内变化,说明在该压力范围内工作时喷头喷雾场具有良好的液滴均匀分布特性。     

缓解奶牛热应激的喷淋水滴特性试验

夏季高温造成奶牛热应激,物理降温以蒸发散热缓解奶牛高温,其中喷淋降温系统是我国常用的降温方法。利用激光雨滴谱仪(LPM)对6种不同标准扇形喷嘴(9010、9030、9060、9080、90100、90120)在0.15、0.20、0.25 MPa工作压力下进行了测试,计算分析了6种喷嘴在不同工作压力下水滴粒径的分布,研究了水滴粒径与喷淋流量、单个水滴动能、喷淋强度的关系。结果表明:水滴粒径分布呈正态分布模型,不同工作压力(0.15、0.20、0.25 MPa),所测6种不同型号的喷嘴水滴平均粒径为0.475~1.210 mm;水滴粒径与喷淋流量呈线性关系(R20.96);9010、9030型号喷嘴在小水滴粒径0.125~0.250 mm范围内占有10%~20%的比例,易雾化飘移,不适合奶牛蒸发降温;不同工作压力下单个水滴动能随水滴粒径的增大而增大,呈幂函数关系(R20.96);喷嘴的平均喷淋强度和水滴平均粒径呈指数关系(R~20.96),平均喷淋强度均大于72 mm/h。试验得出水滴平均粒径0.801 mm(9060)、0.914 mm(9080)、1.047 mm(90100)、1.210 mm(90120)将仿真奶牛从39.3℃降温至37℃所用时间平均值为85、75、48、30 s。     

温室自动变量施药系统设计

针对温室内手动施药喷雾质量差、容易造成施药人员中毒的问题,基于AT89S52单片机开发环境设计温室自动变量施药系统;研究了喷杆行走速度和喷头流量对作物单位面积雾滴沉积量的影响。实验结果表明:所设计的温室自动变量施药系统可根据上位机对CCD采集的病害信息处理结果,对喷杆行走速度和喷头流量进行控制,实现无人自动变量施药;在喷头型号、喷雾压力一定的条件下,改变喷杆行走速度和喷头流量可使单位面积雾滴沉积量的变化范围为0.27~0.76μg/cm2,很好地实现了自动变量喷雾;单位面积雾滴沉积量与喷杆行走速度和喷头流量均呈线性关系,相关系数R2均大于0.99。     

缺刻缘绿藻二酰甘油酰基转移酶2(DGAT2)的基因特性与功能鉴定

酰基-CoA:二酰甘油酰基转移酶(DGAT)是三酰甘油(TAG)合成过程中的关键酶。在缺刻缘绿藻转录组测序数据库中,通过同源搜索,发现了1个编码DGAT2的cDNA全长序列。该序列长1997 bp,其中,5’-非转录区(UTR)长44 bp,3’-UTR长897 bp,开放阅读框(ORF)长1056 bp,编码一个351个氨基酸的蛋白质,预测的分子量为39.43 kD,等电点为9.46。基于缺刻缘绿藻和其他物种相应的DGAT基因编码蛋白序列所构建的Neighbor-joining(NJ)系统进化树,结果表明该基因与DGAT2聚成一支,显著不同与DGAT1和DGAT3。氨基酸序列比对发现,该基因含有DGAT2所具有的HPHG这4个氨基酸所组成的高度保守特征序列。因此,将该基因命名为MiDGAT2基因。将它的cDNA与其DNA序列进行比较后发现,MiDGAT2基因含有6个内含子,其剪切位点均符合“GT-AG”规则。为进一步了解其功能,利用反转录PCR克隆了该基因的ORF序列,然后将其亚克隆到表达载体pYES2中,成功地构建了重组表达质粒pY-MiDGAT2。通过电穿孔法将该重组质粒转入酿酒酵母TAG合成缺陷株H1246中,经筛选与序列验证得到含有重组质粒pY-MiDGAT2的酵母转化株。酵母转化株在用SC培养基并加入半乳糖诱导表达培养后,其脂类的薄层色谱分析结果表明,所转的MiDGAT2基因能使酵母转化株恢复TAG合成的能力,从而证实了MiDGAT2基因具有DGAT的功能;利用荧光染料Bodipy对酵母细胞的染色结果显示,MiDGAT2基因能使酵母转化株的细胞重现油滴,尽管重建的油滴大小明显比野生型酵母的小。这些研究为缺刻缘绿藻TAG合成代谢途径与调控机理的探讨奠定了基础。