几种农药施用新技术

1．低量喷雾技术。指单位面积上施药量不变,将农药原液稍微稀释,用水量相当于常规喷雾的1／10—1／5。静电喷雾技术通过高压静电发生装置,使雾滴带电喷施的方法,药液在植株叶片表面的沉积量显著增加,可将农药有效利用率提高到90％。     

助剂S240对水分散性粒剂及乳油药液雾化的影响

为探究药液性质对喷头雾化的影响,该文应用粒子图像分析系统、高速摄影仪及粒径分析仪对ST110-03喷头与IDK120-03喷头进行试验研究,分析了水分散性粒剂Don-q、乳油Score及2种药剂条件下助剂Breakthru S240浓度对雾化区及雾滴谱的影响。未添加助剂时,农药剂型不同,2类喷头的雾化区及雾滴体积中径(volume medium diameter,VMD)均发生显著变化,水分散性粒剂溶液与自来水的雾化区结构、液膜长度和VMD相差不大;乳油溶液可以使2类喷头的雾化区结构发生显著变化,液膜长度分别减小35.2%和40.5%,VMD分别增大13.5%和28.9%;不同剂型农药条件下,随助剂浓度增大,2类喷头液膜区及破碎区结构均发生不同程度的变化,液膜长度均先减小后增大,VMD先增加后减小,即液膜长度变化与VMD变化呈现负相关性。结合药液理化性质研究发现表面张力是影响雾化的重要因素之一。该研究可为田间助剂浓度的添加范围及喷头雾化特性的模拟与模型建立提供参考。     

助剂类型及浓度对不同喷头雾滴飘移的影响

为探究助剂类型及浓度对不同喷头飘移的影响,该研究利用风速、温度、湿度可调风洞及荧光分析仪spectrofluorophotometor RF-1501比较分析了不同浓度抗蒸发助剂Agrospred 730(又名AS-2)、防飘移助剂Break—thru Vibrant、Silwet DRS-60、Greenwet 360对离心喷头、平面扇形雾喷头Lechler ST 110-015、空心圆锥雾喷头TR 80-015以及德国联邦农作物研究中心施药技术研究所(Julius-Kühn-Institut,JKI)规范中的对比参考喷头Lumark F110-03的飘移潜在指数(drift potential index,DIX)的影响,并利用spraytec雾滴粒径仪测试其雾滴体积中径(volume median diameter,VMD)。结果表明:AS-2的体积分数为0.05%时,与水相比可将离心喷头DIX增加81.8%,VMD增加16.7%;Silwet DRS-60、Break—thru Vibrant、Greenwet 360体积分数分别为0.8%、0.4%、0.3%时防飘效果最好,对TR80-015防飘效果最为显著,可将其DIX(相比于水)依次减小98.7%、58.2%和80.1%,3种助剂分别在上述体积分数下对3种液力式喷头的防飘效果均依次为TR80-015ST110-015Lumark F110-03;对于助剂Silwet DRS-60和Greenwet 360,VMD75μm的雾滴所占体积百分比越大,喷头DIX越大,二者之间呈现正相关性(相关系数R0.5);VMD越大,喷头DIX越小,即VMD变化与DIX变化呈现负相关性,VMD及VMD75μm的雾滴所占体积百分比均为影响喷头DIX的重要因素。该研究可为田间实际生产中助剂的添加与选择提供依据,为进一步研究新型农药助剂、新型喷头及喷雾设备的生产提供理论基础。     

两类扇形雾喷头雾化过程比较研究

为了探究标准扇形雾喷头(ST)与防飘喷头(IDK)的雾化特性,利用雾滴粒径分析仪(PDIA)对以上2种类型喷头的雾化过程进行了试验研究与可视化图形分析。结果表明:ST喷头具有面积较大的液膜区,且具有波纹结构,破裂区内的破裂孔洞呈现不规则撕裂状;IDK喷头液膜区面积较ST喷头小,具有气泡状结构,但并未发现波纹区。随着ST与IDK喷头孔径的增大,液膜长度、破裂区长度分别由20mm增长至40mm、10mm增长至20mm。随着压力的增加,ST110-03型喷头的液膜长度由35mm降低至22mm,雾滴体积中径由128.2μm降低至92.4μm;IDK120-03型喷头的液膜-破裂区长度由40mm降低至30mm,雾滴体积中径由366.4μm降低至285.3μm。该研究可为进一步研究新型防飘喷头的雾化特性以及新型喷雾设备的生产提供参考。     

基于虚拟模型的雾滴与叶片的交互行为分析

该文针对现有雾滴与植物叶片交互行为的研究局限于水平叶片的问题,提出了一种基于试验的液滴与不同倾角的植物叶片交互行为的模拟方法,并设计了一种新的液滴弹跳方向计算方法。首先利用微距高速摄像机对液滴在不同倾角的叶片上的静态接触角大小做了精确测量,并拟合了其随叶片倾角增大的变化规律,然后以此将弹跳判定公式推广到0°~50°范围内任意倾斜的叶片上。在液滴弹跳方向计算上引入了蒙特卡洛法,代替了原有的镜面反射计算液滴弹跳方向。模拟结果表明该方法能够较真实的模拟液滴与任意倾斜叶片的弹跳判定、碰撞、驻留以及飞溅现象。该文提出的方法,为研究雾滴与叶片的交互行为提供新的思路,使得模拟过程的计算量相对较小,为植物冠层与大量雾滴交互的沉积量计算和大规模植物场景与雾场交互的实施绘制提供了技术参考。     

用大喷头脉宽调制间歇喷雾提高沉积率的试验研究

为了得到合适的雾滴细度,提高雾滴运动速度,从而提高农药喷施沉积率,该文提出一种基于脉冲宽度调制 （pulse width modulation, PWM）间歇喷雾的沉积率提高方法。试验设置3种流量控制方法（改变液压控制流量;PWM间歇喷雾控制流量以及结合脉宽调制、喷头尺寸和液压调节共同控制流量）,采用4组试验对雾滴粒径和速度的影响规律进行研究。研究结果表明,使大喷头在提高工作压力的情况下间歇喷雾,通过系统调节喷雾占空比、压力和喷头大小,可在流量得到控制的同时,产生合适的粒径谱,雾滴速度得到提高,从而改善雾滴沉积率。     

不同喷雾助剂在植保无人机喷施作业中对雾滴沉积特性的影响

为研究不同喷雾助剂的理化性质及喷雾助剂在玉米叶片上的沉积特性,该研究将6种喷雾助剂对药液表面张力、药液在玉米叶片上接触角以及无人机喷施6种不同的喷雾助剂对雾滴的沉积特性进行对比。结果表明:喷雾助剂可以显著降低(P=0.000)溶液的表面张力,与清水溶液的表面张力相比Starguar4A喷雾助剂对降低溶液表面张力的作用效果最好,降低了67.8%。喷雾助剂对溶液在玉米叶片上接触角的变化程度影响不同,随着时间的增加雾滴在玉米叶片上的接触角均逐渐降低,其中Ultimate喷雾助剂的雾滴在滴落到玉米叶片上90 s后接触角降低至0°。与清水溶液相比倍达通喷雾助剂的雾滴密度、覆盖率与沉积量作用效果最好,雾滴密度与覆盖率、沉积量分别提高了35.1%、93.8%、31.9%;添加喷雾助剂后除倍达通喷雾助剂外,其他喷雾助剂溶液的雾滴体积中径DV0.5均有所降低;添加喷雾助剂对雾滴谱宽的影响不明显。在田间进行无人机植保喷施作业时,可以优选使用倍达通喷雾助剂,虽然倍达通喷雾助剂的表面张力与接触角并不是最优,但是也能够满足田间使用植保无人机喷雾作业的要求。同时,该试验也为进一步提高农药的利用率提供数据参考。     

基于高频电磁阀的脉宽调制变量喷头喷雾特性

为探究基于高频电磁阀的变量喷雾特性,该研究采用高频、对信号快速响应的电磁阀设计了高于20 Hz的脉宽调制(pulse width moderation,PWM)变量喷雾系统;针对农业施药作业上常用ST标准扇形和IDK防飘喷头,测试了不同频率和占空比对流量、雾滴粒径、雾化过程、纵向沉积分布均匀性的影响。结果表明,在高频下,流量与占空比呈线性关系,随着频率的增大,流量线性区间减小,增大压力和频率,可以有效增大流量调节倍数,30 Hz时最大可达10倍;PWM喷雾时,瞬间雾滴粒径发生周期性变化,增大频率,雾滴体积中值中径(volume medium diameter,VMD)平均值受占空比的影响变小,占空比增大,VMD有减小的趋势,对于ST110-02号喷头各频率下VMD从占空比20%~100%下降了100μm;沉积试验中,频率和占空比都会影响沉积均匀性,对于IDK120-04号喷头,占空比为40%时,30 Hz下的C.V(coefficient of variation)值较15Hz减小了6.07%;15 Hz时,IDK120-02和04号喷头在占空比40%到100%变异系数分别下降了11.75%和18.31%;30 Hz时,两喷头在占空比40%到100%变异系数分别下降8.72%和12.24%,并且,ST喷头沉积均匀性优于IDK喷头。该研究为高频电磁阀在PWM变量施药系统中的应用及参数选择提供理论基础。     

喷头类型对药液沉积和麦蚜防效的影响

为研究雾滴尺寸对药液沉积和麦蚜防效的影响,该试验通过选择不同喷头喷施吡虫啉来防治麦蚜。所选德国Lechler生产的3种喷头(LU120-02、AD120-02和IDK120-02)的VMD(volume median diameter,VMD)相差约100μm。试验结果表明:IDK喷头在小麦冠层的平均沉积量显著小于LU和AD,而LU和AD这2个喷头之间没有显著差异性,3种喷头在冠层下部的药液沉积量>中部>上部;LU喷头喷施的药液平均覆盖率显著好于AD和IDK,覆盖率随着雾滴粒径的增加而递减;LU喷头喷施的药液的地面损失最大,且显著高于其他两种喷头;3种喷头都体现了对麦蚜的良好防效;从沉积量、沉积均匀性及地面损失量来衡量,AD喷头优于其他2种喷头。     

静电喷雾的多喷头雾化特性及田间试验

针对传统喷杆喷雾机作业时需水量大、叶片背面雾滴沉积量不足和雾滴分布不均匀等问题,该研究提出一种静电喷雾与喷杆喷雾相结合的施药技术。为探究静电喷杆喷雾机的最佳工作参数,明确不同参数对雾滴雾化效果的影响,利用Fluent软件建立了流场、离散雾场和空间电场耦合仿真模型。仿真试验结果表明,多喷头的空间电场分布均匀性优于单喷头,静电喷雾的雾滴体积中径比非静电喷雾减小12.7%。搭建静电喷雾试验平台,以喷雾水压、充电电压和喷头间距为试验因素,以雾滴的荷质比、粒径、分布均匀性和沉积量为试验指标进行雾滴的荷电特性和沉积特性试验。试验结果表明,多喷头喷雾的雾滴荷质比最大值为0.26 mC/kg,比单喷头喷雾提高52.9%,雾滴均匀性变异系数比非静电喷雾减小32.1%,体积中径减小14.8%,上、中、下层叶片正面的雾滴附着率分别提高27.1%、37.3%和45.2%;静电喷雾的最佳作业参数组合为充电电压6 kV、喷雾水压0.4 MPa和喷头间距250 mm。田间试验表明,静电喷头与常规喷头喷雾施药的病虫害防治效果基本一致,静电喷头的施药用水量减少了60%。在满足防控效果的前提下,静电喷雾能增加雾滴在植株下层和叶片背面的沉积量,有效减少田间作业的需水量,研究结果可为静电喷雾技术在大型喷杆喷雾机上的应用提供参考。     

不同啶虫脒剂型对烟粉虱的毒力差异及原因分析

为探讨农药剂型对烟粉虱的毒力差异,分别以甘蓝和黄瓜叶片作为生物测定载体,比较了啶虫脒乳油(EC)、微乳剂(ME)、可溶性液剂(SL)、可溶性粉剂(SP)及可湿性粉剂(WP)等5种剂型对烟粉虱成虫的毒力,并通过对植物叶片临界表面张力、啶虫脒药液表面张力、动态接触角及叶片持液量的测定,分析了不同啶虫脒剂型间毒力差异形成的原因。结果表明:以甘蓝叶片为生物测定载体,不同啶虫脒剂型间对烟粉虱的毒力差异明显;以黄瓜叶片为生物测定载体,不同剂型间毒力差异不明显。啶虫脒SL、SP、WP在两种生物测定载体间的毒力差异大于EC和ME。甘蓝和黄瓜叶片的临界表面张力值分别为30.73 mN.m 1和57.91~63.30 mN.m 1。啶虫脒有效成分浓度大于7.81 mg.L 1时,啶虫脒EC和ME溶液表面张力即小于甘蓝和黄瓜叶片的临界表面张力;啶虫脒有效成分浓度大于500 mg.L 1时,啶虫脒SL、SP、WP溶液的表面张力才小于甘蓝叶片的临界表面张力。啶虫脒ME溶液液滴接触两种植物叶片的瞬间(0 s),液滴与叶片间的接触角就明显小于90°。甘蓝叶片对低浓度的啶虫脒ME和EC溶液的持液量高于其他3种剂型,黄瓜叶片对啶虫脒各剂型溶液的持液量无明显差异。植物叶片表面性质和不同剂型溶液表面张力的差异是导致剂型间产生毒力变化的重要原因。     

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。     

基于减小有效长度的旋动射流混药器结构参数优化

旋动射流混药器的主要组成部件是收缩管和扩散管,当收缩度和扩散度确定后,混药器有效长度的影响因素即为收缩管的收缩角、混合管长度和扩散管的扩散角。该文采用三因素三水平正交试验分析收缩角(19?、22?和25?)、混合管长度(20、12和8 mm)和扩散角(10?、14?和18?)对旋动射流混药器有效长度的影响。结果发现:3因素的P值分别为0.206、0.004和0.025,混合管长度对旋动射流混药器混合均匀性影响最显著,其次是扩散管扩散角,而收缩管收缩角对混药器混合均匀性没有显著影响;通过对测试的混药器在线混合采集图像均方根误差分析,发现在保证对脂溶性农药均匀混合的前提下,旋动射流混药器有效长度值可为69 mm,此时收缩角为25?,混合管长度为20 mm,扩散角为18?,分流器采用切向进流。     

基于驻波与ZigBee实时监测雾滴蒸发系统设计与试验

雾滴在叶面上蒸发时间长短,会改变叶面对农药的吸收效率.为了阐述药液在叶面的蒸发情况,该文设计了基于驻波与Zig Bee无线传输的雾滴蒸发实时监测装置.该装置以STM32为核心搭建Zig Bee网络,雾滴采集传感器信号由RS232串口传至基于Lab View2014设计的远程终端,并通过波形图实时在线监测雾滴蒸发状况.试验证明该装置能够准确测量药液在叶面的蒸发散失量并显示雾滴面积铺展的波动曲线,较图像处理方法误差小,易操作,更具实用性.试验还表明:1)蒸发时间与粒径大小呈正相关,随粒径增大而增长,但当粒径超过242.3μm时,蒸发时间随粒径增大而增长的趋势更为明显.2)蒸发时间与面积铺展率呈负相关,随面积铺展率的变大而减少.当有机硅体积分数由0.025%增到0.050%时,雾滴面积铺展率呈变大趋势,但当由0.050%增到0.100%时,雾滴铺展率增长幅度相对缩小.3)该装置不仅能够实现远程检测,避免接触药液,而且实时分析雾滴在叶面的蒸发时间与面积铺展率,合理选择有机硅体积分数与雾滴粒径,有助于改善叶面对药液的吸收效率.     

侧风影响下喷头倾斜角度对雾滴飘移补偿

为研究植保喷雾作业中在不同风速和喷头倾斜角度下对水平喷雾的雾滴飘移的影响,设置3个风速水平（1、2、3 m/s）与4个喷头倾斜角度水平（0°、15°、30°、45°）进行喷雾试验,测定了不同水平的雾滴分布,以风速为0、喷头倾斜角度为0°的常规作业水平作为对照组,对垂直和水平两个方向的雾滴质量分布中心与变异系数进行分析。结果表明,垂直方向上,侧风风速与喷头倾斜角度对垂直雾滴质量分布中心的影响在±3 cm范围内整体影响较小,而侧风风速与喷头倾斜角度的增大都会使垂直方向变异系数减小,在1～3 m/s的风速下垂直方向变异系数减小的最大值分别为12.3、6.0、16.0个百分点,提高了雾滴在垂直方向上的均匀性。水平方向上,不同风速和喷头倾斜角度都会对雾滴飘移产生影响,随着喷头倾斜角度的增大,雾滴受风速的影响程度会减小,当喷头倾斜角的补偿量超过了当前风速下对雾滴的飘移量,会使雾滴飘移产生过补偿,在高风速时喷头倾斜角度的改变会带来更大的雾滴飘移改变。侧风风速与喷头倾斜角度对水平方向上变异系数会产生较大影响：随着喷头倾斜角度的增大,水平变异系数也随之增大,而风速的变化使水平变异系数呈现先增大后减小的趋势。拟合了喷头倾斜角度与风速对雾滴飘移的影响模型,并计算出在1、2、3 m/s风速条件下,最佳补偿的喷头倾斜角度分别为3°、7°、11°。该研究为植保作业中雾滴飘移改善技术提供参考。     

农药雾滴沉积特性研究进展与展望

农药雾滴在喷施过程中因无法有效润湿靶标而出现反弹、飞溅、聚并滚落等现象,致使周边环境受侵害,严重威胁生态稳定及安全。由于雾滴沉积过程较为复杂,且相关机理尚不成熟,因此雾滴沉积特性研究是实现药液有效沉积,推动病虫害防治技术快速发展的关键。该文从单液滴微观动力学和雾滴群沉积飘移特性两个方面对目前研究进行总结,主要阐述了单液滴撞壁行为研究方法、影响单液滴界面行为的主要因素及单液滴撞壁理论建模研究;雾滴群分布特性研究方法、沉积量收集及检测方法以及雾滴群建模研究;并探讨了以上两种主流研究思路对最终沉积量评估的贡献及目前存在的瓶颈问题,且基于此提出了未来发展建议,以期为农药沉积特性研究及病虫害防治技术提供参考。     

烷基聚葡糖苷液滴在黄瓜叶面的润湿状态及动态铺展行为

为了探究烷基聚葡糖苷(alkyl polyglycosid,APG)在黄瓜叶面的动态润湿行为及其动态接触角变化规律,采用表面张力与接触角测量仪测量了一次去离子水和9种质量百分数APG水溶液(14.35%~85.78%)的表面张力、液滴叶面接触角与动态接触角、前进角与后退角、铺展直径等动态润湿参数。依据Tanner法则对接触角滞后现象、铺展驱动力成因进行分析和推测,并应用幂次法则拟合了铺展直径与幂值和时间的关系曲线。结果表明,9种APG水溶液的表面张力介于27.96~29.73 m N/m小幅范围内,而接触角却在11.35°~34.20°较大范围内变化;接触角滞后性(Δθ=46.89°)较大,反映出一次去离子水在活体植物黄瓜叶面的接触角变化符合粗糙表面上接触角滞后现象的基本规律;各质量百分数APG溶液的动态接触角在前1 s内急速下降,在之后1~10 s平稳减小并渐趋于稳定;APG在黄瓜叶面的铺展直径与时间的关系均较好地符合幂次法则,据此推测动态表面张力是黄瓜叶面(界面)占据绝对优势的铺展驱动力。