朱傳銀, 王秉璽

(中國民用航空局第二研究所, 成都 610041)

專論與綜述

航空噴霧植保技術(shù)的發(fā)展與探討

朱傳銀, 王秉璽

(中國民用航空局第二研究所, 成都 610041)

航空噴霧在我國農(nóng)作物病、蟲、草害防治中得到了廣泛應(yīng)用。為促進(jìn)航空噴霧技術(shù)的發(fā)展,本文對國內(nèi)外航空噴霧的發(fā)展歷程、作業(yè)技術(shù)以及作業(yè)設(shè)備進(jìn)行了簡要概述和總結(jié),并結(jié)合我國航空植保技術(shù)的現(xiàn)狀,在航空噴霧作業(yè)機(jī)型、應(yīng)用技術(shù)以及作業(yè)裝置等方面進(jìn)行了探討。通過綜述分析,作者認(rèn)為在我國航空噴霧技術(shù)領(lǐng)域,應(yīng)重視和逐步發(fā)展直升機(jī)、無人機(jī)的應(yīng)用,加強作業(yè)設(shè)備控制系統(tǒng)的研發(fā)和噴灑部件的系列化與配套,深入進(jìn)行航空噴霧飄移控制技術(shù)研究,以提高我國航空植保應(yīng)用水平。

航空噴霧; 概述; 探討

航空噴霧在我國是開展最早的飛機(jī)作業(yè)項目,1951年5月22日,軍委民航局派出一架C-46型飛機(jī)在廣州市上空執(zhí)行了蚊蠅化滅飛行任務(wù)[1],標(biāo)志著新中國通用航空事業(yè)的誕生；航空噴霧是我國農(nóng)業(yè)航空的主要作業(yè)方式,就其作業(yè)規(guī)模而言,截至2012年底,其飛行作業(yè)時間近40 000 h,在通用航空作業(yè)項目中居第三位[2]；航空噴霧與地面噴霧作業(yè)相比,具有快速、高效、靈活、突擊性強等特點,在航空植保、航空施肥和衛(wèi)生防疫等領(lǐng)域顯示了不可替代的作用。近年來,我國每年使用飛機(jī)噴霧防治農(nóng)作物病蟲害面積達(dá)70多萬hm2,防治草原蟲害面積54～70萬hm2,小麥葉面施肥140多萬hm2,為我國農(nóng)林業(yè)發(fā)展和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)做出了重要貢獻(xiàn)[3]。

當(dāng)前,隨著我國低空空域管理改革的不斷推進(jìn)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)集約化和規(guī)?；陌l(fā)展,以及植保技術(shù)精細(xì)化發(fā)展趨勢與要求,航空噴霧技術(shù)的研究和應(yīng)用將面臨新需求、新機(jī)遇,在此對航空噴霧技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行概述、總結(jié)與探討,對當(dāng)下促進(jìn)航空噴霧技術(shù)的進(jìn)步,推動我國航空植保事業(yè)又好又快地發(fā)展,具有一定的現(xiàn)實意義。

1 發(fā)展歷史與現(xiàn)狀

1.1 國外發(fā)展概述

農(nóng)業(yè)航空噴霧技術(shù)是指如何利用航空器及其機(jī)載設(shè)備將噴施物應(yīng)用于靶標(biāo)區(qū)的作業(yè)技術(shù),航空器的航高航速、氣象條件、作業(yè)設(shè)備霧化性能以及藥液的理化性質(zhì)均對噴施效果有著不同程度的影響。該技術(shù)在國外開展得比較早,應(yīng)用得比較成熟。1911年德國人最早提出用飛機(jī)噴撒化學(xué)藥劑,以控制森林害蟲的計劃[4]。1918年美國用雙翼飛機(jī)噴藥防治牧草害蟲取得成功。1922年用JN-6軍用飛機(jī)的改良型噴灑棉花,同年前蘇聯(lián)用飛機(jī)噴灑農(nóng)藥撲滅了蝗蟲。1929年,美國在加州用伊格爾羅光雙翼飛機(jī)播種水稻。1930年荷蘭教授維拉爾用飛機(jī)向云層撒干冰進(jìn)行人工降雨。第二次世界大戰(zhàn)后,各種殺蟲劑、殺菌劑和除草劑大量問世,要求用高效能的噴灑機(jī)具來滿足植物保護(hù)工作的需要,與此同時,大量軍用飛機(jī)和駕駛員轉(zhuǎn)向農(nóng)業(yè),促使農(nóng)業(yè)航空迅速發(fā)展。1949年美國開始研制專門用于農(nóng)業(yè)的農(nóng)用飛機(jī),20世紀(jì)50年代開始設(shè)計制造多用途農(nóng)業(yè)飛機(jī),20世紀(jì)50年代末,直升機(jī)也加入農(nóng)業(yè)航空行列。隨著農(nóng)用飛機(jī)的不斷發(fā)展,航空噴霧技術(shù)也發(fā)生了很大的進(jìn)步,從噴灑量大于30 L/hm2的常量噴灑,發(fā)展到5～30 L/hm2的低量噴灑,再到小于5 L/hm2的超低量噴灑,如美國1944年已有半數(shù)采用低量噴霧,噴液量為9～28 L/hm2。20世紀(jì)60年代靜電噴霧技術(shù)開始應(yīng)用于農(nóng)業(yè)航空[5-6]。

美國是應(yīng)用航空噴霧最發(fā)達(dá)的國家,目前有農(nóng)用航空公司2 000多家(包括500多家飛機(jī)及航空材料生產(chǎn)企業(yè)),擁有農(nóng)用飛機(jī)20 多個品種9 000多架(13%為農(nóng)用直升機(jī)), 占世界總擁有量的28%,65%的農(nóng)業(yè)化學(xué)處理是由飛機(jī)承擔(dān), 平均2萬hm2耕地便有一架農(nóng)用飛機(jī)[7]。由于美國國土面積廣闊, 耕地較多, 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要以超大規(guī)模經(jīng)營的家庭農(nóng)場為單位[8], 規(guī)?；N植從客觀上要求高效率的飛機(jī)投入農(nóng)業(yè)生產(chǎn),以提高農(nóng)業(yè)勞動生產(chǎn)率和農(nóng)產(chǎn)品商品率。因此美國的農(nóng)用飛機(jī)以作業(yè)效率較高的有人駕駛固定冀飛機(jī)為主,農(nóng)用航空作業(yè)項目除了飛機(jī)播種、施肥、施農(nóng)藥外,還包括人工降雨、森林滅火、空氣清潔、殺滅病菌等[9]。美國也是目前世界上應(yīng)用航空噴霧技術(shù)最為成熟的國家,具有較為完善的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系和先進(jìn)嚴(yán)密的管理與技術(shù)支持研究機(jī)構(gòu)。美國聯(lián)邦航空局(FAA)頒布的《聯(lián)邦航空規(guī)章》(FAR)中有關(guān)航空噴灑的內(nèi)容涵蓋航空器的飛行、運行、作業(yè)多方面,所制定的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有《農(nóng)業(yè)航空噴灑設(shè)備校準(zhǔn)和分布模式測試》(ASAE S386.2)、《測量地面、果園和空中噴霧漂移沉積過程的程序》(ASAE S561.1-2004)等20多部；除了FAA對作業(yè)設(shè)備型號認(rèn)可、性能合格審定、持續(xù)適航監(jiān)管、安全符合性檢查等[10],美國環(huán)保局(EPA)對農(nóng)藥使用的符合性、航空噴施作業(yè)流程及作業(yè)對空氣、水體、土壤和動植物的影響進(jìn)行管理和評價；美國農(nóng)業(yè)部(USDA)對規(guī)范作業(yè)技術(shù)和作業(yè)質(zhì)量進(jìn)行管理；美國國土安全局(DHS)對作業(yè)設(shè)備的安全系統(tǒng)、噴施物的安全性等進(jìn)行評估[11]；美國農(nóng)業(yè)航空協(xié)會(NAAA)、各州農(nóng)業(yè)航空協(xié)會、航空噴施協(xié)會、有關(guān)大學(xué)與科研機(jī)構(gòu)對航空噴灑作業(yè)技術(shù)進(jìn)行研究[12]。在美國航空噴霧使用的主要機(jī)載設(shè)備包括GPS、GIS、流量控制器、實時氣象系統(tǒng)和噴施校準(zhǔn)設(shè)備。航空噴霧作業(yè)面積前5名的作物依次是：玉米、小麥/大麥、棉花、大豆和水稻,對森林病蟲害的防控幾乎100%采用航空噴霧作業(yè)。

當(dāng)前,發(fā)達(dá)國家對航空噴霧技術(shù)的研究熱點主要集中在以下兩個方面：一是可控霧滴技術(shù)的應(yīng)用與霧滴飄移控制的研究。通過按作業(yè)要求選擇適宜的噴頭和噴霧參數(shù),控制霧滴粒徑、飄移率等以取得最佳噴霧效果； 通過建立飛機(jī)噴霧的霧滴分布仿真數(shù)學(xué)模型,運用模型分析霧滴沉降規(guī)律,研究航高、航速、風(fēng)速、霧滴粒徑、不同機(jī)型對霧滴飄移的影響。二是全球性定位系統(tǒng)(GPS)及精準(zhǔn)施藥技術(shù)的使用。航空噴霧作業(yè)時,通過SSM中不同區(qū)域(較小的面積單元)所需的農(nóng)藥制劑、肥料用量,進(jìn)行變量噴施；隨著可視化技術(shù)的發(fā)展,遠(yuǎn)程控制平臺也開始得到應(yīng)用,即當(dāng)飛機(jī)到達(dá)作業(yè)區(qū)域時,GPS 能實時將作業(yè)區(qū)域的信息圖像傳送到控制平臺(電腦),但是當(dāng)飛機(jī)速度≥65 m/s,GPS 技術(shù)尚不能很好地完成即時數(shù)據(jù)回傳,但在較小速度下的使用已能達(dá)到作業(yè)位置精確定位與自動導(dǎo)航,最終實現(xiàn)精確施藥及噴幅精確的對接[13]。

1.2 國內(nèi)發(fā)展概況

1.2.1 航空噴霧取代航空噴粉

我國航空噴霧技術(shù)是在航空噴粉的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。從20世紀(jì)50年代初期至60年代中期,我國農(nóng)業(yè)航空主要噴撒粉劑用于滅蝗,但隨著蝗害得到有效控制和航空噴粉對環(huán)境的重度污染,航空噴霧開始出現(xiàn),并逐步取代航空噴粉。航空噴霧取代航空噴粉,這主要是取決于航空噴霧的優(yōu)勢,航空噴霧可根據(jù)作業(yè)對象的不同,調(diào)控霧滴大小,且噴霧霧滴較粉劑在作物表面有更好的沉積和附著,造成的農(nóng)藥飄移和對環(huán)境的污染也較少,因此作業(yè)質(zhì)量和效果較好。

1.2.2 低容量、超低容量噴霧

20世紀(jì)70年代中期之前,飛機(jī)噴霧均采用常量作業(yè),一般每公頃噴施量為30～40 kg,架次作業(yè)面積25～30 hm2,雖然作業(yè)效率比地面人工作業(yè)高很多,但在作業(yè)集中繁忙季節(jié),因飛機(jī)作業(yè)面積大、時間緊,往返場空中耽誤時間多,不能滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上適時施藥的需要。隨著1975年航空超低容量噴霧試驗的成功和推廣應(yīng)用,我國農(nóng)業(yè)航空噴施技術(shù)的發(fā)展步入了一個新的歷史時期,推動了飛機(jī)作業(yè)項目的多元化[14]。特別是飛機(jī)超低容量技術(shù)在水源缺乏和作業(yè)區(qū)較遠(yuǎn)的地區(qū)的應(yīng)用,顯示了其不可替代的優(yōu)勢,在防治森林病蟲害、草原蝗蟲、蚊蠅及疫情消毒方面也發(fā)揮了突出的作用,這在1976年我國唐山發(fā)生大地震時,出動農(nóng)用飛機(jī)超低容量噴灑馬拉硫磷殺滅蚊蠅、控制疫病流行的過程中得到了最好的印證。超低容量噴霧在使用的過程中,和其他任何應(yīng)用技術(shù)一樣,也有其局限性,一般需要專用的農(nóng)藥制劑,且適宜的溶劑難以選擇,產(chǎn)生的霧滴漂移和對環(huán)境的污染較嚴(yán)重,低容量噴霧就沒有這方面的限制,它不需要專用的農(nóng)藥制劑,可以根據(jù)需要進(jìn)行不同農(nóng)藥或藥肥混噴,因此,在實際生產(chǎn)中得到了較快和更廣的發(fā)展。

1.2.3 復(fù)合噴施技術(shù)

進(jìn)入20世紀(jì)80年代以后,隨著科學(xué)技術(shù)和國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,人們開始注重經(jīng)濟(jì)效益和綜合技術(shù)的應(yīng)用,航空噴霧綜合作業(yè)技術(shù)應(yīng)運而生。綜合作業(yè)是指在噴施適期相吻合時,在不影響農(nóng)藥使用效果的情況下,將兩種或兩種以上的農(nóng)藥與作物肥料進(jìn)行混合噴施,達(dá)到一次作業(yè)、多重效果的目的。在黑龍江墾區(qū)和新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)、河南及遼寧等省區(qū)分別在小麥和水稻上得到了大面積的推廣應(yīng)用,產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。農(nóng)業(yè)航空復(fù)合作業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展和應(yīng)用,表明我國農(nóng)業(yè)航空噴施技術(shù)已逐步走向成熟[15]。

1.2.4 作業(yè)機(jī)型與噴霧設(shè)備

目前國內(nèi)航空噴霧使用的機(jī)型主要為固定翼飛機(jī),在20世紀(jì)80年代以前,我國使用的農(nóng)用飛機(jī)都是單一的Y-5型飛機(jī),80年代中期,國產(chǎn)Y-11型飛機(jī)問世,后又經(jīng)過研制改進(jìn)為Y-11改進(jìn)型并在生產(chǎn)中應(yīng)用；在此期間從澳大利亞和波蘭引進(jìn)的空中農(nóng)夫和M-18兩種機(jī)型,我國自行研制的N-5A、Y-5B機(jī)型也相繼投入使用；2000年以后,又從國外引進(jìn)了空中拖拉機(jī)和GA-200、M-18農(nóng)用機(jī)型。直升機(jī)(如Bell206)、無人直升機(jī)(UAV)在我國的應(yīng)用和研究尚處于起步階段。

我國農(nóng)業(yè)航空噴霧設(shè)備的發(fā)展同樣經(jīng)歷了漫長的歷程,在70年代中期以前,使用的噴霧設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、機(jī)動性小、精度低,霧滴大小不能調(diào)控,霧化性能差。在1975年以后,開始使用旋轉(zhuǎn)霧化器(如AU5000)進(jìn)行超低量噴霧,隨后又不斷研制和從國外引進(jìn)了多種類型的噴霧設(shè)備,如GP-81、GA2000等,這些類型的噴霧設(shè)備,霧滴大小可以調(diào)控,霧化性能較好,能夠滿足不同作業(yè)方式的流量需求。

到了20世紀(jì)90年代,衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)(GPS)開始應(yīng)用,促進(jìn)了航空噴灑技術(shù)向著精準(zhǔn)施藥方向發(fā)展。出現(xiàn)了專門為超輕型飛機(jī)配套設(shè)計的3WQF型農(nóng)藥噴灑設(shè)備,此設(shè)備可廣泛用于小麥、棉花、森林等的農(nóng)藥以及葉面肥的噴灑；1999年由中國林業(yè)科學(xué)研究院研制的HU2-HW1型超低容量噴灑設(shè)備及NT100GPS導(dǎo)航系統(tǒng)與海燕650B飛機(jī)配套技術(shù),在廣西武鳴林區(qū)用于防治病蟲害,并進(jìn)行了相關(guān)試驗研究[16]。到了21世紀(jì)初,航空靜電噴霧技術(shù)開始進(jìn)行研究和試驗,并取得了重要進(jìn)展。

1.2.5 沉積與飄移

在農(nóng)業(yè)航空噴灑基礎(chǔ)理論研究方面,對飛機(jī)噴霧霧滴沉降特性和檢測技術(shù)的研究,始于20世紀(jì)70年代中期,在此之前,對飛機(jī)作業(yè)效果的成因研究甚少。隨著國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步,人們越來越重視飛機(jī)作業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境問題,迄今為止,對農(nóng)業(yè)航空噴霧產(chǎn)生的飄移、不同的施用對象表面霧滴分布、不同的防治對象對霧滴覆蓋密度和大小要求的特異性等的研究[17],都有了顯著的進(jìn)展。

自20世紀(jì)70年代以來,中國民用航空局第二研究所研究人員針對飛機(jī)噴霧飄移問題,開展了農(nóng)業(yè)航空化學(xué)霧滴沉降效應(yīng)研究,建立了霧滴飄移隨下風(fēng)距離關(guān)系的數(shù)學(xué)模型,揭示了霧滴內(nèi)飄失規(guī)律,提出了不同噴施方式、不同作業(yè)對象的適宜霧滴大小、密度和覆蓋均勻度[18],積累了我國主要糧食作物及部分經(jīng)濟(jì)類作物飛機(jī)作業(yè)霧滴特性方面的系統(tǒng)資料,并研究得出了基本的結(jié)論。

1.2.6 測試驗證與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

在航空噴灑設(shè)備霧化性能測試、作業(yè)質(zhì)量檢測方面,通過對我國自主研發(fā)的GP-81、Y5B-1、CYD-1型噴灑設(shè)備和引進(jìn)設(shè)備的霧化性能測試,以及航空噴霧作業(yè)現(xiàn)場質(zhì)量檢測,掌握了較為成熟的檢測手段與技術(shù),在設(shè)備定型檢測、航空噴霧效果評估中得到了廣泛運用；在噴霧作業(yè)設(shè)備技術(shù)研發(fā)以及作業(yè)設(shè)備檢定驗證方面,國家及民航局已先后出臺多項政策予以鼓勵和推動[19-21],為提高航空噴霧裝備的技術(shù)水平、強化航空噴霧作業(yè)的安全監(jiān)管提供了有力保障。

近10年來,在航空噴霧技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定方面取得重要成果,先后制訂了《農(nóng)業(yè)航空作業(yè)質(zhì)量技術(shù)指標(biāo) 噴灑作業(yè)》(MH/T 1002.1-1995)、《飛機(jī)施用農(nóng)藥規(guī)范》(MH/T 1026-2009)、《農(nóng)用飛機(jī)噴灑設(shè)備性能檢測規(guī)范》(MH/T 1031-2010)、《通用航空機(jī)場設(shè)備設(shè)施》(GB/T 17836-1999)、《飛機(jī)噴施設(shè)備性能技術(shù)指標(biāo) 第1部分:噴霧設(shè)備》(MH/T 1008.1-1997)、《農(nóng)業(yè)航空技術(shù)術(shù)語》(MH/T 0017-1998)、《森林航空消防技術(shù)規(guī)范》(MH/T 1033-2011)、《航空噴施設(shè)備的噴施率和分布模式測定》(MH/T 1040-2011)、《通用航空術(shù)語》(MH/T 1039-2011)、《飛機(jī)噴灑設(shè)備設(shè)計規(guī)范》(MH/T 1049-2012)、《飛機(jī)噴霧飄移現(xiàn)場測量方法》(MH/T 1050-2012)、《噴霧飄移的風(fēng)洞實驗室測量方法》(MH/T 1051-2012)等10多項行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),對規(guī)范航空噴霧作業(yè)技術(shù)、操作流程、檢測方法起到了積極作用。

2 發(fā)展趨勢與探討

2.1 航空器與噴灑設(shè)備系統(tǒng)

目前,我國航空植保機(jī)型主要有輕型固定翼飛機(jī)、直升機(jī)和輕型無人直升機(jī)。輕型固定翼飛機(jī)載量大、飛行速度快、作業(yè)效率高,作業(yè)時采用超低空飛行,距作物冠層5～7 m,對作業(yè)區(qū)域地形條件要求較高,易受田間周邊障礙物如電線、電桿、樹木等影響,引起飛行安全問題；使用直升機(jī)作業(yè),螺旋槳造成的空氣渦流能使農(nóng)藥噴灑到植物莖葉的背面,提高噴灑效果,與固定翼飛機(jī)相比耗油量稍大,但可在田間起降減少了機(jī)場、跑道等的建設(shè)費用,適應(yīng)于地形較復(fù)雜的地區(qū)；輕型無人直升機(jī)與前2種機(jī)型相比,具有自動化程度高、操控安全、減少污染、運行成本低的特點。

根據(jù)不同類別航空器作業(yè)優(yōu)勢和特點,從我國航空植保機(jī)型應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢來看,輕型固定翼飛機(jī)仍將是主力機(jī)型,但直升機(jī)和輕型無人直升機(jī)在生產(chǎn)中已開始受到重視和應(yīng)用[22]。今后我國航空噴霧機(jī)型的發(fā)展,在注重擴(kuò)大固定翼機(jī)群的同時,應(yīng)協(xié)調(diào)發(fā)展直升機(jī)和輕型無人直升機(jī),充分利用旋翼產(chǎn)生的下壓氣流,避免霧滴的飄移并利于霧滴穿透,提高霧滴的附著率。需要指出的是在國外對無人機(jī)的研究日益受到重視,美國已開展了無人機(jī)(UAV)航空噴灑方面的研究；日本從20世紀(jì)90年代起將遙控直升機(jī)用于大田作物、果樹和蔬菜的病蟲害防治[23],從而實現(xiàn)合理施肥和農(nóng)作物品質(zhì)管理。無人機(jī)特別適宜于種植規(guī)模較小、地形較復(fù)雜的條件,國內(nèi)目前通用輕型無人機(jī)主要有蜜蜂16 共軸式無人駕駛直升機(jī)、Z-3 無人直升機(jī)、WD100 型無人直升機(jī)和天鷹-3 等[7]。近年來,中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所、農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所開展了小型無人機(jī)施藥技術(shù)的應(yīng)用研究,對促進(jìn)無人機(jī)在我國植物保護(hù)中的應(yīng)用起到了積極作用。

由于航空噴霧霧滴釋放位點較高,對噴灑裝置和控制裝置有更高的要求,如果噴出的霧滴譜寬、對靶性差,部分細(xì)小的霧滴可飄移至數(shù)公里以外[24],極易造成污染。研發(fā)性能優(yōu)良的噴霧裝置和技術(shù)先進(jìn)的控制系統(tǒng),滿足精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展需要,是航空噴霧設(shè)備系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。在美國,其航空施藥部件系列完善,能適合不同作業(yè)要求,農(nóng)用飛機(jī)上都配備精密儀器和設(shè)備,如GPS 是很普遍的裝備,以降低和控制對環(huán)境的污染。在美國還十分注重航空噴頭的研究,其航空噴頭根據(jù)霧化方式主要分為液力霧化噴嘴和旋轉(zhuǎn)離心霧化器兩種,美國農(nóng)業(yè)部航空應(yīng)用技術(shù)研究中心研究出一種航空噴頭噴灑模型,可以清晰了解噴頭產(chǎn)生的霧滴情況,以便選擇并設(shè)計合適的作業(yè)參數(shù)[25]。在我國,航空噴霧設(shè)備品種少、性能較差,控制系統(tǒng)一般只是簡單的壓力計、流量計,少數(shù)的裝有GPS自助導(dǎo)航儀,與發(fā)達(dá)國家相比,差距甚大。

2.2 農(nóng)藥選擇

在航空噴灑時,應(yīng)盡量選用適于低容量噴灑的農(nóng)藥劑型和制劑,以提高農(nóng)藥的利用率。航空超低容量噴霧,其噴灑霧滴直徑80 μm左右,容易造成遠(yuǎn)距離飄移,在逆溫條件下可飄移10 km,易造成環(huán)境污染和藥害,國外發(fā)達(dá)國家以立法禁止使用超低容量噴霧[27]；我國從20世紀(jì)70年代開始研究推廣,由于適合超低容量的農(nóng)藥劑型少等原因,目前僅在森林、草原滅蟲有過一定面積的使用。近年來,中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所利用Af-811小型無人機(jī),開展了噴灑不同劑型毒死蜱用于玉米螟的防治試驗研究,研究結(jié)果顯示,毒死蜱超低容量液劑的防治效果明顯優(yōu)于毒死蜱乳油[28]；農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)機(jī)化所利用N-3型無人直升機(jī),在水稻孕穗期、3～5 m的作業(yè)高度下,進(jìn)行了針對不同的防治對象選擇不同劑型農(nóng)藥噴灑試驗研究[29]。所有研究結(jié)果表明,農(nóng)藥劑型對航空噴施效果有直接影響,一般宜選擇適于低容量的乳油或水劑噴灑。但目前國內(nèi)在這方面的相關(guān)研究還很少,有待于進(jìn)一步拓展和深入。

2.3 應(yīng)用技術(shù)

當(dāng)前,航空噴霧技術(shù)主要解決以下三個方面的問題：非靶標(biāo)區(qū)的飄移、提高防治效率和農(nóng)藥利用率、提高作業(yè)的可靠性。

2.3.1 飄移控制

飛機(jī)噴霧有自身的特殊性,由于飛行速度快,藥液釋放位點距作物冠層較高,受風(fēng)力影響大等因素,其飄移損失較大,造成用藥浪費和對環(huán)境的污染,如體積中徑為48～80 μm的細(xì)小霧滴在地面僅可回收4%～10%[30]。常規(guī)的航空噴灑作業(yè)多數(shù)采用傳統(tǒng)的液壓噴頭,其在飛行噴霧作業(yè)時,霧滴向地面的降落形式主要為自由落體運動,由于受飛機(jī)飛行時的氣流影響和霧滴觸及植物表面后的自由滑落,使得霧滴在靶標(biāo)植物表面的沉積很難達(dá)到理想的效果,實際上所有現(xiàn)有的機(jī)械噴霧無論是飛機(jī)噴霧或是地面機(jī)械噴霧過程中,僅有很少部分藥物能到達(dá)病蟲危害的植物部位,特別是植物的隱蔽部位如植物冠體內(nèi)部葉片和葉片的背面是很難接觸到藥物的,這些部位恰恰是病原菌和害蟲最集中的地方[31]。將靜電噴霧技術(shù)與航空噴霧技術(shù)結(jié)合,能較好地解決前述問題,是因為航空靜電噴霧具有獨特的優(yōu)點：一方面飛機(jī)噴灑作業(yè)時產(chǎn)生的霧滴借助于靜電場的作用,增強了噴霧粒子對預(yù)定目標(biāo)的吸附；另一方面,飛噴作業(yè)時的霧滴是由上向下運動,在重力和靜電場力的雙重作用下加速了霧滴向下運動,減少了霧滴飄移損失。此外,飛機(jī)飛行時產(chǎn)生較大的氣流,提高了霧滴在植株中的穿透性,提高了藥液的利用率。因此,根據(jù)我國國情,研發(fā)航空靜電噴霧裝置特別是適用于我國運五、運十一、蜜蜂、蜻蜓等飛機(jī)掛載的各種靜電噴霧裝置,是我國航空噴灑設(shè)備發(fā)展的重要方面。

除了航空噴灑設(shè)備外,航空噴施技術(shù)對控制霧滴飄移也具有重要作用。美國十分重視農(nóng)藥噴灑作業(yè)中霧滴飄移引起的環(huán)境污染問題,20 世紀(jì)70 年代末到80 年代初,美國林業(yè)局開始用計算機(jī)模型來分析和預(yù)測航空施藥中霧滴飄移、沉積情況,最早的模型是FSCBG 模型(forest service cramer barry grim), 在Teske 等研究人員努力下,FSCBG 模型發(fā)展成為AGDISP(agricultural dispersion) 模型[31],用戶通過該模型可以輸入噴嘴、藥液、飛機(jī)類型、天氣因素等,通過對內(nèi)部數(shù)據(jù)庫調(diào)用, 以此來預(yù)測霧滴沉積和飄移,估測霧滴粒徑參數(shù),來調(diào)整噴灑設(shè)備性能,增強控制噴霧飄移的效果。

2.3.2 提高噴灑效率

藥液的霧化、沉降及其分布的質(zhì)量,是由氣象條件、噴灑設(shè)備和噴液性質(zhì)這3個主要因素的綜合影響所決定的[32]。據(jù)相關(guān)測試表明：在以水作稀釋劑進(jìn)行航空噴霧作業(yè)時,約占總噴施量60%的藥液在沉降過程中被揮發(fā)掉或飄移到作業(yè)區(qū)域以外的地方,只有25%左右的藥液沉積到作物植株上。通過在航空噴液中加入某種助劑的方法,可改變噴液的黏度、表面張力、揮發(fā)度等性質(zhì),有利于藥液霧化的均勻性和霧滴沉降,減少飄移,改善藥液在作物植株表面的展著性、提高附著率和滲透性[33]。

我國航空噴霧常用的助劑有液體肥料、礦物油、人工合成的非離子表面活性劑、植物油等。黑龍江省農(nóng)墾總局植保站經(jīng)多年研究,得出高溫干旱條件下飛機(jī)作業(yè)加植物油型噴霧助劑的新技術(shù)[27],具體做法是：將飛機(jī)作業(yè)氣候條件分兩類,一類是適宜作業(yè)氣候條件,溫度13～27 ℃,空氣相對濕度大于65%,風(fēng)速4 m/s以下,藥液中加入噴液量0.5%植物油型噴霧助劑,可減少30%～50%用藥量；另一類是不適宜作業(yè)氣候條件,溫度大于27 ℃,空氣相對小于65%,風(fēng)速4 m/s以下,藥液中加入噴液量1%植物油型噴霧助劑,可減少20%～30%用藥量,此技術(shù)在新疆應(yīng)用仍然可獲得穩(wěn)定的藥效。

由于航空噴霧助劑有利于降低揮發(fā),增加藥液的沉降量、減少霧滴飄移；有利于降低藥液的表面張力,提高霧化性能增強霧滴分布均勻性；有利于改善沉降霧滴在植株表面的黏著性,提高抗雨水沖刷力、延長滯留時間。因此,航空噴霧助劑具有一定的增效作用,從而能減少用藥量和噴液量,提高噴灑效率和農(nóng)藥利用率,所以今后應(yīng)加強新型航空噴霧助劑的研發(fā),促進(jìn)噴霧助劑在航空噴施技術(shù)中的應(yīng)用。

2.3.3 設(shè)備測試驗證

我國目前航空噴霧作業(yè)設(shè)備,由于長期使用、維護(hù)保養(yǎng)不到位等,造成設(shè)備穩(wěn)定性和保持性的下降,導(dǎo)致作業(yè)均勻性降低、作業(yè)噴施物的飄移嚴(yán)重等,因此,根據(jù)有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對設(shè)備的流量、作業(yè)幅度、霧化性能、耐腐抗?jié)B性等進(jìn)行驗證測試,是提高航空噴霧作業(yè)效率和可靠性的重要措施。特別是隨著我國航空噴霧作業(yè)保持10%以上的年增長率[26],在作業(yè)機(jī)型不斷增多,機(jī)載作業(yè)設(shè)備的使用越來越復(fù)雜化、多樣化和高科技化的情況,對設(shè)備檢測驗證工作的需求會更加迫切[34]。

對航空噴霧作業(yè)進(jìn)行相關(guān)測試驗證,在國際上是較為通常的做法。在美國,FAA審定中心和認(rèn)證審定辦公室、美國農(nóng)業(yè)航空協(xié)會(NAAA)、各州農(nóng)業(yè)航空協(xié)會、航空噴施協(xié)會、有關(guān)大學(xué)和科研機(jī)構(gòu),對航空噴灑作業(yè)設(shè)備、作業(yè)質(zhì)量、作業(yè)物料分別按有關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測；德國政府從1993年開始,對噴灑設(shè)備噴施農(nóng)藥的效果和對生物作用與影響實行強制性試驗,聯(lián)邦生物局負(fù)責(zé)對符合要求的噴灑設(shè)備進(jìn)行注冊認(rèn)可；比利時主要由國家機(jī)械、勞動、環(huán)境部和國家農(nóng)業(yè)工程學(xué)院農(nóng)藥管理實驗室負(fù)責(zé)管理,其中對大田植保機(jī)械(包括飛機(jī)噴灑設(shè)備)實行強制性檢測管理；在丹麥,由農(nóng)業(yè)部和國家農(nóng)業(yè)科學(xué)院施藥系實施管理,從1993年開始,政府對在用航空植保機(jī)械實行強制性檢測,機(jī)具使用性能低于標(biāo)準(zhǔn)要求,必須更換部件或停止使用。在日本、英國和挪威,對航空植保機(jī)械都有強制性的國家管理標(biāo)準(zhǔn),國家標(biāo)準(zhǔn)中,對出廠和在用機(jī)具都實行強制性管理,由檢測服務(wù)站代表政府受理和批準(zhǔn),并受政府財政支持,產(chǎn)品通過市場競爭優(yōu)勝劣汰。此外,一些國際組織,如聯(lián)合國糧食與農(nóng)業(yè)組織(FAO)、國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)、歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會(CEN)、國際植保聯(lián)盟(GCPF)、世界衛(wèi)生組織(WHO)等都對航空植保機(jī)械的使用管理、性能檢測有強制性的和推薦性的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。

為此,我們應(yīng)完善有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)體系,建立健全航空噴霧設(shè)備檢測驗證的機(jī)構(gòu)機(jī)制、技術(shù)平臺和實施辦法,以保證航空噴霧作業(yè)的健康發(fā)展。

2.4 法規(guī)建設(shè)

航空噴霧施藥技術(shù)是一種特殊的技術(shù),它具有兩重性：一方面在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中已必不可少；另一方面可能由于在生產(chǎn)中使用不當(dāng)造成較大的危害。因此,必須要有相應(yīng)的法律法規(guī)來規(guī)范、約束施藥技術(shù)的全過程。世界上先進(jìn)的國家,施藥技術(shù)早已列入了法制的范疇,除了國家有嚴(yán)格的法律法規(guī)外,各級地方政府還有相應(yīng)的地方法律。如美國的FIFRA法明確規(guī)定,在農(nóng)藥使用中違反此法者將按民事犯法處置。然而,我國在施藥技術(shù)的法規(guī)制定方面還很薄弱,盡管出臺了一些相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范,但迄今為止,沒有一部相應(yīng)的法律法規(guī)出臺。

因此,我國應(yīng)盡快制定施藥技術(shù)的相關(guān)法規(guī),以法律形式規(guī)范施藥技術(shù)的全過程,確保施藥過程中的環(huán)境安全、人身安全和食品安全。

3 結(jié)束語

(1)航空噴霧是目前我國通用航空主要作業(yè)項目之一,是我國植保技術(shù)體系的有機(jī)組成部分。60多年來,我國農(nóng)業(yè)航空噴霧技術(shù)經(jīng)歷了由常量噴霧向低容量和超低容量的轉(zhuǎn)變,由單一作業(yè)向綜合作業(yè)延伸,由粗放作業(yè)向精準(zhǔn)作業(yè)的發(fā)展,其每一次創(chuàng)新與進(jìn)步,都有力地促進(jìn)了農(nóng)業(yè)植保事業(yè)的發(fā)展。

(2)航空噴霧有其自身的特殊性,發(fā)展可控霧滴噴霧技術(shù)、航空靜電噴霧技術(shù),有利于航空噴霧飄移控制,增加藥液沉積減少飄移損失。

(3)提高航空噴霧的作業(yè)效率、安全性及實施精準(zhǔn)施藥,是今后航空噴霧技術(shù)發(fā)展的重要方向,應(yīng)積極開展航空噴灑助劑、作業(yè)設(shè)備性能檢測驗證與信息化技術(shù)應(yīng)用研究。

(4)加強航空噴霧作業(yè)機(jī)型使用技術(shù)與噴霧設(shè)備系統(tǒng)研發(fā),以改善航空噴霧的作業(yè)基礎(chǔ),提高噴施效率、降低環(huán)境污染,逐步縮小與發(fā)達(dá)國家的差距。

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Developmentanddiscussionofaerialspraytechnologyinplantprotection

Zhu Chuanyin, Wang Bingxi

(TheSecondResearchInstituteofCivilAviationAdministrationofChina,Chengdu610041,China)

Aerial spraying has been widely applied in the prevention and control of crop diseases, insect pests and weeds in China. To promote the development of aerial spraying techniques, the article briefly overview and summary on the developmental course, working techniques and operating equipment of aerial spraying at home and abroad. Operation flights, applied technology and operation devices in the aerial spraying are also discussed combined with the current situation in plant protection in China. Based on the above summary analysis, the author suggest some research should be developed in the field of aerial spraying technology to improve the level of aerial applications in plant protection in China, such as paying attention to and progressively developing application of helicopters and UVA, strengthening the research of equipment control system and the series or matching of spraying parts, and deeply developing the aerial spray drift control techniques.

aerial spraying; overview; discussion

2013-11-12

：2014-03-06

S 477.5

：ADOI：10.3969/j.issn.0529-1542.2014.05.001

聯(lián)系方式 E-mail:zhcy558@163.com