劉岳飛 林賢坤

摘要：農(nóng)藥智能化噴灑是柑橘產(chǎn)業(yè)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一，影響農(nóng)藥噴灑效果的因素很多，研究各因素對(duì)農(nóng)藥噴灑效果的影響大小，以及遴選影響農(nóng)藥噴灑效果的主要因素，對(duì)改進(jìn)與優(yōu)化農(nóng)藥噴灑裝置的噴灑方式與過(guò)程有重要意義，采用自主研發(fā)的升降桿式農(nóng)藥噴灑裝置，通過(guò)沉積量和覆蓋率兩指標(biāo)轉(zhuǎn)化綜合指標(biāo)，來(lái)評(píng)判農(nóng)藥噴灑的效果，根據(jù)無(wú)交互性兩因素方差分析的相關(guān)理論與方法，研究各因素對(duì)農(nóng)藥噴灑效果的影響大小，并遴選影響農(nóng)藥噴灑效果的主要因素，

關(guān)鍵詞：農(nóng)藥噴灑;影響因素;無(wú)交互性;方差分析

中圖分類號(hào)：$491DOI：10.16375/j.cnki，cn45-1395/t，2020.02.015

0引言

近十年來(lái)，廣西柑橘產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，柑橘種植面積迅速增加，帶來(lái)了柑橘病蟲(chóng)害防治的艱巨任務(wù)，目前，日常農(nóng)藥噴灑依然是柑橘病蟲(chóng)害防治的主要措施之一，為了保證農(nóng)藥噴灑效果的同時(shí)提高效率和降低勞動(dòng)力成本，農(nóng)藥智能化噴灑成為了柑橘產(chǎn)業(yè)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題和重要發(fā)展方向。

農(nóng)藥噴灑效果是設(shè)計(jì)與優(yōu)化農(nóng)藥噴灑裝置及其噴灑方式與過(guò)程的重要依據(jù)，可依據(jù)沉積量和覆蓋率等指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行評(píng)判，但影響農(nóng)藥噴灑效果的因素有很多，如噴孔直徑、噴霧的壓力、時(shí)間和風(fēng)速等，因此，有必要研究各因素對(duì)農(nóng)藥噴灑效果的影響情況，以改進(jìn)與優(yōu)化農(nóng)藥噴灑裝置及其噴灑方式與過(guò)程，李君等通過(guò)霧滴沉積量和霧流穿透能力兩個(gè)指標(biāo)遴選噴頭噴霧角度，賈衛(wèi)東等研究不同株距、行駛速度等影響因素對(duì)果樹(shù)冠層的霧滴沉積分布的影響規(guī)律，王苗苗通過(guò)建立無(wú)交互作用的雙因素方差分析與有交互作用的雙因素方差分析，并利用實(shí)例進(jìn)行分析說(shuō)明，戴金輝等通過(guò)兩個(gè)例題對(duì)兩種方法的應(yīng)用進(jìn)行比較，使雙因素方差分析在理論上更加完善，吳俊奇等等通過(guò)運(yùn)用雙因素?zé)o重復(fù)實(shí)驗(yàn)的方差分析法對(duì)某組混凝沉淀實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)例分析，劉剛等等研究雙因素方差分析的基本原理，指出一個(gè)試驗(yàn)結(jié)果會(huì)受不同因素的影響，相同因素的不同水平也會(huì)影響試驗(yàn)結(jié)果，并研究了有無(wú)交互作用的雙因素?zé)o重復(fù)試驗(yàn)，由此可見(jiàn)，目前的農(nóng)藥噴灑研究中，常根據(jù)現(xiàn)有情況設(shè)定相關(guān)的影響因素，并通過(guò)沉積量、覆蓋率等單一指標(biāo)參數(shù)評(píng)判農(nóng)藥噴灑效果，而采用多個(gè)指標(biāo)參數(shù)評(píng)判農(nóng)藥噴灑效果，并對(duì)各因素影響農(nóng)藥噴灑效果的大小，來(lái)提高農(nóng)藥噴灑效果的研究目前相對(duì)較少。

依照柑橘農(nóng)藥噴灑的要求，利用自主設(shè)計(jì)的升降桿式農(nóng)藥噴灑裝置，研究各因素對(duì)農(nóng)藥噴灑效果的影響：綜合采用沉積量和覆蓋率兩個(gè)指標(biāo)參數(shù)評(píng)判農(nóng)藥噴灑效果;根據(jù)無(wú)交互性兩因素方差分析的相關(guān)理論與方法，研究各因素對(duì)農(nóng)藥噴灑效果的影響大小，以影響農(nóng)藥噴灑效果的主要因素，為后續(xù)農(nóng)藥噴灑裝置的噴灑方式與過(guò)程的改進(jìn)與優(yōu)化提供依據(jù)。

1試驗(yàn)材料與設(shè)備

本文自主研發(fā)的升降桿式農(nóng)藥噴灑裝置，主要由機(jī)架、藥箱、噴霧裝置、動(dòng)力裝置及柱塞泵等部件組成，其中噴霧裝置由3節(jié)防水電動(dòng)推桿、橫向伸縮桿、角度調(diào)節(jié)桿等部件組成，具體如圖1所示，電動(dòng)推桿采用電壓24v，推力500N，空載電流1.6A，伸縮速度22.72mm/s，可實(shí)現(xiàn)噴桿整體離地高度0.95-1.95m，配套動(dòng)力為4.0kW汽油機(jī)，藥箱容量60L，工作壓力范圍為0-35kg（即0-3.5MPa）。

其中橫向伸縮桿對(duì)稱，共安裝4個(gè)噴頭，噴頭型號(hào)為精細(xì)化霧化噴頭，在總噴霧壓力12kg時(shí)（即每個(gè)噴頭的噴霧壓力3kg），每個(gè)噴頭流量為1.57L/min，霧滴粒徑≤95um，該升降桿式噴灑裝置單次作業(yè)有效時(shí)間為10-15min，施藥不受地形和作物高低的限制，在試驗(yàn)過(guò)程中，還采用了米尺、剪刀、量杯、水敏霧滴測(cè)試卡、霧滴分析軟件、掃描儀、橡膠手套、密封袋、溫濕計(jì)、風(fēng)速測(cè)量?jī)x相關(guān)設(shè)備等。

2試驗(yàn)方案與設(shè)計(jì)

2.1試驗(yàn)方法

試驗(yàn)標(biāo)靶為3株按照標(biāo)準(zhǔn)種植間距擺放的仿真柑橘樹(shù)，其高和寬分別為1.9m和1.5m，用以模擬田間枝葉茂密的成熟柑橘樹(shù)，具體如圖2所示，噴灑裝置的升降桿與仿真柑橘樹(shù)的主干距離稱為目標(biāo)柱距，其值可通過(guò)米尺測(cè)量。

在試驗(yàn)時(shí)，需要定時(shí)測(cè)量和記錄試驗(yàn)期間的溫度、風(fēng)速和相對(duì)濕度，使用清水代替農(nóng)藥，對(duì)仿真柑橘果樹(shù)進(jìn)行施藥作業(yè);使用水敏紙采集霧滴，通過(guò)掃描儀進(jìn)行掃描;使用霧滴分析軟件將掃描圖片進(jìn)行處理和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì);運(yùn)用SPSS軟件，對(duì)數(shù)據(jù)觀測(cè)、比較、分析檢驗(yàn)值以及顯著性結(jié)果。

2.2試驗(yàn)步驟

在標(biāo)靶仿真柑橘果樹(shù)冠層設(shè)定上、中、下3層水平均勻分布的采樣面，以及前、中、后3層垂直均勻分布的采樣面，面面交疊產(chǎn)生9條均布采樣線，每條采樣線上均勻布置D、E、F共3個(gè)重復(fù)采樣點(diǎn)（見(jiàn)圖3），依照采樣點(diǎn)的位置進(jìn)行編號(hào)，并在每個(gè)采樣點(diǎn)隨機(jī)選定葉片，通過(guò)回形針在葉片的正、反面各卡住2.2cm×3.0cm大小的水敏測(cè)試卡（見(jiàn)圖4），該測(cè)試卡用于采集采樣點(diǎn)處葉片正、反面的沉積量和覆蓋率，每條采樣線上葉片正面（或反面）的3張采樣水敏測(cè)試卡的沉積量和覆蓋率的平均值，即為冠層這一高度和深度處的葉片正面（或反面）的沉積量和覆蓋率。

試驗(yàn)時(shí)，用清水代替農(nóng)藥作為采樣溶液，進(jìn)行噴灑試驗(yàn)（見(jiàn)圖5），每組實(shí)驗(yàn)后，等待水敏測(cè)試卡上的霧滴晾干，帶上橡膠手套，收集各采樣點(diǎn)上的水敏測(cè)試卡，放入對(duì)應(yīng)編號(hào)的密封袋中，帶回實(shí)驗(yàn)室，用掃描儀進(jìn)行掃描，并通過(guò)霧滴分析軟件將掃描圖片進(jìn)行處理、測(cè)量、統(tǒng)計(jì)等（如圖6所示）。

2.3試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用自主研發(fā)的升降桿式農(nóng)藥噴灑裝置，對(duì)仿真柑橘果樹(shù)實(shí)施農(nóng)藥噴灑，發(fā)現(xiàn)擺桿角度、風(fēng)速角度、目標(biāo)柱距、噴孔直徑、噴霧風(fēng)速、噴霧時(shí)間和噴霧壓力共7個(gè)因素對(duì)噴灑效果有影響，為了遴選出主要影響因素，以改進(jìn)與優(yōu)化農(nóng)藥噴灑裝置的噴灑方式與過(guò)程，對(duì)以上7個(gè)影響因素實(shí)施單因素試驗(yàn)，其中布點(diǎn)位置的影響因素存在于每一單因素試驗(yàn)中，經(jīng)試驗(yàn)分析與判定，布點(diǎn)位置因素與7個(gè)因素都互為獨(dú)立，在此試驗(yàn)判定基礎(chǔ)上經(jīng)行無(wú)交互性兩因素方差分析，其中7個(gè)影響因素的5水平試驗(yàn)設(shè)計(jì)如表1所示，

3方差分析的設(shè)計(jì)與判定

3.1構(gòu)建無(wú)交互性兩因素模型

定義：如果因素A和因素B對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響是相互獨(dú)立的，則可以分別考察各自的影響，這種方差分析稱為無(wú)交互性兩因素方差分析在兩因素A與A中，因素A有r個(gè)水平A1.A2.…，Ar;因素B有S個(gè)水平B1.B2.…，Bs，方差分析表如表2所示。

3.2顯著性判定標(biāo)準(zhǔn)

在顯著水平α下，如果FA≥Fα（r-1.n-rs），則認(rèn)為因素A對(duì)結(jié)果的影響顯著，否則認(rèn)為因素A對(duì)結(jié)果影響不顯著;如果FB≥Fα（s-1.n-rs），則認(rèn)為因素B對(duì)結(jié)果的影響顯著，否則認(rèn)為因素B對(duì)結(jié)果的影響不顯著;其在顯著性判斷時(shí)，顯著性水平通常取a=O，05、0.01、0.001.統(tǒng)計(jì)學(xué)根據(jù)顯著性檢驗(yàn)方法所得到的P值，通常用P>O，05表示差異性不顯著;0.01

4檢驗(yàn)值計(jì)算與顯著性判定

4.1沉積量單指標(biāo)的檢驗(yàn)值與顯著性判定

農(nóng)藥沉積量是指施藥后在柑橘果樹(shù)的葉子上單位面積沉積的藥量，用ug/cm²表示，對(duì)初選的7個(gè)影響因素，經(jīng)行葉子正反面沉積量單指標(biāo)的無(wú)交互性兩因素方差分析，數(shù)值經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析軟件SPSS計(jì)算得出，通過(guò)檢驗(yàn)值經(jīng)行顯著性判定，匯總見(jiàn)表3。

從沉積量指標(biāo)的檢驗(yàn)值以及顯著性判定結(jié)果看，葉子正面沉積量檢驗(yàn)值以及顯著性判定中，風(fēng)速角度因素的影響不顯著，對(duì)葉子正面沉積量指標(biāo)的影響最差，其他因素的影響極顯著;葉子反面沉積量檢驗(yàn)值以及顯著性判定中，噴霧風(fēng)速和風(fēng)速角度兩因素的影響較顯著，對(duì)葉子反面沉積量指標(biāo)的影響最差，其次影響差的因素是噴霧壓力和目標(biāo)柱距。

4.2覆蓋率單指標(biāo)的檢驗(yàn)值與顯著性判定

農(nóng)藥覆蓋率是指施藥后在柑橘果樹(shù)的葉子上附著農(nóng)藥的面積占整個(gè)葉子面積的比值，用百分?jǐn)?shù)表示，對(duì)初選的7個(gè)影響因素，經(jīng)行葉子正反面覆蓋率單指標(biāo)的無(wú)交互性兩因素方差分析，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析軟件sPss計(jì)算得出，通過(guò)檢驗(yàn)值經(jīng)行顯著性判定，匯總見(jiàn)表4。

從覆蓋率指標(biāo)的檢驗(yàn)值以及顯著性判定結(jié)果看，葉子正面覆蓋率檢驗(yàn)值以及顯著性判定中，風(fēng)速角度因素的影響不顯著，對(duì)葉子正面沉積量指標(biāo)的影響最差，其次影響差的因素是目標(biāo)柱距和噴霧風(fēng)速;葉子反面覆蓋率檢驗(yàn)值以及顯著性判定中，擺桿角度因素的影響顯著，對(duì)葉子反面沉積量指標(biāo)的影響最差，其他因素的影響極顯著。

從以上的沉積量和覆蓋率兩單指標(biāo)各自在柑橘果樹(shù)的葉子正反面的檢驗(yàn)值與顯著性判定上，雖然可得知對(duì)沉積量和覆蓋率兩單指標(biāo)各自影響的最差因素，但難以判定最大的影響因素，以及各因素的影響大小及其先后順序，因此需要經(jīng)行綜合的評(píng)價(jià)指標(biāo)來(lái)應(yīng)用研究，以評(píng)價(jià)兩單指標(biāo)對(duì)各因素的綜合影響大小以及先后順序。

5綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)的研究與應(yīng)用

5.1沉積量單指標(biāo)的加權(quán)計(jì)算與分析

依據(jù)各因素在葉子正反面的沉積量權(quán)重，計(jì)算得出加權(quán)數(shù)值Y1如表5所示，沉積量單指標(biāo)的加權(quán)數(shù)值F最大的影響因素是噴霧時(shí)間，其次是噴孔直徑與擺桿角度，最小的是噴霧風(fēng)速與風(fēng)速角度;各因素沉積量單指標(biāo)的加權(quán)數(shù)值y1從大到小排序?yàn)椋簢婌F時(shí)間>噴孔直徑>擺桿角度>目標(biāo)柱距>噴霧壓力>噴霧風(fēng)速>風(fēng)速角度（即f>d>a>c>g>e>b）。

其中加權(quán)數(shù)值Y為因素Y1與布點(diǎn)位置因素YN的加權(quán)數(shù)值之和，η1為加權(quán)數(shù)值Y1與加權(quán)數(shù)值之和Y的比值，該比值反映了各因素對(duì)加權(quán)后的沉積量單指標(biāo)影響關(guān)系的強(qiáng)軟，根據(jù)叩，的比值可知，各因素中影響最大的是噴孔直徑，其次是目標(biāo)柱距與噴霧時(shí)間，最小是擺桿角度與噴霧風(fēng)速;各因素叩。的比值從大到小排序?yàn)椋簢娍字睆?目標(biāo)柱距>噴霧時(shí)間>噴霧壓力>風(fēng)速角度>擺桿角度>噴霧風(fēng)速（即d>c>f>g>b>a>e）。

5.2覆蓋率單指標(biāo)的加權(quán)計(jì)算與分析

依據(jù)各因素在葉子正反面的覆蓋率權(quán)重，計(jì)算得出加權(quán)數(shù)值L如表6所示，覆蓋率單指標(biāo)的加權(quán)數(shù)值Y1最大的影響因素是噴霧時(shí)間，其次是噴孔直徑與噴霧壓力，最小的是擺桿角度與風(fēng)速角度;各因素覆蓋率單指標(biāo)的加權(quán)數(shù)值Y2從大到小排序?yàn)椋簢婌F時(shí)間>噴孔直徑>噴霧壓力>目標(biāo)柱距>噴霧風(fēng)速>擺桿角度>風(fēng)速角度（即pd>g>c>e>a>b）。

其中加權(quán)數(shù)值Y'為因素Y2與布點(diǎn)位置因素YM的加權(quán)數(shù)值之和，η2為加權(quán)數(shù)值Y2與加權(quán)數(shù)值之和Y'的比值，該比值反映了各因素對(duì)加權(quán)后的覆蓋率單指標(biāo)影響關(guān)系的強(qiáng)軟，根據(jù)η2的比值可知，各因素中最大的因素是噴孔直徑，其次是噴霧壓力與噴霧時(shí)間，最小是噴霧風(fēng)速與擺桿角度;各因素η2的比值從大到小排序?yàn)椋簢娍字睆?噴霧壓力>噴霧時(shí)間>目標(biāo)柱距>風(fēng)速角度>噴霧風(fēng)速>擺桿角度（即d>g>f>c>b>e>a）。

從以上的沉積量和覆蓋率兩單指標(biāo)的各自加權(quán)數(shù)值Y1與Y2和η1與η2的比值比較大小以及排序結(jié)果來(lái)看，兩單指標(biāo)各自在柑橘果樹(shù)上的各因素影響大小及其先后順序可比較得出，但兩單指標(biāo)都是評(píng)價(jià)噴灑效果好壞的依據(jù)，單從單指標(biāo)去衡量各因素影響大小及其先后順序是片面的和錯(cuò)誤的，以至于需要計(jì)算兩單指標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)來(lái)比較各因素的影響大小以及先后順序。

5.3綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)的加權(quán)計(jì)算與分析

對(duì)于沉積量和覆蓋率兩單指標(biāo)加權(quán)計(jì)算與分析，綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)U同樣適用，其沉積量單指標(biāo)的加權(quán)數(shù)值Y1和覆蓋率單指標(biāo)的加權(quán)數(shù)值Y2的匯總表如表7所示。

依據(jù)各因素兩單指標(biāo)的加權(quán)數(shù)值Y1和Y2權(quán)重，計(jì)算得綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)u如表8所示，各因素的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)u最大的影響因素是噴霧時(shí)間，其次是噴孔直徑與噴霧壓力，最小的是噴霧風(fēng)速與風(fēng)速角度;各因素的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)u從大到小排序?yàn)椋簢婌F時(shí)間>噴孔直徑>噴霧壓力>目標(biāo)柱距>擺桿角度>噴霧風(fēng)速>風(fēng)速角度（即f>d>g>c>a>e>b）。

其中綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)Q為各因素綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)u和布點(diǎn)位置因素綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)V之和，η為綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)u與綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)之和p的比值，該比值反映了各因素對(duì)兩單指標(biāo)加權(quán)后的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)影響關(guān)系的強(qiáng)軟，根據(jù)η的比值可知，各因素綜合影響最大的因素是噴孔直徑，其次是噴霧壓力與噴霧時(shí)間，最小是擺桿角度與噴霧風(fēng)速;各因素η的比值從大到小排序?yàn)椋簢娍字睆?噴霧壓力>噴霧時(shí)間>目標(biāo)柱距>風(fēng)速角度>擺桿角度>噴霧風(fēng)速（即d>g>f>c>b>a>e）。

6試驗(yàn)分析結(jié)論

根據(jù)自主研發(fā)的升降桿式農(nóng)藥噴灑裝置，依照柑橘農(nóng)藥噴灑的要求，在綜合采用沉積量和覆蓋率兩單指標(biāo)參數(shù)評(píng)判農(nóng)藥噴灑效果的基礎(chǔ)上，根據(jù)無(wú)交互性兩因素方差分析的相關(guān)理論與方法，研究了擺桿角度、風(fēng)速角度、目標(biāo)柱距、噴孔直徑、噴霧風(fēng)速、噴霧時(shí)間和噴霧壓力共7個(gè)因素對(duì)農(nóng)藥噴灑效果的影響，研究表明：風(fēng)速角度的葉子正面沉積量和覆蓋率兩單指標(biāo)都顯示無(wú)顯著性，根據(jù)擺桿角度不同水平沉積量與覆蓋率的均值變化趨勢(shì)看，均值隨擺角的增大而相應(yīng)增加，這一影響因素可根據(jù)變化趨勢(shì)來(lái)直觀調(diào)節(jié)，依據(jù)實(shí)際情況和顯著性判定，并結(jié)合綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)來(lái)綜合考慮，得出噴孔直徑、噴霧壓力、噴霧時(shí)間、目標(biāo)柱距、噴霧風(fēng)速為主要影響因素。