貢常委，馬鈺，楊銳，阮彥偉，王學(xué)貴，劉越

（1四川農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/無公害農(nóng)藥研究實(shí)驗(yàn)室/國(guó)家級(jí)作物學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)示范中心，成都 611130；2安陽(yáng)全豐生物科技有限公司/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部航空植保重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南安陽(yáng) 455000）

0 引言

【研究意義】在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，相比于傳統(tǒng)以手工及半機(jī)械化操作為主的植保作業(yè)手段，植保無人飛機(jī)具有噴灑效果好、噴霧效率高、適用性好、作物損傷小和操控人員安全系數(shù)高等特點(diǎn)[1]，因此在作物病蟲害防治中得到越來越多的應(yīng)用；在美國(guó)，65%化學(xué)農(nóng)藥采用植保無人飛機(jī)完成噴施[2]；日本植保無人飛機(jī)工作面積已達(dá)到96.3萬公頃/年，占耕地面積的50%—60%[3]；據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部統(tǒng)計(jì)，全國(guó)在用的適用于不同施藥條件的植保無人飛機(jī)已達(dá)178種，噴霧作業(yè)效率高達(dá)6 hm2·h-1，能滿足防治各種作物病蟲草害的需求[4]，2017年我國(guó)植保無人飛機(jī)統(tǒng)防統(tǒng)治面積已經(jīng)超過1億畝次，航空植保服務(wù)飛速發(fā)展，但是配套植保無人飛機(jī)技術(shù)研發(fā)相對(duì)滯后[5-6]。由于植保無人飛機(jī)采用低空低量噴灑系統(tǒng)，霧滴在靶標(biāo)區(qū)域的沉積量是評(píng)價(jià)其施藥質(zhì)量的重要指標(biāo)，然而植保無人飛機(jī)在施藥過程中的霧滴飄移嚴(yán)重影響了霧滴的有效沉積[7-9]。受空中作業(yè)條件與氣流的影響，植保無人飛機(jī)相對(duì)于擔(dān)架式噴霧機(jī)等地面植保機(jī)，作業(yè)過程中更易產(chǎn)生農(nóng)藥飄移[10]，農(nóng)藥飄移不但會(huì)減少農(nóng)藥的有效利用率，同時(shí)飄移的農(nóng)藥對(duì)人員、臨近作物和環(huán)境安全也造成威脅。隨著民眾環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，控制農(nóng)藥飄移必然成為噴霧技術(shù)研發(fā)的熱點(diǎn)[11]。通過評(píng)價(jià)適配植保無人飛機(jī)不同類型噴嘴噴霧的霧化性能及其對(duì)飄移沉積量的影響，篩選霧化性能和防飄移效果好的噴嘴，指導(dǎo)植保無人飛機(jī)配套噴嘴的田間選擇與推廣應(yīng)用，對(duì)農(nóng)藥減施增效具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】根據(jù)霧化方式，噴嘴可分為扇形液力霧化噴嘴、錐形液力霧化噴嘴和旋轉(zhuǎn)離心霧化噴嘴。錐形噴嘴噴霧粒徑較小，不易堵塞，依據(jù)牛頓流體特性使液體沿切向進(jìn)入噴嘴腔體并且再噴出圓環(huán)狀霧滴，在壓力較低情況也能產(chǎn)生良好的霧化效果[9]；在植保無人飛機(jī)領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的是扇形噴嘴，噴霧時(shí)能夠產(chǎn)生沖擊力較大扇面噴霧，橫向沉積呈正態(tài)分布[12]；根據(jù)噴霧原理，扇形噴嘴可以分常規(guī)扇形噴嘴、氣吸型扇形噴嘴或防飄移噴嘴；氣吸型扇形噴嘴基于文丘里效應(yīng)，在噴嘴的側(cè)向具有2個(gè)對(duì)稱的入風(fēng)口，使藥液與空氣充分混合，增大霧滴粒徑，降低噴施過程中霧滴飄移的可能性，并且噴霧霧滴到達(dá)靶區(qū)后還能破裂成更小的霧滴，提升藥液對(duì)靶標(biāo)葉片的附著率[13-14]；楊希娃等[15]評(píng)價(jià)了Lechler公司平面扇形噴嘴LU120-02、防飄移扇形噴嘴AD120-02和氣吸型扇形噴嘴IDK120-02 3種扇形噴嘴噴霧性能，發(fā)現(xiàn)三者在0.3 MPa壓力下，流量基本接近，而IDK120-02體積中徑（D50）顯著高于LU120-02和AD120-02；王瀟楠等[16]研究發(fā)現(xiàn)ID、IDK等氣吸式噴嘴飄移潛勢(shì)顯著小于常規(guī)噴嘴；謝晨等[17]利用霧滴粒徑分析儀對(duì)標(biāo)準(zhǔn)扇形噴嘴（ST）與防飄移噴嘴（IDK）的霧化過程進(jìn)行試驗(yàn)研究與可視化圖形分析，結(jié)果表明IDK噴嘴液膜區(qū)面積相較于ST噴嘴小，無波紋區(qū)，但是具有氣泡狀結(jié)構(gòu)；FLACK等[18]研究發(fā)現(xiàn)，相比于常規(guī)扇形噴嘴，使用氣吸型噴嘴，當(dāng)下風(fēng)傾斜時(shí)，減小了39.0%的飄移；當(dāng)上風(fēng)傾斜時(shí)，減小了18.6%的飄移；無論風(fēng)向如何，采用氣吸型噴嘴（jap）能減小飄移。GARCERá等[19]比較了標(biāo)準(zhǔn)扇形噴嘴與防飄移噴嘴噴霧霧滴飄移沉積分布情況，發(fā)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)扇形噴嘴的霧滴飄移量多于防飄移噴嘴，不同種類噴嘴在結(jié)構(gòu)上微小的差異對(duì)霧滴霧化性能和飄移均有極大的影響，因此選擇合適的噴嘴是提升噴施效果的關(guān)鍵因素之一。飄移霧滴收集法可分為地面飄移收集法和空中飄移收集法，地面飄移霧滴收集法主要使用培養(yǎng)皿、麥拉片、濾紙等接收霧滴[20]，SMITH等[21]和HEIDARY等[22]采用麥拉片分別在田間和風(fēng)洞中收集2、4、8、16和27.5 m處地面飄移沉積量，評(píng)價(jià)了D50、ΦVol＜150μm、風(fēng)速、下風(fēng)距離、噴嘴高度等參數(shù)對(duì)噴霧飄移的影響；張宋超等[23]使用聚酯卡和紙卡評(píng)價(jià)了N-3型無人直升機(jī)施藥作業(yè)中地面霧滴飄移量，并根據(jù)流體力學(xué)對(duì)藥液的霧滴飄移進(jìn)行了模擬，結(jié)果表明計(jì)算流體力學(xué)能夠定性地模擬實(shí)際飄移情況?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】噴嘴作為植保無人飛機(jī)的核心組件，是影響霧滴飄移的關(guān)鍵因素，良好的噴嘴性能提升霧滴霧化性能，提升藥液的噴灑質(zhì)量和防治效果?！緮M解決的關(guān)鍵問題】對(duì)適配于植保無人飛機(jī)不同型號(hào)噴嘴噴霧霧滴性能參數(shù)進(jìn)行比較，篩選出ΦVol＜150μm、分布跨度小及粒徑大小適中的噴嘴，然后在風(fēng)洞中采用麥拉片收集法和相片紙法評(píng)價(jià)不同性能參數(shù)噴嘴地面飄移沉積量，明確噴嘴霧化性能和飄移沉積之間的關(guān)系，為田間植保無人飛機(jī)防控病蟲草害選擇配套噴嘴，并為植保無人飛機(jī)選擇合適配套植保技術(shù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

試驗(yàn)于2019年在河南省安陽(yáng)市安陽(yáng)全豐生物科技有限公司農(nóng)業(yè)農(nóng)村部航空植保重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。

1.1 試驗(yàn)材料和測(cè)試平臺(tái)

本研究測(cè)試的噴嘴包括：LICHENG公司生產(chǎn)的氣吸型扇形噴嘴KZ80-12、KZ80-16、KZ80-08；LECHLER公司生產(chǎn)的氣吸型扇形噴嘴IDK120-015、IDK120-03；HYPPO公司生產(chǎn)的空心扇形噴嘴F110-01、F110-015、F110-02、F110-03、ULD120-02、GAT110-03；ARAG公司生產(chǎn)的陶瓷空心錐形噴嘴HCC80-0075、HCC80-01、HCC80-015、HCC80-02、HCC80-025，氣吸型扇形噴嘴AFC-05、AFC-02、AFC-01、AFC-015。

采用安陽(yáng)全豐航空植?？萍脊煞萦邢薰眷F滴測(cè)試平臺(tái)分析供試噴嘴霧化性能。該測(cè)試平臺(tái)包括噴霧系統(tǒng)、粒徑測(cè)試系統(tǒng)，噴霧系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)藥液在不同工作壓力下的供給和噴灑；粒徑測(cè)試系統(tǒng)由激光粒度儀采集系統(tǒng)（DP-2，珠海歐美克儀器有限公司）和計(jì)算機(jī)組成。

試驗(yàn)試劑：誘惑紅（上海源葉生物科技有限公司）。配制質(zhì)量體積比為5 g·L-1的誘惑紅示蹤劑水溶液[24]。

1.2 方法

1.2.1 不同噴嘴霧化性能比較 噴嘴應(yīng)垂直安裝在測(cè)試區(qū)激光束上方，噴嘴距測(cè)試區(qū)激光束的距離為2 m，噴霧壓力為0.3 MPa；選用的試液為去離子水，測(cè)量不同噴嘴的霧滴粒徑分布。用表格或曲線圖表示霧滴粒徑分布狀況，并記錄與累計(jì)體積10%、50%和90%相對(duì)應(yīng)的霧滴粒徑數(shù)值。

1.2.2 不同噴嘴對(duì)飄移的影響 飄移試驗(yàn)在安陽(yáng)全豐生物科技有限公司農(nóng)業(yè)農(nóng)村部航空植保重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建風(fēng)洞中進(jìn)行，噴霧測(cè)試環(huán)境溫度為28—30℃，相對(duì)濕度為70%—80%。噴霧高度為0.9 m，風(fēng)向垂直于扇形霧面。在離噴嘴下風(fēng)向1、2和3 m處，垂直于氣流方向的平面內(nèi)布置霧滴收集器，收集飄移霧滴，霧滴收集采用麥拉片（5 cm×8 cm）和相片紙，水平間距0.3 m。測(cè)試前首先按照ISO22369-2-2010測(cè)試規(guī)程及依據(jù)調(diào)節(jié)噴霧參數(shù)，試驗(yàn)裝置如圖1所示。

選用不同霧化性能的噴嘴在風(fēng)洞中測(cè)量2 m·s-1風(fēng)速和0.3 Mpa壓力下的地面飄移沉積量和霧化性能，每個(gè)處理設(shè)置3次重復(fù)。每個(gè)重復(fù)噴霧試驗(yàn)后，待麥拉片和相片紙上的霧滴晾干后，戴一次性手套，收取，并做好標(biāo)記，放入黑色自封袋，置于陰涼避光處。

圖1 開放式風(fēng)洞示意圖Fig.1 Schematic diagram of open wind tunnel

1.2.3 地面沉積霧滴霧化性能測(cè)定 用掃描儀（EPSON，V600）掃描每個(gè)處理的相片紙，并做好標(biāo)記；然后用霧滴分析軟件Depositscan分析飄移沉積霧滴粒徑和密度[25]。

1.2.4 地面飄移沉積量測(cè)定 準(zhǔn)確稱取誘惑紅0.200 g于100 mL容量瓶，去離子水定容，即得200 mg·L-1誘惑紅母液，逐步梯度稀釋為133.33、88.88、59.26、39.51、26.34、17.56 mg·L-1誘惑紅標(biāo)準(zhǔn)溶液，而后用酶標(biāo)儀（美谷分子儀器（上海）有限公司，型號(hào)CMax Plus）于514 nm檢測(cè)其吸光值，獲取誘惑紅標(biāo)準(zhǔn)曲線（y=39.906x-2.7352，R2=0.9996）。

用5 mL去離子水經(jīng)超聲波洗脫器洗脫麥拉片上的誘惑紅，用酶標(biāo)儀于514 nm檢測(cè)其吸光值，根據(jù)誘惑紅標(biāo)樣的“濃度-吸光值”標(biāo)準(zhǔn)曲線可計(jì)算出洗脫液中誘惑紅的沉積量，實(shí)現(xiàn)精確測(cè)定藥液在單位面積上的沉積[21-22]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

1.3.1 噴嘴霧化性能參數(shù) 霧滴累計(jì)分布為10%的霧滴直徑D10，即小于此霧滴直徑的霧粒體積占全部霧粒體積的10%；霧滴累計(jì)分布為50%的霧滴直徑D50，即小于此霧滴直徑的霧粒體積占全部霧粒體積50%，也稱為體積中徑。霧滴累計(jì)分布為90%的霧滴直徑D90；分布跨度S是霧滴粒徑分布寬度的一種度量，S=（D90-D10）/D50；尺寸＜150 μm的霧滴占全部霧粒體積的百分比ΦVol＜150μm[26]。

1.3.2 飄移量百分比和防飄移效果 參考行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《MH_T1050-2012飛機(jī)噴霧飄移現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量方法》和盧佳節(jié)[27]論文中關(guān)于飄移率的公式，試驗(yàn)飄移沉積量百分比pv和防飄移效果RT的計(jì)算公式：

ρ1：飄移沉積后的誘惑紅濃度（酶標(biāo)儀測(cè)得）；V1：溶解卡片的純凈水體積；t：噴霧時(shí)間；V2：噴嘴流量；ρ2：藥液誘惑紅濃度（酶標(biāo)儀測(cè)得）；pvC：噴嘴F110-015在不同飄移距離飄移量百分比；pvT：待試噴嘴在不同飄移距離的飄移量百分比。

2 結(jié)果

2.1 不同噴嘴霧滴粒徑分布

在常規(guī)扇形噴嘴中，F(xiàn)110-01、F110-015和F110-02之間分布跨度差異不顯著，在1.012—1.063，但極顯著小于F110-03（2.946）的；雙向3D扇形噴嘴GAT110-03分布跨度（2.692）也顯著小于F110-03的。在氣吸型扇形噴嘴中，AFC-01—AFC-05隨著型號(hào)的增大，分布跨度顯著增加，在1.556—2.923，而國(guó)產(chǎn)KZ80-08—KZ80-16隨著噴嘴型號(hào)增加，分布跨度增加，在1.860—2.290；在圓錐形噴嘴中，HCC80-0075—HCC80-025隨著型號(hào)的增加，分布跨度逐漸增加，在0.760—1.383，HCC80-0075顯著低于其他類型噴嘴（表1）。綜合來看，不同類型噴嘴之間噴霧霧滴的分布跨度差異較大，相同型號(hào)氣吸型扇形噴嘴的分布跨度均大于扇形噴嘴和圓錐形噴嘴。

表1 不同類型噴嘴在0.3 MPa噴霧霧滴分布跨度Table 1 The spray droplet distribution span of different types of nozzles at 0.3 MPa

在常規(guī)扇形噴嘴中，F(xiàn)110-01、F110-015、F110-02和F110-03之間ΦVol＜150μm差異顯著，隨著型號(hào)的增加，ΦVol＜150μm顯著減低，在25.910%—65.357%；雙向3D扇形噴嘴GAT110-03 ΦVol＜150μm（14.633%）顯著小于F110-03的。在氣吸型扇形噴嘴中，AFC-01—AFC-05隨著型號(hào)的增大，ΦVol＜150μm減低，在8.010%—15.720%，而國(guó)產(chǎn)KZ80-08—KZ80-16隨著噴嘴增加，ΦVol＜150μm變化規(guī)律不明顯，在10.317%—15.203%，IDK120-015、AFC-02、IDK120-03和AFC-05極顯著低于其他類型噴嘴，ΦVol＜150μm在10%以下；在圓錐形噴嘴中，HCC80-0075—HCC80-025隨著型號(hào)的增加，ΦVol＜150μm逐漸減低，在30.740%—63.570%（表2）。綜合來看，不同類型噴嘴之間噴霧霧滴的ΦVol＜150μm差異較大，相同型號(hào)的氣吸型扇形噴嘴均小于扇形噴嘴和圓錐形噴嘴，而相同類型的噴嘴，型號(hào)大的噴嘴小于型號(hào)小的噴嘴。

在常規(guī)扇形噴嘴中，F(xiàn)110-01、F110-015、F110-02和F110-03之間D50差異顯著，隨著型號(hào)的增加，D50顯著增加，在125.807—214.587 μm；雙向3D扇形噴嘴GAT110-03 D50（301.163 μm）顯著大于F110-03；在氣吸型扇形噴嘴中，AFC-01—AFC-05隨著型號(hào)的增大，D50顯著增加，在271.560—414.727 μm，國(guó)產(chǎn)KZ80-08—KZ80-16隨著噴嘴型號(hào)增加，D50先減小后增大，在272.733—354.593 μm，IDK120-015 D50為346.990 μm，顯著低于IDK120-03；在圓錐形噴嘴中，HCC80-0075—HCC80-025隨著型號(hào)的增加，D50顯著增加，在128.590—169.953 μm（表3）。綜合來看，不同類型噴嘴之間噴霧霧滴的D50差異較大，相同型號(hào)的氣吸型扇形噴嘴均大于扇形噴嘴和圓錐形噴嘴，而相同類型的噴嘴，型號(hào)大的噴嘴大于型號(hào)小的噴嘴。

表2 不同類型噴嘴在0.3 MPa噴霧霧滴ΦVol＜150μmTable 2 The spray droplet ΦVol＜150 μm of different types of nozzles at 0.3 MPa

2.2 不同類型噴嘴流量的比較

在2 m·s-1的風(fēng)速和0.3 MPa的壓力下，圓錐形噴嘴HCC80-02分別與氣吸型扇形噴嘴IDK120-015、常規(guī)扇形噴嘴F110-015之間差異不顯著，流量在36.60—43.76 mL·s-1，三者均顯著低于F110-03（55.10 mL·s-1）（圖2）。

2.3 不同噴嘴在不同距離飄移沉積規(guī)律

掃描相片紙（圖3）后對(duì)不同噴嘴在不同距離飄移沉積的霧滴粒徑進(jìn)行了測(cè)試，方差分析結(jié)果見表4和表5。結(jié)果表明，單因素之間：不同類型噴嘴（處理A）的體積中徑D50之間差異極顯著（F=14.578，df=3，P＜0.01），其中IDK120-015（298.67 μm）處理D50顯著低于F110-015（408.22 μm）和HCC80-02（715.44 μm）的，但I(xiàn)DK120-015與F110-03之間差異不顯著；不同飄移距離（處理B）之間差異極顯著（F=27.723，df=2，P＜0.01），其中3 m（243.67 μm）的D50極顯著低于1 m（651.33 μm）及2 m（542.00 μm）處理，而1 m與2 m間差異不顯著。多因素之間，A因素與B因素互作，差異極顯著（A×B×，F(xiàn)=4.000，df=6，P＜0.01）。

圖2 不同類型噴嘴在0.3 MPa的流量統(tǒng)計(jì)Fig.2 Flow statistics of different types of nozzles at 0.3 MPa

表3 不同類型噴嘴在0.3 MPa噴霧霧滴體積中徑Table 3 The spray droplet D50 of different types of nozzles at 0.3 MPa

表4 霧滴粒徑體積中徑多重比較Table 4 Multiple comparison of D50 of droplet granule

表5 霧滴粒徑體積中徑方差分析Table 5 Variance analysis of D50 of droplet granule

掃描相片紙（圖3）后對(duì)不同噴嘴在不同距離飄移沉積的霧滴粒徑分布跨度進(jìn)行了測(cè)試，方差分析結(jié)果見表6和表7。結(jié)果表明，單因素之間：不同類型噴嘴（處理A）的分布跨度（S）之間差異極顯著（F=7.414，df=3，P＜0.01），其中IDK120-015處理的S（0.74）顯著低于F110-015（1.10）、F110-03（1.01）和HCC80-02（1.13），但F110-015、F110-03與HCC80-02之間差異不顯著；不同飄移距離（處理B）之間差異極顯著（F=6.494，df=2，P＜0.01），其中3 m（0.83）的S極顯著低于1 m（1.12）及2 m（1.04）處理，而1 m與2 m間差異不顯著。多因素之間，A因素與B因素互作，差異顯著（A×B×，F(xiàn)=3.377，df=6，P＜0.05）。

掃描相片紙（圖3）后使用Depositscan軟件對(duì)不同噴嘴在不同距離的飄移沉積量進(jìn)行了估測(cè)，方差分析結(jié)果見表8和表9。結(jié)果表明，單因素之間：不同類型噴嘴（處理A）的預(yù)估飄移沉積量之間差異極顯著（F=17.673，df=3，P＜0.01），其中IDK120-015（0.56 μL·cm-2）處理預(yù)估飄移沉積量顯著低于F110-015（2.27 μL·cm-2）、HCC80-02（3.60 μL·cm-2）和F110-03（1.94 μL·cm-2）的，但F110-03與F110-015之間差異不顯著；不同飄移距離（處理B）之間差異極顯著（F=20.445，df=2，P＜0.01），其中3 m（0.75 μL·cm-2）的預(yù)估飄移沉積量顯著低于1 m（2.79 μL·cm-2）及2 m（2.73 μL·cm-2）處理，差異極顯著，而1 m與2 m間差異不顯著。多因素之間，A因素與B因素互作，差異極顯著（A×B×，F(xiàn)=5.255，df=6，P＜0.01）。

表6 霧滴粒徑分布跨度多重比較Table 6 Multiple comparison of span distribution of droplet granule

表8 預(yù)估飄移沉積量多重比較Table 8 Multiple comparison of estimated drift deposition

表9 預(yù)估飄移沉積量方差分析Table 9 Variance analysis of estimated drift deposition

圖3 不同噴嘴類型在不同飄移距離的沉積霧滴性能參數(shù)Fig.3 Performance parameters of deposition droplets of different nozzle types at different drift distances

2.4 不同噴嘴飄移沉積量百分比的測(cè)定

洗脫麥拉片后，測(cè)定了不同噴嘴在不同距離飄移沉積量，并根據(jù)1.3.2公式計(jì)算各處理的飄移沉積量百分比，方差分析結(jié)果見表10和表11。結(jié)果表明，單因素之間：不同類型噴嘴（處理A）飄移沉積量百分比之間差異極顯著（F=272.477，df=3，P＜0.01），其中IDK120-015（0.030%）處理飄移沉積量百分比顯著低于F110-015（0.124%）和HCC80-02（0.174%）及F110-03（0.063%）的；不同飄移距離（處理B）之間差異極顯著（F=247.818，df=2，P＜0.01），其中3 m（0.047%）的飄移沉積量百分比顯著低于1 m（0.153%）及2 m（0.094%）處理。多因素之間，A因素與B因素互作，差異極顯著（A×B×，F(xiàn)=23.153，df=6，P＜0.01）。

表10 飄移沉積量百分比多重比較Table 10 Multiple comparison of drift deposition percentage

表11 飄移沉積量百分比方差分析Table 11 Variance analysis of drift deposition percentage

2.5 不同噴嘴防飄移效果

洗脫麥拉片后，測(cè)定了不同噴嘴在不同距離飄移沉積量，并計(jì)算出各處理的防飄移效果。氣吸型扇形噴嘴IDK120-015的防飄移效果最好，常規(guī)扇形噴嘴F110-03次之，圓錐形噴嘴HCC80-02最差，RT值在-37.313%（圖4）。

圖4 不同噴嘴防飄移效果比較Fig.4 Comparison of anti-drift effect of different nozzles

3 討論

3.1 不同類型噴嘴霧化性能的比較

不同類型噴嘴霧化性能參數(shù)差異較大，而霧化性能的選擇是影響施藥效果的重要因素[26,28]。唐青等[29]采用馬爾文Spraytec噴霧粒度儀，比較在高速氣流下標(biāo)準(zhǔn)扇形噴嘴LU120-03和氣吸型噴嘴IDK120-03霧化性能時(shí)發(fā)現(xiàn)，隨風(fēng)速增大LU120-03 D50從210 μm逐漸減至130 μm，其霧滴粒徑分布跨度逐漸從1.3增至1.5，而IDK120-03氣吸型噴嘴D50變化較小；FRITZ等[30]基于美國(guó)農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)航空研究中心的航空施藥風(fēng)洞USDA-ARS high speed wind tunnel開展了CP系列噴嘴的霧滴粒徑分布規(guī)律研究，更新了USDA-ARS aerial spray nozzle模型，探究了噴嘴孔徑與噴霧霧滴粒徑D10、D50及D90之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)模型與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)具有較高的擬合度；MARTIN等[31]也利用該風(fēng)洞對(duì)靜電噴霧霧滴分布規(guī)律進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)不同類型噴嘴的D10和D50等霧化性能指標(biāo)之間的差異存在一定的規(guī)律；本研究發(fā)現(xiàn)不同類型噴嘴之間霧滴的分布跨度、ΦVol＜150μm和D50差異較大，氣吸型噴嘴AFC-02、IDK120-015、IDK120-03和AFC-05 ΦVol＜150μm在10%以下，顯著小于其他類型噴嘴，但AFC-02、IDK120-03和AFC-05的D50在240 μm以上，噴嘴AFC-01及IDK120-015分布跨度顯著小于其他類型氣吸型扇形噴嘴，與楊希娃等[15]和王瀟楠等[16]結(jié)果一致。

3.2 噴霧性能參數(shù)對(duì)飄移的影響

在一定霧滴粒徑范圍內(nèi)，小霧滴所占總量的體積百分比和霧滴粒徑顯著影響霧滴的飄移量，霧滴粒徑D50增大，ΦVol＜150μm減小，噴嘴飄移潛勢(shì)（DIX）越小，防飄移作用越明顯[26]；這是因?yàn)殪F滴飄移與霧滴大小和運(yùn)動(dòng)速度等因素的關(guān)系密不可分。LAD等[32]測(cè)試了3種扇形霧噴嘴的霧滴譜和霧滴運(yùn)動(dòng)速度，并根據(jù)能量平衡原理建立了霧滴大小-速度關(guān)系式，試驗(yàn)結(jié)果和預(yù)測(cè)值擬合度很高；曾愛軍等[33]在風(fēng)洞中測(cè)試了5種典型液力式噴嘴的霧滴飄移特性，結(jié)果表明霧滴大小是影響霧滴飄移最主要因素之一，在不同風(fēng)洞環(huán)境條件下，小型號(hào)噴嘴Lechler110-015的飄移性都要遠(yuǎn)大于噴嘴Lechler110-03。本研究同樣發(fā)現(xiàn)無論哪種噴嘴飄移距離3 m的霧滴D10、D50、D90均顯著小于1 m，F(xiàn)110-03的飄移量顯著小于F110-015，與吳羅羅等[34]結(jié)果一致，但本文也發(fā)現(xiàn)粒徑相近的圓錐形噴嘴HCC80-02飄移量和抗飄移能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于F110-015等，該結(jié)果與王瀟楠等[35]測(cè)定的結(jié)果DIX不一致，可能與本試驗(yàn)收集的為地面飄移量，而王瀟楠等[35]收集的為空中飄移量有關(guān)。

3.3 氣吸型噴嘴對(duì)飄移的影響

減少飄移的主要途徑是消除一些噴霧產(chǎn)生的小水滴，因?yàn)檫@些小水滴會(huì)在風(fēng)中偏離目標(biāo)，通常使用如氣吸型噴嘴或添加防飄移助劑等減少飄移[36]。氣吸型噴嘴主要利用射流技術(shù)將空氣和水在噴嘴內(nèi)部混合形成二相流，然后通過噴嘴噴射出帶有氣泡的大霧滴，從而降低了易飄移小霧滴的量，達(dá)到了減少霧滴飄移的目的。近年來美國(guó)Lurmark、德國(guó)Lechler等公司設(shè)計(jì)并制造了ID/IDK/IDKT等氣吸型噴嘴，霧滴覆蓋較為均勻并且霧滴飄移量低，在3—4級(jí)風(fēng)下防飄移效果可達(dá)到95%以上，5級(jí)風(fēng)防飄移效果仍可達(dá)到70%以上[25]。施藥過程中，合理使用助劑亦有助于減少藥劑的飄移，如JúNIOR等[37]報(bào)道了一種利用氣吸型噴嘴和助劑LI-700相結(jié)合可減少2,4-D在提高番茄坐果率過程中的飄移；FRANCA等[38]利用開方式風(fēng)洞評(píng)價(jià)了氣吸型噴嘴和常規(guī)噴嘴在加入或不加入礦物油條件下的霧滴粒徑、速度和飄移潛在指數(shù)等指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)氣吸型噴嘴產(chǎn)生較大粒徑的霧滴（D50，198.26 μm），但不影響速度，從而降低了飄移潛在指數(shù)。本研究發(fā)現(xiàn)氣吸型噴嘴具有較大的D50和較小的ΦVol＜150μm，從而減少了飄移量，增加了噴嘴的防飄移效果。

雖然粗霧滴可以顯著減少飄移，但與粒徑較細(xì)霧滴相比，它們會(huì)減少靶標(biāo)作物單位面積上的沉積霧滴數(shù)量，理論上會(huì)降低防治效果，而在施藥量一定的情況下，霧滴粒徑與霧滴密度、農(nóng)藥防治效果均顯著相關(guān)[39]。對(duì)于殺蟲劑，AKESSON等[40]首先確定了最適霧滴粒徑范圍是200—400 μm，高濃度低霧滴密度的啶蟲脒，仍能達(dá)到較高的防治效果[41]，F(xiàn)ORNASIERO等[42]比較了常規(guī)噴嘴（D50，150 μm）、防飄移噴嘴（D50，400 μm）和常規(guī)噴嘴添加防飄移助劑菜籽油（D50，450 μm）噴施毒死蜱、甲基毒死蜱、甲氧蟲酰肼和乙基多殺菌素防控蘋果蠹蛾及葡萄花翅小卷蛾的效果和飄移潛勢(shì)，發(fā)現(xiàn)相比于常規(guī)噴嘴，防飄移噴嘴或添加防飄移助劑可以有效控制害蟲并減小飄移潛勢(shì)；對(duì)于除草劑，DOUGLAS[43]探究了不同霧滴粒徑百草枯和敵草快的除草效果，發(fā)現(xiàn)除草劑的霧滴粒徑在250 μm以上時(shí)，除草效果隨著霧滴粒徑的增加而增加，而當(dāng)霧滴粒徑＞1 000 μm時(shí)，效果則會(huì)明顯降低，最適霧滴粒徑為400—500 μm；FENG等[44]發(fā)現(xiàn)粗粒徑的草甘膦霧滴在玉米中的滯留量略有減少，但吸收增加，導(dǎo)致草甘膦向生長(zhǎng)中的作物組織的轉(zhuǎn)運(yùn)能力增加。因此，在相同的操作參數(shù)下，與常規(guī)噴嘴相比，氣吸型噴嘴或添加防飄移助劑產(chǎn)生D50300—500 μm的粗霧滴，能夠顯著減低飄移潛勢(shì)而不降低農(nóng)藥的防治效果[42]。筆者課題組將在植保無人飛機(jī)實(shí)際操作中，進(jìn)一步篩選防飄移助劑，設(shè)計(jì)不同操作壓力和施藥量對(duì)不同噴嘴的防飄移性能等研究，協(xié)同氣吸型噴嘴IDK120-015提升植保無人飛機(jī)在防控病蟲草害中的防飄移能力、有效沉積率及防控效果，最終達(dá)到農(nóng)藥減量增效。

4 結(jié)論

綜合麥拉片地面收集和相片紙收集結(jié)果，可知相片紙可作為評(píng)估霧滴飄移的方法，尤其適用于評(píng)價(jià)霧滴大小和飄移之間的關(guān)系；而氣吸型噴嘴IDK120-015可顯著減少植保無人飛機(jī)施藥作業(yè)過程中的霧滴飄移，通過降低小霧滴的百分比和擴(kuò)大相對(duì)霧滴粒徑對(duì)降低霧滴飄移率有明顯作用。