魏 鵬，宮金良，張彥斐

（1.山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院，山東 淄博 255000；2.山東理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，山東 淄博 255000）

0 引言

我國(guó)農(nóng)業(yè)播種地域廣泛、種植氣候復(fù)雜、作物種類(lèi)豐富，病蟲(chóng)害問(wèn)題突出且防治困難。目前，化學(xué)防治是農(nóng)業(yè)病蟲(chóng)害最主要的防治方式，其效率高、及時(shí)性好，可有效保障糧食安全[1-2]。

藥液霧化生成霧滴的分布與沉積特性是影響農(nóng)藥利用率的重要因素[3-4]?，F(xiàn)階段，用于輔助農(nóng)業(yè)霧化施藥的物理場(chǎng)主要有磁場(chǎng)、電場(chǎng)、熱場(chǎng)、風(fēng)場(chǎng)、超聲場(chǎng)。磁電熱等物理場(chǎng)輔助霧化噴施可以改善霧滴特性、提高藥液沉積量；風(fēng)場(chǎng)輔助霧化噴施時(shí)，可以增強(qiáng)霧滴的運(yùn)移能力，同時(shí)擾動(dòng)作物冠層，優(yōu)化霧滴在作物冠層內(nèi)部的穿透性能，提高霧滴沉積量；超聲場(chǎng)可以輔助霧化生成微小且均勻的霧滴，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)設(shè)施農(nóng)業(yè)、地面植保作業(yè)等方面的超低量施藥。但各物理場(chǎng)輔助作用下的藥液霧化機(jī)理、沉降規(guī)律、沉積特性等內(nèi)容尚不完善。為更好地促進(jìn)物理場(chǎng)輔助農(nóng)業(yè)霧化施藥技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，本文分別對(duì)磁場(chǎng)、電場(chǎng)、熱場(chǎng)、風(fēng)場(chǎng)、超聲場(chǎng)輔助霧化噴施的應(yīng)用范圍、方式方法等進(jìn)行總結(jié)并針對(duì)性地指出研究重點(diǎn)和難點(diǎn)。

1 磁場(chǎng)輔助霧化噴施技術(shù)

磁場(chǎng)在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用主要集中在磁化處理作物種子或使用磁化水灌溉以提高發(fā)芽率、促進(jìn)植物芽和根系的生長(zhǎng)、強(qiáng)化植物細(xì)胞抵抗環(huán)境脅迫與病害的生理機(jī)能[5-8]；磁化處理水或農(nóng)藥以改變其物化性質(zhì)來(lái)提升藥效與霧化施藥效率[9-11]。其中，水或農(nóng)藥的磁化處理方式主要有3 種，分別為動(dòng)態(tài)磁化、靜態(tài)磁化與攪拌狀態(tài)下的靜態(tài)磁化[10,12-14]。研究表明，水分子在磁場(chǎng)中受洛倫茲力的作用，氫鍵結(jié)構(gòu)與極化效應(yīng)發(fā)生改變，進(jìn)而影響水分子的分布狀態(tài)，導(dǎo)致水的溶解度與表面張力發(fā)生變化[8,10,13,15-16]。一定強(qiáng)度磁場(chǎng)下獲取的磁化水配置農(nóng)藥或直接磁化處理的農(nóng)藥，其水分子或藥液分子的連接結(jié)構(gòu)、分布特性發(fā)生改變，表面張力減小、霧化所得霧滴粒徑更小、藥效更強(qiáng)[7,10-12,17]。

1.1 磁場(chǎng)輔助改善霧化特性

磁場(chǎng)輔助改善霧化特性主要是通過(guò)磁場(chǎng)改變水或藥液的物化性質(zhì)，進(jìn)而改變霧化效果。劉志超等[16]通過(guò)自主搭建的磁化水制備與霧化噴施平臺(tái)進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)水經(jīng)磁化后具有更高的溶解度，霧化所得的霧滴平均粒徑更小、霧滴譜更集中；劉金璐等[18]將復(fù)配表面活性劑進(jìn)行磁化增效可使溶液表面張力降低13.9%，結(jié)合壓風(fēng)細(xì)霧噴嘴進(jìn)行霧化噴施使得霧化效率提高49.3%；周群[19]通過(guò)活性添加劑結(jié)合磁化協(xié)同增效的方法得到的活性磁化水接觸角降低了29.93%，所得磁化水的霧化噴施作業(yè)效益提升了31.46%。

此外，黃曉宇等[20]根據(jù)磁流變效應(yīng)設(shè)計(jì)的變量噴頭可以借助外部磁場(chǎng)的變化實(shí)現(xiàn)噴嘴流量的控制，為磁場(chǎng)輔助控制變量霧化噴施提供了新思路。

1.2 磁場(chǎng)輔助霧化減飄噴施

磁場(chǎng)輔助霧化減飄噴施主要是通過(guò)磁化處理水或農(nóng)藥使霧滴荷磁，改善霧滴性能，進(jìn)而改善霧滴沉積特性[16,21]。GIRMA MOGES 等[9]使用搭載磁化輔助系統(tǒng)的TeeJetXR110015 型噴嘴噴霧器對(duì)甘蔗進(jìn)行施藥作業(yè)，發(fā)現(xiàn)霧滴荷磁噴施可有效減少霧滴的飄移，與傳統(tǒng)噴霧方式相比，在作物頂部的沉積量可增加12.1%～41.5%，在作物中部可增加40.6%～65.0%。J C VAN DE ZANDE 等[21]使用搭載MagGrow 磁化系統(tǒng)并分別安裝Hypro 11003 標(biāo)準(zhǔn)扇形噴嘴、AI11003 防飄噴嘴、ID12003 防飄噴嘴的懸臂噴霧設(shè)備（圖1）對(duì)洋蔥和馬鈴薯進(jìn)行施藥作業(yè)，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)磁場(chǎng)輔助霧化噴施可使得3 種型號(hào)的噴嘴分別減少33%、88%、96%的霧滴飄移。

圖1 搭載MagGrow 磁化系統(tǒng)的噴霧設(shè)備

目前，磁場(chǎng)輔助霧化噴施技術(shù)的研究重點(diǎn)在于需要進(jìn)一步探究并明確磁化方式、磁場(chǎng)分布與磁化強(qiáng)度對(duì)水或藥液的影響機(jī)理，開(kāi)展磁場(chǎng)對(duì)霧滴生成、沉降運(yùn)動(dòng)和沉積特性影響規(guī)律的應(yīng)用試驗(yàn)，形成具有參考價(jià)值的理論體系。

2 電場(chǎng)輔助霧化噴施技術(shù)

電場(chǎng)在輔助農(nóng)業(yè)霧化噴施領(lǐng)域的應(yīng)用主要集中于借助高壓靜電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)輔助霧化破碎與霧滴荷電，減少霧滴漂移、提高霧滴沉積均勻性與沉積量[22-26]。

2.1 電場(chǎng)輔助霧化技術(shù)的對(duì)比分析

現(xiàn)階段已有的靜電噴霧霧滴充電方式主要有電暈充電（圖2a）、感應(yīng)充電（圖2b）、接觸充電（圖2c）3 種[26-29]。電暈式霧滴充電原理是利用高壓電極尖端放電致使噴嘴霧化區(qū)域內(nèi)的空氣發(fā)生電離促使霧滴荷電[28,33-35]；感應(yīng)式霧滴充電原理為電極在噴嘴與靶標(biāo)之間建立高壓靜電場(chǎng)，通過(guò)異性電荷相吸、同性電荷相斥的機(jī)理促使霧滴荷電[24,26,30]；接觸式霧滴充電原理是將高壓電極直接與藥液或金屬?lài)娮煜噙B進(jìn)行充電，藥液經(jīng)噴嘴霧化后形成帶電霧滴[22,27,31-32]。上述3 種霧滴充電方式在農(nóng)業(yè)靜電霧化噴施方面均得到深入應(yīng)用和探索，但各有優(yōu)缺點(diǎn)[22,25]。電暈式霧滴充電方式對(duì)霧化系統(tǒng)的絕緣性要求較低，避免靜電發(fā)生系統(tǒng)短路即可，安全性更高，但與其余兩種方式相比需要更高的起暈電壓[25,29,36]；接觸式霧滴充電方式所需的電壓處于兩者之間，但要求噴霧系統(tǒng)整體嚴(yán)格絕緣，存在較大的安全隱患[22,25,29]；感應(yīng)式霧滴充電方式所需電壓最低，僅要求電極與霧化系統(tǒng)之間絕緣，安全性高于接觸式，但霧滴帶電效果最弱[22,25,37]。鑒于相對(duì)優(yōu)勢(shì)，感應(yīng)式充電方式成為現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)靜電噴霧的主要方式。

圖2 3 種霧滴充電方式

2.2 電場(chǎng)輔助霧化施藥技術(shù)的應(yīng)用

由于靜電噴霧技術(shù)的突出優(yōu)勢(shì)，該技術(shù)在航空與地面植保方面均得到了廣泛探究和應(yīng)用[22,25]。例如，ZHAO 等[31]通過(guò)自主設(shè)計(jì)的靜電霧化噴施系統(tǒng)（圖3）開(kāi)展航空植保作業(yè)，發(fā)現(xiàn)電場(chǎng)輔助霧化噴施使得靶標(biāo)正面的液滴密度增加16.7%，靶標(biāo)背面的液滴沉積量提高約4 倍；馬旭等[30]開(kāi)展了靜電輔助地面噴桿噴霧機(jī)多噴頭噴霧的仿真與試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)多噴頭的空間電場(chǎng)與單噴頭相比具有更高的均勻性，霧滴荷質(zhì)比提高52.9%，作物上、中、下3 層葉片正面的霧滴沉積率分別提高了27.1%、37.3%和45.2%，用水量減少60%。此外，靜電噴霧更適合與風(fēng)送噴霧、航空植保霧化噴施相結(jié)合，靜電噴霧可以減少霧滴漂移、提高作物葉片背面的沉積量，風(fēng)送噴霧氣流與航空植保機(jī)的下洗氣流可引起作物冠層的擾動(dòng)翻轉(zhuǎn)，加強(qiáng)荷電霧滴在冠層中的穿透性[22,25,34-35]。

圖3 裝載在無(wú)人機(jī)上的空中靜電噴霧系統(tǒng)

但長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，靜電輔助霧化噴施需要更高的霧滴荷電與沉積效果，同時(shí)保障安全、經(jīng)濟(jì)。故靜電噴霧技術(shù)的研究重點(diǎn)在于需要對(duì)3 種霧滴充電方式圍繞荷電霧滴的生成、運(yùn)動(dòng)、沉積機(jī)理與特性展開(kāi)基礎(chǔ)性對(duì)比試驗(yàn)探究，優(yōu)化各充電方式的短板，形成效果更好、可靠性更高的靜電輔助霧化噴施系統(tǒng)。

3 熱場(chǎng)輔助霧化噴施技術(shù)

熱場(chǎng)在輔助農(nóng)業(yè)霧化噴施領(lǐng)域的應(yīng)用主要集中于使用以熱力工作的熱煙霧機(jī)進(jìn)行施藥、作物防霜凍作業(yè)和使用高溫、控溫技術(shù)處理與防治害蟲(chóng)[38-43]。

3.1 熱場(chǎng)輔助霧化施藥技術(shù)的應(yīng)用

熱霧、煙霧載藥技術(shù)具有霧滴微小、均勻、穿透性強(qiáng)、用藥量少等突出優(yōu)點(diǎn)，在農(nóng)業(yè)植保領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，尤其在設(shè)施農(nóng)業(yè)、林業(yè)與高郁閉度的作物田中具有顯著優(yōu)勢(shì)。例如，陳莉等[38]通過(guò)玉米田間試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，熱力煙霧機(jī)比機(jī)動(dòng)彌霧機(jī)具有更好的霧化防治效果，其有效防治距離可達(dá)25 m 以上；李學(xué)輝等[39]在使用熱煙霧技術(shù)防治黃瓜白粉病的研究中發(fā)現(xiàn)，與背負(fù)式手動(dòng)噴霧器常規(guī)噴霧相比，熱煙霧法生成的霧滴更小、沉積密度更大，防效提高7.2%～16.0%。

近年，煙霧載藥技術(shù)與航空植保技術(shù)不斷融合，為農(nóng)藥“減施增效”積累了豐富的數(shù)據(jù)與試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)。劉立超等[42]使用植保無(wú)人機(jī)搭載脈沖煙霧機(jī)（圖4）對(duì)灌漿期玉米田進(jìn)行霧化施藥試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，距離霧機(jī)噴口2 m 內(nèi)的霧滴較為集中、距離噴口1 m 位置的霧滴沉積量和覆蓋率最大、冠層至地表的沉積量依次降低、霧滴譜寬度大部分≤2.0 μm；陳青等[40]將無(wú)人機(jī)遠(yuǎn)程控制技術(shù)與煙霧載藥技術(shù)結(jié)合開(kāi)展了林間施藥作業(yè)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，航高8 m 時(shí)，煙霧霧滴的穿透效果與沉積均勻性最好，平均沉積濃度為2 542.58 μg，增大液泵開(kāi)度可以提高垂直方向上的沉積量，傍晚的作業(yè)效果優(yōu)于中午。

圖4 無(wú)人機(jī)搭載熱霧機(jī)開(kāi)展玉米田施藥試驗(yàn)

除上述之外，熱霧機(jī)也常被用于果園、大棚等區(qū)域內(nèi)作物的防霜凍作業(yè)。例如，張紅梅[41]通過(guò)自制的丘陵果園用煙霧防霜機(jī)開(kāi)展田間試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，防霜機(jī)在0.6 m/s 速度下連續(xù)作業(yè)0.5 h，可將1.5～4.0 m高度范圍內(nèi)的氣溫提高1.7 ℃。

3.2 熱場(chǎng)改善霧化施藥的探究

熱煙霧機(jī)的工作原理是以柴油或汽油等燃料燃燒產(chǎn)生的高溫高壓氣流為動(dòng)力源，將藥液破碎成極小霧滴后形成具有一定速度的煙霧[40,44-45]。熱煙霧機(jī)主要分為穩(wěn)態(tài)式和脈沖式2 種，其根本區(qū)別在于燃燒器工作方式的差異[44-45]。部分專(zhuān)家針對(duì)其結(jié)構(gòu)、氣流波動(dòng)、尾氣成分、工作頻率等關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行過(guò)深入研究[44-47]；此外，部分學(xué)者為提高霧化效果及防效，致力于對(duì)新型熱霧穩(wěn)定劑的研發(fā)[48-51]；同時(shí)，探索分析不同熱霧穩(wěn)定劑對(duì)熱霧滴的沉積效果、沉降劑對(duì)熱霧滴擴(kuò)散范圍與防效的影響、熱霧對(duì)化學(xué)藥劑的穩(wěn)定性影響等[52-54]。

除熱霧機(jī)的應(yīng)用之外，高溫控溫技術(shù)因在蟲(chóng)害防治方面具有效率高、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)得到逐步推廣，也是熱能在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域深入探索應(yīng)用的集中展現(xiàn)?，F(xiàn)階段已有的農(nóng)業(yè)蟲(chóng)害防治的高溫控溫技術(shù)主要有強(qiáng)制熱風(fēng)和熱蒸汽、熱水、電磁能、高溫與化學(xué)防治的結(jié)合（即熱霧施藥）等[43]。

目前，熱場(chǎng)輔助霧化噴施技術(shù)的研究重點(diǎn)首先在于明確熱能對(duì)于霧滴生成的影響機(jī)理，優(yōu)化霧滴分布及運(yùn)動(dòng)特性，提高霧滴沉積量與均勻性。

4 風(fēng)場(chǎng)輔助霧化噴施技術(shù)

風(fēng)場(chǎng)輔助農(nóng)業(yè)霧化噴施的應(yīng)用主要集中在霧滴風(fēng)力輸運(yùn)、風(fēng)力補(bǔ)償防飄等方面。霧化施藥過(guò)程中，強(qiáng)制風(fēng)場(chǎng)的介入不僅可以增強(qiáng)作物冠層的擾動(dòng)，增大冠層的孔隙率；還可以增大霧滴的動(dòng)量，提高霧滴在作物冠層內(nèi)部的運(yùn)移能力和沉積量。

4.1 風(fēng)場(chǎng)輔助霧滴輸運(yùn)

強(qiáng)制氣流輔助霧滴輸運(yùn)在地面與航空植保作業(yè)中主要使用噴桿噴霧機(jī)、風(fēng)送式彌霧機(jī)、植保無(wú)人機(jī)[3]。其中，植保無(wú)人機(jī)的風(fēng)場(chǎng)來(lái)源于其機(jī)翼運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中生成的下洗氣流。

噴桿噴霧機(jī)是大田作物施藥作業(yè)的主要植保機(jī)械。其中，風(fēng)幕式噴桿噴霧方法是風(fēng)場(chǎng)輔助霧化噴施方面應(yīng)用最早的方式，眾多學(xué)者針對(duì)該方法開(kāi)展了大量的探究。例如，HISLOP 等[55]和FOQUE 等[56]分別針對(duì)成熟期小麥與盆栽藤類(lèi)作物開(kāi)展了風(fēng)力輔助霧化施藥試驗(yàn)，實(shí)證了風(fēng)力輔助噴施方法可以增強(qiáng)霧滴的穿透性能，進(jìn)而增加作物葉片背面的沉積量和整體沉積均勻性。此外，針對(duì)中后期冠層封閉性較高的作物，單一的風(fēng)幕式輔助噴施方法難以較好地將霧滴輸運(yùn)到作物冠層內(nèi)部。使用機(jī)械剛性結(jié)構(gòu)深入作物冠層噴施藥液的吊桿、吊臂噴霧方式得到了關(guān)注。以玉米為對(duì)象的吊桿噴霧試驗(yàn)證實(shí)了剛性吊桿結(jié)構(gòu)可以穿透作物冠層增強(qiáng)霧滴在作物冠層中下部的沉積[57-58]。風(fēng)幕式與吊桿式結(jié)合的氣流輔助霧化噴施方法可以減少自然環(huán)境風(fēng)場(chǎng)對(duì)霧滴的影響，同時(shí)提高霧滴在作物冠層內(nèi)部與上部的穿透和沉積性能，可以進(jìn)一步提升施藥效果[59-60]。

風(fēng)送式彌霧機(jī)（圖5）是果園植保施藥的最常用器械，強(qiáng)制氣流的輔助可以更好地滿足果樹(shù)作物的植保需求。風(fēng)送式噴霧機(jī)的基本原理為使用風(fēng)機(jī)產(chǎn)生強(qiáng)制氣流將外力霧化得到的霧滴朝指定方向輸送。根據(jù)風(fēng)機(jī)與氣流管道布置的不同，風(fēng)送式噴霧機(jī)可分為橫流式、離心式和多出風(fēng)口式等機(jī)型；同時(shí)，由于氣流分布的不同，可分為環(huán)形、塔形等出風(fēng)形式[3]。此外，在作業(yè)方式上，仿形變量噴霧的霧滴沉積效率要明顯優(yōu)于離心式和定向式噴霧機(jī)，其可根據(jù)作業(yè)對(duì)象的分布形態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)整作業(yè)參數(shù)。

圖5 風(fēng)送噴霧機(jī)果園作業(yè)

航空植保無(wú)人機(jī)施藥作業(yè)過(guò)程中，旋翼的下洗氣流能夠擾動(dòng)作物冠層的分布形態(tài)，促進(jìn)霧滴在作物冠層內(nèi)部的沉積。航空植保機(jī)的下洗氣流與作物冠層的交互受作物的生長(zhǎng)特性影響，也與作業(yè)參數(shù)極度相關(guān)。研究表明，檳榔等不同作物對(duì)航空植保機(jī)的飛行高度、速度和噴施流量等敏感程度存在差異[61-62]。作業(yè)參數(shù)的不同會(huì)嚴(yán)重影響霧滴的沉積特性。例如，許童宇等[63]通過(guò)開(kāi)展面向粳稻的多旋翼植保無(wú)人機(jī)施藥試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，霧滴沉積量在垂直方向上明顯衰減；AHAMD 等[64]在單旋翼無(wú)人機(jī)雜草防治試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，霧滴沉積量、密度等隨無(wú)人機(jī)飛行高度的降低而逐漸增大。

4.2 風(fēng)場(chǎng)輔助霧滴防飄

除風(fēng)幕式噴桿噴霧機(jī)之外，在近噴嘴處構(gòu)造風(fēng)場(chǎng)以強(qiáng)制氣流介入的方式減少環(huán)境風(fēng)場(chǎng)對(duì)霧滴群運(yùn)動(dòng)的影響也是風(fēng)力輔助霧滴防飄技術(shù)的研究熱點(diǎn)。劉昶希等[65]通過(guò)在近噴嘴處構(gòu)建錐形防飄風(fēng)場(chǎng)可以有效地抵制環(huán)境風(fēng)場(chǎng)所產(chǎn)生的繞流渦旋，減少霧滴在縱向高度上的飄移。

目前，風(fēng)場(chǎng)輔助霧化噴施的重點(diǎn)工作在于構(gòu)建風(fēng)場(chǎng)變量介入的霧滴沉積機(jī)理分析建模，結(jié)合風(fēng)場(chǎng)與等效作物模型交互的仿真模擬結(jié)果開(kāi)展田間試驗(yàn)，形成具有普適性的作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與理論體系。

5 超聲場(chǎng)輔助霧化噴施技術(shù)

農(nóng)業(yè)超低施藥量噴霧技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥的減施增效，具體要求實(shí)現(xiàn)0.5 mL/m2的施藥量，霧滴粒徑在5～50 μm 范圍內(nèi)[66-68]。現(xiàn)階段常用的霧化噴施方式主要為壓力霧化、離心霧化，但生成的霧滴粒徑較大且不均勻。超聲霧化方式可生成小而均勻的霧滴，能夠滿足超低容量施藥的霧滴粒徑需求，部分學(xué)者已開(kāi)展其在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用探究[69-72]。

超聲霧化技術(shù)在機(jī)理上分為壓電式和流體動(dòng)力式2 類(lèi)[66,71]。壓電式超聲霧化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)即由壓電換能器提供動(dòng)力源的噴嘴通過(guò)超聲頻率振動(dòng)的方式將流經(jīng)或處于噴嘴末端的連續(xù)液體破碎成霧滴的過(guò)程[73-75]。流體動(dòng)力式超聲霧化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)即連續(xù)液體射流受超聲速氣流的沖擊在諧振區(qū)域內(nèi)破碎成霧滴的過(guò)程[76-78]。

壓電式超聲霧化噴嘴結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本及能耗較高且霧化量低，盡管大量學(xué)者做了創(chuàng)新改進(jìn)，但霧化量很難滿足農(nóng)業(yè)的實(shí)際需要。例如，高建民等[73]通過(guò)模態(tài)分析與相位多普勒測(cè)量技術(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)了一種新型的低頻超聲霧化器，但實(shí)現(xiàn)的霧化量?jī)H為29 mL/min；高建民等[74]借助諧響應(yīng)分析與激光粒度分析儀研制的微型指數(shù)振子超聲霧化噴頭的霧化量?jī)H為34.05 mL/min；張建桃等[75]結(jié)合參數(shù)化仿真與試驗(yàn)研究設(shè)計(jì)的新型農(nóng)用超聲霧化換能器的最大霧化量?jī)H為1.29 g/min。流體動(dòng)力式超聲霧化噴嘴結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、霧化量大且有效射程遠(yuǎn)[76-79]，在試驗(yàn)中較前者具有明顯優(yōu)勢(shì)[70]。陳波等[78]使用自主搭建的相位多普勒粒子分析儀（PDPA）測(cè)試得到流體動(dòng)力式超聲霧化噴嘴可實(shí)現(xiàn)流量30 L/h 以上的水流霧化，最遠(yuǎn)射程可達(dá)到2 m 以上。

流體動(dòng)力式超聲霧化噴施作業(yè)兼具氣場(chǎng)、超聲場(chǎng)的特性，在農(nóng)業(yè)植保作業(yè)方面具有突出優(yōu)勢(shì)。超聲速氣流可將液流破碎成微小均勻的霧滴；強(qiáng)制氣流推動(dòng)霧滴群以一定速度前進(jìn)并擾動(dòng)作物冠層，增強(qiáng)細(xì)小霧滴的運(yùn)移能力與穿透性能，可進(jìn)一步提高沉積效果。故流體動(dòng)力式超聲霧化技術(shù)在設(shè)施農(nóng)業(yè)、地面植保作業(yè)等方面實(shí)現(xiàn)超低容量噴施具有巨大潛力[66,71]。目前，流體動(dòng)力式超聲霧化的具體機(jī)理尚不清晰，需要進(jìn)一步探究液流在噴嘴霧化區(qū)域內(nèi)的首次和二次破碎過(guò)程，創(chuàng)新優(yōu)化噴嘴內(nèi)部閥芯、外部諧振結(jié)構(gòu)和尺寸參數(shù)[66,76-77]，為進(jìn)一步探究與應(yīng)用超聲霧化技術(shù)提供理論參考。

6 展望

綜合上述梳理的物理場(chǎng)輔助農(nóng)業(yè)霧化噴施技術(shù)研究?jī)?nèi)容可知，物理場(chǎng)輔助農(nóng)業(yè)施藥的研究在田間試驗(yàn)、理論探索和效率優(yōu)化等方面取得了長(zhǎng)足發(fā)展，相關(guān)結(jié)論及經(jīng)驗(yàn)促進(jìn)了該領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)與裝備的進(jìn)步。但各物理場(chǎng)影響下的霧滴生成、運(yùn)移、沉積等機(jī)理特性尚不清晰，大部分田間試驗(yàn)的可重復(fù)性和普適性較差，霧滴沉積效果的評(píng)價(jià)、預(yù)測(cè)、實(shí)時(shí)調(diào)控等需求尚未完全滿足。

近年，AI、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和5G 通訊等高新技術(shù)發(fā)展迅速，為進(jìn)一步解決農(nóng)業(yè)植保作業(yè)優(yōu)化的相關(guān)難題提供了可能。結(jié)合現(xiàn)有的新技術(shù)，針對(duì)農(nóng)業(yè)植保施藥的需求和特點(diǎn)，總結(jié)和提出物理場(chǎng)輔助霧化噴施的研究方向和思路。

1）使用更強(qiáng)大的計(jì)算設(shè)備與新的復(fù)雜物理場(chǎng)計(jì)算方法、數(shù)字孿生技術(shù)，構(gòu)建植保施藥作業(yè)分析平臺(tái)，開(kāi)展多物理場(chǎng)影響下的霧化過(guò)程模擬、霧滴運(yùn)動(dòng)模擬、霧滴與作物冠層或枝葉的交互模擬等，為實(shí)際作業(yè)提供可視化參考和預(yù)測(cè)分析。

2）結(jié)合光學(xué)傳感原理開(kāi)發(fā)能夠微距、高速采集復(fù)雜環(huán)境中霧滴運(yùn)動(dòng)、分布的精密便攜載設(shè)備，結(jié)合生物傳感器原理開(kāi)發(fā)能夠精準(zhǔn)捕捉霧滴沉積細(xì)節(jié)的易布置、回收和檢測(cè)的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，為精確的霧滴運(yùn)動(dòng)、沉積模型建立與優(yōu)化提供有力的數(shù)據(jù)支撐。

3）使用大數(shù)據(jù)分析、深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)等人工智能方法，結(jié)合采集的精確數(shù)據(jù)，充分挖掘植保施藥作業(yè)樣本數(shù)據(jù)中潛在的規(guī)律；結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)與5G 通訊技術(shù)構(gòu)建實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集分析、霧滴運(yùn)移與沉積預(yù)測(cè)、作業(yè)參數(shù)在線優(yōu)化決策的精準(zhǔn)施藥架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)智慧化、無(wú)人化的植保作業(yè)。