電動和手動噴霧器水稻田噴霧農藥利用率及霧滴分布比較

蒲小明，陳銳明，周松丁，黃愛玲，路 征，張景欣，沈會芳，林壁潤

（1. 廣東省農業科學院植物保護研究所/廣東省植物保護新技術重點實驗室，廣東 廣州 510640；2. 惠州市惠陽區農業環保與農村能源站，廣東 惠州 516211；3. 博羅縣福田鎮農業辦公室，廣東 博羅 516131；4. 廣州市花都區農業技術管理中心, 廣東 廣州 510800；5. 中國煙草總公司廣東省公司，廣東 廣州 510610）

【研究意義】農藥在防治農作物病蟲危害和增產保收方面具有不可磨滅的貢獻，但隨著經濟發展、農產品安全及生態環境污染之間的矛盾日益突出，農藥科學使用越來越受到國家重視。推廣新的安全環保農藥品種和高效噴霧器是解決農藥污染問題的重要途徑。

【前人研究進展】目前使用農藥依然是防治農作物病蟲害的最主要手段，但施用的農藥大部分都不能有效地接觸到病蟲草害，而是殘留在作物或農產品中或進入到環境生態中，如何有效提高農藥利用率是目前農業發展的重要課題。一般來說農藥利用率是指在農藥噴霧技術條件下，沉積在農作物上農藥量與施藥總量的比值［1］。農業農村部報道2018年我國水稻、玉米、小麥三大糧食作物的農藥利用率達到38.8%，比2015年提高2.2個百分點［2］；2019年農藥利用率為39.8%，比2017年提高1.0個百分點［3］，有望實現到2020年化肥農藥利用率達到40%的目標，實現農作物化肥、農藥使用量零增長［4］。

我國農藥應用方面還存在許多不足，如施藥器械落后，農藥利用率低；一家一戶分散防治，組織程度低；農戶不科學施藥，亂用、濫用現象突出；監管培訓不到位；技術投入較少，研究相對落后等［5］。據農業農村部統計，2017年中國植保機械主要以手動噴霧器為主，機型配件為單管、壓縮、背負式噴霧器等，市場占有率達80%［6］，這種手壓式背負噴霧器的缺點是堵、冒、滴、漏及噴霧不均，防效差，農藥有效利用率僅10%～30%［7］。目前在我國廣大農村地區傳統手動噴霧器是主要施藥器具，且農民習慣于大霧滴、大容量噴灑，精準施藥靶標不夠，這是我國農藥利用率較低的主要原因［8］。顧中言報道在褐飛虱為害的水稻孕穗期和揚花期，采用手動噴霧器進行葉面噴霧時，82%以上藥液分布在水稻冠層以上部位，分布在水稻基部莖稈部位的不足2%，只占殺蟲劑使用量的0.5%左右［9］。Mectcalf分析發現從施藥器械噴灑出去的農藥只有25%～50%能沉積到作物葉片上，不足1%的藥劑沉積到靶標害蟲上，只有0.03%的藥劑能真正發揮殺蟲作用［10］。隨著高效植保噴霧器械的發展，電動和機動植保施藥器械快速發展，如電動自走式噴桿噴霧機［11-12］、植保無人機［13］、地面無人駕駛噴霧機器人［6］等，不僅提高了工作效率，也大幅度的提高了農藥利用率。世界銀行貸款廣東農業面源污染治理項目積極在廣東省示范區推廣高效電動噴霧器，培訓科學合理施藥技術，有效地提高了農藥利用率，減少了農藥使用量。

【本研究切入點】世界銀行貸款廣東農業面源污染治理項目正積極推行高效背負式電動噴霧器和高效農藥品種在水稻上減藥控害效果，本研究以比較電動和手動噴霧器在水稻上噴施藥液后的農藥利用率及藥液霧滴分布情況來評價電動噴霧器農藥減量增效作用。【擬解決的關鍵問題】在水稻田間，快速有效測定電動和手動噴霧器噴施藥液后農藥利用率及對藥液霧滴分布進行準確分析。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

指示劑：農藥噴霧示蹤劑誘惑紅（天津多福源實業有限公司），使用量為41.67 g/50kg水。

供試藥劑：50%吡蚜酮水分散粒劑（先正達南通作物保護有限公司），使用量為240 g/hm2；5%氯蟲苯甲酰胺懸浮劑（美國杜邦公司），使用量為600 mL//hm2；2%春雷霉素水劑（江門市植保有限公司），使用量為1500 mL/ hm2。

噴霧設備及其他耗材：3WBD-16型背負式電動噴霧器（廣東省博羅縣東田實業有限公司）及其作業參數（工作壓力0.15～0.4 MPa，流量1.3～2.0 L/min，容積16 L），YQ-16型背負式手動噴霧器（臺州市路橋益群噴霧器廠）及其作業參數（作壓力0.3～0.5 Mpa，容積16 L），風速儀（北京中西遠大科技有限公司），溫濕度儀（深圳市華圖電氣有限公司），雙面白色紙卡硬紙（8 cm×5 cm），雙頭轉向透明夾子，1.3 m長的竹桿，直徑9 cm的圓形濾紙（遼寧省撫順民政濾紙廠）。

試驗在廣東省惠州市惠陽區平潭鎮、良井鎮和博羅縣福田鎮、龍華鎮進行，每個鎮選擇兩個試驗點，每個點水稻面積1 333 m2以上；水稻生長期為直播晚稻抽穗期，惠陽區水稻品種為美芽占，博羅縣水稻品種為美香占，噴霧時間為2019年10月9—11日10：00～17：00，天氣晴朗，氣溫28～32 ℃，空氣相對濕度85%～90%，無持續風向1～2級。手動噴霧器噴霧用水量為750 kg/hm2，電動噴霧器用水量為600 kg/hm2，兩種噴霧器均為單噴頭，噴孔片大小為1.0 mm。

1.2 試驗方法

1.2.1 示蹤劑誘惑紅標準曲線制定 準確稱取0.1000 g誘惑紅于10 mL容量瓶中，用純凈水定容，充分混勻溶解，得到104μg/mL的誘惑紅質量濃度溶液，適當稀釋得到質量濃度分別為50、25、12.5、6.25、3.125、1.56 μg/mL標準溶液質量濃度，然后用分光光度計于波長501 nm處測定吸光度值，每個濃度重復3次，取平均值繪制誘惑紅濃度-吸光值標準曲線。

1.2.2 霧滴粒徑、密度及沉積分布測定 水稻田間試驗小區設置為5 m×5 m，小區之間隔離帶為5 m。將一定量的誘惑紅作為示蹤劑加入藥液中，誘惑紅的添加量為41.67 g/50kg藥水，噴霧時噴頭距離水稻株頂端距離約為30 cm。噴霧前，在1.3 m竹桿上每隔30 cm裝一個雙向夾，一共裝3個雙向夾，一個雙向夾兩端分別夾卡紙和濾紙，各層之間的卡紙和濾紙相互錯開，每個小區設置3根竹桿。噴霧結束后30 min收取卡紙，用掃描儀掃描卡紙，采用軟件Graphpad Prism（https://www.graphpad.com） 和 image JFiji（https://imagej.net/Fiji/Downloads）分析掃描圖片上霧滴密度和粒徑；收集試驗濾紙，放入15 mL離心管中，測定時向離心管中加入10 mL純凈水，振蕩洗滌2 h，洗滌液根據1.2.1試驗方法測定誘惑紅的濃度，并求出施藥后水稻植株不同層的沉積分布值。

1.2.3 農藥利用率測定 田間小區試驗后，采用對角線五點取樣法，每點取水稻1株，共取5株，放入自封袋內，測定時向自封袋內加入4 L自來水，振蕩洗滌5 min，使誘惑紅完全溶解。用分光光度計測定洗滌液在501 nm處的吸光度值，依據誘惑紅濃度-吸光值線性回歸方程計算洗滌液中誘惑紅質量濃度。調查施藥小區水稻株數，通過洗滌液中誘惑紅濃度可計算出平均每株水稻誘惑紅沉積量，乘以小區水稻總株數，即為整個試驗小區稻株誘惑紅沉積總量，除以實際噴施的誘惑紅量，得到小區噴施農藥的有效利用率，并計算變異系數，計算公式如下：

2 結果與分析

2.1 誘惑紅標準曲線

在誘惑紅最大吸收波長501 nm處，其標準溶液質量濃度X與吸光度Y的線性回歸方程為Y=0.0269X+0.0071，相關系數R2為0.9998，即誘惑紅在質量濃度范圍（1.56～50 μg/mL）與501 nm吸光值呈線性相關（圖1）。

圖1 誘惑紅濃度與吸光值標準曲線Fig. 1 Standard curve of allura red concentration and absorbance

2.2 手動與電動噴霧器噴施3種農藥的利用率比較分析

從水稻田間小區試驗結果（圖2）可以看出，吡蚜酮、氯蟲苯甲酰胺、春雷霉素3種高效低毒低殘留環保制劑藥液使用電動噴霧器噴施后，水稻上農藥利用率分別為39.43%、38.03%和38.98%；而使用手動噴霧器的農藥利用率為29.02%、28.08%和28.50%；3種農藥使用電動噴霧器比手動噴霧器的農藥利用率分別提高10.41、9.95、10.93個百分點。差異顯著性分析表明，3種農藥使用電動噴霧器的農藥利用率均顯著高于手動噴霧器。

圖2 手動和電動噴霧器噴施3種農藥的利用率比較Fig. 2 Comparison of utilization rates of three pesticides sprayed by manual sprayer and electric sprayer

試驗結果顯示，手動和電動噴霧器噴施吡蚜酮藥液利用率的變異系數分別為31.87%和18.73%，手動和電動噴霧器噴施氯蟲苯甲酰胺藥液利用率的變異系數分別為35.61%和21.40%，手動和電動噴霧器噴施春雷霉素藥液利用率的變異系數分別為35.42%和22.27%，說明電動噴霧器噴施農藥在水稻上的沉積效果均優于手動噴霧器，且噴霧效果更加穩定。

2.3 藥液在水稻田間不同層的沉積分布

吡蚜酮、氯蟲苯甲酰胺、春雷霉素3種制劑藥液使用手動和電動噴霧噴施后，在水稻上層、中層和下層藥液沉積分布調查結果見圖3，具體分析如下：

吡蚜酮：手動噴霧器噴施藥液后在水稻上層、中層和下層的沉積量分別為2.981、2.134、0.8481 μg/cm2，其中上層與下層沉積量差異極顯著（P＜0.0001），中層與下層沉積量差異極顯著（P＜0.0001）；電動噴霧器噴施藥液后在水稻上層、中層和下層的沉積量分別為2.300、1.423、0.668 μg/cm2，其中上層與中層沉積量差異極顯著（P＜0.001），上層與下層沉積量差異極顯著（P＜0.0001），中層與下層沉積量差異極顯著（P＜0.001）（圖3A）。手動噴霧器處理的總沉積量（5.963 μg/cm2）高于電動噴霧器處理（4.391 μg/cm2）。

氯蟲苯甲酰胺：手動噴霧器噴施藥液后在水稻上層、中層和下層的沉積量分別為3.169、2.139、1.046 μg/cm2，其中上層和中層沉積量差異極顯著（P＜0.01），上層與下層沉積量差異極顯著（P＜0.0001），中層與下層沉積量差異極顯著（P＜0.0001）；電動噴霧器噴施藥液后在水稻上層、中層和下層的沉積量分別為2.862、1.569、0.937 μg/cm2，其中上層和中層沉積量差異極顯著（P＜0.001），上層與下層沉積量差異極顯著（P＜0.0001），中層與下層沉積量差異極顯著（P＜0.001）（圖3B）。手動噴霧器處理的總沉積量（6.354 μg/cm2）高于電動噴霧器處理（5.368 μg/cm2）。

圖3 兩種噴霧器噴施3種農藥藥液在水稻田間不同層的沉積分布Fig. 3 Deposition distribution of three pesticides on different layers of rice sprayed by two kinds of sprayers

春雷霉素：手動噴霧器噴施藥液后在水稻上層、中層和下層的沉積量分別為3.294、1.795、0.708 μg/cm2，其中上層和中層沉積量差異不顯著，上層與下層沉積量差異極顯著（P＜0.0001），中層與下層沉積量差異極顯著（P＜0.0001）；電動噴霧器噴施藥液后在水稻上層、中層和下層的沉積量分別為2.874、1.848、0.735 μg/cm2，其中上層和中層沉積量差異顯著（P＜0.05），上層與下層沉積量差異極顯著（P＜0.0001），中層與下層沉積量差異極顯著（P＜0.0001，圖3C）。手動噴霧器處理的總沉積量（5.797 μg/cm2）高于電動噴霧器處理（5.457 μg/cm2）。

吡蚜酮、氯蟲苯甲酰胺、春雷霉素藥液的沉積分布表明：手動和電動噴霧器噴施藥液的沉積量在水稻均是自上而下逐漸遞減，且不同層之間的沉積量達到差異顯著水平；手動噴霧器處理的總沉積量均高于電動噴霧器處理。

2.4 藥液在水稻田間不同層的沉積霧滴粒徑及數量比較

兩種噴霧器噴施3種農藥藥液在水稻不同層卡紙上霧滴情況如圖4所示。手動和電動噴霧處理在水稻上層、中層、下層霧滴大小自上而下逐漸變小，電動噴霧器處理的霧滴均勻效果優于手動噴霧器處理，具體從霧滴粒徑和數量比較手動和電動噴霧器的差異性。

2.4.1 霧滴粒徑 3種農藥藥液使用手動和電動噴霧器噴施后，在水稻不同層的藥液霧滴粒徑比較具體如下：

吡蚜酮：手動噴霧器噴施藥液后在水稻上層、中層和下層的霧滴粒徑分別為365.4、347.1、105.6 μm/個，其中上層與下層霧滴粒徑差異顯著（P＜0.05），中層與下層霧滴粒徑差異顯著（P＜0.05）；電動噴霧器噴施藥液后在水稻上層、中層和下層的霧滴粒徑分別為268.5、230.0、38.6 μm/個，其中上層、中層和下層之間均差異顯著（P＜0.05）；同層之間手動噴霧器處理的霧滴粒徑均顯著大于電動噴霧器處理（圖5A）。

氯蟲苯甲酰胺：手動噴霧器噴施藥液后在水稻上層、中層和下層的霧滴粒徑分別為339.5、349.0、139.9 μm/個，其中上層與下層霧滴粒徑差異顯著（P＜0.05），中層與下層霧滴粒徑差異顯著（P＜0.05）；電動噴霧器噴施藥液后在水稻上層、中層和下層的霧滴粒徑分別為368.5、163.2、36.5 μm/個，其中上層、中層和下層之間均差異顯著（P＜0.05）；中層與下層，手動噴霧器處理的霧滴粒徑均顯著大于電動噴霧器處理（圖5B）。

圖4 兩種噴霧器噴施3種農藥藥液在水稻田間不同層卡紙上霧滴情況（標尺=1cm）Fig. 4 Droplets status of three pesticides sprayed by two kinds of sprayers on different cardboards in rice field (bar=1cm)

春雷霉素：手動噴霧器噴施藥液后在水稻上層、中層和下層的霧滴粒徑分別為368.0、348.1、95.1 μm/個，其中上層與下層霧滴粒徑差異顯著（P＜0.05），中層與下層霧滴粒徑差異顯著（P＜0.05）；電動噴霧器噴施藥液后在水稻上層、中層和下層的霧滴粒徑分別為311.5、271.3、58.0 μm/個，其中上層與下層霧滴粒徑差異顯著（P＜0.05）；中層與下層，手動噴霧器處理的霧滴粒徑均顯著大于電動噴霧器處理（圖5C）。

綜上所述，手動和電動噴霧器噴施藥液后在水稻上層和中層的霧滴粒徑均顯著大于下層霧滴，手動噴霧器噴施藥液后在水稻中層和下層的霧滴粒徑均顯著大于電動噴霧器。

2.4.2 霧滴數量 3種農藥藥液使用手動和電動噴霧器噴施后，在水稻不同層的藥液霧滴數量比較具體如下：

吡蚜酮：手動噴霧器噴施藥液后在水稻上層、中層和下層的霧滴數量分別為49.2、45.9、58.0個/cm2，其中上層、中層與下層之間霧滴數量差異不顯著；電動噴霧器噴施藥液后在水稻上層、中層和下層的霧滴數量分別為45.8、69.2、120.3個/cm2，其中上層、中層和下層之間霧滴數量均差異顯著（P＜0.05）；中層和下層的霧滴數量，電動噴霧器處理均極顯著大于手動噴霧器處理（P＜0.01，圖6A）。

氯蟲苯甲酰胺：手動噴霧器噴施藥液后在水稻上層、中層和下層的霧滴數量分別為43.7、49.5、61.2個/cm2，其中上層與中層、中層與下層之間霧滴數量差異不顯著；電動噴霧器噴施藥液后在水稻上層、中層和下層的霧滴數量分別為42.6個、74.3、107.6個/cm2，其中上層與下層、中層與下層之間霧滴數量差異顯著（P＜0.05）；中層與下層的霧滴數量，電動噴霧器處理均顯著大于手動噴霧器處理（圖6B），其中中層差異顯著水平為P＜0.05，下層差異顯著水平為P＜0.0001。

圖5 兩種噴霧器噴施3種農藥藥液在水稻田間不同層的藥液霧滴大小比較Fig. 5 Comparison of droplet sizes of three pesticides ondifferent layers of rice sprayed by two kinds of sprayers

圖6 兩種噴霧器噴施3種農藥藥液在水稻田間不同層的藥液霧滴數量比較Fig. 6 Comparison of droplet quantities of three pesticides on different layers of rice sprayed by two kinds of sprayers

春雷霉素：手動噴霧器噴施藥液后在水稻上層、中層和下層的霧滴數量分別為39.4、44.5、68.2個/cm2，其中上層與中層、上層與下層霧滴數量差異顯著（P＜0.05）；電動噴霧器噴施藥液后在水稻上層、中層和下層的霧滴數量分別為41.9、52.7、85.1個/cm2，其中上層與中層、上層與下層霧滴數量差異顯著（P＜0.05）；下層的霧滴數量，電動噴霧器處理顯著大于手動噴霧器處理（P＜0.05，圖6C）。

綜上所述，手動噴霧器噴施藥液后在水稻下層霧滴數量高于上層和中層，只有春雷霉素達到顯著水平（P＜0.05）；而電動噴霧器噴施藥液后下層霧滴數量均顯著高于上層和中層，且電動噴霧器處理的中層和下層霧滴數量均高于手動噴霧器處理，且下層霧滴數量達到差異顯著水平。說明電動噴霧器的霧化效果優于手動噴霧器。

3 討論

本研究以抽穗期晚稻為施藥對象，嚴格按照農藥利用率測定方法進行［14］，采用誘惑紅示蹤法和霧滴卡法分析。誘惑紅示蹤法是一種安全可靠的測定農藥利用率方法，具有藥劑可替代性和穩定性好的特點［15］。研究發現：電動噴霧器噴施吡蚜酮、氯蟲苯甲酰胺和春雷霉素3種藥液的農藥利用率比手動噴霧器處理分別提高10.41、9.95、10.93個百分點，且電動噴霧器處理的變異系數均低于手動噴霧器，說明電動噴霧器有效提高了農藥利用率。

手動和電動噴霧器噴施藥液后的沉積分布、霧滴粒徑和數量也存在顯著差異。手動噴霧器處理藥液的總沉積量和霧滴粒徑均呈現顯著高于電動噴霧器處理的趨勢；而霧滴數量電動噴霧器處理卻高于電動噴霧器處理，從而可以推斷出電動噴霧器具有更好的霧化效果和穩定性。在相同作業條件下，較小的霧滴粒徑和噴霧穩定性，可能是電動噴霧器噴施藥液的利用率高于手動噴霧器的主要原因；袁會珠等報道霧滴粒徑與農藥藥效之間存在生物最佳粒徑的關系，霧滴10～50 μm適合防治飛行的害蟲，霧滴30～150 μm適合防治作物葉面爬行類害蟲幼蟲，霧滴30～150 μm適合防治植物病害，霧滴100～300 μm適合充分發揮除草劑藥效［16］。本研究發現電動噴霧器作業后的藥液平均霧滴粒徑范圍為36.5～368.5 μm，而手動噴霧器處理的平均霧滴粒徑范圍為95.1～368.0 μm，說明使用電動噴霧噴施農作物能更好地防治病蟲害。霧滴數量分析發現呈自上而下遞增趨勢，分析原因可能為上層和中層霧滴在卡紙上有重疊現象，從而也可能是造成上層和中層卡紙上霧滴粒徑較大的成因。

農藥利用率大小與各種因素密切相關，包括天氣狀況、作物本身特點、農藥劑型［17］及施藥器械性能等，因此提高農藥利用率是減少農藥使用量、控制農藥殘留和環境污染問題的關鍵技術措施。本試驗主要研究兩種施藥器械在水稻上噴霧后的農藥利用率和霧滴分布差異，研究證明施藥器械改善是提高農藥有效利用率的關鍵手段，所以積極推進高效植保器械使用，可有效提高農藥在作物上的農藥沉積利用率。

在生產實踐中，可以把高效植保器械和農藥助劑的使用結合起來，可大幅度提高農作物的農藥利用率；同時農藥的噴施技術也很關健，如噴頭類型、大小（型號）、壓力、流量和噴頭高度，噴施時間等因素直接影響農藥利用率效果［18-20］。航空植保施藥具有用水量低、霧滴粒徑細、作業效率高等特點，是病蟲害防治植保施藥器械的發展趨勢［21］。使用農藥助劑可以有效降低藥液的表面張力，有效提高農藥有效利用率［22］；何玲等研究發現：與蒸餾水相比，當添加噴霧助劑為1.0%時，霧滴體積中徑變為98.7 μm，表面張力降低64.9%，黏度增加為2.3 mPa·s，鋪展系數為蒸餾水的58.5倍；當施藥量為13.5 L/hm2且添加1.0%噴霧助劑時，霧滴在水稻冠層的有效利用率達到48.9%，比不添加助劑提高12.9%［23］。

世界銀行貸款廣東農業面源污染治理項目積極推行高效背負式電動噴霧器和高效農藥品種在水稻應用，相比于傳統手動噴霧器，其農藥利用率提高約10個百分點，節水量提高20%以上，再積極結合農藥助劑技術，可望使農藥利用率繼續提高，減少農藥施用量，提高病蟲害防治效果，保護生態環境，節支增產，提高農作物收益。

4 結論

廣東省惠州市惠陽區和博羅縣晚造水稻抽穗期使用手動和電動噴霧器噴施吡蚜酮、氯蟲苯甲酰胺和春雷霉素3種藥液，利用誘惑紅示蹤法，測定并計算出電動噴霧器噴施3種農藥的利用率分別為39.43、38.03、38.98個百分點，手動噴霧器的農藥利用率分別為29.02%、28.08%和28.50%，電動噴霧器比手動噴霧分別提高10.41%、9.95%和10.93%，且電動噴霧器的農藥利用率均顯著大于手動噴霧器。采用霧滴卡法分析兩種噴霧器噴施后藥液霧滴沉積分布、粒徑和數量差異。霧滴沉積分布結果表明：手動和電動噴霧器處理均是自上而下逐漸遞減，且不同層之間霧滴沉積量達到差異顯著水平。霧滴粒徑分析結果表明：手動噴霧器處理在水稻中層和下層的霧滴粒徑均顯著高于電動噴霧器處理。霧滴數量分析結果表明：電動噴霧器處理水稻中層和下層霧滴數量均高于手動噴霧器處理，且下層霧滴數量達到差異顯著水平。不同層的霧滴粒徑和數量分析結果說明電動噴霧器的霧化效果優于手動噴霧器。