柑橘農藥噴灑效果的影響因素分析

劉岳飛 林賢坤

摘要：農藥智能化噴灑是柑橘產業研究的熱點問題之一，影響農藥噴灑效果的因素很多，研究各因素對農藥噴灑效果的影響大小，以及遴選影響農藥噴灑效果的主要因素，對改進與優化農藥噴灑裝置的噴灑方式與過程有重要意義，采用自主研發的升降桿式農藥噴灑裝置，通過沉積量和覆蓋率兩指標轉化綜合指標，來評判農藥噴灑的效果，根據無交互性兩因素方差分析的相關理論與方法，研究各因素對農藥噴灑效果的影響大小，并遴選影響農藥噴灑效果的主要因素，

關鍵詞：農藥噴灑;影響因素;無交互性;方差分析

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

0引言

近十年來，廣西柑橘產業蓬勃發展，柑橘種植面積迅速增加，帶來了柑橘病蟲害防治的艱巨任務，目前，日常農藥噴灑依然是柑橘病蟲害防治的主要措施之一，為了保證農藥噴灑效果的同時提高效率和降低勞動力成本，農藥智能化噴灑成為了柑橘產業研究的熱點問題和重要發展方向。

農藥噴灑效果是設計與優化農藥噴灑裝置及其噴灑方式與過程的重要依據，可依據沉積量和覆蓋率等指標參數進行評判，但影響農藥噴灑效果的因素有很多，如噴孔直徑、噴霧的壓力、時間和風速等，因此，有必要研究各因素對農藥噴灑效果的影響情況，以改進與優化農藥噴灑裝置及其噴灑方式與過程，李君等通過霧滴沉積量和霧流穿透能力兩個指標遴選噴頭噴霧角度，賈衛東等研究不同株距、行駛速度等影響因素對果樹冠層的霧滴沉積分布的影響規律，王苗苗通過建立無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，并利用實例進行分析說明，戴金輝等通過兩個例題對兩種方法的應用進行比較，使雙因素方差分析在理論上更加完善，吳俊奇等等通過運用雙因素無重復實驗的方差分析法對某組混凝沉淀實驗數據進行實例分析，劉剛等等研究雙因素方差分析的基本原理，指出一個試驗結果會受不同因素的影響，相同因素的不同水平也會影響試驗結果，并研究了有無交互作用的雙因素無重復試驗，由此可見，目前的農藥噴灑研究中，常根據現有情況設定相關的影響因素，并通過沉積量、覆蓋率等單一指標參數評判農藥噴灑效果，而采用多個指標參數評判農藥噴灑效果，并對各因素影響農藥噴灑效果的大小，來提高農藥噴灑效果的研究目前相對較少。

依照柑橘農藥噴灑的要求，利用自主設計的升降桿式農藥噴灑裝置，研究各因素對農藥噴灑效果的影響：綜合采用沉積量和覆蓋率兩個指標參數評判農藥噴灑效果;根據無交互性兩因素方差分析的相關理論與方法，研究各因素對農藥噴灑效果的影響大小，以影響農藥噴灑效果的主要因素，為后續農藥噴灑裝置的噴灑方式與過程的改進與優化提供依據。

1試驗材料與設備

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

其中橫向伸縮桿對稱，共安裝4個噴頭，噴頭型號為精細化霧化噴頭，在總噴霧壓力12kg時（即每個噴頭的噴霧壓力3kg），每個噴頭流量為1.57L/min，霧滴粒徑≤95um，該升降桿式噴灑裝置單次作業有效時間為10-15min，施藥不受地形和作物高低的限制，在試驗過程中，還采用了米尺、剪刀、量杯、水敏霧滴測試卡、霧滴分析軟件、掃描儀、橡膠手套、密封袋、溫濕計、風速測量儀相關設備等。

2試驗方案與設計

2.1試驗方法

試驗標靶為3株按照標準種植間距擺放的仿真柑橘樹，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，具體如圖2所示，噴灑裝置的升降桿與仿真柑橘樹的主干距離稱為目標柱距，其值可通過米尺測量。

在試驗時，需要定時測量和記錄試驗期間的溫度、風速和相對濕度，使用清水代替農藥，對仿真柑橘果樹進行施藥作業;使用水敏紙采集霧滴，通過掃描儀進行掃描;使用霧滴分析軟件將掃描圖片進行處理和數據統計;運用SPSS軟件，對數據觀測、比較、分析檢驗值以及顯著性結果。

2.2試驗步驟

在標靶仿真柑橘果樹冠層設定上、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，面面交疊產生9條均布采樣線，每條采樣線上均勻布置D、E、F共3個重復采樣點（見圖3），依照采樣點的位置進行編號，并在每個采樣點隨機選定葉片，通過回形針在葉片的正、反面各卡住2.2cm×3.0cm大小的水敏測試卡（見圖4），該測試卡用于采集采樣點處葉片正、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。

試驗時，用清水代替農藥作為采樣溶液，進行噴灑試驗（見圖5），每組實驗后，等待水敏測試卡上的霧滴晾干，帶上橡膠手套，收集各采樣點上的水敏測試卡，放入對應編號的密封袋中，帶回實驗室，用掃描儀進行掃描，并通過霧滴分析軟件將掃描圖片進行處理、測量、統計等（如圖6所示）。

2.3試驗設計

采用自主研發的升降桿式農藥噴灑裝置，對仿真柑橘果樹實施農藥噴灑，發現擺桿角度、風速角度、目標柱距、噴孔直徑、噴霧風速、噴霧時間和噴霧壓力共7個因素對噴灑效果有影響，為了遴選出主要影響因素，以改進與優化農藥噴灑裝置的噴灑方式與過程，對以上7個影響因素實施單因素試驗，其中布點位置的影響因素存在于每一單因素試驗中，經試驗分析與判定，布點位置因素與7個因素都互為獨立，在此試驗判定基礎上經行無交互性兩因素方差分析，其中7個影響因素的5水平試驗設計如表1所示，

3方差分析的設計與判定

3.1構建無交互性兩因素模型

定義：如果因素A和因素B對試驗結果的影響是相互獨立的，則可以分別考察各自的影響，這種方差分析稱為無交互性兩因素方差分析在兩因素A與A中，因素A有r個水平A1.A2.…，Ar;因素B有S個水平B1.B2.…，Bs，方差分析表如表2所示。

3.2顯著性判定標準

在顯著水平α下，如果FA≥Fα（r-1.n-rs），則認為因素A對結果的影響顯著，否則認為因素A對結果影響不顯著;如果FB≥Fα（s-1.n-rs），則認為因素B對結果的影響顯著，否則認為因素B對結果的影響不顯著;其在顯著性判斷時，顯著性水平通常取a=O，05、0.01、0.001.統計學根據顯著性檢驗方法所得到的P值，通常用P>O，05表示差異性不顯著;0.01

4檢驗值計算與顯著性判定

4.1沉積量單指標的檢驗值與顯著性判定

農藥沉積量是指施藥后在柑橘果樹的葉子上單位面積沉積的藥量，用ug/cm²表示，對初選的7個影響因素，經行葉子正反面沉積量單指標的無交互性兩因素方差分析，數值經過統計分析軟件SPSS計算得出，通過檢驗值經行顯著性判定，匯總見表3。

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

4.2覆蓋率單指標的檢驗值與顯著性判定

農藥覆蓋率是指施藥后在柑橘果樹的葉子上附著農藥的面積占整個葉子面積的比值，用百分數表示，對初選的7個影響因素，經行葉子正反面覆蓋率單指標的無交互性兩因素方差分析，數據經過統計分析軟件sPss計算得出，通過檢驗值經行顯著性判定，匯總見表4。

從覆蓋率指標的檢驗值以及顯著性判定結果看，葉子正面覆蓋率檢驗值以及顯著性判定中，風速角度因素的影響不顯著，對葉子正面沉積量指標的影響最差，其次影響差的因素是目標柱距和噴霧風速;葉子反面覆蓋率檢驗值以及顯著性判定中，擺桿角度因素的影響顯著，對葉子反面沉積量指標的影響最差，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各自在柑橘果樹的葉子正反面的檢驗值與顯著性判定上，雖然可得知對沉積量和覆蓋率兩單指標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，因此需要經行綜合的評價指標來應用研究，以評價兩單指標對各因素的綜合影響大小以及先后順序。

5綜合評價指標的研究與應用

5.1沉積量單指標的加權計算與分析

依據各因素在葉子正反面的沉積量權重，計算得出加權數值Y1如表5所示，沉積量單指標的加權數值F最大的影響因素是噴霧時間，其次是噴孔直徑與擺桿角度，最小的是噴霧風速與風速角度;各因素沉積量單指標的加權數值y1從大到小排序為：噴霧時間>噴孔直徑>擺桿角度>目標柱距>噴霧壓力>噴霧風速>風速角度（即f>d>a>c>g>e>b）。

其中加權數值Y為因素Y1與布點位置因素YN的加權數值之和，η1為加權數值Y1與加權數值之和Y的比值，該比值反映了各因素對加權后的沉積量單指標影響關系的強軟，根據叩，的比值可知，各因素中影響最大的是噴孔直徑，其次是目標柱距與噴霧時間，最小是擺桿角度與噴霧風速;各因素叩。的比值從大到小排序為：噴孔直徑>目標柱距>噴霧時間>噴霧壓力>風速角度>擺桿角度>噴霧風速（即d>c>f>g>b>a>e）。

5.2覆蓋率單指標的加權計算與分析

依據各因素在葉子正反面的覆蓋率權重，計算得出加權數值L如表6所示，覆蓋率單指標的加權數值Y1最大的影響因素是噴霧時間，其次是噴孔直徑與噴霧壓力，最小的是擺桿角度與風速角度;各因素覆蓋率單指標的加權數值Y2從大到小排序為：噴霧時間>噴孔直徑>噴霧壓力>目標柱距>噴霧風速>擺桿角度>風速角度（即pd>g>c>e>a>b）。

其中加權數值Y'為因素Y2與布點位置因素YM的加權數值之和，η2為加權數值Y2與加權數值之和Y'的比值，該比值反映了各因素對加權后的覆蓋率單指標影響關系的強軟，根據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間，最小是噴霧風速與擺桿角度;各因素η2的比值從大到小排序為：噴孔直徑>噴霧壓力>噴霧時間>目標柱距>風速角度>噴霧風速>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的各自加權數值Y1與Y2和η1與η2的比值比較大小以及排序結果來看，兩單指標各自在柑橘果樹上的各因素影響大小及其先后順序可比較得出，但兩單指標都是評價噴灑效果好壞的依據，單從單指標去衡量各因素影響大小及其先后順序是片面的和錯誤的，以至于需要計算兩單指標的綜合評價指標來比較各因素的影響大小以及先后順序。

5.3綜合評價指標的加權計算與分析

對于沉積量和覆蓋率兩單指標加權計算與分析，綜合評價指標U同樣適用，其沉積量單指標的加權數值Y1和覆蓋率單指標的加權數值Y2的匯總表如表7所示。

依據各因素兩單指標的加權數值Y1和Y2權重，計算得綜合評價指標u如表8所示，各因素的綜合評價指標u最大的影響因素是噴霧時間，其次是噴孔直徑與噴霧壓力，最小的是噴霧風速與風速角度;各因素的綜合評價指標u從大到小排序為：噴霧時間>噴孔直徑>噴霧壓力>目標柱距>擺桿角度>噴霧風速>風速角度（即f>d>g>c>a>e>b）。

其中綜合評價指標Q為各因素綜合評價指標u和布點位置因素綜合評價指標V之和，η為綜合評價指標u與綜合評價指標之和p的比值，該比值反映了各因素對兩單指標加權后的綜合評價指標影響關系的強軟，根據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間，最小是擺桿角度與噴霧風速;各因素η的比值從大到小排序為：噴孔直徑>噴霧壓力>噴霧時間>目標柱距>風速角度>擺桿角度>噴霧風速（即d>g>f>c>b>a>e）。

6試驗分析結論

根據自主研發的升降桿式農藥噴灑裝置，依照柑橘農藥噴灑的要求，在綜合采用沉積量和覆蓋率兩單指標參數評判農藥噴灑效果的基礎上，根據無交互性兩因素方差分析的相關理論與方法，研究了擺桿角度、風速角度、目標柱距、噴孔直徑、噴霧風速、噴霧時間和噴霧壓力共7個因素對農藥噴灑效果的影響，研究表明：風速角度的葉子正面沉積量和覆蓋率兩單指標都顯示無顯著性，根據擺桿角度不同水平沉積量與覆蓋率的均值變化趨勢看，均值隨擺角的增大而相應增加，這一影響因素可根據變化趨勢來直觀調節，依據實際情況和顯著性判定，并結合綜合評價指標來綜合考慮，得出噴孔直徑、噴霧壓力、噴霧時間、目標柱距、噴霧風速為主要影響因素。