植保無(wú)人機(jī)噴施除草劑噴頭選擇及參數(shù)優(yōu)化*

謝英杰，王國(guó)賓，王寶聚，單常峰，蘭玉彬, 3

(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，255022；2. 國(guó)家精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)航空施藥技術(shù)國(guó)際聯(lián)合研究中心山東理工大學(xué)分中心，山東淄博，255022；3. 山東省農(nóng)業(yè)航空智能裝備工程技術(shù)研究中心，山東淄博，255022)

通訊作者：蘭玉彬，男，1961年生，吉林農(nóng)安人，博士，教授，博導(dǎo)；研究方向?yàn)榫珳?zhǔn)農(nóng)業(yè)航空。E-mail: ylan@sdut.edu.cn

0 引言

小麥分為冬小麥和春小麥，是我國(guó)第二大糧食作物，有著悠久的種植歷史。據(jù)統(tǒng)計(jì)，其種植面積占全國(guó)耕地總面積的30%，約30 000 khm2；總產(chǎn)量占全國(guó)糧食總產(chǎn)量的22%，約1億t，僅次于水稻[1]。然而近年來(lái)，小麥田中雜草種類(lèi)不斷增加，通過(guò)爭(zhēng)奪光照、生存空間以及水肥等必需養(yǎng)分嚴(yán)重抑制小麥生長(zhǎng)發(fā)育，導(dǎo)致小麥減產(chǎn)[2]。雜草危害嚴(yán)重時(shí)，減產(chǎn)率達(dá)30%以上，成為制約小麥生產(chǎn)的重要因素之一[3]。

現(xiàn)階段，針對(duì)小麥草害的防治主要以人工噴施、地面機(jī)械噴施和航空噴施的農(nóng)藥噴施方式為主[4-5]。其中，傳統(tǒng)的人工噴施及地面機(jī)械噴施方式存在效率低、耗時(shí)長(zhǎng)、作業(yè)成本高、藥劑有效利用率低等問(wèn)題[6-7]。在下田作業(yè)過(guò)程中，由于人員踏田及機(jī)械碾壓的影響，易出現(xiàn)壓苗現(xiàn)象，嚴(yán)重?fù)p害作物生長(zhǎng)及土壤結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致減產(chǎn)[6-8]。同時(shí)，傳統(tǒng)地面噴施的用藥與用水量較大，不僅導(dǎo)致農(nóng)藥浪費(fèi)，還易對(duì)周邊環(huán)境造成污染,且操作人員也面臨農(nóng)藥中毒的風(fēng)險(xiǎn)[9]。而航空噴施作為新型噴施方式，消除了傳統(tǒng)施藥方式存在的種種弊端，逐漸成為人們首選的高效噴施作業(yè)方式[10]。

植保無(wú)人機(jī)(UAV)是當(dāng)今農(nóng)藥噴施過(guò)程中新的噴灑手段，近幾年來(lái)逐漸引起人們的關(guān)注并廣泛應(yīng)用到各類(lèi)農(nóng)作物的施藥階段，是農(nóng)業(yè)航空領(lǐng)域重要組成部分[11]。與傳統(tǒng)地面施藥器械相比，植保無(wú)人機(jī)的優(yōu)勢(shì)突出：其具有良好的機(jī)動(dòng)性，工作效率高；使用專(zhuān)業(yè)飛防藥劑，用藥成本低；添加專(zhuān)用飛防助劑，均勻性和穿透性更好[12-13]。并且植保無(wú)人機(jī)機(jī)身小不需要建立特定機(jī)場(chǎng)[7]，受地形環(huán)境因素的限制小，解決了小麥生長(zhǎng)過(guò)程中大型機(jī)械難以下田的問(wèn)題，消除了對(duì)作物及土壤產(chǎn)生的機(jī)械損害[14-15]。同時(shí)，無(wú)人機(jī)施藥過(guò)程人機(jī)分離，其產(chǎn)生的下旋氣流有效減少藥劑的飄移，不僅降低了施藥人員農(nóng)藥中毒的風(fēng)險(xiǎn)，而且在很大程度上減少了對(duì)周邊環(huán)境的污染[7]。

隨著農(nóng)業(yè)航空施藥技術(shù)的廣泛應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者針對(duì)不同因素影響植保無(wú)人機(jī)噴施霧滴的沉積性進(jìn)行了大量試驗(yàn)與研究[16-17]。其中包括噴霧參數(shù)[18]、作物類(lèi)型[10-18]和氣候參數(shù)[19-20]等因素。王玲[21]通過(guò)數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)多旋翼植保無(wú)人機(jī)進(jìn)行了多因素沉積規(guī)律仿真研究，發(fā)現(xiàn)氣流速度、噴霧高度、噴頭噴施角度相較于霧滴粒徑對(duì)霧滴沉積規(guī)律的影響更為顯著。文晟等[22]發(fā)現(xiàn)當(dāng)噴嘴出口直徑從1增大至1.5 mm，噴霧流量平均增大了46.23%，產(chǎn)生霧滴的平均直徑平均增大了15%，噴嘴出口直徑是噴嘴霧化性能的主要影響因素。Berger等[23]通過(guò)大噴霧體積研究了XR和AI噴嘴對(duì)噴霧覆蓋霧滴百分比的影響，發(fā)現(xiàn)噴霧覆蓋百分比分別為 47.0% 和 28.0%。在除草性能方面，XR噴嘴在處理區(qū)防治效果高于AI噴嘴。

其次，不同類(lèi)型作物的霧滴沉積效果也不同。陳盛德等[24]研究了HY-B-10L型單旋翼電動(dòng)無(wú)人直升機(jī)在不同作業(yè)參數(shù)下對(duì)雜交水稻植株冠層噴施作業(yè)的霧滴沉積分布效果；秦維彩等[25]通過(guò)改變N-3型無(wú)人直升機(jī)的作業(yè)高度和噴灑幅度對(duì)玉米作物進(jìn)行噴施試驗(yàn)，研究了噴灑參數(shù)對(duì)玉米層的霧滴沉積分布的影響。Pan等研究發(fā)現(xiàn)在植物籬形和開(kāi)放中心形樹(shù)冠上，霧滴分布性能優(yōu)于圓頭形植物。Wang等發(fā)現(xiàn)小麥作物冠層的霧滴沉積大于中層和下層。此外，氣候參數(shù)也影響了霧滴的沉積分布。Wang等發(fā)現(xiàn)不同風(fēng)速對(duì)霧滴沉積產(chǎn)生不同程度的影響，風(fēng)速越大，霧滴沉積量越少。Hunter等[20]也發(fā)現(xiàn)霧滴沉積受到大氣穩(wěn)定性的影響，穩(wěn)定的大氣條件可以增加霧滴沉積。魯文霞[26]發(fā)現(xiàn)一定的風(fēng)速有利于霧滴的沉積，當(dāng)風(fēng)速為2.5 m/s時(shí)，沉積區(qū)霧滴沉積效果最好。

當(dāng)前，我國(guó)植保行業(yè)仍處于發(fā)展中階段，為掌握植保無(wú)人機(jī)航空噴施霧滴沉積規(guī)律，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)作物的精準(zhǔn)施藥，需對(duì)植保無(wú)人機(jī)精準(zhǔn)施藥基礎(chǔ)理論和技術(shù)開(kāi)展深入研究[10]。

現(xiàn)階段，我國(guó)無(wú)人機(jī)行業(yè)發(fā)展迅速，植保無(wú)人機(jī)種類(lèi)主要以單旋翼油動(dòng)、單旋翼電動(dòng)、多旋翼油動(dòng)及多旋翼電動(dòng)等為主。然而，由于不同機(jī)型的機(jī)身構(gòu)造各不相同，在病蟲(chóng)害防治過(guò)程中，對(duì)作業(yè)高度及速度、噴施流量以及霧滴粒徑等作業(yè)參數(shù)的要求也不同，且不同作物的病蟲(chóng)害發(fā)生特點(diǎn)不同，需要設(shè)置的噴施參數(shù)也不同。在植保無(wú)人機(jī)的應(yīng)用過(guò)程中，需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境與防治對(duì)象的問(wèn)題特點(diǎn)，有針對(duì)性的設(shè)置試驗(yàn)優(yōu)選出最佳作業(yè)參數(shù)，再在實(shí)踐中推廣應(yīng)用。

因此，本研究應(yīng)用小型四旋翼植保無(wú)人機(jī)進(jìn)行了冬小麥除草劑噴施的田間試驗(yàn)，探究不同噴頭類(lèi)型在不同的噴施流量下霧滴沉積分布效果的影響，以期為應(yīng)用同類(lèi)型機(jī)械防治麥田草害提供科學(xué)的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)備

本試驗(yàn)采用電動(dòng)四旋翼植保無(wú)人機(jī)T20，其機(jī)械構(gòu)造參見(jiàn)圖1。四旋翼植保無(wú)人機(jī)T20標(biāo)配RTK厘米級(jí)定位功能，實(shí)現(xiàn)高精度實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)學(xué)差動(dòng)定位，同時(shí)搭載全向數(shù)字雷達(dá)，可對(duì)水平全向障礙物進(jìn)行識(shí)別，具備自動(dòng)繞障及仿地飛行功能，充分保障作業(yè)安全，解決了復(fù)雜地形作業(yè)難的問(wèn)題。T20采用壓力式左右雙噴頭布局，噴灑分布更加均勻，其外形尺寸(長(zhǎng)×寬×高)為2 509 mm×2 213 mm×732 mm，最大載藥量為20.0 L，飛行作業(yè)速度為3.0 m/s，作業(yè)高度為2.0 m，有效噴幅寬度為5.0 m，噴頭間距為1 332 mm。

大數(shù)據(jù)首先肯定會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)的數(shù)量有一個(gè)基本的要求，體現(xiàn)在大數(shù)據(jù)上最關(guān)鍵的能力就是對(duì)數(shù)據(jù)采集發(fā)掘的能力，只有將所需要的數(shù)據(jù)深度、大范圍的發(fā)掘、采集到才是“大”的直接體現(xiàn)。因此對(duì)大數(shù)據(jù)時(shí)代而言，最為直觀就是計(jì)算機(jī)對(duì)于數(shù)據(jù)采集能力的大。

圖1 T20四旋翼電動(dòng)無(wú)人機(jī)Fig. 1 T20 four-rotor electric unmanned aerial vehicle

1.2 試驗(yàn)場(chǎng)所及環(huán)境氣候

本試驗(yàn)于2020年11月在山東省淄博市臨淄區(qū)禾豐種業(yè)生態(tài)無(wú)人農(nóng)場(chǎng)(E118.224965°；N36.950887°)進(jìn)行，試驗(yàn)對(duì)象為2020年10月播種的“齊民6號(hào)”冬小麥，其株高10.0±1.0 cm，株距15.0 cm，種植密度3.3×106株/hm2。試驗(yàn)期間為小麥三至五葉期的冬前除草時(shí)期，闊葉雜草為田間主要雜草類(lèi)型，其密度為5～35株/m2。為避免室外試驗(yàn)中風(fēng)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，在上風(fēng)向遠(yuǎn)離航線、離地2.0 m處布置Kestrel5500Link微型氣象站，記錄時(shí)間間隔為5 s，實(shí)時(shí)記錄試驗(yàn)過(guò)程中的溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向等氣象信息，詳見(jiàn)圖2。噴施作業(yè)當(dāng)日(2020年11月25日)，平均溫度5.5 ℃，相對(duì)濕度43.6%～61.3%，風(fēng)速0～0.2 m/s，風(fēng)向?yàn)楸憋L(fēng)。圖3為臨淄區(qū)近一周內(nèi)的溫度變化。

圖2 氣象站設(shè)置Fig. 2 Weather station setting

圖3 臨淄區(qū)近一周內(nèi)的溫度變化Fig. 3 Temperature changes in Linzi District in the past week

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與材料

本試驗(yàn)選用小麥田闊葉除草劑銳超麥TM，其有效成分為10%雙氟磺草胺和10%氟氯吡啶酯。本試驗(yàn)共設(shè)置8個(gè)處理，研究了噴頭類(lèi)型和噴液量對(duì)霧滴沉積的影響。試驗(yàn)田面積約為50.0 m×20.0 m，各處理采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每個(gè)處理設(shè)置3次重復(fù)，以減少田間試驗(yàn)供試地塊環(huán)境因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果帶來(lái)的誤差。其中，使用DG11003型和SX11001VS型兩種噴頭，設(shè)置7.5、15.0、22.5、30.0 L/hm2四種不同噴液量。具體試驗(yàn)處理設(shè)計(jì)詳見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)處理設(shè)計(jì)Tab. 1 Test treatment design

1.3.2 采樣點(diǎn)布置

試驗(yàn)共設(shè)置3組重復(fù)采樣帶，各采樣帶間距相等為10.0 m，由于T20植保無(wú)人機(jī)有效噴幅為5.0 m，故采樣帶總長(zhǎng)度10.0 m。圖4為T(mén)20植保無(wú)人機(jī)噴施作業(yè)采樣點(diǎn)布置圖，從左到右進(jìn)行標(biāo)記，第一個(gè)采樣點(diǎn)記為0 m，最后一個(gè)采樣帶記為10.0 m，每條采樣帶共設(shè)置11個(gè)采樣點(diǎn)。

圖4 采樣點(diǎn)布置Fig. 4 Sampling point arrangement

1.4 數(shù)據(jù)采集與處理

1.4.1 數(shù)據(jù)采集

本試驗(yàn)所用示蹤劑誘惑紅，純度為85%。誘惑紅是一種水溶性、低毒、高回收率的示蹤劑，廣泛應(yīng)用于此類(lèi)研究中[27-28]。場(chǎng)地測(cè)試設(shè)置如圖5所示，使用卡羅米特卡片(20 mm×80 mm)對(duì)霧滴進(jìn)行采集，將卡羅米特卡片水平固定在距地面10.0 cm即小麥冠層處的塑料板上，用于測(cè)量霧滴沉積(霧滴密度及霧滴覆蓋率)。當(dāng)藥液噴施至小麥冠層后，待卡上霧滴干燥，將其收集于自封袋中，密封，標(biāo)記編號(hào)，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行處理。在短時(shí)間內(nèi)，用GT1500型愛(ài)普生掃描儀在600 dpi 的分辨率下對(duì)卡羅米特卡片進(jìn)行掃描并儲(chǔ)存。然后，使用DepositScan圖像處理軟件對(duì)掃描后的圖像進(jìn)行處理分析，得出T20植保無(wú)人機(jī)在不同作業(yè)參數(shù)下的霧滴覆蓋率及霧滴密度[29]。

圖5 場(chǎng)地測(cè)試設(shè)置Fig. 5 Test setup in the field

1.4.2 數(shù)據(jù)處理

本試驗(yàn)通過(guò)SPSSv19.0及Microsoft Office Excel 2019軟件對(duì)數(shù)據(jù)分析檢驗(yàn)，所有圖表均通過(guò)Origin 8.0繪制。為了表征試驗(yàn)中各采集點(diǎn)之間的霧滴沉積均勻性，本試驗(yàn)采用變異系數(shù)(CV)來(lái)表征試驗(yàn)中無(wú)人機(jī)有效噴幅區(qū)內(nèi)的各采集點(diǎn)之間的霧滴沉積均勻性[30]，變化系數(shù)越低，霧滴分布越均勻，計(jì)算公式如式(1)和式(2)所示。

(1)

(2)

Xi——每個(gè)采樣點(diǎn)的霧滴密度(或霧滴覆蓋率百分比)，個(gè)/cm2(或%)；

n——每個(gè)試驗(yàn)組的采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)，個(gè)。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同噴液量及噴頭類(lèi)型下的霧滴覆蓋率

不同噴液量下兩種噴頭類(lèi)型的霧滴覆蓋率如圖6所示。隨著噴液量及噴頭類(lèi)型的不同，霧滴覆蓋率也表現(xiàn)出一定的差異。當(dāng)噴液量為15.0 L/hm2及30.0 L/hm2時(shí)，防飄噴頭DG11003噴施效果較好，其霧滴覆蓋率均高于原裝噴頭SX11001VS；而當(dāng)噴液量為22.5 L/hm2時(shí)，結(jié)果相反，大疆原裝噴頭SX11001VS噴施效果明顯高于防飄噴頭DG11003。同時(shí)，對(duì)防飄噴頭DG11003而言，隨著噴液量的增加，霧滴覆蓋率逐漸增加；而對(duì)于原裝噴頭SX11001VS而言，當(dāng)噴液量≤22.5 L/hm2時(shí)，其霧滴覆蓋率隨著噴液量的增加而增大，當(dāng)噴液量為30 L/hm2時(shí)，其霧滴覆蓋率出現(xiàn)一定程度降低。霧滴覆蓋率是霧滴沉積的重要參數(shù)，也是評(píng)價(jià)噴施效果的重要指標(biāo)。由于不同噴頭類(lèi)型產(chǎn)生的霧滴粒徑不同，其霧滴覆蓋率也隨之變化。本試驗(yàn)選用的防飄噴頭DG11003產(chǎn)生霧滴粒徑較大，當(dāng)噴液量為15 L/hm2及30.0 L/hm2時(shí)，其噴施效果較好，霧滴覆蓋率均高于原裝噴頭SX11001VS。噴液量對(duì)霧滴覆蓋率也有很大的影響。已有的研究也證實(shí)了這一點(diǎn)，如范鑫等[31]采用三因素五水平的正交試驗(yàn)方法，研究極飛P30植保無(wú)人機(jī)對(duì)結(jié)莢期花生航空施藥時(shí)不同飛行參數(shù)對(duì)霧滴覆蓋率、霧滴密度和霧滴沉積量的影響，結(jié)果表明：噴液量對(duì)三種霧滴沉積特性的影響均為極顯著。Wang等[32]研究了三種噴液量(9.0、16.8、28.1 L/hm2)對(duì)霧滴覆蓋率的影響，發(fā)現(xiàn)霧滴覆蓋率隨著噴液量增加而增加。

兩種噴頭類(lèi)型及噴液量的相互作用導(dǎo)致了不同的霧滴覆蓋率，對(duì)除草劑在麥田中的藥效有重要影響。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在71%除草劑噴施試驗(yàn)中，其藥效會(huì)隨著霧滴粒徑的減小而增加；在44%除草劑噴施試驗(yàn)中，隨著噴液量的增加其藥效也隨之增加[33]。因此，通過(guò)對(duì)冬小麥田間除草試驗(yàn)霧滴覆蓋率的研究可以看出，冬小麥的田間除草效果受?chē)婎^類(lèi)型及噴液量的影響。在實(shí)際施藥過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)具體的施藥類(lèi)型及施藥環(huán)境選定適合的噴液量等作業(yè)參數(shù)，因地制宜，優(yōu)選出最合適的施藥方案。

圖6 不同噴液量下的霧滴覆蓋率Fig. 6 Percentage of spray coverage under different spray volume

2.2 不同噴液量及噴頭類(lèi)型下的霧滴密度

圖7為兩種噴頭在不同噴液量參數(shù)下噴施作業(yè)的霧滴密度試驗(yàn)結(jié)果。噴液量一定時(shí)，使用防飄噴頭DG11003噴施作業(yè)下霧滴密度均大于原裝噴頭SX11001VS，且存在顯著差異。噴液量為15.0 L/hm2時(shí)差異最為顯著，防飄噴頭DG11003的霧滴密度比原裝噴頭SX11001VS高出163.7%。對(duì)于兩種噴頭類(lèi)型，霧滴密度均隨噴液量的增加而增加，但當(dāng)噴液量≥15.0 L/hm2時(shí)，對(duì)于防飄噴頭DG11003影響較小。應(yīng)用防飄噴頭DG11003時(shí)，不同噴液量下的霧滴密度分別為27.9、69.9、69.9、73.0個(gè)/cm2；而應(yīng)用原裝噴頭SX11001VS時(shí)，不同噴液量下的霧滴密度僅為13.7、26.5、47.2、37.1個(gè)/cm2。

圖7 不同噴液量下的霧滴密度Fig. 7 Number of droplets under different spray volume

霧滴密度是影響除草劑藥效的關(guān)鍵因素之一[34]。霧滴密度的增大可以增加農(nóng)藥與靶標(biāo)接觸的概率，從而提高麥田草害防治效果，即使是高濃度農(nóng)藥也需要一定的霧滴密度才能達(dá)到良好的防治效果。Merritt[35]在對(duì)除草劑防效的研究中發(fā)現(xiàn)百草枯在用量一定的情況下，噴施不同霧滴密度對(duì)其防效影響不大，但草甘膦的防治效果隨著霧滴密度的增大而增加。Xu等[36]在對(duì)稻縱卷葉螟防治試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)霧滴密度超過(guò)一定數(shù)量時(shí)，減少氯蟲(chóng)苯甲酰胺的使用量仍對(duì)稻縱卷葉螟有一定的防治效果；當(dāng)?shù)腿萘繃婌F時(shí)，可通過(guò)增加霧滴密度提高氯蟲(chóng)苯甲酰胺的防治效果。有研究表明，霧滴密度隨著霧滴粒徑的減小而增加[37-38]，但微小的霧滴會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的飄移問(wèn)題[39-40]。本研究選用的防飄噴頭DG11003在一定程度上緩解了霧滴的飄移問(wèn)題。在相同噴液量下，防飄噴頭DG11003的霧滴密度顯著大于原裝噴頭SX11001VS，對(duì)于冬小麥田間除草具有更好的防治效果。同時(shí)，有研究表明隨著噴液量的增大霧滴密度也會(huì)隨之增加，但當(dāng)噴液量較大時(shí)，由于霧滴更容易發(fā)生重疊，霧滴粒徑對(duì)霧滴密度的影響不大[41-42]。這也就解釋了當(dāng)噴液量≥15.0 L/hm2時(shí)，噴液量的增加對(duì)防飄噴頭DG11003霧滴密度的影響不大。因此，在應(yīng)用四旋翼植保無(wú)人機(jī)T20進(jìn)行冬小麥田間除草作業(yè)時(shí)，不僅要考慮噴液量及噴頭類(lèi)型的影響，還要綜合考慮農(nóng)藥種類(lèi)、除草時(shí)間等因素。

2.3 不同噴液量及噴頭類(lèi)型下的霧滴沉積分布

較高的霧滴覆蓋率及霧滴密度，以及均勻的霧滴分布是麥田除草作業(yè)取得較好防治效果的前提。圖8、圖9分別為不同處理在各采樣點(diǎn)處的霧滴覆蓋率及霧滴密度，其中SV表示噴液量，CV表示變異系數(shù)，平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差，變異系數(shù)的變化范圍分別為40.0%～73.4%和42.4%～62.0%。由圖8可知，噴頭類(lèi)型及噴液量對(duì)霧滴覆蓋率分布影響無(wú)顯著差異。而由圖9可知，對(duì)于霧滴密度分布而言，相較于防飄噴頭DG11003，原裝噴頭SX11001VS在同一噴液量情況下變異系數(shù)較大，沉積分布效果較差。當(dāng)噴液量為7.5 L/hm2、噴頭類(lèi)型為原裝SX11001VS時(shí)，除草劑霧滴覆蓋率和霧滴密度分布最均勻，變異系數(shù)分別為40.0%和42.4%。當(dāng)噴液量為22.5 L/hm2、噴頭類(lèi)型為防飄DG11003時(shí)，霧滴覆蓋率分布最差，變異系數(shù)為73.4%。當(dāng)噴液量為30.0 L/hm2、噴頭類(lèi)型為原裝SX11001VS時(shí)，霧滴密度分布最差，變異系數(shù)為62.0%。

(a) T1 SX11001VS

(b) T2 SX11001VS

(c) T3 SX11001VS

(d) T4 SX11001VS

(e) T5 DG11003t

(g) T7 DG11003

(h) T8 DG11003圖8 不同處理在各采樣點(diǎn)處的霧滴覆蓋率Fig. 8 Percentage of spray coverage of different treatment at each sampling point

霧滴沉積分布的均勻性影響著麥田病蟲(chóng)害的防治效果，均勻性差，不僅會(huì)降低藥效，增加藥劑用量甚至?xí)黾訉?duì)環(huán)境的污染，因此，掌握霧滴沉積分布的均勻性規(guī)律對(duì)控制施藥噴灑過(guò)程具有重要意義[33]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)同一噴頭而言，隨著噴液量的增加，霧滴覆蓋率隨之增大，而霧滴沉積穩(wěn)定性逐漸降低，尤其靠近航線附近，出現(xiàn)這一情況的原因可能是植保無(wú)人機(jī)產(chǎn)生的風(fēng)場(chǎng)對(duì)霧滴的沉積產(chǎn)生了一定影響。已有大量研究證實(shí)了這種假設(shè)，余文勝等[43]對(duì)霧滴在茶樹(shù)冠層沉積分布影響研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)飛行作業(yè)高度較高時(shí)，無(wú)人機(jī)下方產(chǎn)生的旋翼風(fēng)場(chǎng)減弱，由此降低了霧滴飄移和流失，提高了霧滴分布均勻性。Ahmad等[44]研究發(fā)現(xiàn)，旋翼風(fēng)使在霧滴沉積過(guò)程中無(wú)法均勻分布。另外，王昌陵等[45-46]也通過(guò)研究側(cè)風(fēng)對(duì)單旋翼無(wú)人機(jī)噴霧霧滴產(chǎn)生的影響發(fā)現(xiàn)，側(cè)風(fēng)通過(guò)改變無(wú)人機(jī)旋翼下旋氣流場(chǎng)垂直于地面下方的強(qiáng)度，從而減弱了旋翼下旋氣流對(duì)霧滴的下壓作用。袁會(huì)珠等[47]也總結(jié)發(fā)現(xiàn)除草劑在使用過(guò)程中的飄移受到霧滴譜、氣象條件(如風(fēng)速)等多種因素的影響，而不同噴頭類(lèi)型是影響霧滴譜的主要因素。綜合本試驗(yàn)對(duì)霧滴沉積分布均勻性的影響可以得出，相比較而言，由于防飄噴頭DG11003產(chǎn)生的霧滴粒徑較大，在冬小麥田間除草劑噴施作業(yè)過(guò)程對(duì)霧滴沉積效果更好，但植保無(wú)人機(jī)的具體操作參數(shù)仍需根據(jù)藥劑類(lèi)型、施藥環(huán)境等因素綜合考慮。

(a) T1 SX11001VS

(b) T2 SX11001VS

(c) T3 SX11001VS

(d) T4 SX11001VS

(e) T5 DG11003

(f) T6 DG11003

(g) T7 DG11003

(h) T8 DG11003圖9 不同處理在各采樣點(diǎn)處的霧滴密度Fig. 9 Number of droplets of different treatment at each sampling point

3 結(jié)論

本試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)研究了冬小麥除草劑田間噴施作業(yè)過(guò)程中兩種不同噴頭類(lèi)型(防飄噴頭DG11003、原裝噴頭SX11001VS)及四種不同噴液量大小(7.5、15.0、22.5及30.0 L/hm2)對(duì)霧滴沉積的影響，選取霧滴覆蓋率及霧滴密度來(lái)反映霧滴的沉積效果。研究結(jié)論如下。

1) 防飄噴頭DG11003的霧滴密度(27.9～73.0個(gè)/cm2)顯著大于原裝噴頭SX11001VS(13.7～47.2個(gè)/cm2)，而對(duì)于霧滴覆蓋率二者無(wú)顯著差異，其變化范圍分別為2.1%～10.4%及2.0%～9.9%；同時(shí)霧滴覆蓋率及密度均隨噴液量增大而增大。

2) 根據(jù)不同處理霧滴沉積的變異系數(shù)差異可以看出，噴液量對(duì)霧滴沉積的均勻性無(wú)顯著影響。但兩種噴頭類(lèi)型在冬小麥除草劑噴施作業(yè)過(guò)程中對(duì)霧滴沉積影響差異顯著，防飄噴頭DG11003變異系數(shù)較小，對(duì)霧滴沉積效果更好，其霧滴覆蓋率及霧滴密度變異系數(shù)的變化范圍分別為43.6%～73.4%及46.0%～49.4%。

綜合分析結(jié)果表明，噴頭類(lèi)型及噴液量是影響植保無(wú)人機(jī)農(nóng)藥噴施過(guò)程中影響霧滴沉積的重要因素，其中防飄噴頭DG11003在冬小麥田除草劑噴施作業(yè)時(shí)，霧滴沉積分布效果較好。