聚焦喷雾雾滴控制与精准施药-国外飞防技术研究简述

日期: 2016/10/9

据全国农技推广中心统计，我国常年化学农药制剂使用量在100万吨左右，折百原药用量在30万吨左右。目前我国农药使用大多仍以传统的背负式喷杆喷雾器喷雾为主，药液用量大、“跑、冒、滴、漏”现象严重，农药有效利用率仅30%左右，远低于发达国家。随着农村土地流转和劳动力转移，大面积快速高效施药成为植保难题，在此背景下，政府、企业和合作社合力推进飞机施药，我国飞防行业得以迅速发展，但也不可避免的遇到了一些问题。为此，本文对国外飞防及制剂研究情况进行了简单梳理。


飞防是通过通用飞机喷洒农药的一种大面积、短时期压低虫口密度的有效方法，具有其它常规措施难以比拟的优越性。相对于人工喷洒或大飞机喷洒方式，无人机的适应性更强，通过空中作业，不受山地、水田等地形因素，垄作、平作等种植方式，高秆、矮秆、林果以及作物生长周期的限制，有效解决作业难问题。植保无人机采用的GPS测速，用速度控制喷头的农药流量和雾滴分布，实现农药自动定量精准控制喷洒；此外，喷雾装备的药剂雾化质量直接影响农药在作物上的沉积分布，无人机在实现科学施药的同时，根据雾化原理，掌握喷嘴与靶标物体的距离，保证农药有效利用。试验证明无人机喷洒农药效果会高于人工喷洒，喷洒均匀，雾化好，而且直升机的螺旋桨产生的风力可以掀开植物，让农药喷到植物根部；断点续喷，漏喷重喷小；加之对作物伤害小，综合防治效果好。更重要的是与传统喷洒作业比较，实现了人机分离，农药在喷洒过程中几乎对作业者没有危害，提高了农药喷洒的安全性。

另外，飞防尤其是植保无人机防治更注重的是专业化服务和统防统治，以防为主，以治为辅。这样便可以真正解决农民“见虫打药，见病防治”的习惯，真正做到“预防为主”，也有利于生物农药和低毒农药的推广应用，减轻病虫害的发生，从源头上减少了农药的使用，实现农药使用量的“零增长”，保证农产品的品质。


美国是应用航空喷雾最发达的国家，目前有农用航空公司20多家，65%的农业化学处理由飞机承担。农用飞机以作业效率较高的有人驾驶固定冀飞机为主，农用航空作业项目除了飞机播种、施肥、施农药外，还包括人工降雨、森林灭火、空气清洁、杀灭病菌等。航空喷雾作业面积前5名的作物依次是：玉米、麦类、棉花、大豆和水稻，对森林病虫害的防控几乎100%采用航空喷雾作业。

日本无人机（雅马哈）喷洒农药已经将近30年。2012年，业内人士估计日本大概有3000多架无人植保飞机在日本农田上空作业，其中有60%的水稻田采用无人机来完成飞防喷雾，近40%的农田施药是用无人机来完成的。

国外飞防研究和实践比我国早的多，也制定了许多严格的作业标准和操作规范。如加拿大在林业上广泛使用飞机喷施杀虫剂、杀菌剂以及除草剂，每年加拿大森林平均63万公顷喷洒杀虫剂，19万公顷喷洒除草剂，用药均匀且达到单位面积雾滴数的有效覆盖。对不同类型飞机、喷雾系统、药剂沉积和飘移以及最终的防治效果，都有大量研究和操作规范，并设置不施药缓冲区（详见下表），以充分考虑林区用药对人类居住区和湖泊水域的环境敏感区的农药污染问题。

药剂	飞机类型	弥雾系统	喷施高度（m）	VDM (µM)	缓冲区（m）
草甘膦	旋转翼	Microfoil	3	3000	25
		D8-46	3	1000	25
	固定翼	TVB	10	160	50
		D8-46	10	150	50
		AU5000	10	160	50
二氯苯醚菊酯	固定翼	AU3000	10	65	100

植保无人机喷洒多采用超低量喷雾，药液浓度高、喷洒雾滴细，存在无人机下压风场等，加上单次作业面积大、速度快、气象因素（如温度、湿度、风速）等均会对飞防的效果产生影响。飞防因作业高度（3-5米）较高带来的雾滴飘移问题，不仅影响雾滴的均匀撒布和沉积粘附，而且容易对周围敏感植物或非靶生物造成影响，需要设置隔离区以降低对非靶生物和周围水域等的影响。

大量试验研究表明，飞防中喷雾器械与施药技术的改进，可以有效控制雾滴粒径和分布、降低雾滴漂移、提高防治效果。所以，飞防所用航空器的类型、雾化系统、喷头以及控制系统的精度、作业速度、喷洒高度等对施药质量起决定性作用。另外，施药时的温度、相对湿度以及风速等气象条件也影响药液雾滴的挥发、沉积、飘移和附着。在喷雾器械固定情况下，药液的粘度、动态表面张力、乳液或雾滴中固体颗粒的存在都会对雾化效果产生影响。防漂移助剂的添加可以影响雾化效果、减少小雾滴（≤50µ）产生，有效控制雾滴的飘移。

基于以上问题，目前发达国家对航空喷雾技术的研究热点主要集中在以下两个方面：一是可控雾滴技术的应用与雾滴飘移控制的研究。通过按作业要求选择适宜的喷头和喷雾参数，控制雾滴粒径、飘移率等以取得最佳喷雾效果；通过建立飞机喷雾的雾滴分布仿真数学模型，运用模型分析雾滴沉降规律，研究航高、航速、风速、雾滴粒径、不同机型对雾滴飘移的影响。二是全球性定位系统(GPS)及精准施药技术的使用。航空喷雾作业时，通过扫描软件计算不同区域(较小的面积单元)所需的农药制剂、肥料用量，进行变量喷施；随着可视化技术的发展，远程控制平台也开始得到应用，即当飞机到达作业区域时，GPS能实时将作业区域的信息图像传送到控制平台(电脑)，达到作业位置精确定位与自动导航，最终实现精确施药及喷幅精确的对接。

国内外大量研究和田间试验结果表明，现有制剂添加合适的喷雾助剂，可以解决目前飞防的实际需求。飞防助剂对药液具有以下影响和作用：

影响雾滴大小。加入合适的喷雾助剂后，药液的动态表面张力、粘度等性质发生变化，因此在相同的喷头和压力下，喷出的液滴大小发生变化。一般来说，油类喷雾助剂能够适当增加雾滴粒径。

抗漂移。雾滴粒径适度的增大，在保证较佳粒径的情况下，能够减少飘失。研究标明，在作物上方1m的地方喷雾，40μm的雾滴在下风方向能够漂移3m，下降约0.1m，就蒸发掉了，而120μm的雾滴漂移3m就可以粘附在作物上。国外研究数据标明，在相同条件下，水的飘失量为21%，加入油类飞防助剂后飘失量变为13%。

抗蒸发。研究表明，在相同条件下25%嘧菌酯SC的蒸发速度为4.28μL/(cm2·s)，而加入飞防助剂迈飛的蒸发速度为3.95μL/(cm2·s)。

促沉积。加入飞防助剂后，助剂能够帮助药液能够很好的在植物体表润湿铺展，减少了药液的流失，提高了药液的沉积。

近5年来，我国无人机植保发展迅速，但在药剂与助剂方面研究较少，虽有一些企业登记飞防专用剂型，但已取得登记证的产品不多，生产中仍以常规药剂添加喷雾助剂的方式为主，相关企业关于飞防药剂助剂的研究还需加强。

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