飘移控制喷雾施药技术研究进展

范小博，邓　巍，吴桂芳

(1.北京农业智能装备技术研究中心，北京　100097；2.国家农业智能装备工程技术研究中心，北京　100097；3.农业部农业信息技术重点实验室，北京　100081；4.农业智能装备技术北京市重点实验室，北京　100097；5.内蒙古农业大学 机电工程学院，呼和浩特　010018)



飘移控制喷雾施药技术研究进展

范小博1,2,3,4,5，邓巍1,2,3,4，吴桂芳5

(1.北京农业智能装备技术研究中心，北京100097；2.国家农业智能装备工程技术研究中心，北京100097；3.农业部农业信息技术重点实验室，北京100081；4.农业智能装备技术北京市重点实验室，北京100097；5.内蒙古农业大学 机电工程学院，呼和浩特010018)

摘要：农药雾滴飘移是造成药液流失、环境污染、病害防治效果低的重要原因。非目标的雾滴飘失导致了水土污染，人畜中毒，环境恶化等大量问题。为了增强作物种植中施药喷雾对病虫害的防治效果，提高化学农药的使用效率，节省农民的种植成本，减轻农药对环境的污染和人员的伤害，针对喷雾过程中现存的大量问题,结合了目前国内农药的使用现状及相关飘移控制技术的发展，通过对辅助式喷雾、低量低压喷雾、变量喷雾、静电喷雾、抗飘移喷头和农药改善配方的使用等几个方面综述了目前防飘移技术的研究进展，并对其进行综合，提出了一种可行的缓解农药污染的防飘移方案。

关键词：雾滴飘移；沉积；农药防治；飘移控制；环境保护

0引言

目前，中国是世界上最大的农药使用国，据统计，我国每年农药喷施面积达1.67亿hm2，而其中有0.133亿hm2被农药所污染，占全国耕地面积的1/7以上。喷雾机喷洒出去的农药中约有25%～50%能在作物上沉积，不足1%沉积在靶标害虫上，能真正起到杀虫作用的药剂只有不到0.03%，约有20%～30%以上的细小农药雾滴会随气流飘移至非靶标区域[1-5]。农药飘移至作业区域以外，不仅会浪费农药、降低对病虫害的防治效果，而且会污染环境、危害周围人群的身体健康。随着人们对粮食需求的增加及对环境保护和食品安全的日益关注，农药飘移所带来的问题已经受到了越来越多人的重视[6-7]。如何减少农药飘失，提高农药使用率，减轻对环境的污染是摆在我们面前一个必须解决的问题。

飘移存在着两种方式：飞行飘移或粒子飘移和蒸发飘移[3]。雾滴飘移的影响因素有很多，如药液特性、雾滴粒径、喷洒高度、喷雾压力、气象因素及环境条件等等。风速和风向影响雾滴沉积；空气相对湿度和温度影响雾滴粒径，高温加强了蒸发；喷头的设计、喷孔的尺寸、操作压力和夹带的空气影响了喷雾雾滴的尺寸和速率。与此同时，液滴的运动轨迹、沉降速度、喷雾羽流孔隙度也会影响雾滴的沉积；而其中决定农药飘移和沉降的关键因素是雾滴的粒径[8-12]。

本文通过对喷雾雾滴飘移的论述，从辅助式喷雾、低量低压喷雾、变量喷雾、静电喷雾、抗飘移喷头和农药配方的使用等几个方面对飘移控制技术展开了评述，并对其在未来的综合运用进行了展望。

1辅助式防飘移喷雾

辅助式喷雾技术是指利用辅助式的气流装置，包括截流式风扇、高压离心风机、轴流式风机、风幕式喷雾机、风帘型风送式喷雾机等在进行喷雾时利用风机产生的气流将雾滴输送至靶标；携带有细小雾滴的气流驱动果树叶片翻动，使叶片的正、反面都能着药，大大提高了药液在靶标上的覆盖密度和均匀度，可使药液的利用率达到30%以上，显著降低施药雾滴的飘移，提高其利用率。

1.1风送式防飘移喷雾

风送式喷雾技术主要指应用于果园农药喷洒的风助式喷雾器，由一个截流式风扇与不同型号和数量的喷嘴组成。喷嘴喷出的雾滴处在风扇形成的空气流之中，在高压和风的剪切作用下，雾滴由空气流输送到树冠的各个部位，作用于靶标病害上，以此来减少药物的飘失和对环境的污染[13]。相对于常规喷雾对植株上层病害的控制，风助式喷雾能够提供中层至下层及良好的叶下覆盖，促进药液雾滴在叶片中的深层穿透，使粒径较小的雾滴更容易沉积在靶标上，减少雾滴飘失。风助式喷雾技术较常规喷杆喷雾可以将雾滴飘移降低至50%～90%[3]。

国内对风送式防飘移喷雾技术进行了大量的研究，已取得了一定的成果。祁力钧[13]等进行了风助式喷雾器在果树上的喷雾分布试验，测试了不同高度、风扇转速和不同流量喷头组合的喷雾器产生的雾滴在树冠中间的分布。试验表明：喷头的排列方式对农药雾滴在目标作物上的分布均匀性有较大的影响；高风速、风扇高位和喷头低位是能够改善雾滴飘移沉积的比较理想的设置组合。傅泽田[14]等基于CFD模拟建立了Hardi LB-225型果园风送式喷雾机气流场速度分布模型，分别研究了与风扇中心不同的距离、进口气流速度变化和喷头体对气流速度场模拟与分布特性的影响。试验结果表明：喷头体对气流速度场分布有显著影响，能使气流速度分布产生波动，有利于增强药液沉积的均匀性和雾滴在树冠中的穿透性，可以有效减少雾滴的飘移。祁力钧[15]等基于CFD技术建立了HardiLB-225型果园风送式喷雾机雾滴沉积分布模型，研究结果表明：雾滴空中飘移总量、地面沉积量和沉积过程中的蒸发量，都随与风扇中心距离的增加而增加。

何雄奎[16]等进行了果园喷雾机风速对雾滴的沉积分布的影响研究，采用从德国进口的Myers-1200风送式喷雾机，检测了风机传动比为1:3.5、出口风速是35m/s、风量为45 000m3/h 时和风机传动比为1:4、出口风速为42m/s、风量为60 000 m3/h时叶片单位面积上的药液沉积量。试验结果表明：雾滴在冠层内的穿透性和沉积量与风速呈正相关，风机风速愈大，雾滴的穿透性越好，沉积在目标作物上的雾滴就越多，从而可以有效控制农药雾滴的飘移。孙国祥[17]等，进行了基于CFD离散相雾滴沉积特性的模拟分析，试验在合适的边界条件参数下，对高度为0.25～2m、风速为0～3m/s变化范围内的雾滴沉积特性进行了研究。结果表明：雾滴的沉积量随喷雾高度和风速的增加逐渐减小；当喷雾高度为0.25m、风速为0时，沉积量有最大值为100%；当喷雾高度为2m, 风速为3m/s时，沉积量有最小值为7.2%，其沉积率最大值和最小值分别为79.07%和3.98%。王仰龙[18]等利用ANSYS Workbench有限元软件对果园风送喷雾机风机叶片进行了模态分析，首先采用Pro/E对轴流风机叶轮进行了三维实体建模，然后将其导入到ANSYS Workbench中进行模态分析。结果表明：轴流叶片的主要振动是弯曲、扭转振动及两者的融合振动，在设计时应加强叶片的弯曲强度，对轴流风机叶片进行固有频率和外界激励频率的校核，避免共振的发生，以此可以提高果园风送喷雾机的性能，从而有效减少飘移的发生，提高农药利用率。

1.2风送液力式防飘移喷雾

风送液力式喷雾技术主要是利用高压离心风机产生的气流将农药雾化，药液经雾化后，雾滴变得更加均匀，其直径一般为50～150um；在辅助气流的作用下，目标作物的叶片更易发生翻动，此时雾滴的穿透能力得到显著加强，可以深入作物内部，弥漫至整个叶片空间，并能较长久地悬浮在空气中。通过触杀和熏蒸作用消灭病虫害，此项技术可以有效的减少雾滴飘移，增加药液的附着率，减少农药使用量，降低生产成本，提高防治效果[19-20]。

彭军[19]等利用FLUENT软件对风送液力式超低量喷雾装置的风筒及其延长区域进行了模拟分析，结果表明：在风筒中安装起涡器叶片后，能够对液体的雾化起到很好的改善作用，并减少细小雾滴的飘移。茹煜[20]等得出了风送液力式喷雾技术具有如下优势：

1)可以减少化学农药的使用，降低生产成本，提高农药对病害的防治效果。在辅助风扇产生的气流作用下，目标作物叶片容易发生翻动，药液雾滴穿透能力得到加强，可以深入作物内部，对于稠密作物中下部的病虫害有很好的防治效果。

2)有利于促进低量喷雾技术的推广应用。风送液力式喷雾技术可以有效减少细小雾滴的飘移，为实现低量喷雾提供保障。

3)可以有效提高喷雾作业生产率。在辅助气流的作用下，细小雾滴的飘失大大减少，可以在较高的前进的速度下进行喷雾作业。

4)对喷雾条件要求低。在温度高、湿度低和一定自然风速下也能进行可靠的喷雾作业。

1.3风幕式防飘移喷雾

风幕式喷雾技术是一种在喷雾机上增加风机和风幕等装置产生定向辅助气流的喷雾方式[21]。喷雾时，风机在喷头上方沿着目标方向强制送风，气流沿着喷杆两侧形成气幕，此时在气流的作用下雾滴可以到达作物冠层，且能增加叶下覆盖和穿透，在有风(小于4级风)的天气下也可工作，大大减少雾滴飘移，可节省施药量20%～60%[3,22]。其主要用于大田作业，此项技术能够在产生小雾滴时提高雾滴在靶标上的沉积率，减少雾滴飘失。

董祥[21]等采用离散相模型、标准k-ε湍流模型与Couple算法，应用计算机流体力学软件ANSYS Fluent对风幕式喷雾机气流辅助喷雾流场进行了三维数值模拟。结果表明：辅助气流可以改变雾滴的运动方向从而明显减少施药时的雾滴飘失。当自然风速小于5m/s时，风幕式喷雾能够有效地防止雾滴飘移；自然风速大于5m/s时，防飘移效果不明显，飘移率大于40%。此项技术对提高农药利用率、减少农药飘失和环境保护都具有重要的实际意义。

2低量低压防飘移喷雾

2.1低量喷雾技术

低量喷雾技术[23]是指通过提高喷雾药液的浓度、减少稀释倍数及保证单位面积施药液量不变的情况下，减少农药喷量的一种施药方式。其主要是利用小雾滴(粒径在100um以下)较好的穿透性，使雾滴到达植物各个部位，包括叶子背面的均匀分布，进而减少雾滴飘移，提高农药利用率。

吉荣龙[24]等进行了低量喷雾技术在棉田上的应用试验研究，利用泰山-18型弥雾机，选择较常规喷雾浓度10～20倍的农药进行喷施，使用纸卡染色法模拟测定雾滴在叶片上的沉积量。试验结果表明：通过提高药液浓度及减少单位面积喷液量，可以达到施药时所需的效果。其雾滴密度在20～25个·cm-2时，防效可以稳定在80%～90%，且病虫害得到了有效控制，减小了雾滴的飘失，降低了对土壤和环境的污染。朱金文[25]等进行了毒死蜱农药的施用量和雾滴大小在水稻植株上沉积的影响研究，试验表明：采用小雾滴与低容量喷雾防治水稻害虫，可大幅提高毒死蜱等农药对病害的防治效果，降低农药飘移，减轻对环境的污染。

2.2低压防飘移喷雾

喷雾机在高压下小雾滴数量的增加可以提高农药在叶面上的覆盖，因此在我国农户往往喜欢大压力喷雾；而大压力下雾滴的飘移现象会显著增加，极易导致环境污染，建议农户在保证有效覆盖的情况下，尽可能使用低压防飘移喷雾技术。

庾琴[26]等进行了喷雾压力与施药量对农药在苹果叶片上的沉积量的影响研究, 试验设置了3种施药压力分别为2、2.5、3MPa和3种喷药量分别为2、3、4kg/株，试验结束后计算农药在叶面的沉积量和地面的流失量。试验结果表明：农药喷洒时的使用量和喷雾压力对雾滴的沉积有影响，当施药量较大时，农药在叶面上的沉积量减少，农药飘失量显著增加；在一定的压力范围内，随着施药压力的增加，农药雾滴在果树不同部位叶片上的沉积量逐渐减少，飘失量随之增加。因此，适当减少农药用量，降低喷雾压力可以增加农药在作物上的有效沉积，减小雾滴的飘失，从而提高农药利用率，减轻化学农药对环境的污染。

3静电防飘移喷雾

静电喷雾技术是指利用高压静电在喷头与目标作物间构建一静电场，经过雾化后的雾滴在静电场中被不同的充电方式充上电荷，成为荷电雾滴；而后在静电场力和其他外力的联合作用下，荷电雾滴作定向运动吸附在目标作物的各个部位。静电喷雾技术提高了作物下部和叶背的附着能力，与传统的喷雾机械相比，具有雾滴粒径小、吸附率高、穿透性强的特点，能够到达作物的正反两面，实现了雾滴飘移散失小、沉积率高、改善生态环境等优良的性能[27-30]。

3.1静电防飘移喷雾的充电方式

静电喷雾最关键的技术是怎样使雾滴带电，不同的喷嘴具有不同的充电方式，主要有电晕充电、接触式充电和感应充电3种类型[27-28]，原理如图1所示。

1)电晕充电：利用静电高压电极尖端放电，电离周围空气使雾滴带电。即把图1中L1和L2接地，L3接高压电源，尖端电极发生尖端放电，产生强电场使雾滴带电。

2)接触式充电：静电高压电极直接置于液体中，此时液体和大地类似于电容器的两个极板，在“极板”之间产生电场，使雾滴带电。即把L1接高压电源，去掉环状电极和尖端电极，由导体直接对正在雾化的雾滴进行充电。

1.喷头　2.药液流束　3.环状电极　4.尖端电极

3)感应充电：利用静电高压装置使环状电极和药液射流之间产生电场，引起感应充电，使雾滴带电。

在这3种充电方式中，接触式充电法的雾滴充电最充分，效果最佳，可以提高带电雾滴在作物中间的穿透性，加大其在叶片正反两面的附着率，减少雾滴的飘移；感应充电效果次之[29]。

3.2静电喷雾中影响施药效果的因素

雾滴上的电荷量与雾滴质量之比(即荷质比)是衡量喷雾器对雾滴充电效果的重要指标，荷质比越大，荷电效果就越好。试验表明：当荷质比为3～5mc/kg时，带电雾滴即具有较强的静电效果；在一定的电场中，粒径较小雾滴的荷质比高于大雾滴，即小雾滴单位质量所受的库伦力及其加速度较大雾滴大，能够更容易沉降到目标物上，降低雾滴的飘移[29]。

3.3静电喷雾技术在飘移控制上的应用

国内静电喷雾技术虽然起步较晚，但已取得一定的成果，许多研究者对此进行了大量的研究。何雄奎[31]等进行了自动对靶静电喷雾机的设计与试验研究。该方案选用轴流风机为喷雾系统送风，喷雾控制系统采用中央控制磁电阀装置，静电系统应用高压静电(电晕电荷方式)使雾滴带电、目标探测对靶部分选用红外探测器。结果表明：静电喷雾相对于非静电喷雾，雾滴的飘失量前者为后者的一半；增加风机装置产生辅助气流可以提高雾滴的穿透性，使荷电雾滴有效均匀附着在靶标作物叶片的正反两面，减少雾滴的飘失，提高其利用率。

高雄[32]等进行了静电电压对喷雾雾滴沉降特性的试验研究。试验在温室大棚内进行，设置了5行8列共40个采样点，使用采样光面纸收集沉积雾滴；利用图像处理技术统计雾滴的粒数和当量粒径，最后计算平均粒径的大小和粒数。试验结果表明：静电喷雾相对于非静电能够明显改善平均粒径的沉降状态，增加雾滴沉降粒数；随着静电电压的升高，雾滴的沉降粒数随之增加，沉降分布状态也得到了显著改善，雾滴扩散更加均匀。因此，静电喷雾技术可以有效的减少雾滴的飘失，提高农药对病虫害的防治效果。

4抗飘移喷头

喷头是喷雾机械在施药过程中实现良好喷雾效果的重要部件之一，对药液雾化具有决定性的作用，其性能优劣直接影响着喷雾质量，关系到整个植保机具和全系统运行的可靠性、经济性。喷头虽然只是一个体积很小的部件，但在喷雾过程中决定着雾滴的粒径、密度、分布状况等特性，进而影响着药液雾滴在目标作物之间的沉积与飘失。喷雾装置通过喷头控制液体的流量，使液体雾化成雾滴并将雾滴分布在目标表面上[33-34],性能良好的喷头才能提高雾滴的穿透性，最大程度地减少雾滴的飘失。

4.1喷头的类型

喷头通常按不同形状可划分为扇形喷头、锥形喷头和文丘里喷头等3种类型，结构如图2、图3所示。扇形喷头能产生由细到中等的雾滴，具备良好的覆盖效果，可最大程度地减少雾滴飘移；扇形喷头的喷雾角一般可分为25°、65°、80°和110°等；小角度喷头喷出的雾滴具有较强的穿透能力，但雾滴分布均匀性不如大角度喷头。锥形喷头是使农药液体在喷头喷腔内绕轴孔线旋转，随着喷腔内压力的增大，液滴在逐渐增大的离心力的作用下喷出喷头，由于雾滴的飞行方向与它运动轨迹相切，因此形成一个圆锥体；锥形喷头可分为空心和实心锥形喷头两种。文丘里喷头是利用特殊的文丘里结构，在喷头内产生大量的充气雾滴，以此来增加雾滴的质量，降低雾滴的可飘移性；同时，当雾滴接触到作物目标时气泡破裂，又能在作物表面形成非常好的药液覆盖[35-36]。

图2　扇形喷头结构示意图

图3　文丘里结构示意图

4.2抗飘移喷头在飘移控制上的应用

目前，国内研究者对喷头的相关特性进行了大量的研究，宋坚利[37]等进行了扇形雾喷头雾滴飘失机理研究，试验使用相位多普勒离子分析仪测试扇形雾喷头雾化产生的喷雾扇面空间中各点的雾滴粒径分布、雾滴的运动速度。试验表明:喷雾过程中易飘失雾滴主要集中在距离喷头300～500mm喷雾扇面中心，喷雾扇面中易飘失区域是喷雾扇面末端、喷雾扇面两翼、喷雾扇面迎流面外层。在设计喷头时，应考虑这些因素对喷头喷雾飘移的影响。沈从举[38]等基于SolidWorks进行了气泡雾化施药喷头3D设计与建模。李萍[39-40]等基于ANSYS/FLOTRAN进行了摇臂式喷头的压力损失分析和喷头流道压力损失的有限元分析。喷头内过流部件的压力损失即喷头工作压力与喷嘴压力之差是评价喷头好坏的指标，这个指标越小，喷头内流道结构就越好，喷头设计和制造的水平就更高，就越有利于提高喷雾质量，减少雾滴飘移。张慧春[41]等利用激光粒度仪和开路式风洞对喷头的雾谱尺寸和扇形雾喷头在不同风速、压力和喷雾距离等情况下的雾滴粒径、数量和范围进行了试验，试验结果表明：压力、风速、喷头与激光粒度仪之间距离的增大，都造成了扇形雾喷头的雾滴体积中径变小；粒径小于150μm的雾滴的占比的增大，将会增加农药雾滴脱靶飘失的可能性。

王潇楠[10]等进行了喷头对飘移量及飘移潜力的影响研究，试验采用的是XR110-04、ID120-015、ID120-025、ID120-05、IDK120-03和IDK120-04等6种喷头。结果表明：雾滴大小和工作压力均为影响飘移的主要因素；粒径小于100μm的雾滴最易飘移，喷雾过程中小雾滴的数量是影响农药飘移的最主要因素；随着喷雾压力的增大，雾滴体积中经变小，飘移潜力明显增加。谢晨[34]等利用雾滴粒径分析仪对标准扇形雾喷头和防飘喷头的雾化过程进行了试验研究与可视化图形分析，试验结果表明：扇形喷头具有面积较大的液膜区，液膜破裂区内的破裂孔洞呈现不规则撕裂状，防飘喷头液膜区面积相对较小，且存在气泡结构；随着两种喷头孔径的增大，液膜与破裂区长度逐渐增长，气泡密度变大；随着压力的升高，两种喷头的液膜长度和雾滴体积中径均减小。时玲[42]等对几种扇形喷头在不同喷雾高度、不同喷雾压力和组合喷头在不同间隔情况下的雾量分布均匀性进行了试验研究，结果表明：扇形喷头的压力对雾量分布均匀性的影响不大，单个喷头使用有一最佳喷雾高度；组合喷头在不同间距及压力的情况下，相应有一最佳的喷雾高度使雾量分布最均匀,飘失最小。翟恩昱[43]等研究了固体颗粒对扇形雾喷头的冲蚀磨损分析，分析发现：扇形雾喷头喷口处磨损程度随喷头内表面轴向尺寸的增加而增大；在扇形雾喷头喷口短轴处，轴向尺寸最大，固体颗粒的攻角最小，磨损最严重，易影响喷雾时雾滴的质量，导致其飘移的增加。常相铖[44]等进行了压力式变量喷雾喷头的特性研究, 结果表明：随着喷雾压力的增大；从喷头喷出的雾滴向两侧分散的趋势显著，雾滴粒径明显减小；在一定的压力范围内，压力式变量喷雾喷头的喷雾性能变化符合要求，可以节约一部分能源，降低雾滴飘移，提高农药利用率。

5农药改善配方减少喷雾飘移

目前，国内在农药配方对喷雾雾滴飘移影响的研究进行的较少，国外进行了相关方面的研究。基于聚合物的飘移控制添加剂在美国和澳大利亚被广泛运用去减少喷雾飘移。聚合物可以增加液体的粘性，粘性液体能够在破裂之前维持较高的拉伸，抑制界面扰动和波动增长的形成。研究表明：表面活性溶剂能够改变液滴的动态表面张力和平均雾滴尺寸；乳化液相比于水能够减少平均雾滴尺寸，当平均雾滴尺寸减少时，在同样的操作条件下好的喷雾部分能够增加或者保持不变。风洞试验表明：通过不同喷头喷洒混合了表面活性剂和稀释的乳化液时，更好的喷雾会形成，空气夹带飘移也会增加；乳化液可以增加雾滴的速率，进而增加了碰撞几率，使喷雾液滴尺寸变窄。综上所述，添加剂的加入会改变喷雾雾滴的物理特性，从而影响喷雾雾滴的飘移沉积[9]。

6变量防飘移喷雾

6.1变量飘移控制喷雾技术

变量喷雾是实现精准施药的一种典型模式，其通过获取目标作物的相关对象信息，如农田遭受病虫害的面积、作物的密度和位置等，以及获取喷雾机械的相关状态信息，如喷雾装置的位置、速度、喷雾压力等，通过对各种信息的综合处理实现对靶标作物按需施药[45]。与传统大面积喷施技术相比，变量喷施技术可以最大程度地减少农药的过量使用，降低喷雾过程中雾滴的飘失，提高农药对病害的防治、节省作业成本和减轻对环境的污染，使农业保持可持续发展[46,54]。可变量技术通常包括基于地图信息的可变量技术(MB-VRT)和基于实时传感器的变量技术(SB-VRT)[47-48]，具体实施过程如图4、图5所示。

6.2变量喷雾技术在飘移控制上的应用

目前，国内虽然在变量喷雾技术的研究方面比国外滞后，但已有了一定的进展。许多研究者对此进行了大量的研究工作，陈勇[49]等开发了基于机器视觉和模糊控制原理的精确农药可变量喷雾控制系统，并对其进行了实验研究。结果表明：该系统能够根据目标作物的相关状态信息，运用模糊控制原理来判断靶标作物的特征，然后根据所获得的信息自行选择不同的喷头组合，并控制喷雾系统的流量和喷头射程，实现对目标作物的智能化喷雾，从而可以最大程度地减少农药的用量，降低农药雾滴的飘失，实现对环境的保护。该方法能够自行探测，在有目标时打开喷头，无目标时关闭全部喷头，实现了流量和喷头射程的自动调节；但该方法的流量变化会影响喷雾形态，需进一步优化。史岩[50]等自行设计了压力式变量喷雾系统，建立了压力式变量喷雾系统的数学模型及传递函数，并用MatLab对其进行了仿真。刘志壮[51]等提出了一种药水流量实时监测、流量自动控制及在线自动混药的变量喷雾系统，该系统喷施量恒定，通过改变药液浓度进行变量喷雾，能够保证最佳喷雾流量和压力进行喷施，确保最佳喷施效果，减少喷雾飘移，提高农药利用率。邓巍[52-53]等对基于压力式、基于PWM间歇式和基于PWM连续式变量喷雾的雾化特性进行了较全面的研究和评价，并对这3种变量喷雾进行了比较。结果表明：基于压力式变量喷雾的流量调节范围最小，对雾化特性的影响最大；PWM间歇式变量喷雾流量控制对雾化特性的影响最小。邱白晶[54]等利用雷达测速技术和GPS定位，设计了一套变量喷雾装置，并通过实时喷雾参数来描述喷雾过程的动态特性，以此来提高农药利用率，减少雾滴飘移。李会芳[55]等利用定位、测速等技术对精准农业中变量喷雾控制进行了相关研究。

图4　基于地图的可变量技术系统的执行过程

图5　基于实时传感器的可变量技术系统的工作过程

7各类防飘移喷雾技术的不足与建议

1)辅助式喷雾技术利用配置的气流装置可以很好地提高农药在病害作物上的沉积，降低雾滴的飘失。虽然其存在着许多优点，但我国农民大多是个体户，耕地面积小，配置额外的喷雾装置会增加其种植成本。因此，大多数农民不愿意购买相应的辅助装置，此项技术没有得到大范围推广。为解决这个问题，政府应该给予大力补贴，以村为单位，购置相应数量的喷雾装置，让农民在喷雾过程中免费使用，而且要鼓励农民在施药时使用辅助式的喷雾装置，促进辅助式技术对环境保护的作用。

2)低量低压防飘移技术可以减少农药对环境的污染，降低雾滴的飘失；但对于不同的作物，其农药用量和喷雾时的压力是不同的，应建立一套农药施用标准，为农民喷雾作业时提供指导。

3)静电喷雾技术具有常规喷雾所不具备的优势，但目前静电喷雾装置存在着许多问题没有解决。国内研制的静电喷头大部分采用离心或液力式等雾化原理，使用接触式充电方式，存在着喷雾射程短、喷头漏电和反向电离现象严重、雾滴粒谱和喷幅不易控制等问题；喷头喷出的雾滴粒径大，沉降效果差；静电电压高，装置材料的绝缘性能达不到要求，容易导致击穿漏电，危及人身安全[31]；荷电颗粒在输运过程中还存在着放电现象，对电导率高的雾滴，放电可高达60%，若附近有尖端导电物存在，放电率将更高[32]。为此，必须加大对静电喷雾技术的研究，相信其在我国的农业生产方面将会得到越来越广的应用。

4)喷头的性能直接影响着农药喷雾的质量，性能良好的喷头才能最大程度地减少农药雾滴的飘失；但我国目前药用喷头种类少、结构简单、功能单一，同类型的喷头互换性差，没有形成标准化的格局。喷头加工质量达不到设计要求，制造精度低，往往造成了喷雾过程中农药雾滴的大量飘失。应该加强植保用喷头的研究与开发，将防飘移技术与喷头的设计相结合，研发与抗飘移、静电喷雾、变量喷雾、智能化喷雾等技术相配套的喷头。

5)我国在农药改善配方对减少喷雾飘移方面研究不足，国外进行了相关的研究，取得了一定的成果，我国应该加大在此方面的研究。

6)变量喷雾技术是精准施药技术的一个重要发展方向，其可以有效地减少雾滴飘失，提高农药利用率，而现阶段我国变量喷雾技术的发展还不完善，在具体的执行机械方面研究不足；而发达国家非常重视对能够实现精准喷施过程中的变量执行机械的研发，对此进行了大量的投资。为了改变我国目前施药喷雾技术的落后局面，提高农药的使用效率，减少药液雾滴对环境的污染，必须加大研究开发具有不同喷雾性能的变量执行装置，深入研究雾滴的雾化特性，增强变量技术在精准农业中的作用。

8结论与展望

随着生态环境的日趋恶化和人们环保意识的增强，提高农药对病虫害的防治效果，减少农药雾滴飘移对环境的污染必将成为喷雾技术努力发展的方向。目前，虽然人们对此进行了大量的研究，已取得了一定的成果；但仍有许多问题没有解决。

研究表明：辅助式喷雾、低量低压喷雾、静电喷雾、变量喷雾、抗飘移喷头和农药改善配方的使用对减少喷雾飘移、缓解农药对环境的污染方面具有一定的功效。而目前摆在我们面前的问题是如何设定一个合理的方案，将其进行相应的推广运用，切实做到既能维持农业高效稳定生产又能保护环境不受农药污染的双重目的。以往对农药雾滴飘移控制技术的研究往往局限于某一种技术，只是改善了喷雾技术的某一方面性能，未能很好地解决雾滴飘移对环境的污染，所以飘移控制技术没有得到大范围的推广。为此，作者进行了认真思考，构思了一个可行的方案，将以上归纳的防飘移技术进行综合运用，充分利用各技术在雾滴飘移控制方面的优点，真正做到减少农药喷雾中的雾滴飘移，提高农药利用率。

1)喷头的性能直接影响着喷雾的质量，所以首先必须研发与抗飘移喷雾、静电喷雾、变量喷雾和智能化喷雾等技术相配套的喷头。

2)改善农药配方，加入合适的添加剂，增强喷雾液滴的物理特性,降低雾滴在喷雾过程中的飘移，提高其在作物叶面的有效沉积。

3)结合辅助式喷雾技术、低量低压技术、静电喷雾和变量喷雾技术，利用相应的风机装置、静电装置，合理地提高药液浓度，降低使用量和喷雾压力，根据相关目标作物的对象信息，以及相关喷雾装置的状态信息，实现对靶标作物的精确按需施药。

4)同时必须健全农药施用行业技术标准，完善产品质量和使用监管体系；普及科学施药技术，对农民进行免费的施药技术培训，引导农民安全、规范使用农药，增强其安全环保意识。

5)国家应制定施药技术法规以规范施药技术的全过程，确保人员、环境、食品安全。

通过对以上技术的综合运用，相信可以很好地减少喷雾施药过程中雾滴的飘失，缓解其对环境的污染，充分提高农药的有效利用率，真正实现粮食安全稳定的增产和环境保护的目标。

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Research Progress of Spray Drift Control Technology

Fan Xiaobo1, 2,3,4,5, Deng Wei1,2,3,4, Wu Guifang5

(1.Beijing Research Center of Intelligent Equipment for Agriculture, Beijing 100097, China; 2. National Research Center of Intelligent Equipment for Agriculture, Beijing 100097, China；3. Key Laboratory of Agri-informatics, Ministry of Agriculture, Beijing 100081, China；4. Beijing Key Laboratory of Intelligent Equipment Technology for Agriculture, Beijing 100097, China； 5. College of Mechanical and Electrical Engineering, Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010018, China)

Abstract：Spray drift of pesticide is an important factor to cause pesticide loss，environmental contaminations and low effectiveness of pesticide application. Non-target droplet drift led to a large number of problems, such as the soil and water pollution, human and animal poisoning, and environmental degradation and so on. In order to improve the control effect of pesticide spray on agricultural crops diseases and insect pests, reduce the use of chemical pesticide, save farmers’ planting cost and mitigate the harm of pesticide pollution to the environment and personnel, in this paper, the problems existing in the process of pesticide spraying were taken into account; current situation of domestic pesticide use and development of the related drift control technology were combined, and then advanced to review several aspects of auxiliary spray technology, low levels and low pressure spraying, variable rate spraying technology, electrostatic spraying technique and the use of anti drift nozzles and the improving pesticide formulations in drift control technology. Finally put forward a comprehensive and workable anti-drift plan about relieving pesticide pollution.

Key words：droplet drift；deposition；pesticide control; drift control; environment protection

文章编号：1003-188X(2016)06-0001-09

中图分类号：S233.3

文献标识码：A

作者简介：范小博(1991-)，男，湖北云梦人，硕士研究生，(E-mail)1253104171@qq.com。通讯作者：邓巍(1969-)，女，乌鲁木齐人，副研究员，博士，(E-mail)dengw@nercita.org.cn。

基金项目：国家“863计划”项目(2012AA101904)

收稿日期：2015-05-25