双流体喷嘴靶向授粉沉积量控制参数研究

石复习 蒋宗谨 马 驰 朱 悦 刘占德

(1.西北农林科技大学机械与电子工程学院， 陕西杨凌 712100； 2.西北农林科技大学园艺学院， 陕西杨凌 712100)

0 引言

猕猴桃为雌雄异株藤本植物，人工辅助授粉是提高猕猴桃产量的重要措施[1]。传统手工授粉方法存在花粉消耗大、授粉均匀性差、劳动强度高和效率低等问题，且难以满足规模化生产需求[2-4]。压力式液体喷雾授粉可提高作业效率，但因雾化质量差、花粉液的柱头沉积量不足、授粉不充分，而影响猕猴桃的产量和品质。

双流体喷嘴可使液相在混合腔内受到气流剪切、机械碰撞和孔口膨胀等强烈的相互作用，以较低的喷射水压和气压获得良好的雾化效果，并保持稳定的雾化粒径分布和喷雾穿透性[5-6]，有助于花粉液的定向喷授和定量沉积。相较于压力式喷授方式，双流式授粉技术液流可独立控制，具有导向性强、雾化分布稳定、雾滴粒径均匀性好等特点，可有效降低花粉消耗量[7]。

新西兰Kiwi Pollen公司的外混式双流体喷雾授粉机[8]，作业面积可达1.5 hm2/h，但由于该机采用连续喷雾的作用方式授粉，导致花粉利用率低。相比外混式喷嘴，内混式双流式喷头具有雾锥角小、雾滴定向沉积可控性强的优点[9]，可有效提高柱头花粉液沉积率。蒋仲安等[10]的试验研究表明，内混式双流体喷嘴在水压一定时，气压增加会使水流量减小，进而使雾化粒径减小。王宇等[11]研究烟草加料过程中双流体喷嘴雾化粒径的分布特性，发现随着气液比增加，雾滴粒径减小，粒径均匀性指数变大，因此可通过调节双流式喷雾的气体压力改善雾化粒径分布。李雪等[6]研究发现，常温下双流体烟雾系统，雾滴沉积量在作物冠层间变异系数小、雾滴均匀性好，对喷雾距离敏感度低，能更好地满足猕猴桃花朵生长高度对喷雾距离的要求。

双流式喷雾系统雾化对象为液体，气体有辅助雾化和液滴输送的双重作用，可在较低的气压和液流条件下维持稳定的雾化粒径，降低雾化能耗[12-15]。授粉作业过程中调整喷射液流，不影响雾化效果和气流输送效果，可有效节约花粉液。因此，采用具有近距、微量、低气流量作业特征的双流体喷嘴进行猕猴桃授粉，是湿式喷雾授粉系统的最佳选择。

猕猴桃寻花对靶授粉是提高花粉利用率和作业效果的先进技术手段，本研究从单花的最低授粉量确定入手，将花蕊区花粉液沉积量及其分布规律作为提高作业质量优化的依据，通过研究液流量、喷射气压和喷雾距离对花粉液沉积效果的影响，确定双流体喷嘴对靶授粉的喷施控制参数，并通过棚架式猕猴桃果园授粉试验，验证该参数组合的有效性，为双流式雾化技术在猕猴桃对靶授粉作业中的应用提供技术支持。

1 试验材料与方法

1.1 理论授粉量计算

本研究针对西北农林科技大学眉县猕猴桃试验站海沃德猕猴桃树，其花冠直径为5～7 cm，花蕊区直径2～3 cm，朝下开花，花朵距离地面160～190 cm，开花冠层厚度约30 cm。在盛花期，即单花花冠完全展开时，雌花柱头充分暴露在空气中，雾滴不受花瓣遮挡易沉积于花蕊区，此时喷雾授粉成功率最高。

猕猴桃果实大小与花蕊区的花粉沉积量成正相关，增加柱头上的花粉液沉积，能提高猕猴桃果实产量[16]。通常认为每3～5粒花粉粒可确保发育1粒种子[17]，猕猴桃果实种子数大于800～1 000粒可认为授粉充分[4]，因此，本研究采用花蕊获得花粉粒数量评价授粉效果，如表1所示，质量分数为0.1%的花粉液，其花粉粒浓度为2.78×105粒/mL[18]。

表1 充分授粉条件的花粉粒数需求研究成果Tab.1 Result of pollen grain amount requirement for sufficient pollination

由表1可知，单朵花充分授粉需花粉3 000～12 000粒，取上限12 000粒，经计算可得，在盛花期采用质量分数为0.1%的花粉液，单朵猕猴桃花柱头最少需沉积42.9 mg花粉液，可确保充分授粉。

1.2 雾滴沉积量测试装置

采用圆锥形双流体喷嘴(D1/4-SUC13-SS和D1/4-SUC1A-SS型，东莞市长原喷雾技术有限公司)进行雾滴谱宽度[23]预测试，测试条件为气压0.2 MPa、液流量0.125 L/min、喷嘴孔径1 mm，经测试D1/4-SUC1A-SS型和D1/4-SUC13-SS型喷嘴的雾滴谱宽度平均值分别为1.9和1.4，表明D1/4-SUC13-SS型喷嘴雾滴谱宽度较小，雾滴粒径均匀性更高[24]。故本研究选用D1/4-SUC13-SS型喷嘴，其结构如图1所示。

图1 D1/4-SUC13-SS型双流体喷嘴结构简图Fig.1 Structure diagram of D1/4-SUC13-SS air-liquid nozzle1.流量调节阀针 2.进液口 3.空气帽 4.进气口

图2 双流体喷嘴沉积试验装置示意图Fig.2 Scheme of air-liquid spraying deposition test device1.药箱 2.回流管 3.节流阀 4.液管 5.试管夹 6.采集卡 7.激光定位器 8.双流体喷嘴 9.气管 10.气压表 11.调压阀 12.安全阀 13.220 V交流电源 14.蓄电池 15.隔膜泵 16.流量计 17.Arduino UNO单片机 18.空气压缩机

如图2所示，双流体喷嘴沉积试验装置主要由气路、液路和控制部分等组成。气路包括空气压缩机、压力调节阀、气压表和安全阀，能准确控制喷嘴的气压。液路由隔膜泵、节流阀、流量计构成，能实现喷嘴流量的有效调节与控制，液路的电磁阀有较高的响应速度，可准确控制喷雾脉冲。

图3 双流体喷雾沉积试验现场Fig.3 Scene of air-liquid pollination spraying test device1.空气压缩机 2.蓄电池 3.药箱 4.气压表 5隔膜泵 6.Arduino UNO单片机 7.液体流量计 8.双流体喷嘴 9.雾滴采集卡

通过Arduino UNO单片机精确控制电磁阀脉冲时长，控制液路通断，实现对液流的有效控制。试管夹将雾滴采集卡固定于采样点，激光定位器安装于双流体喷嘴正上方100 cm处，以精确对中采样点位置。雾滴沉积量试验现场如图3所示。

根据前期试验研究的结果[9]，气压调节范围为0～0.4 MPa，液路流量调节范围为0～0.35 L/min，相应的传感器和检测装置据此选型。测试装置的主要部件性能参数如表2所示。

表2 双流式喷雾控制系统主要参数Tab.2 Main parameters of spray control system

1.3 测试方法

1.3.1雾滴沉积量测试方法

为有效地采集雾滴在花蕊区的雾滴沉积数据，试验以清水为介质，用直径为3 cm的Sinovege型雾滴采集卡(先正达生物科技有限公司)替代花朵的花蕊区，收集雾滴沉积液，采用精度为1 mg的电子天平(AL204型，梅特勒仪器有限公司)称量采集卡上的沉积液质量，喷雾前后采集卡质量差值为花蕊区雾滴沉积量m，每组参数重复测量3次沉积量，取平均值。

1.3.2单花柱头极限附着量测试方法

于2018年5月10日在西北农林科技大学眉县猕猴桃试验站摘取80朵花冠直径为5～7 cm的猕猴桃雌花，并保存于4℃冷藏柜。试验前30 min将雌蕊与花托分离，把雌蕊固定于喷嘴正上方，保持柱头朝下。以清水为雾化介质，对雌蕊持续喷雾2 min，分别用电子天平测量喷雾前后雌蕊质量，其质量差为单花雌蕊的液滴极限附着量mmax。试验现场温度21℃、风速1.6 m/s、空气湿度49%。

1.3.3喷雾场雾滴粒径测量方法

用DP-02型激光粒度仪(欧美克仪器公司)测量雾滴体积中值直径(DV50)。以清水为喷雾介质，测量气压0.15～0.30 MPa条件下，雾滴沉积位置的雾滴粒径分布，测量点选取如图4所示。每个测点持续喷雾30 s，分别测量0～5 s和25～30 s时段的雾滴粒径，对比分析喷雾初始期和雾化稳定期的雾滴粒径差异。每个测点重复3次试验，取平均值。

根据文献[23]，雾滴谱宽度S计算公式为

S=(DV90-DV10)/DV50

(1)

式中DV90——90%累积体积直径

DV10——10%累积体积直径

DV50——50%累积体积直径

雾滴谱宽度衡量喷雾系统所雾化雾滴的均匀性，雾滴谱宽度越小，表明喷雾系统雾化雾滴的均匀性越好[24]。

图4 雾滴粒径测试点布置图Fig.4 Schematic of measurement points arrangement

雾滴粒径测量系统如图5所示，测量激光沿y方向垂直穿过雾场，喷嘴轴心线距激光接收端面30 cm。测试距离L取田间授粉作业的最佳喷雾距离，该距离由2.1节分析得出。试验时室内温度为26℃、湿度60%。

图5 雾滴粒径测量系统Fig.5 Measurement system of droplet diameter1.激光发射端 2.双流体喷嘴 3.喷嘴支架 4.激光接收端 5.数据显示器

图6 不同液流量和喷雾距离的雾滴沉积量变化曲线Fig.6 Changing curves of droplet deposition at different liquid flow rates and spray distances

1.3.4雾滴覆盖率测定方法

使用六六山下植保科技公司3 cm×11 cm水敏纸采集雾滴分布信息，采样后将水敏纸晾干，用扫描仪(柯尼卡美能达C226型，分辨率为600像素×600像素)采集水敏纸雾滴印痕图像，在水敏纸图像上从左至右依次截取3 cm×1 cm的矩形区域，通过ImageJ软件面积测量功能分析矩形区域内的雾滴覆盖率a[25]。

1.4 雾化控制参数试验方案

棚架式猕猴桃园花朵层厚差约30 cm，故喷嘴至花的距离设定为20～50 cm。郭昊明[26]采用压力式喷嘴，最佳授粉液流量为0.05 L/min，石宝宝等[9]获得猕猴桃园双流体喷嘴最佳液流量0.182 L/min、气压0.25 MPa，根据以上研究和预试验，本试验确定液流量0.10～0.20 L/min，气压0～0.30 MPa。参见目前自走式果园喷雾机[27]的最低行驶速度0.5 m/s，根据花朵的直径5 cm，确定单朵雌花对靶授粉时长为0.1 s，故设定喷雾脉冲时长为0.1 s。因此，确定总体的测试方案如表3所示。

表3 测试试验方案Tab.3 Scheme for testing experiment

2 试验结果与分析

雾滴在花蕊区域的沉积量是判定双流式雾化授粉作业效果的核心指标。通过分析喷雾距离、气压、液流量，以及花蕊区域雾化粒径分布、雾滴密度径向分布，探讨试验采用的双流体喷嘴的区域沉积特性，并通过试验确定最佳花粉液沉积量的雾化控制参数。

2.1 喷雾距离对花粉液沉积的影响

喷雾距离决定雾化充分程度、雾锥内雾滴的粒径分布和中心区域雾滴数量分布，因此其成为影响花蕊区花粉液沉积量的重要控制参数。依据表3，雾滴沉积量随气压的变化趋势曲线如图6所示。

在不同喷雾距离和液流量条件下，沉积量随气压增加而逐渐收窄，表明随着气压增加，双流体喷嘴出口的环状液膜厚度减小，雾化效果提升，雾滴沉积量趋于稳定，因此喷雾距离20～50 cm范围内，较高的气压对沉积量的影响弱化。

其次，3种液流量条件下，喷雾距离小于35 cm时雾滴沉积量随气压增大而减小，喷雾距离大于35 cm时雾滴沉积量随气压增大而增加，而在35 cm处沉积量在流量、气压变化时均保持基本稳定。

以上数据表明，喷雾距离35 cm处，气压0.15～0.30 MPa时，液流量0.10、0.15、0.20 L/min时雾滴沉积量为(31±5) mg、(65±5) mg、(90±5) mg，且基本保持稳定，此时花蕊区的喷雾沉积量主要受液流量的影响，雾滴沉积量对气压变化不敏感，可通过液流量调节的方式，准确控制雾滴沉积量。因此，从喷粉量控制准确性和花朵授粉量稳定性角度出发，选喷雾距离35 cm为授粉作业的最佳喷雾距离。

2.2 气压对雾滴极限附着量的影响

试验测量喷雾距离35 cm处的单花柱头区的液滴极限附着量。如图7所示，在不同流量下雾滴极限沉积量变化趋势相同，流量变化对极限沉积量影响较小。随着气压增大，柱头上的雾滴极限附着量先增大后减小，在0.05 MPa气压时达到最大值100.5 mg，在气压为0.30 MPa、液流量0.10 L/min时，最小极限附着量约为77.0 mg。

图7 气压与雾滴极限附着量关系曲线Fig.7 Variation curves of pollen droplet deposition with air pressure

试验发现，无气压时，雾锥角为零，喷雾液为柱状，直射到柱头上，液流动能大，与柱头碰撞后发生飞溅，液体的柱头附着性能降低[28-29]，当气压为0.05 MPa时，液柱雾化为液滴，液体附着能力增强。随着雾锥角增加，花粉液极限附着量降低，原因是花蕊区内雾滴密度下降，柱头上可粘附的雾滴下降。此外，雌蕊表面的空气流速增加，气流对雌蕊的作用力增强，柱头摇摆的频率增加，导致雾滴极限附着量降低。因此，设定极限附着量小于77.0 mg，在0～0.30 MPa气压下，不会出现喷施过量而导致的雾滴滴落。

2.3 液流量对雾滴沉积量的影响

结合2.2节试验结果，在喷雾距离35 cm、喷雾脉冲时长0.1 s和气压0.15～0.30 MPa工况下，液流量对雾滴沉积量影响如图8所示。

图8 液流量与雾滴沉积量关系曲线Fig.8 Variation curves of pollen droplet deposition with liquid flow rate

由图8可知，雾滴在采集卡上的沉积量对气压变化不敏感，但随液流量增大而增加。在流量0.125 L/min、气压0.15～0.30 MPa内，所对应的雾滴沉积量均大于42.9 mg，能满足充分授粉的最低要求。当液流量大于0.175 L/min时，曲线斜率明显减小，沉积量增长率降低，此时雾滴沉积量大于柱头极限附着量，开始出现雾滴滴落，花粉利用率降低。因此，选定0.125 L/min为花粉液最佳控制流量，可在确保授粉质量的同时，使花粉利用率最高。

图9 气压对雾滴体积中值直径和雾滴谱宽度的影响Fig.9 Influence of air pressure on VMD and droplet size spectrum

2.4 气压对雾化粒径径向分布的影响

图9为在喷雾距离35 cm、液流量0.125 L/min的工况下，花蕊区雾场雾滴粒径和雾滴谱宽度随气压变化的分布规律。

由图9a可知，随着气压增大，雾滴粒径呈减小趋势。总体上，0～5 s和25～30 s雾滴粒径的变化趋势基本相同。其次，在花朵径向(同图4中z轴方向)上雾滴的DV50分布呈中心小周边大，沿喷嘴轴线位置雾滴粒径最小。此外，气压大于0.15 MPa时，50%的雾滴粒径均小于35 μm[30]，表明在喷雾距离35 cm、气压大于0.15 MPa时，本研究所用喷嘴的雾滴已充分雾化。

如图9b所示，在喷雾距离35 cm、0～5 s喷雾时段、气压0.15～0.30 MPa时，雾场中心的雾滴谱宽度为1.0～2.0；随着气压增高，雾滴谱宽度减小，雾滴的雾化均匀性提高。同一气压下，雾滴谱宽度基本呈对称分布，雾场中心的雾滴谱宽度最小，雾化粒径更均匀。根据标准MH/T 1002—2016[23]，低容量喷雾(每公顷喷液量大于5 L但小于30 L的喷洒作业)的雾滴谱宽度小于2即可满雾滴谱宽度指标要求。

表4中ΔDV10、ΔDV50、ΔDV90分别表示0～5 s和25～30 s时段雾滴DV10、DV50、DV90之差的绝对值，在气压0.15～0.3 MPa范围内0～5 s和25～30 s喷雾时段雾滴的DV50之差的绝对值最大为1.58 μm、最小为0，表明0～5 s和25～30 s喷雾时段的雾化粒径差异较小，本试验所用喷嘴在喷雾初始阶段雾化粒径稳定，可保证雾滴在花蕊区的稳定沉积，提高授粉量控制的准确性。

此外，海沃德猕猴桃花粉粒呈椭球形[31]，其长轴和短轴平均尺寸分别为25.7、12.7 μm。气压为0.20 MPa时，在z轴(图4)2.5～7.5 cm区域的雾滴DV50约为26 μm，雾滴大小与花粉粒相近，液滴可有效包裹花粉粒，提高花粉粒与柱头的黏附性，而且在一定范围内雾滴粒径越小，花粉粒“击中”柱头的概率越大，授粉成功率越高[32]。当气压大于0.20 MPa时，雾滴粒径小于花粉粒，花粉液过度雾化会导致花粉机械损伤，故确定本研究的最佳气压为0.20 MPa。

表4 0～5 s和25～30 s时段的雾滴粒径差绝对值Tab.4 Absolute value of droplet diameter difference at 0～5 s and 25～30 s spray stage μm

2.5 气压对雾滴径向分布规律的影响

设喷雾距离35 cm、液流量0.125 L/min和气压0.15～0.30 MPa。通过将水敏纸采集的雾滴覆盖情况与雾滴沉积的径向分布对应的方法，间接分析花蕊区的雾滴沉积效果，结果如图10和图11所示。

液滴在水敏纸上的雾滴附着分布情况如图10所示。以花朵中心为轴线将水敏纸划分为花蕊区和花瓣区。在0.15 MPa气压时，雾锥角较小，雾滴过度集中于花蕊区，造成雾滴滴落，不利于授粉；在0.20 MPa气压时，雾化粒径大小适中、靶向性较好，使雾滴沉积在花蕊区，成为有效的授粉沉积液；在0.30 MPa气压时，雾锥角增大，雾滴分布在整张水敏纸上分布更为均匀，但花蕊区的雾滴沉积量减少，导致花粉利用率降低。这一现象是因为随着气压增加，气液质量比增加，气液两相流中气体的体积空隙率增大，加强了气相对液相的挤压作用，喷嘴出口处的膨胀能增加，使得雾滴沿径向外侧发散[33]。

图10 不同气压下液滴在水敏纸上的沉积状态Fig.10 Evaluation of spray deposition status in coated paper

图11为不同喷射气压下雾滴覆盖率沿花朵径向分布的图形统计结果。雾滴覆盖率为1 cm图像宽度内雾滴沉积面积与该区域图片面积之比。0.20 MPa气压时，花蕊区的雾滴覆盖率最高，中心点达69.5%；气压0.20～0.30 MPa时，花蕊区雾滴覆盖率随气压增加而减小，花瓣区雾滴覆盖率变化不大。

鸡新城疫是由副黏病毒引起的高度接触性传染病，有强毒株和弱毒株两类。近年来，由于鸡群正常进行鸡新城疫疫苗接种，因此本病多呈非典型性发生，主要发生于免疫鸡群，尤其是二免前后的鸡。有一定抗体水平的免疫鸡群，病情比较缓和，发病率和死亡率都不高；成鸡产蛋量突然下降5%～12%，严重者在50%以上，并出现畸形蛋、软壳蛋和糙皮蛋。

图11 雾滴的径向分布规律Fig.11 Curves of droplets rational distribution under different air pressure

如图12所示，花蕊区覆盖面积和花瓣区覆盖面积分别为本区域所有沉积点的面积和，0.20 MPa喷射气压时，花蕊区的雾滴覆盖面积和覆盖率达到极大值7.14 cm2和69.5%，为授粉雾滴的最佳沉积状态，花粉液利用率最高。

图12 气压与花蕊区覆盖率及覆盖面积关系Fig.12 Relationship between air pressure and droplets coverage on stam en area

综合上述试验，确定双流式喷雾授粉作业参数为：最佳气压为0.20 MPa，最佳液流量为0.125 L/min，最佳喷雾距离为35 cm，喷雾脉冲时长0.1 s。因此，采用本研究所用的双流体喷嘴，在最佳喷雾参数条件下，进行猕猴桃授粉试验，用以验证最佳参数对猕猴桃授粉的改善效果。

3 最佳喷雾参数授粉效果试验

3.1 试验地点和材料

试验于2018年5月12日在西北农林科技大学眉县猕猴桃试验站进行，以8株树龄为8 a、树体长势一致的棚架式海沃德猕猴桃为试验对象，猕猴桃树的行距400 cm，株距300 cm，花朵高度在160～190 cm之间。作业时气候条件：气温20℃、西风风速2.1 m/s、湿度43%。

试验用花粉为宝鸡福罗瑞斯园艺有限公司的lovepande牌花粉(10 g装，花粉活性70%)，冷藏保存温度-18℃。花粉液配制：先将250 g蔗糖、0.5 g硼酸加入量筒中，加纯净水，定容至500 mL后，放入微波炉加热3 min，待蔗糖融化后，加入9 500 mL纯净水稀释，搅拌均匀配制成10 L悬浮液，冷却至常温后待用。使用前10 min，加入10 g纯花粉，搅拌至花粉全部溶于悬浮液，配制成质量分数为0.1%的花粉液。

3.2 授粉试验方法

3.2.1授粉作业方法

设置手工点授、电动喷雾器授粉、手动喷雾器授粉和双流式授粉共4种授粉方式，每种授粉方式取2棵树为授粉样本，用秒表分别记录4种授粉方法的授粉时长，试验现场如图13所示。

图13 猕猴桃园授粉试验Fig.13 Kiwifruit orchard pollination experiment

双流体喷嘴授粉，花粉液流量0.125 L/min、气压0.20 MPa、喷雾距离35 cm、喷雾脉冲时长0.1 s。

3WBD-16L型电动喷雾器授粉，液流量为1.5 L/min、喷雾压强0.30 MPa，人工背负电动喷雾器对猕猴桃花朵授粉，喷头与花的距离为35 cm。

手动喷雾器授粉，采用deepbang-5L型手压式喷雾器授粉，喷雾前手工打气15次，喷射压力为0.30 MPa，花粉液流量0.8 L/min，调节喷嘴雾化帽至花粉液雾化效果最佳的状态，喷雾器距离花朵35 cm。压力低于0.20 MPa，重新打气15次。

3.2.2坐果率、果实质量和畸形率统计

授粉作业前，每棵树选取30个直径为20 cm的标记区，每个标记区内用标签纸标记1朵花，取样标记方法如下：如图14a所示，在纵向平面内，花朵高度在160～190 cm之间，采样区沿垂直于地面的方向分为3个10 cm高的采样层，每个采样层分布10个采样点。

图14 授粉试验采样点布置Fig.14 Scheme of sample point distribution

如图14b所示，在水平平面内，以树干构成的直线为分界线，在左、右两侧70 cm处，每隔50 cm设一个采样点。每种授粉方式以2棵树为一个处理，每个处理设置3个重复。数据统计方法采用文献[26]所述方法计算。

授粉作业20 d后，按取样标记分别统计4种授粉方式的坐果数，坐果率f为坐果数与标记数之比。在果实成熟期，每个采样层各摘5个标记果，用电子天平称量单果质量mg，按授粉方式取单果质量平均值；然后用游标卡尺分别测量果纵径、横径和侧径，每个尺寸重复测量3次，并取平均值，按文献[26]所述方法计算猕猴桃果实的畸形率r。

3.3 授粉试验结果分析

将4种授粉方法的作业数据和试验统计结果进行统计，如表5所示，喷雾授粉消耗的花粉量由喷雾消耗的花粉液体积和花粉质量分数计算出，手工点授消耗的花粉量由消耗的花粉混合物和配制比例计算出。双流式喷嘴的坐果率分别比手动喷雾器和电动喷雾器高6.7个百分点和13.4个百分点；单果质量上，双流式授粉比手式喷雾器和电动喷雾器高12.6 g和8.0 g。手工点授的坐果率比双流式授粉高5.0个百分点，平均单果质量高11.1 g。

表5 田间授粉效果对比试验结果Tab.5 Comparison of pollination experiment result in kiwifruit orchard

授粉试验数据表明，双流式喷雾授粉的坐果率、果实畸形率和单果质量均优于电动喷雾和手动喷雾器作业，在气压0.20 MPa、流量0.125 L/min和对靶喷授的工况下，由双流体喷嘴喷出的雾滴主要沉积于花蕊区，提高了柱头上的花粉液附着量，同时因双流式雾化雾滴粒径小，花蕊区单位空间内的雾滴密度大，雾滴在空中悬浮的时间较长，提高了花粉在多个柱头上粘附的概率，从而获得了更好的授粉效果。

相比手工点授，双流式喷雾的授粉效果较差，但其花粉利用率最高。因喷雾授粉花粉浸泡在水中，导致部分花粉吸水膨胀破裂，花粉活性下降，而手工点授时花粉浓度高，单花授粉量大，易充分授粉，但消耗的花粉也稍高[34]。

作业效率和成本方面，双流式喷雾对于60朵花授粉所需时间比手工点授少3 min，作业效率提高了60%，同时双流式喷雾授粉花粉消耗量减少了25%。双流式喷雾授粉60朵花的花粉消耗量比电动喷雾器少0.45 g，节约60%的花粉，但电动喷雾器和手动喷雾器的喷雾流量大、喷射范围广，其工作效率均高于双流式对靶授粉，综合考虑花粉消耗量和人力成本，双流式授粉的成本比电动喷雾器低约14%。

综上所述，手动喷雾器和电动喷雾器授粉方法雾化质量差、受控性差，花粉液在花蕊区沉积少，花粉消耗最高，花粉利用率低。双流式对靶授粉技术，在授粉质量、花粉消耗和作业速度等方面具有综合优势。

4 结论

(1)在盛花期，采用质量分数为0.1%的花粉液，雌花柱头区至少需要42.9 mg花粉液沉积，才能保证猕猴桃充分授粉。

(2)揭示了猕猴桃花朵采用双流式靶向喷射时，花蕊区授粉沉积量的径向分布特征，试验选定的双流式喷嘴采用0.20 MPa气压时，猕猴桃花蕊区雾滴覆盖率最大，为69.5%。

(3)确定了双流体喷嘴对猕猴桃授粉的作业控制参数为：气压0.20 MPa、喷雾脉冲时长0.1 s、花粉液流量0.125 L/min、喷雾距离35 cm，此时花蕊区的靶向沉积量能满足充分授粉的最低要求。

(4)采用以上控制参数进行田间授粉，双流式授粉的坐果率为86.7%，比手动喷雾器授粉提高6.7个百分点，比电动喷雾器提高13.4个百分点，比手工点授低5.0个百分点；双流式授粉的平均单果质量为91.5 g，比手动喷雾器授粉提高12.6 g，比电动喷雾器提高8.0 g，比手工点授小11.1 g。