曹龙龙 宋坚利 宫建勋 李明军 郝延杰 张爱民

摘要 ：本文在喷杆喷雾机上优化喷洒装置，采用多喷头组合喷雾，设计了双扇面喷雾的吊杆喷雾装置，对单一扇形雾喷头、双扇形雾喷头组合、双扇面吊杆喷雾进行了大田试验，数据结果显示：标准扇形雾喷头ST110 04（德国Lechler）+双扇面吊杆的喷雾效果最好，在冠层上中下不同部位的沉积变异系数为28.4%，在棉花冠层下部的覆盖率达到50.92%，虫口减退率超过85.0%;标准扇形雾喷头和防飘喷头组合ST110 02+IDK120 02（德国Lechler）喷雾效果其次;单一喷头喷雾在冠层下部的覆盖率较小，为33.14%，虫口减退率（红蜘蛛）为77.3%。双扇面组合喷雾与单扇面喷雾相比有显著性差异，不同类型喷头组合的喷雾性能优于其他类型喷头。

关键词 ：喷头; 沉积均匀性; 棉花

中图分类号：

S 491

文献标识码： B

DOI： 10.16688/j.zwbh.2018476

Effects of multiple nozzle spray on the control of cotton pests

CAO Longlong1， SONG Jianli2， GONG Jianxun1， LI Mingjun1， HAO Yanjie1， ZHANG Aimin1

（1. Binzhou Agricultural Mechanization Science Research Institute，Shandong Province， Binzhou Cotton Whole Process Mechanization

Key Laboratory， Binzhou 256600， China; 2. College of Science， China Agricultural University， Beijing 100193， China）

Abstract

The objective of this study was to improve the droplet deposition uniformity on cotton canopy. Combined nozzle spray with boom sprayers was used in this study. The pendent boom appliance with double fan spraying was designed to compare the single normal flat fan nozzle， double flat fan nozzle and pendent boom spray in cotton fields. Furthermore， the deposition uniformity and coverage of pesticides and pest control effect were investigated. The spray effect of normal flat fan nozzle ST110 04 （Lechler）+double flat fan pendent boom were the best; its deposition variation coefficient in different parts of the canopy was 28.4%; the coverage rate in the lower part of cotton canopy was 50.92%， and the decrease rate of pest insects was more than 85.0%. The spraying effect for the normal flat fan nozzle and air induction flat fan nozzle ST110 02+IDK120 02 （Lechler） were second： the coverage rate in the lower part of cotton canopy for single flat fan nozzle was 33.14%， and the decrease rate of pest insects （the spider mite） was 77.3%. In conclusion， double flat fan nozzle spraying significantly improves spraying performance.

Key words

nozzle; deposition uniformity; cotton

黃河三角洲区域虽然地势平坦但土地“盐碱旱薄”，严重影响着农业生产的发展。棉花具有耐盐碱、耐干旱、耐瘠薄能力强的特点[1]，发展棉花生产可以更好地改良和利用盐碱地[2]，对于国家“藏粮于地”的战略方针具有重要意义。

在棉花的种植过程中，植保作业是最为繁重的管理工作之一[3]，从苗期管理到最后收获需喷施十余次药剂。目前，在棉花植保化控作业中，小地块主要以背负式电动喷雾机为主，大地块的发展趋势是采用喷杆式喷雾机[4]，虽然喷杆式喷雾机较背负式喷雾设备大大减轻了劳动强度，提高了作业效率，但是由于现有喷杆喷雾机普遍采用雾化等级为细雾滴的扇形雾喷头，并采用自上而下顶压性喷雾的作业方式，雾滴受到上层叶片拦截，使得药液在棉花冠层沉积分布不均匀，冠层上部及外侧较多[56]，满足不了棉花生长中后期某些病虫害的防治需求[7]，造成药液浪费，影响植保化控效果;并且由于采用细雾滴喷雾，在风速较大的气象条件下，农药飘失严重。目前的喷洒部件很难同时满足覆盖率、飘失率和均匀性3个不同喷雾指标要求，所以很多学者研究组合式喷头喷雾，以期改善农药沉积分布特性[8]。Ramon研究了可以利用不同数目喷头的组合，来满足不同种类作物的作业要求，特别适用于带状喷雾和宽幅喷雾[9]。徐艳蕾等设计了一种基于多喷头组合的变量系统用于精准喷药，减小农药施用量[10]，Lechler公司研发了一种双扇面喷头IDTA[11]，德国AGROTOP公司研发了双扇形文丘里喷嘴，研究发现双扇形喷头可以提高垂直靶标上喷雾的沉积量、均匀性及穿透性。魏新华等[5]设计了一款棉花分行冠内冠上组合风送式喷杆喷雾，通过冠内和冠上的组合式气流扰动和输送，进一步提高雾滴的扩散范围和沉积分布均匀性。

本文改进了四轮自走式喷杆喷雾机的喷洒部件，将常规喷头体只安装单独一个喷头改进成多喷头组合喷雾的多扇面结构，设计了一种双扇面喷雾吊杆，以棉田害虫（主要是白粉虱、棉铃虫、红蜘蛛）为防治对象，对棉花进行喷雾作业，研究雾滴在棉花冠层的沉积分布情况，并对防治效果及药害情况进行调查，分析常规喷雾与吊杆、双扇面喷头对病虫害的防效差异，筛选出最佳的喷头组合方式。

1 材料与方法

1.1 试验条件

试验地点为滨州市无棣县西小王乡黄庄村棉田，棉花品种为‘鲁棉研37号，0.76 m等行距种植，种植密度为5 000株/667 m2，试验时棉花处于花铃期，株高1.0～1.2 m。

1.2 试验方法

试验共选取4种德国Lechler喷头：标准扇形雾喷头ST110 02、ST110 04;防飘扇形雾喷头IDK120 02、IDK120 04。共设置7种不同喷头组合的喷雾方式（表1，图1）。在进行大田喷雾作业时，Ⅲ～Ⅵ号组合中两喷头分别朝向喷杆的前、后方，即两喷头连线平行于机具行走方向。

1.2.1 不同类型喷头雾滴粒径测试

为了解不同类型喷头的雾化效果，测试了试验喷头的雾滴粒径。以清水做喷液，喷雾压力0.3 MPa，利用激光雾滴粒径仪Spraytec （英国马尔文）分别对ST110 02、IDK120 02、ST110 04、IDK120 04喷头进行雾滴粒径的测量。每个喷头设定A、B、C、D、E 5个测量点，如图2所示，分别为扇面中心左20 cm （A点）、左10 cm （B点）、0 （C点）、右10 cm （D点）、右20 cm （E点），每个点重复测量3次，由Spraytec软件分析得到雾滴粒径数据[12]。

RSF为相对雾滴谱宽因素，是表征雾滴尺寸分布均匀性的基本参数，数值越小表明雾滴粒径越集中，RSF计算公式为：

RSF=DV90-DV10DV50

式中：DV50为雾滴体积中径，DV10、DV90分别表示将取样雾滴的体积按雾滴从小到大的顺序累积，当积累值等于取样雾滴体积总和的10%、90%时，所对应的雾滴直径。

1.2.2 组合喷头喷雾对棉花冠层沉积分布均匀性的影响

喷雾液以柠檬黄水溶液代替，浓度为2.5 g/L，喷量为30 L/667 m2，将试验田划分为7个小区，每个小区喷幅内均匀取3株棉花布样点，间隔50 m。将布样的棉花植株分为上、中上、中、中下、下5层，每层2个取样点，每株10个取样点（图3），每个取样点布麦拉片和水敏纸，每试验重复3次。

7个小区分别安装上述7种组合喷头进行喷雾试验。使用3WPG 600型自走式喷杆喷雾机（山东卫士植保有限公司）作业，自走式喷杆喷雾机喷幅6 m，装有12个喷头，喷头间距0.5 cm，喷雾高度0.5 m，喷雾压力0.3 MPa，ST110 02、IDK120 02喷头流量为078 L/min，ST110 04、IDK120 04喷头流量为1.5 L/min，行走速度1.2 m/s。作业时，天气晴朗，风速0.8～1.2 m/s，气温34℃，相对湿度53.3%。

噴雾结束后，分别收集麦拉片和水敏纸于自封袋和信封中，用于沉积的定量测定和雾滴密度检测。利用721型紫外可见分光光度计（上海光谱仪器有限公司）测定麦拉片上柠檬黄的沉积量，计算单位面积沉积量。通过Depositscan（美国USDA）软件计算出雾滴在水敏纸上的覆盖率、单位面积覆盖雾滴个数等信息。

1.2.3 使用不同类型喷头对棉花害虫的防治效果调查

试验分为4个小区，分别用单一标准扇形雾喷头ST110 04（Ⅰ）、单一防飘喷头IDK120 04（Ⅱ）、标准扇形雾喷头和防飘喷头组合ST110 02+IDK120 02 （Ⅴ）、单一标准扇形雾喷头ST110 04+双扇面吊杆（Ⅶ）进行喷雾。试验药剂为：30%阿维·矿物油乳油100 mL/667 m2（山东省农药研究所）;2%甲氨基阿维菌素苯甲酸盐乳油25 mL/667 m2（石家庄兴柏生物工程有限公司）;微量元素水溶肥水剂40 mL/667 m2（达尔斯特农化有限公司）。喷雾机参数同1.2.2，施药液量为30 L/667 m2，作业时，气温22～32℃，相对湿度81%，风速0.2～0.4 m/s。每小区采用对角线5点取样，每点调查10株，每个小区共50株。对每个小区喷幅内的棉铃虫、红蜘蛛、白粉虱进行标记，于喷药前1 d及喷药后1、3、5、7 d进行药效调查，计算虫口减退率。

虫口减退率=pt0-pt1pt0×100%

式中，pt0为处理区施药前虫数;pt1为处理区施药后虫数。

2 结果与分析

2.1 不同类型喷头雾滴粒径的测试

由图4可知，IDK系列喷头的雾滴粒径明显大于ST系列喷头的雾滴粒径，根据美国ASABE S 572.1标准[13]，在喷雾压力0.3 MPa下，IDK120 04的雾化等级是粗雾滴，IDK120 02的雾化等级是中雾滴，ST110 02和ST110 04的雾化等级为细雾滴。由表2可知，喷头型号较小的雾滴粒径较为集中，小雾滴在喷雾扇面中间聚集有利于小雾滴的稳定性，而在喷雾扇面的两侧则飘失几率大，大雾滴的雾滴谱范围较宽，有利于病虫害的防治。

2.2 组合喷头喷雾对棉花冠层沉积分布均匀性的影响

由表3可知，不同喷头组合的喷雾沉积分布均匀性存在一定的差异。沉积分布较好的是ST110 04 +双扇面吊杆（ST110 02 +ST110 02）组合，该组合使用标准扇形雾喷头，雾化颗粒细小均匀，雾滴密度大，有利于雾滴在叶面上沉积，变异系数最小（6.6%）; ST110 02+IDK120 02、IDK120 02+ST110 02组合喷头中 ST110 02喷头有利于上层沉积的均匀性，IDK系列喷头有利于提高穿透性;IDK120 04、IDK120 02+IDK120 02喷头雾滴粒径大，沉积量多，分别为4.85、4.82 μg/cm2;ST110 04喷头雾滴沉积密度大，容易受温度、风速等外部环境的影响，其沉积量最小（4.62 μg/cm2）、变异系数最高（24.1%）。

不同喷头组合的喷雾在冠层不同部位的沉积分布均匀性存在较大的差异，雾滴在冠层上的沉积量由上及下逐渐递减。ST110 04+双扇面吊杆（ST110 02+ST110 02）组合在不同部位的沉积量变异系数为28.4%，该组合对作物形成“门”字形喷洒，对棉花整个植株进行包裹性喷洒，增强了药液的穿透性与沉积分布均匀性，下部吊杆的喷头采用ST110 02+ST110 02双扇面组合喷头，能较均匀地喷洒在两行植株的下部，雾滴细小，在冠层下部环境较为密闭，飘失很少，易喷洒到害虫体表，形成立体喷雾，达到最佳的防效。ST110 02+ST110 02组合在冠层的沉积量多，但是均匀性较差，变异系数为55.5%，上部沉积量是下部沉积量的5.2倍，该组合喷雾在棉花冠层的穿透性较差，水平喷杆喷施细小雾滴的喷雾，则大部分雾滴沉积在冠层上部与表层，很难穿透叶片到达冠层内部及下部，不利于均匀着药。IDK系列喷头雾滴粒径大，穿透性强，但雾滴密度小，雾滴个数较少，容易受到地面平整程度等外部环境的影响。

1） 1～9代表一个喷头组合小区三次重复试验的棉花序号。

1～9 represents the serial numbers of cotton in three repeated tests of a nozzle combination.

1） 表中数据为平均值±标准差。表格中的字母指示各量间在0.05水平的差异显著性，字母相同的量之间没有显著性差异。

The values are means±SD. Different letters in the table indicates the significant difference at the level of 0.05; the values followed by the same letter in the same columns are not different statistically.

2.3 不同组合喷头喷雾对棉花冠层下部雾滴密度分布的影响

由表5可知，ST110 04+双扇面吊杆组合在冠层下部的雾滴密度为49.50个/cm2，覆盖率为5092%，雾滴分布均匀（图5a），覆盖面广;ST110 02和IDK120 02喷头组合下中等雾滴气流与细雾滴气流相互作用，上层沉积分布较均匀，覆盖性好（图5b），下层沉积稍少，雾滴密度为38.92个/cm2，覆盖率为46.39%;IDK120 04喷头的喷雾在冠层下部的覆盖率与雾滴密度与ST11 02和IDK120 02组合不存在显著性差异;4个组合中，ST110 04喷头喷雾在冠层上部有一定的沉积，但在下部沉积很少（图5d），由于此喷头的雾滴粒径较小，喷雾气流的穿透性较差，雾滴不易到达冠层下部并沉积。

棉花中后期叶片相互遮挡，白粉虱等在遮挡的冠层下面和叶片背面，喷雾雾滴能否穿透冠层到达中下部，关系到药效的发挥[14]，喷雾方法和沉积均匀性是关键。

2.4 使用不同类型喷头对棉花害虫的防治效果

试验选取4种喷头ST110 04+双扇面吊杆、ST110 02+IDK120 02、IDK120 04、ST110 04调查药效，试验前一天先进行药前基数调查，统计不同害虫的数量。分别于药后1、3、7 d调查药效。施药7 d后药效结果如图6所示，棉铃虫的虫口减退率分别为 89.5%、87.5%、88.5%、86.4%。棉鈴虫一般在植株嫩叶及顶心处，而喷杆喷雾机不同的组合喷头喷雾在上部沉积较好，4种喷头组合喷雾对棉铃虫均有很好的防治效果，虫口减退率差异较小。

对于红蜘蛛和白粉虱来说，不同的组合喷头喷雾其防治效果有较大的差异，沉积分布均匀性和防效成正比。白粉虱在底部躲避过程中，ST110 04双扇面吊杆组合中，底部吊杆（ST110 02+ST110 02）喷头正好将细小的雾滴喷洒到害虫体表，喷杆喷头和吊杆喷头可以很好地在叶片背面喷洒沉积，第7天虫口减退率大于85%。ST110 02+IDK120 02由于ST110 02号喷头在上部有较好的雾滴密度，和IDK120 02大雾滴夹带气流相互辅助，沉积到下部的量和雾滴密度也可以得到很好的保证，药液附着在害虫体表的概率也增大，第7天虫口减退率在83%以上。IDK120 04喷头来讲，虽然穿透力较强，但由于雾滴密度较小，药液雾滴能够附着在害虫体表的概率变低，虫口减退率略低（第7天79%以上）。ST110 04喷头的喷雾密度能达到防治要求，但穿透性差，不能有效地将药液喷洒到底部的害虫体表，虫口减退率稍差（第7天77%以上）。在防效和沉积均匀性保持一致的前提下，4种喷头的防治效果大小顺序为：ST110 04+双扇面吊杆>ST110 02+IDK120 02>IDK120 04>ST110 04。

3 结论

本文通过田间试验测试了7种喷头类型的喷杆喷雾机喷雾雾滴在棉花冠层不同部位的沉积分布，对雾滴在棉花冠层的沉积密度结果和对棉花主要害虫的防治效果进行了分析。结果表明，沉积均匀性依次为ST110 04+双扇面吊杆>ST110 02+IDK120 02>IDK120 02+ST110 02>IDK120 02+IDK120 02>IDK120 04>ST110 04>ST110 02+ST110 02。对害虫防治效果与沉积均匀性保持一致，4种类型的喷头组合防治效果ST110 04+双扇面吊杆>ST110 02+IDK120 02>IDK120 04>ST110 04。综合以上试验结果，分析新型组合喷头的喷雾特性，确定最佳的喷雾组合方式为ST110 02+IDK120 02。

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（责任编辑：田 喆）