超聲氣力噴霧對稻飛虱防治試驗

繆 宏，江 城，張燕軍，戈林泉，張 臣

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超聲氣力噴霧對稻飛虱防治試驗

繆 宏1,2，江 城1，張燕軍1，戈林泉3※，張 臣1

（1. 揚(yáng)州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，揚(yáng)州 225000；2. 農(nóng)業(yè)部現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備重點實驗室，南京 210014； 3. 揚(yáng)州大學(xué)園藝與植物保護(hù)學(xué)院，揚(yáng)州 225000）

為系統(tǒng)研究超聲氣力噴霧對稻飛虱的防治效果，該文利用自制的超聲氣力噴霧系統(tǒng)，搭建稻飛虱超聲氣力噴霧試驗平臺，模擬水稻稻飛虱的生長環(huán)境。研究藥液濃度、噴霧高度、移動速度、氣力值不同作業(yè)參數(shù)對超聲氣力霧化幅寬、霧滴粒徑的影響規(guī)律，并試驗驗證超聲氣力噴霧稻飛虱防治效果。試驗結(jié)果表明：當(dāng)噴頭移動速度160 mm/s、流量5.5 mL/min時，其霧化率高，霧化效果更好，并且流量為5.5 mL/min時，農(nóng)藥利用率更高；通過統(tǒng)一其他參量發(fā)現(xiàn)：不同氣力值下，粒徑的平均值基本相同，都在25m左右，并且在氣壓值為20 kPa，霧化寬幅達(dá)到240 mm；霧滴形成后，在葉片上的附著效果受到噴霧流量、霧滴直徑、風(fēng)速以及葉片傾斜角度的影響；對比普通噴霧，超聲氣力噴霧的農(nóng)藥利用率提高了35%～45%，對稻飛虱的控制效果提高了10%～36%。該項試驗研究結(jié)果對于改進(jìn)施藥機(jī)具和技術(shù)卻相對落后的現(xiàn)狀，提高機(jī)械化化學(xué)農(nóng)藥防治技術(shù)具有指導(dǎo)意義和實際利用價值。

農(nóng)業(yè)機(jī)械；噴霧；農(nóng)藥；超聲氣力噴霧；稻飛虱；防治；風(fēng)速；氣力值

0 引 言

在農(nóng)業(yè)植保技術(shù)不斷發(fā)展的今天，植物保護(hù)的方法有很多，按其原理及應(yīng)用可分為：農(nóng)業(yè)技術(shù)防治、物理機(jī)械防治、生物防治和化學(xué)農(nóng)藥防治[1]。目前，雖然中國有很多機(jī)械化化學(xué)農(nóng)藥防治方法，但施藥機(jī)具和技術(shù)卻相對落后，病蟲害防治過程中的農(nóng)藥利用率低、噴藥效果差，而且還造成了農(nóng)產(chǎn)品中農(nóng)藥殘留超標(biāo)、環(huán)境污染、作物藥害和操作者中毒等一系列問題[2-4]。常用機(jī)具有存在明顯的“跑、冒、滴、漏”現(xiàn)象。同時，當(dāng)前機(jī)械施藥技術(shù)缺乏安全性，農(nóng)民沒有經(jīng)過完善的施藥培訓(xùn)指導(dǎo)，每年因化學(xué)農(nóng)藥使用錯誤而產(chǎn)生的中毒傷亡高達(dá)幾十人次[5-7]。

在當(dāng)前中國水稻植保機(jī)械中，手工、半機(jī)械化的手動、小型電動噴霧機(jī)仍然占據(jù)主導(dǎo)地位[8-10]。農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所龔艷等研制了高效寬幅遠(yuǎn)射程機(jī)動噴霧機(jī)，其施藥液量450～600 L/hm2，作業(yè)效率1.33～2.67 hm2/h[11]。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)何雄奎等研制了一種可實現(xiàn)低量風(fēng)送精確噴霧的水田風(fēng)送低量噴桿噴霧機(jī)，可進(jìn)行150～180 L/hm2的低容量噴霧作業(yè)[12]。西北農(nóng)林科技大學(xué)翟長元等設(shè)計了一種車載式變量施藥系統(tǒng)，可以根據(jù)行駛速度自動變換噴藥量，解決了植保機(jī)械移動速度與施藥量不匹配的問題，避免農(nóng)藥使用浪費(fèi)或施藥不足[13]。丹麥Hardy公司研制了Alpha4100型自走式噴藥機(jī)，在保證一定范圍施藥量的情況下，有效地控制化學(xué)農(nóng)藥的使用，提高了農(nóng)藥利用率，同時該公司研制的Alpha2000型風(fēng)送式噴桿噴霧機(jī)，采用了氣力輔助技術(shù)，顯著提高了霧滴在作物各個部位的附著量[14]。Bertelli Randell公司生產(chǎn)了靜電噴頭，提高了霧滴的附著率，比普通噴頭減少藥液損失65%以上[15]。由此可見，超低量噴霧技術(shù)是目前國內(nèi)外研究的熱點，如果在植保作業(yè)中采用低量噴霧技術(shù)，農(nóng)藥有效利用率可增加35%～45%，化學(xué)農(nóng)藥使用量節(jié)約40%，可有效提高田間農(nóng)藥有效利用率，減少環(huán)境污染和作物殘留，以最少的農(nóng)藥達(dá)到最高的防治效果，從病蟲害防治中收到良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和生態(tài)效益[16-20]。

為了使霧化產(chǎn)生的霧滴粒徑更小，分布更均勻，便于控制，從而能夠節(jié)省大量農(nóng)藥，避免環(huán)境污染。以實現(xiàn)化學(xué)農(nóng)藥施藥中低量噴霧的要求。本文研究的目的就是要將超聲和氣力噴霧技術(shù)結(jié)合起來應(yīng)用到植保機(jī)械中，研制出低量高效施藥機(jī)械，進(jìn)而為改善植保機(jī)械現(xiàn)狀提供參考和依據(jù)。通過模擬水稻稻飛虱的生長環(huán)境，研究藥液濃度、噴霧高度、移動速度、氣力值等不同作業(yè)參數(shù)對超聲氣力霧化幅寬、霧滴粒徑等性能的影響規(guī)律，并試驗驗證超聲氣力噴霧的稻飛虱防治效果。

1 超聲霧化原理及噴頭結(jié)構(gòu)

1.1 超聲霧化原理

超聲霧化技術(shù)主要是通過在超聲頻率下，液體振動失穩(wěn)，在氣相中分散而形成細(xì)微霧滴[21]。其中引起超聲振動的方式主要有3種：壓電效應(yīng)法、流體動力法和磁致伸縮效應(yīng)法[22]。鑒于壓電效應(yīng)法的壓電材料性價比高，本文采取基于壓電效應(yīng)法的超聲噴頭，其核心部件是夾心式壓電換能器，主要特點是將超聲電信號轉(zhuǎn)化為高頻率的機(jī)械震蕩。超聲噴頭的換能器由一對或多對壓電陶瓷組成，其夾在鈦金屬外殼中。超聲霧化的工作原理如圖1所示：壓電陶瓷作為高頻電輸入的一極，另一極作為金屬外殼。高頻輸入信號激勵兩極極性往復(fù)變化，壓電陶瓷就會發(fā)生振動，其振動頻率與輸入信號相同，在經(jīng)過放大變換之后，振動產(chǎn)生的壓力波引起噴頭端面振動。當(dāng)液體經(jīng)過液路接觸到換能器激勵下振動的噴頭端面時，一層波狀液體薄膜會在固體表面形成，當(dāng)其振幅不斷增大，表面波也會增大，若液膜表面波的振幅增大到相應(yīng)值，表面波就會碎裂，從噴口處溢出許多霧狀液滴液體經(jīng)液路到達(dá)噴口處形成霧狀液滴。噴嘴的設(shè)計長度是一個波長，壓力波在噴頭內(nèi)部來回傳播形成標(biāo)準(zhǔn)波模式，波峰在左右端面處，其中噴頭出口端振幅明顯大于入口端，增大的幅值與噴嘴直徑的變化呈正比例關(guān)系[23-24]。

圖1 超聲霧化原理示意圖[23]

1.2 超聲霧化噴頭結(jié)構(gòu)

超聲霧化噴頭由前端蓋，后端蓋，換能器等組成，結(jié)構(gòu)如圖2所示。后端蓋布置有進(jìn)氣口，進(jìn)液口。超聲變幅桿中心軸處設(shè)有液路。換能器與變幅桿直接接觸，其包括換能器后端、壓電振子組、電級焊片。電級焊片引出壓電振子組的電極。圓環(huán)狀壓電陶瓷片需為偶數(shù)，并聯(lián)方式連接，共同組合成壓電振子組。該組合中的一極與換能器前段和后端連接。

前后端蓋與變幅桿中間形成腔體，空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的氣體經(jīng)后端蓋進(jìn)氣口進(jìn)入該氣腔；壓力泵提供的液體經(jīng)后端蓋進(jìn)液口進(jìn)入液路，如圖2所示。由于超聲噴頭噴嘴為外部混合空氣助力噴嘴，所以它能避免回流氣路，同時它還包含內(nèi)部助力噴嘴霧化效果好，它在任何液體流量下都能保持噴霧錐角基本不變，在需要擴(kuò)大或縮小錐角的情況下，通過增加氣力值，可以改變錐角大小。

1. 前端蓋 2. 換能器 3. 換能器后蓋 4. 壓電振子組 5. 電機(jī)焊片 6. 腔體 7. 后端蓋 8. 進(jìn)氣口 9. 進(jìn)液口 10. 液路 11. 超聲變幅桿

2 試驗材料與方法

針對稻飛虱的習(xí)性搭建稻飛虱超聲氣力噴霧試驗平臺，在平臺中進(jìn)行有關(guān)超聲氣力噴霧性能的試驗，試驗主要包括霧化分布試驗、霧滴粒徑測量試驗以及霧化寬幅測量試驗，用以確定稻飛虱防治試驗中超聲氣力噴頭的位置高度、流量以及氣力值等重要參數(shù)。

2.1 超聲氣力噴霧試驗平臺設(shè)計

根據(jù)25株水稻種植面積及水稻最大生長高度設(shè)計稻飛虱超聲氣力噴霧試驗平臺，內(nèi)部尺寸為1 780 mm′1 170 mm′520 mm，試驗平臺主結(jié)構(gòu)分為上部施藥機(jī)構(gòu)與下部水稻擺臺底座部分，右側(cè)面分別開三孔做為通風(fēng)口，左右兩側(cè)設(shè)計有手柄，便于玻璃罩裝卸。有機(jī)玻璃罩殼可配合在底座四邊的卡槽中，采用一種龍門架直線導(dǎo)軌滑臺實現(xiàn)超聲氣力噴霧裝置在水平面上的運(yùn)動，如圖3a所示。

1. 支架 2. 導(dǎo)軌 3. 噴頭 4. 坦克鏈 5. 鋁合金底座 6. 玻璃罩殼 7. 伺服電機(jī) 8. 通風(fēng)口 9. 超聲發(fā)生器 10. 控制柜 11. 風(fēng)扇

為防止試驗過程中稻飛虱從平臺中逃逸，在底座與玻璃罩的對接卡槽中摻入水，形成水封閉結(jié)構(gòu)，并在有機(jī)玻璃罩左右兩側(cè)的開孔處設(shè)置濾網(wǎng)，底座側(cè)面開直徑80 mm的孔；用于布置內(nèi)外超聲噴霧電源線及各種信號線，采用PID控制系統(tǒng)自動控制超聲噴霧試驗平臺的溫度，如圖3b所示。玻璃罩殼高度為800 mm，罩殼左側(cè)面中心開孔直徑250 mm安裝風(fēng)扇，如圖3c所示。

2.2 試驗方法

2.2.1 霧化分布試驗

在霧化分布試驗中，用生物染料“麗春紅-G”為示蹤劑與蒸餾水混合配置成與農(nóng)藥密度及黏性相等的噴液，加入水稻稻飛虱超聲噴霧平臺的藥液箱中，濾紙采用 1 500 mm′1 000 mm的定性濾紙。經(jīng)由超聲噴頭噴出的霧狀液滴，采用定性濾紙直接定性觀測，霧化后的紅色液滴散落在濾紙上，通過觀測畫面分布狀況對比各參數(shù)下的噴霧效果[22-24]。變量參數(shù)包括高度、速度及流量。噴頭高度按照水稻噴藥時期的生長高度可以設(shè)置為500、950 mm。噴頭的移動速度可以設(shè)置為160、400 mm/s。設(shè)置流量值為5.5、15、35 mL/min。對各參數(shù)進(jìn)行正交試驗。其它參數(shù)為固定值，設(shè)置超聲功率為2.5 W，噴霧氣力值為0 kPa，風(fēng)速為0 mm/s。測試不同風(fēng)速下的霧化效果時，設(shè)置參數(shù)如下：噴頭高度為950 mm，流量為5.5 mL/min，噴頭移動速度為0 mm/s，氣力值為0 kPa，超聲功率為2.5 W，風(fēng)速分別設(shè)置為：零級風(fēng)（0 mm/s），一級風(fēng)（1 000 mm/s），二級風(fēng)（2 000 mm/ s），三級風(fēng)（4 000 mm/s）。

2.2.2 霧滴粒徑測試試驗

在霧滴粒徑測量試驗中，用白油作為捕集液，其他材料有白凡士林，測試工具有500倍顯微鏡和測微尺。將玻璃培養(yǎng)器洗凈，在其底部均勻涂一層白凡士林，在凡士林上抹一層約2～3 mm深的白油，收集霧滴使霧滴均勻懸浮在油中，在500倍顯微鏡中放置測微尺，將培養(yǎng)器移置顯微鏡下，焦距調(diào)至能看清霧滴，隨機(jī)在測微尺上讀取霧滴，邊讀邊記錄。最后，計算霧滴體積中徑，方差，數(shù)量中徑及擴(kuò)散比[25-26]。測試氣力值與霧滴粒徑的關(guān)系時，設(shè)置參數(shù)如下：噴頭高速為950 mm，流量為5.5 mL/min，噴頭移動速度為0 mm/s，超聲功率為2.5 W，風(fēng)度：零級風(fēng)（0 mm/s）。氣力值設(shè)置為0、10、15、20 kPa。測試流量與霧滴粒徑的關(guān)系時，設(shè)置參數(shù)如下：噴霧高度為500 mm，噴頭移動速度為160 mm/s，流量為自變量，分別為2、4、6、8、10、12、14、16 mL/min。

2.2.3 霧化寬幅測量試驗

在霧化寬幅測量試驗中，利用高倍相機(jī)直接記錄，讀取試驗平臺的網(wǎng)格線測量噴霧幅寬。截取距各噴頭垂直高度為150 mm處（截距過大，霧滴隨氣流影響其軌跡變化較大，造成試驗誤差過大）的霧化寬幅，繪制二維坐標(biāo)折線圖[27]。設(shè)置氣壓值分別為：0、5、10、15、20 kPa。保持噴頭移動速度為0 mm/s，流量為5.5 mL/min，噴頭高度500 mm。

2.2.4 稻飛虱防治試驗

在稻飛虱防治試驗中，采用的試藥劑為常州農(nóng)藥廠生產(chǎn)的10%吡蟲啉；選擇試驗水稻品種為武運(yùn)粳24，水稻秧苗共計180株，施肥水平中等，pH值為7.1，試驗用60株水稻分為12組樣品，每組5株水稻，共重復(fù)3次；試驗選用的褐飛虱種群最初來自中國水稻研究所，在揚(yáng)州大學(xué)生態(tài)實驗室溫室中飼養(yǎng)，飼養(yǎng)在溫度（26± 1）℃，相對濕度70%～80%，光照周期16 h/8 h的環(huán)境下，屬敏感種群。

分別采用普通氣力噴頭（手動長江16型噴霧器）與及超聲氣力噴頭噴霧作業(yè)。普通氣力噴霧的氣力值為10 kPa；超聲氣力噴霧的主要參數(shù)為：噴頭高度為500 mm，流量為5.5 mL/min，氣力值為10 kPa，超聲功率為2.5 W。試驗分4個作業(yè)參數(shù)：用藥量為460 g/hm2，采用普通噴頭；用藥量為620 g/hm2，采用普通噴頭；用藥量為260 g/hm2，采用超聲氣力噴頭；用藥量為320 g/hm2，采用超聲氣力噴頭。共設(shè)置12組水稻樣品，每組5株水稻，每組投放三齡若蟲約100頭。于藥后7、15 d進(jìn)行藥效調(diào)查，計算飛虱死亡和存活數(shù)目。試驗共重復(fù)3次。

3 結(jié)果與分析

3.1 霧化分布效果

各種條件下霧化分布效果如圖4所示，當(dāng)噴頭移動速度為160 mm/s時，霧滴覆蓋率較高，在濾紙上的噴霧分布效果要好于速度為400 mm/s時的情況；當(dāng)噴頭移動速度為400 mm/s時，存在若干空白區(qū)域，該速度不利于水稻滅蟲；流量為5.5與15 mL/min時的分布效果相差不大，但當(dāng)流量為35 mL/min時，會發(fā)生明顯的抱團(tuán)聚集現(xiàn)象；當(dāng)噴霧高度為500 mm與噴霧高度為950 mm時的噴霧附著效果相差甚微，表明噴霧高度對霧化分布無明顯影響。

如圖4b所示，根據(jù)濾紙霧滴呈像圖，噴頭移動速度為160 mm/s、流量為5.5 mL/min時，其霧化率高，霧化效果更好；對比圖4a與圖4e、4b與4f，發(fā)現(xiàn)相比于流量為15 mL/min時，流量為5.5 mL/min的霧化分布效果與之相差不大，當(dāng)施藥時間相同，那么流量為5.5 mL/min的施藥量更少，農(nóng)藥利用率可以更高。

圖4 不同速度、流量、高度條件下霧化效果分布圖

3.2 風(fēng)速的影響

如圖5a所示，0 mm/s風(fēng)速霧滴垂直降落，水稻稻飛虱噴霧作業(yè)時零級風(fēng)速為假想風(fēng)速，因噴頭本身移動時不可避免的產(chǎn)生氣流，所以實際施藥時不存在0 mm/s風(fēng)速。如圖5b所示，1 000 mm/s風(fēng)速下的超聲氣力噴霧霧滴飄移程度較小。如圖5c所示，2 000 mm/s風(fēng)速下超聲氣力噴霧霧滴飄移程度明顯增大，在空間中懸浮后霧滴下沉。如圖5d所示，4 000 mm/s風(fēng)速下超聲氣力噴霧霧滴彌散在空間中，致使藥液與稻葉的接觸機(jī)率下降。對風(fēng)速的適應(yīng)性較弱是超聲氣力噴頭應(yīng)用在水稻稻飛虱噴霧作業(yè)的不足之處，可在使用前利用順逆風(fēng)選擇噴霧移動方向，以提高施藥率。同時，增加氣力值同樣可以提高超聲氣力噴霧對風(fēng)速的適應(yīng)性。

圖5 不同風(fēng)速下霧滴軌跡

3.3 不同氣力值的影響

如圖6與圖7所示，氣壓值為0 kPa時，霧化最大寬幅不超過80 mm，隨著氣壓值的增加，達(dá)到5 kPa時，霧化最大寬幅緩慢逐步增加，達(dá)到100 mm，在氣壓值超過5 kPa，達(dá)到10 kPa時，霧化最大寬幅明顯急劇增大，達(dá)到200 mm，當(dāng)氣壓值超過10 kPa后，霧化最大寬幅增加趨勢逐步降低，在氣壓值為20 kPa，霧化最大寬幅達(dá)到240 mm。

如圖8所示，在顯微鏡下放大用測微尺獲取數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)，氣力值為0 kPa時霧化粒徑相對均勻，氣力值為10 kPa時的霧化粒徑跨度變化不大，粒徑的平均值都在25m左右。而氣力值在15和20 kPa下的霧化粒徑均值依舊在25m左右，表明隨氣力值變化，霧滴粒徑均值幾乎不變。但是對比圖8a、8b與圖8c、8d，明顯看出氣力值為15和20 kPa時出現(xiàn)了許多零碎的微小液滴。選取噴霧霧滴集中區(qū)域，通過計數(shù)和計算發(fā)現(xiàn)，0和10 kPa時的霧滴粒徑在15～35m的分布量高達(dá)98.87%，而氣力值大于等于15 kPa時，在15～35m的分布量明顯減少，只有88.2%，在霧滴粒徑小于15m這一區(qū)間的分布量明顯增加，達(dá)到了10%以上。這種現(xiàn)象的原因為氣力值越大，液體平面液膜碎裂程度越高，霧滴間的凝聚抱團(tuán)幾率也隨之增大[28-29]。

圖6 不同氣壓值下超聲氣力噴頭作業(yè)狀況

圖7 超聲氣力噴頭不同氣壓值下的最大霧化幅寬

3.4 影響超聲氣力噴霧霧滴附著效果的因素

影響農(nóng)藥霧滴在水稻葉片上附著效果的因素有很多，其中最大的影響因子是農(nóng)藥霧滴粒徑的大小[30]。較大的霧滴粒徑受重力影響更為嚴(yán)重，在噴霧過程中更容易發(fā)生濺落現(xiàn)象，如圖9a所示。噴霧流量較大時，水稻稻葉一定范圍內(nèi)的液滴分布量較為密集，霧滴之間容易發(fā)生凝聚或吸附反應(yīng)[31]，施藥量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了殺滅稻飛虱所需的藥量，農(nóng)藥浪費(fèi)嚴(yán)重，如圖9b所示。由于環(huán)境因素中風(fēng)力及稻葉擺動的影響，霧滴粒徑大的液滴吸附在稻葉表面時會產(chǎn)生彈跳或者濺落的現(xiàn)象。如圖9c所示。稻飛虱以及水稻表面有拒水層，稻葉的傾斜角度會加劇霧滴的滾落，因而造成農(nóng)藥的浪費(fèi)，如圖9d所示。

圖8 超聲氣力噴頭在不同氣壓值下的霧滴放大圖

圖9 影響超聲氣力噴霧霧滴附著效果的主要因素

3.5 超聲氣力噴霧霧滴對稻飛虱的防治效果

如表1所示，普通噴霧用藥量合計6.75 mg，藥后7 d后防治效果平均減退率為80.695%，藥后14 d后防治效果平均減退率為39.66%；超聲氣力噴霧用藥量合計4.25 mg，藥后7 d后防治效果平均減退率為90.765%，藥后14 d后防治效果平均減退率為75.65%。超聲氣力噴霧的用藥量明顯少于普通噴霧，但是超聲氣力噴霧的稻飛虱減退率卻高于普通噴霧。可見，超聲氣力噴霧的農(nóng)藥利用率高，對稻飛虱的控制效果明顯好于普通噴霧，相對而言，超聲氣力噴霧的農(nóng)藥利用率提高了35%～45%，對稻飛虱的控制效果提高了10%～36%，可節(jié)約約40%的農(nóng)藥。

表1 不同噴霧對稻飛虱的防治效果

4 結(jié) 論

1）超聲氣力噴霧噴頭移動速度為160 mm/s、流量為5.5 mL/min時，其霧化率高，霧化效果更好，并且相比于流量為15 mL/min時，流量為5.5 mL/min的霧化分布效果與之相差不大，施藥時間相同，則流量為5.5 mL/min的施藥量更少，農(nóng)藥利用率更高，在稻飛虱防治試驗時可以取得更好的實驗效果；噴頭高度對霧化分布沒有明顯影響。

2）在影響超聲力氣噴霧噴霧效果的因素中，風(fēng)速影響噴霧軌跡和霧滴分布，由于稻飛虱防治試驗在溫室內(nèi)進(jìn)行，可通過增大氣力值等方法使噴霧正常作業(yè)；氣力值影響霧滴粒徑的均勻性，雖然總體平均直徑在25m左右，但是方差隨著氣力值增大而增大，在稻飛虱防治試驗時可以選取10 kP的參數(shù)，以免粒徑不均勻?qū)υ囼炘斐捎绊?；氣力值主要影響噴霧幅寬，總體上是氣力值越大，幅寬越大，在氣壓值為20 kPa，霧化寬幅達(dá)到240 mm；

3）噴霧流量、霧滴直徑、風(fēng)速以及葉片傾斜角度都會影響霧滴的在葉片上的附著效果，從而影響農(nóng)藥的有效利用；通過試驗對比普通噴霧，明顯看出超聲氣力噴霧的農(nóng)藥利用率提高了35%～45%，對稻飛虱的控制效果提高了10%～36，可節(jié)約約40%的農(nóng)藥。

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Experiment on prevention and control of rice planthopper by ultrasonic pneumatic spray

Miao Hong1,2, Jiang Cheng1, Zhang Yanjun1, Ge Linquan3※, Zhang Chen1

(1.225000,; 2.210014,; 3.225000,)

In the current, ultrasonic atomization technology is becoming the key technology of ultra-low volume spray technology in facility agriculture. In order to systemically research the factors affecting the control effect of ultrasonic pneumatic spray on rice planthopper, in this study, the ultrasonic pneumatic spray test platform for rice planthopper was built. This test platform simulated the growth environment of rice planthopper by controlling the temperature, air flow and soil environment. The temperature of the test platform was adjusted by the heater through the PID (proportion, integral, derivative) control system. The air flow was controlled by the electric fan which was placed on the side. The soil was taken directly from the experimental plot in the Yangzhou University. The effects of different operating parameters such as liquid concentration, spray height, moving speed and strength value on the performance, wide width of spray and droplet size of ultrasonic aerosol were studied, and the control effect of ultrasonic aerodynamic spraying on rice planthopper was tested and verified. The biological dye Ponceau-G, which was used as tracer, and distilled water were mixed to be the hydrojet that had the same density and viscosity as pesticide. This kind of hydrojet can leave a trace that is not easy to spread on the qualitative filter paper. The performance and wide width of spray could be qualitatively observed on filter paper. The spray droplets were collected by the white oil which was used as the collection liquid. The droplet size was obtained by 500 times microscope and measuring micro ruler. The rice planthopper and rice seedlings from the Ecological Laboratory of Yangzhou University were placed in the test platform, and using the same configuration of imidacloprid, the control effects of ordinary spray and ultrasonic pneumatic spray on rice planthopper were compared. The experimental results show that when the nozzle moves at a speed of 160 mm/s and a flow rate of 5.5 mL/min, the atomization rate is the highest and the atomization effect is better than others. When the flow rate is 5.5 mL/min, the pesticide utilization rate is the highest. The average values of particle size are basically the same at different pneumatic values, all of which are about 25 μm, and when the air pressure is 20 kPa, the width of atomization reaches 240 mm. Because the particle size of the aerosol spray droplets is very small, the wind speed has a great influence on the droplet trajectory, which can ensure the normal operation of the spray in the greenhouse by increasing the air force value. The adhesion effect of droplets on the blade will be affected by spray flow, droplet diameter, wind speed and blade tilt angle. In comparison with ordinary spray, the pesticide utilization rate of ultrasonic pneumatic spray is increased by 35%-45%, and the control effect on rice planthopper is increased by 10%-36%. The experimental results are of guiding significance and practical value to improve the status quo of relatively backward equipment and technology, and to improve the mechanized control technology of chemical pesticide.

agricultural machinery; spraying; pesticides; ultrasonic pneumatic spraying; rice planthopper; prevention and treatment; the wind speed; pneumatic value

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.23.010

S491

A

1002-6819(2017)-23-0073-07

2017-07-21

2017-10-30

江蘇省科技計劃項目（BE2016708）；農(nóng)業(yè)部現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備重點實驗室開放基金項目（201604003）；江蘇省科技項目（BE2015338 BE2016346）；江蘇省科技計劃項目（BE2016134）

繆 宏，江蘇宜興人，副教授，博士，主要從事智能農(nóng)業(yè)裝備、植保機(jī)械與施藥技術(shù)研究。Email：mh0514@163.com

戈林泉，江西撫州人，副教授，博士，主要從事昆蟲分子生態(tài)及害蟲綜合治理技術(shù)研究。Email：lqge@yzu.cn