植保施藥機械噴霧霧滴飄移研究進展

劉曉慧, 袁亮亮, 石 鑫, 杜亞輝,楊代斌, 袁會珠, 閆曉靜*,

(1. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 植物保護研究所，北京 100193；2. 河北博嘉農(nóng)業(yè)有限公司，石家莊 052165)

近20 年來，中國在農(nóng)藥的吸收傳導(dǎo)、控制釋放、劑型研發(fā)、省力化施藥、霧滴運動、高效裝備及智能精準施藥等方面的研究取得了長足的進步[1]。根據(jù)中國農(nóng)藥信息網(wǎng)數(shù)據(jù)(http://www.chinapesticide.org.cn/)，截至2020 年底，登記在冊的農(nóng)藥產(chǎn)品達41 885 個，其中需要噴霧使用的產(chǎn)品達33 508 個，相當于80%以上的農(nóng)藥產(chǎn)品需要通過噴霧的方式施用。然而在使用過程中，高達30%～50%的農(nóng)藥會流失到空氣中[2]，其主要原因之一是農(nóng)藥在空氣中的飄移，包括蒸發(fā)飄移和隨風飄移[3]，從而對人畜、陸地和水生生態(tài)系統(tǒng)造成一定風險[4]。近年來，中國航空施藥技術(shù)得到快速發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計，植保無人飛機保有量從2014 年的695 架擴大到2019 年的50 970 架，防治面積更是從2014 年的28.4 萬公頃迅速增長到2019 年的0.3 億公頃[5]，應(yīng)用的農(nóng)作物范圍也從糧食作物 (小麥、玉米、水稻等) 逐步擴展到經(jīng)濟作物和果樹等[6-7]。但是，與地面施藥器械相比，航空施藥器械因其飛行高度高、作業(yè)速度快、噴霧霧滴粒徑小、受環(huán)境因素影響大等而具有更高的飄移風險[8-10]。閆曉靜等[11]在田間試驗場景下，比較分析了多旋翼植保無人飛機和背負式電動噴霧器噴施新煙堿類殺蟲劑對蜜蜂的影響。結(jié)果表明，與地面噴霧機械相比，多旋翼植保無人飛機噴施的殺蟲劑對蜜蜂存在更高的飄移風險。因此，隨著植保無人飛機的快速發(fā)展和普及，進一步明確或緩解噴霧飄移風險是植保行業(yè)亟待解決的問題，也是制約中國農(nóng)業(yè)植?，F(xiàn)代發(fā)展的瓶頸之一。

農(nóng)藥飄移是指農(nóng)藥在施用過程中或施用后一段時間內(nèi)，在一定氣象條件下，農(nóng)藥霧滴或顆粒離開噴頭從目標地點向任何非目標地點的物理移動[12]。飄移物質(zhì)通常以霧滴、干顆?；蛘魵獾男问酱嬖谟诳諝庵校芡饨鐨庀蟮纫蛩氐挠绊懚佑|非靶標生物并對其產(chǎn)生潛在的負面影響。盡管不能完全消除噴霧飄移，但世界各國均竭盡全力研究該問題，以最大程度地減少其對于非靶標生物的危害。Gil 等[13]綜述了噴霧霧滴飄移的測定方法以及影響因素；Felsot 等[14-15]綜述了影響霧滴飄移的因素 (施用方式和霧滴大小)，并提出了減少措施，如使用合適的噴頭類型、防護罩、布置緩沖區(qū)等；Schampheleire 等[16]提出了一種評估農(nóng)藥飄移風險的體系，可使用Ganzelmeier 曲線和IMAG 計算器預(yù)測出施用的農(nóng)藥量與飄移量的百分比，進而評估其對水生生物、旁觀者和蚯蚓的相應(yīng)風險；Hilz 等[4]提出使用不同配方制劑類型可以減緩霧滴飄移現(xiàn)象；曾愛軍[17]提出了一種減少農(nóng)藥霧滴飄移的裝置——雙圓弧導(dǎo)流罩蓋并對其進行優(yōu)化設(shè)計?；诖耍疚臄M從噴霧霧滴飄移的成因、測定方法、影響因素及控制技術(shù)4 個方面闡述植保機械噴霧霧滴飄移的研究進展，以期為明確和緩解采用植保無人飛機噴霧時霧滴飄移風險的研究提供理論基礎(chǔ)，為飄移風險評估體系的建立和農(nóng)藥高效安全使用提供科學(xué)依據(jù)。

1 噴霧霧滴飄移的成因

噴霧霧滴飄移大多源于植保器械在進行空中或地面噴霧作業(yè)時噴霧霧滴在非控制因素 (如風等) 作用下，在空氣中從目標區(qū)域向非目標區(qū)域的遷移[17]。液體在一定壓力下通過噴頭的霧化作用會呈現(xiàn)不穩(wěn)定的細長薄片狀，并隨即分裂成氣溶膠或顆粒。根據(jù)斯托克斯定律(Stockes Law, (1)式)[18]可預(yù)測霧滴降落到地面的速度，且該速度與霧滴粒徑成正比 ((2)式)[19]。霧滴落地前的下落速度一方面會因氣流的夾帶而發(fā)生改變，另一方面會受到構(gòu)成氣溶膠的液體蒸發(fā)速度的影響。霧滴在空氣中停留的時間越長，越容易被氣流帶離靶標區(qū)域。一般來說，所有大小的霧滴或顆粒均存在偏離靶標區(qū)域的可能性，根據(jù)(2)式可知，顆粒越小，在降落到地面或擊中地面上的物體之前的速度越小，越容易發(fā)生飄移。除此之外，霧滴飄移的距離會受到氣流強弱的影響[14]。

式中：F為球形物體在粘滯層流中克服的阻力；R為球體的半徑；v為球形物體相對于粘滯液體的速度 (或稱收尾速度或沉降速度)；η為液體的粘滯系數(shù)；ρ0為流體密度；ρ為球體密度。

噴霧作業(yè)時，霧滴從目標位置飄移至非目標位置的過程中，一部分霧滴會在順風氣流中局部化移動或者在逆風或穩(wěn)定氣流中被遠距離運輸，形成一次飄移 (primary drift)；一部分霧滴會在空氣中蒸發(fā)消耗掉，形成二次飄移 (secondary drift)[20]。由此可知，噴霧霧滴飄移具有兩面性：一方面霧滴在靶標內(nèi)部直接飄移，這有助于增加霧滴與靶標的接觸，達到較好的防治效果；另一方面，霧滴脫靶或通過遠距離一次飄移或二次飄移產(chǎn)生高濃度殘留物，接觸水、植物、動物等非靶標物，造成水道污染、植物藥害、食品和飼料中存在有毒殘留物等負面影響[14]。

2 噴霧霧滴飄移的影響因素

農(nóng)藥飄移是一個復(fù)雜的物理現(xiàn)象，包括藥液霧化、霧滴在外力作用下的運動以及復(fù)雜的冠層沉積過程，每個過程均有許多影響因素。在藥液霧化過程中，關(guān)鍵參數(shù)是霧滴的大小與速度；霧滴在外力作用下的運動，關(guān)鍵參數(shù)是氣流速度與湍流的渦度；霧滴在冠層上的沉積，關(guān)鍵參數(shù)是霧滴的理化性質(zhì)與冠層的特性[15]。總體來說，噴霧霧滴飄移的影響因素可歸類為3 個方面：1) 霧滴，包括尺寸分布、沉積速度、理化性質(zhì) (黏度、表面張力、蒸氣壓、揮發(fā)性、密度等)；2) 噴霧模式，包括噴頭類型、噴霧速度和高度、噴施方法；3) 外界條件，包括環(huán)境條件 (風速、風向、溫度、濕度、氣流) 、操作人員技術(shù)水平等。如圖1 所示。

圖1 噴霧霧滴飄移影響因素Fig. 1 Influencing factors of spray drift

2.1 霧滴特性

2.1.1 霧滴大小 霧滴大小顯著影響其在作物上的沉積以及在空氣中的飄移情況[4,21-22]。霧滴在空氣中運動時間隨霧滴動能的增加而減小并符合冪律[23]，即霧滴越小其運動速度越小，動能越小，在空氣中運動的時間越長，越容易飄移，最終導(dǎo)致農(nóng)藥在空氣、水和土壤中的滯留與富集[24]。Cock等[24]利用拉格朗日隨機模型(Lagrangian stochastic model)預(yù)測霧滴遷移和滯留情況，確定了噴桿噴霧機施用除草劑時的最佳霧滴粒徑范圍。結(jié)果顯示，當霧滴體積中徑 (DV50) 從150 μm 增加到350 μm 時，在距離施藥地點2 m 處，空氣中農(nóng)藥的霧滴飄移率從20%減少到2%，即隨著霧滴粒徑的增加，霧滴飄移量減小。 陳勝德等[25]在水稻田使用植保八旋翼電動無人飛機配置4 種不同的Teejet噴頭 (體積中值直徑(VMD)： 11001VS-95.21 μm，110015VS-121.43 μm，11002VS-147.28 μm 和11003VS-185.09 μm) 進行噴霧作業(yè)，對比分析了霧滴在非靶標區(qū)的飄移分布。結(jié)果顯示，使用噴頭11001VS、110015VS、11002VS 和11003VS 測得的霧滴累計飄移率分別為73.87%、50.26%、35.91%和23.06%，如圖2 所示，即霧滴飄移距離與飄移率呈負相關(guān)，且隨著霧滴尺寸的增大，飄移率逐漸減小。

圖2 不同粒徑霧滴在不同飄移距離下的飄移率分布[25]Fig. 2 The drift rate distribution of droplet with different particle size under different drift distance[25]

包瑞等[26]通過大田試驗與模型模擬相結(jié)合的方法，研究分析了霧滴粒徑對于固定翼飛機噴霧作業(yè)霧滴飄移的規(guī)律。采用配置3 種大小不同的GP-81A 專用航空噴頭——3#、4#、5# (VMD 分別為251、278 和308 μm) 的Y-5B 飛機進行航空噴霧作業(yè)。結(jié)果顯示：在同一航高、同一側(cè)風風速下，5# 噴頭產(chǎn)生的大粒徑霧滴抗飄移特性明顯優(yōu)于3# 噴頭產(chǎn)生的小粒徑霧滴；結(jié)合AGDISP 軟件所顯示的霧滴飄移軌跡圖[26](圖3)可知，霧滴粒徑越大，飄移距離越小。

圖3 霧滴軌跡細節(jié)模擬分析[26]Fig. 3 Trajectory detail analysis[26]

盡管小霧滴易飄移，但卻能較好地粘附在靶標上，尤其是細小靶標，如小飛蟲、植物葉片絨毛等。同時，小霧滴能輕易地隨氣流進入植物冠層，沉積于植株內(nèi)部的枝葉上。在相同的施藥液量下，小霧滴的數(shù)量越多，越能增加藥液在靶標上的覆蓋密度，增加霧滴擊中靶標的概率。因此，根據(jù)不同藥劑、不同作物和不同施藥條件，明確合適的霧滴譜對于增加噴霧時霧滴的沉積量和減少噴霧時農(nóng)藥飄移量十分重要。

2.1.2 霧滴速度 噴霧霧滴從噴頭噴出時速度最大。在向靶標作物運動過程中及無外力作用下，霧滴運動速度會逐漸減小，并最終達到一個恒定值，如(3)式和(4)式所示[27]。

其中，Vt為終端速度；ρL為霧滴密度；g為重力加速度；D為霧滴直徑；ηα為空氣的動態(tài)黏度。

Nuyttens 等[15,23,27-28]研究了不同噴頭壓力對霧滴尺寸和速度特性的影響。結(jié)果表明，霧滴尺寸與霧滴平均速度(mean velocity)具有相關(guān)性，霧滴動能與霧滴飄移率具有相關(guān)性，霧滴大小和速度與霧滴動能呈正相關(guān)。因此，霧滴速度會影響霧滴飄移。至于霧滴速度是如何影響飄移的問題，以及兩者之間的直接關(guān)系仍需進一步探究。

2.1.3 藥液理化性質(zhì) 藥液的理化性質(zhì) (黏度、表面張力和不均勻性) 是影響噴霧形成的重要因素。添加高分子聚合物的藥液體系黏度會增大，噴霧時大霧滴的分布比例會增加，從而會減少霧滴的飄移[29]；添加助劑的藥液體系表面張力會降低，霧滴沉積到植物葉片上時接觸角會減小，更易鋪展?jié)駶櫍瑥亩鴷p少霧滴反彈、滾落等現(xiàn)象[29]；含有固體顆粒的藥液，如活性成分的結(jié)晶等會導(dǎo)致藥液體系不均勻，從而會使霧滴變大而減少飄移[30]。

藥液體系理化性質(zhì)的改變常通過添加助劑的方式來實現(xiàn)。高賽超[29]研究了不同類型助劑對藥液霧滴理化性質(zhì)的影響。結(jié)果表明，助劑可以降低藥液的表面張力、減小接觸角、增加濕潤面積、增加霧滴粒徑和減少小霧滴數(shù)量。王瀟楠[8]比較了采用3WQF120-12 無人飛機裝載添加6 種助劑的清水作業(yè)時噴霧霧滴的飄移潛力。結(jié)果顯示，添加有機硅類Silwet DRS-60、甲酯化植物油類ASFA 和有機硅類Break-thru Vibrant 混合劑、甲酯化植物油類T1602、非離子型表面活性劑類Break-thru Vibrant、有機硅QF-LY 和甲酯化植物油類Tmax 助劑可分別減少65%、62%、59%、46%、42%和19%的霧滴飄移。王軍鋒等[31]研究了大載荷單旋翼油動植保無人飛機裝載添加5 種噴霧助劑和清水作業(yè)時噴霧霧滴沉積分布的均勻性、抗飄移性和抗蒸發(fā)性。結(jié)果顯示，噴霧助劑邁飛和888 增效劑能明顯提高霧滴在靶標上的沉積量；5 種助劑可提高霧滴分布的均勻性，其中有機硅增效劑GY-S903 的效果最佳；5 種助劑可提高側(cè)風條件下大載荷植保無人飛機的抗飄移性，其中植物油類邁飛效果最佳。

不同劑型藥液噴霧霧滴飄移特性也有很大差異。對于油分散制劑和懸乳劑，一方面其可通過降低噴霧霧滴中細霧滴的數(shù)量而降低飄移風險；另一方面懸乳劑還可以增大霧滴的飛行速度，進而增加藥劑達靶標的幾率[28]。乳油和水乳劑有助于減少扇形噴頭產(chǎn)生的霧滴飄移[32]?？扇芤簞┲型ǔ：懈吆康谋砻婊钚晕镔|(zhì)，當表面活性物質(zhì)濃度較高時會增加扇形噴頭和空氣感應(yīng)噴頭噴射的細霧滴數(shù)量[28]，從而增加飄移風險。水分散粒劑、可濕性粉劑和懸浮劑因含有不變形粒子，因而與純水的噴霧方式相似，不會影響噴霧霧化過程，對飄移無影響[28,32]。

2.2 噴霧參數(shù)

不同類型的噴頭因其結(jié)構(gòu)和霧化原理不同而有特定的霧滴譜，如液力式噴頭的霧滴尺寸分布范圍較寬，而離心式噴頭的霧滴尺寸分布范圍較窄且分布較均勻。噴霧壓力、噴霧量和噴霧角的大小對同一類型噴頭的霧滴譜也會產(chǎn)生影響，噴霧壓力越高，噴頭噴量越小，噴霧角越大，霧滴的VMD 越小[17,32]。

Torrent 等[33]報道，噴頭類型是影響噴霧霧滴飄移的重要因素之一。Foqué等[34]研究了配置不同類型噴頭 (空心錐形噴頭Teejeet TXB、延長范圍扇形噴頭Teejet XR、導(dǎo)流式噴頭Turbo Teejet TT 和兩種扇形噴頭Albuz AVI-Twin & Lechler ID)的手持式噴霧機在圓錐形月桂樹上噴霧時的霧滴沉積規(guī)律。結(jié)果表明，當流量為4 900 L/hm2時，使用空心錐形噴頭TXB 噴霧時霧滴沉積量最高，且在樹冠內(nèi)霧滴分布最均勻。Zhao 等[35]使用Lechler 公司的3 種扇形噴頭 (標準扁平扇形噴頭LU120-02、防飄移式噴頭AD120-02 和IDK120-02) 和兩種類型的地面噴霧器械 (GBSS、CS) 組合在小麥上噴施吡蟲啉，分析了噴霧霧滴飄移量和藥劑殘留量。結(jié)果表明，不同組合產(chǎn)生的霧滴在距離地面1、2、3、4 m 高度的飄移量為LUCS＞IDK-CS＞LU-GBSS＞AD-CS＞IDK-GBSS，不同類型噴頭間產(chǎn)生的飄移量為LU-120-02＞IDK120-02＞AD120-02。由此可以看出，不同類型的噴頭是通過改變噴施霧滴的霧滴譜、霧滴速度等特征而間接影響噴霧的沉積飄移情況。

不同噴霧高度、速度和角度會通過影響霧滴速度而影響霧滴飄移。Balsari 等[36]通過噴霧霧滴飄移測試臺研究了噴霧高度對飄移的影響，結(jié)果顯示噴霧高度與飄移量成正比。文晟等[37]分別通過模型模擬和田間試驗研究了植保無人飛機在不同噴霧高度和不同噴霧速度下霧滴飄移的規(guī)律。結(jié)果表明：當植保無人飛機噴霧速度大于3 m/s時，機身后方開始出現(xiàn)螺旋尾流，且噴霧高度越高，速度越大，尾流向機身后方的擴散距離越遠，造成霧滴飄移現(xiàn)象越嚴重。Miller 等[38]比較了FF 噴頭在不同噴霧角度下霧滴的飄移量，發(fā)現(xiàn)噴霧角度在110°～80°范圍內(nèi)飄移量減少了兩倍，在110°～65°范圍內(nèi)飄移量減少了5 倍。

對于航空噴霧機械，噴頭距離靶標作物的距離較遠，速度小的霧滴在空中滯留的時間較長，容易受到氣象因素的干擾而出現(xiàn)飄移或蒸發(fā)；對于地面噴霧機械，噴頭距離靶標作物的距離較近，速度大的小霧滴可以快速沉積至靶標作物上，而速度小的霧滴則容易在作物冠層間產(chǎn)生近距離飄移，更有利于對病蟲害的防治。因此，通過明確不同噴頭的特點，研發(fā)并選擇合適的噴頭可有效減少霧滴在非靶標區(qū)域的飄移，增加在靶標區(qū)域的沉積，從而提高農(nóng)藥利用率。

2.3 環(huán)境條件

氣象條件是影響噴霧霧滴飄移的重要因素之一。風速和風向是決定偏離靶標的物質(zhì)數(shù)量及其移動方向的主要氣象決定因素。賈衛(wèi)東等[39]分析了不同側(cè)風和風幕風速對風幕式噴桿噴霧霧滴飄移的影響規(guī)律。結(jié)果表明：無風幕作用時，側(cè)風是霧滴飄移的主要影響因素；同一側(cè)風風速下，霧滴的飄移質(zhì)量中心距與風幕風速呈負相關(guān)。王娟等[10]利用全豐120 無人飛機在菠蘿田進行了噴霧霧滴飄移測定試驗。結(jié)果顯示，隨著平均風速的增加，噴霧霧滴飄移距離和噴霧總飄移百分比也迅速增加。

一般情況下，與環(huán)境風速相比，溫度和濕度對噴霧霧滴飄移的影響較小。這兩者主要是通過影響霧滴的蒸發(fā)而影響飄移，較高的溫度和較低的濕度會使霧滴的蒸發(fā)速率增加，導(dǎo)致霧化后的霧滴在到達靶標的過程中粒徑變小，沉降速度降低，從而加大了周圍氣溶膠對霧滴運動的影響。Thistle 等[40]測定了相對濕度分別為15%、35%、55%和95%時，在不同順風距離下霧滴在地面上的飄移沉積量。結(jié)果顯示，隨著相對濕度的增加，霧滴飄移量減少。針對于不同地區(qū)，如高溫、高濕的海南，高溫、低濕、多風、強紫外線的內(nèi)蒙古等地區(qū)，溫濕度及風速對霧滴飄移的影響權(quán)重還有待進一步研究。

大氣穩(wěn)定度即近地層氣團受到擾動后氣團在垂直方向上運動的強弱程度[41]，根據(jù)溫度梯度法[42]，大氣狀態(tài)分為3 類即大氣穩(wěn)定狀態(tài)、不穩(wěn)定狀態(tài)和中性狀態(tài)，每種大氣狀態(tài)對噴霧霧滴飄移的影響截然不同[17]。1) 大氣穩(wěn)定狀態(tài)下空氣溫度隨距地面高度的增加而增加，由于地表散熱速度高于上方空氣而導(dǎo)致上層溫度高于地面，形成向下的氣流。若此時噴霧則利于霧滴沉降，但是霧流中非常細小的霧滴會因重力不足，難以克服近地面的大密度冷空氣的浮力，而易隨風飄移出靶標區(qū)。2) 大氣不穩(wěn)定狀態(tài)下空氣溫度隨距地面高度的增加而較快遞減，地表溫度因吸收大陽熱能而升高，地面空氣密度減少，導(dǎo)致質(zhì)量輕的熱空氣向上運動形成上升氣流。若此時噴霧，小霧滴會被氣流攜帶向上?？諝庋氐孛孢\動時，由于摩擦力使下層氣流流速降低形成旋渦。大氣不穩(wěn)定狀態(tài)下，由于上升氣流會加強旋渦運動在垂直方向上的作用強度，從而不利于霧滴的沉降[43]。3) 大氣中性狀態(tài)下空氣溫度隨距地面高度的增加而遞減且遞減速率小于1 ℃/100 m，即貼地大氣層幾乎無溫差。若此時噴霧，在無風條件下能夠最大程度地減少霧滴飄移。Miller 等[38]使用鼓風果園噴霧機對山核桃果園進行噴霧，通過地面平板采樣器、高容量空氣采樣器和弦式采樣器采集示蹤劑來測量噴霧霧滴飄移量。結(jié)果顯示：在大氣穩(wěn)定狀態(tài)下，采用地面平板采樣器、高容量空氣采樣器和弦式采樣器捕獲的飄移總量分別是其在大氣中性狀態(tài)下捕獲的1.3、2.1和1.2 倍；而相應(yīng)地，在大氣不穩(wěn)定狀態(tài)下捕獲的飄移總量分別是其在大氣中性狀態(tài)下的5.9、3.6和2.1 倍。

3 噴霧霧滴飄移的測定方法

噴霧霧滴飄移的測定方法主要包括田間試驗、室內(nèi)試驗、計算機模擬及新型測試技術(shù)等，其中田間試驗和室內(nèi)試驗是測量的有效方法，但也存在一定的局限。雖然田間試驗?zāi)芎芎玫胤从呈┧幍膶嶋H場景和過程，但存在隨機性和多因素不可控性，因此難以精確解釋單一因素對試驗結(jié)果的影響；室內(nèi)試驗?zāi)芎芎玫乜刂茊我灰蛩?(高度、風速等)，結(jié)果精確度高，然而該方法效率低、成本高，且模擬條件與真實場景微環(huán)境差異較大，不能很好地反映實際結(jié)果。因此出現(xiàn)了以大量室內(nèi)試驗與田間試驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過計算機模擬植保器械噴霧沉積與飄移的模型。同時，為了提高測定的精確度，一些高科技技術(shù)如激光測量、高速攝像、紅外熱成像等也用于室內(nèi)與田間試驗中測定噴霧霧滴飄移。

3.1 田間試驗

田間條件下，通常在植保機械作業(yè)的順風方向布置采樣點，采樣裝置通常選用水敏紙、卡洛米特紙、相紙、濾紙、麥拉片、培養(yǎng)皿、聚四氟乙烯或聚乙烯線、PVC 管、聚乙烯空氣采樣器和聚氨酯泡沫采樣器等[44]，測定噴霧霧滴飄移的主要指標包括霧滴飄移量、飄移率、累計飄移率、90%累計飄移距離和飄移潛在指數(shù)等。

目前針對地面噴霧器械，如測定懸掛式、牽引式和自走式噴霧機產(chǎn)生的噴霧霧滴飄移田間測定方法已有相關(guān)標準，即ISO22866：2005 和GB/T 24681-2009。如Maybank 等[45]使用拖拉機牽引噴桿噴霧機和直升飛機在加拿大草原上進行田間試驗，測定了噴霧霧滴飄移和噴霧結(jié)束后1～2 h 內(nèi)藥劑揮發(fā)的活性成分。如圖4 所示：將直徑15 cm 的培養(yǎng)皿安裝在膠合板上以測量帶狀區(qū)域及其下風處的地面沉積物；在下風向不同距離、不同高度安裝小型聚乙烯圓筒，用來收集不同高度的霧滴飄移。這些裝置每半米安裝在3 m 高的鋁桿上，鋁桿作為吸管，底部連著一個泵。在采樣陣列的中心放置一個安裝14 kW 電源的拖車，電源發(fā)射的電波可以輻射到每個采樣極點 (MASP)，其上裝有聚乙烯空氣取樣器，使用經(jīng)過處理的照相紙收集帶狀區(qū)域沉積的霧滴和順風飄移的霧滴尺寸分布信息。

圖4 現(xiàn)場試驗布局 (指示文本中描述取樣設(shè)備的位置及類型) [45]Fig. 4 Field trial layout(indicating location and type of sampling equipment as described in the text) [45]

Bueno 等[46]通過田間試驗建立了自走式噴桿噴霧機 (使用3 種產(chǎn)生不同霧滴尺寸的噴頭) 噴施大豆作物的霧滴飄移曲線，試驗布局如圖5 所示。為量化沉積的飄移霧滴，水平收集器被放置在應(yīng)用場地的下風處，與目標區(qū)域內(nèi)種植行平行。Zivan等[20]通過田間試驗研究了兩種揮發(fā)性不同的農(nóng)藥在桃園的一次飄移和二次飄移的特征，如圖6 所示，聚氨酯泡沫(PUF) 塞子用于收集空氣樣本，塞子通過轉(zhuǎn)子流量計與工業(yè)鼓風機(GAST R-41 10-2)相連的玻璃支架上以控制流量，玻璃支架使用Clark-Mast?伸縮桿放置在不同的高度。使用加速溶劑萃取器，以V(己烷) :V(乙醚) = 90 : 10 作為溶劑對PUF 采集的樣品進行提取，用離子質(zhì)譜儀和氣相色譜分析最終樣品。

圖5 農(nóng)藥飄移田間測試布置圖[46] (Y 為噴施方向，A 為處理區(qū)，B 為飄移測量區(qū))Fig. 5 Schematic diagram for field test of spray drift[46](Y:Spraying direction, A: Processing area,B: Drift sampling area)

圖6 果園位置及取樣裝置布局示意圖[20]Fig. 6 Schematic diagram of orchard location and sampling device layout[20]

針對于航空植保器械，如直升飛機、單旋翼植保無人飛機、多旋翼植保無人飛機等的噴霧霧滴飄移的研究，大多是基于在地面植保器械噴霧霧滴飄移標準測定方法的基礎(chǔ)上進行，目前還沒有標準的測定方法。如姚偉祥等[47]采用圖7 所示試驗方法探究了AS350B3e 直升機以4 種不同飛行速度進行單向作業(yè)時對應(yīng)的有效噴幅范圍及霧滴飄移分布規(guī)律。作者根據(jù)風向在作業(yè)區(qū)域設(shè)置2 條110 m 長的霧滴采集帶，各條霧滴采集帶由上風向至下風向以-30～80 m 依次標記，設(shè)置0 m 處為直升機航線。在 -30～40 m 區(qū)域霧滴采集帶每間隔2 m 布置一張水敏紙；在40～80 m 區(qū)域霧滴采集帶每間隔4 m 布置一張水敏紙，所有水敏紙距地面30 cm，正面迎風向傾斜布置。Wang 等[10]采用了如圖7 所示的試驗布局，測定了不同氣象條件下單旋翼植保無人飛機在菠蘿上施用農(nóng)藥的飄移和沉積情況。

圖7 飛機航線及取樣裝置布局示意圖[47]Fig. 7 Schematic diagram of aircraft route and sampling device layout [47]

徐少卿等[48]測定了八旋翼植保無人飛機和電動背負式噴霧機在水稻田噴施氯蟲苯甲酰胺和苯醚甲環(huán)唑時的農(nóng)藥霧滴飄移量，如圖8 所示：將試驗區(qū)域劃分為作業(yè)區(qū)域與飄移測試區(qū)域，在飄移區(qū)距二者邊界線的1、3、5、7、10、15、20 及30 m 處布置PVC 卡片，以收集測定地面水平表面上的霧滴飄移量；在距邊界線5 m 和10 m 處的空中垂直立桿并在距作物冠層0～1、1～2、2～3 及3～4 m 處平行立桿布置聚四氟乙烯線 (內(nèi)徑2 mm)，以收集測定空中飄移量。石鑫等[49]以相同原理的田間試驗布局在空曠地面上測定了電動八旋翼植保無人飛機在不同環(huán)境風速及飛行參數(shù) (高度和速度) 下的噴霧霧滴飄移特性。

圖8 農(nóng)藥飄移田間測試布置圖[48]Fig. 8 Schematic diagram for field test of spray drift [48]

在此基礎(chǔ)上，部分學(xué)者針對航空噴霧器械噴霧霧滴飄移的特殊性開發(fā)了一些測試平臺，如王瀟楠等[50]建立了霧滴飄移收集測試平臺，應(yīng)用于田間試驗測定油動單旋翼植保無人飛機在精準作業(yè)參數(shù)(速度、高度) 條件下的霧滴飄移分布特性。如圖9 所示，霧滴收集測試臺由霧滴飄移測試框架、等動量霧滴收集裝置和培養(yǎng)皿組成。霧滴飄移測試框架用于收集植保無人飛機機身周圍的飄移霧滴，框架上裝有直徑2 mm 聚乙烯軟管用于收集飄移的霧滴，在長方體的4 個側(cè)面中，選擇下風向截面拉起9 條長度為2 m 的聚乙烯軟管，間距為0.5 m；等動量霧滴收集器用于收集空中的霧滴飄移，在霧滴飄移測試框架邊緣下風向20 m 處放置5 個等動量霧滴收集器，距離地面高度1.5 m；培養(yǎng)皿用于收集地面飄移霧滴。該田間試驗方法是將室內(nèi)試驗中的霧滴測試平臺用于霧滴飄移的測量，能更加高效、實時地體現(xiàn)霧滴在不同高度飄移量的變化趨勢或規(guī)律。

圖9 霧滴飄移收集平臺布樣示意圖[50]Fig. 9 Spray drift sampling layout diagram[50]

王志翀等[51]基于國際標準ISO22866 和ISO 24253 以及如圖9 所示的霧滴飄移測試框架的原理，建立了一套檢測植保無人飛機低空低量施藥體系噴霧霧滴飄移分布的立體測試方法，該方法的測試系統(tǒng)主要由垂直沉積測試框架、地面沉積測試帶、空中飄移收集裝置、地面飄移收集器、高空航拍機和立體氣象站等組成，其中垂直沉積測試框架中的收集器為四氟乙烯線與聚乙烯 (PVC)卡，地面飄移收集器采用培養(yǎng)皿，空中飄移收集器采用等動量霧滴收集器 (配置尼龍試管刷)。該測試方法系統(tǒng)綜合了植保無人飛機在作業(yè)過程中噴霧霧滴的地面沉積、垂直沉積、地面飄移和空中飄移4 個方面，可分析植保無人飛機施藥全方位立體沉積飄移情況，且可收集飛機噴灑出的62.4%～101.7%的霧滴，并將高空航拍技術(shù)應(yīng)用到測試中，準確獲取飛行速度、飛行軌跡等重要參數(shù)，可實現(xiàn)試驗過程的全程記錄及可溯。

總體來說，測定霧滴飄移的方法主要是根據(jù)風向預(yù)判霧滴的飄移區(qū)域，即順風風向，根據(jù)施藥器械噴施特點 (主要是噴幅) 劃分施藥區(qū)與飄移區(qū)，在飄移區(qū)均勻布置水平類采樣器和垂直類采樣器，采樣器的選擇需要根據(jù)施藥器械的噴霧參數(shù) (主要是噴霧高度) 、霧滴尺寸及藥劑示蹤劑的類別等，以達到最佳的收集率，能準確真實地反映霧滴沉積飄移情況。

3.2 室內(nèi)試驗

通過室內(nèi)試驗測定噴霧霧滴飄移主要的主要目的是最大限度地減少田間試驗中存在的多種環(huán)境因素的影響，主要包括兩種試驗方法，即測試平臺和風洞試驗，測定的主要指標包括：通過測定示蹤劑的含量來推斷噴霧霧滴在水平方向與垂直方向上的飄移量，通過測定采樣器收集的霧滴量，推斷霧滴飄移沉積量。

李秉華等[52]使用噴霧霧滴飄移測試平臺(如圖10 所示)，測定了霧滴飄移率與噴霧溶液濃度、噴霧量和飄移距離間的關(guān)系。結(jié)果顯示，飄移率與飄移距離呈負相關(guān)，與噴霧溶液的濃度和噴霧量無相關(guān)性。

圖10 飄移軌道設(shè)計示意圖Fig. 10 Diagram of designed drift orbit

Nuyttens 等[53]在室內(nèi)靜風條件下，使用自動噴霧軌道(圖11)，利用飄移測試平臺測定了16 種噴桿噴霧技術(shù)的霧滴飄移情況。結(jié)果顯示，較低的噴霧壓力、噴桿高度和噴霧速度均可降低噴霧霧滴飄移量。該試驗結(jié)果與田間試驗和風洞試驗所得到的結(jié)果有著相似趨勢，但也存在較大的變化和一些矛盾，可能受噴桿速度、啟動器反應(yīng)時間的微小變化、氣象條件的差異、測試平臺周圍氣流效應(yīng)等多種因素影響，未來研究可以側(cè)重于減少這些變化來源。室內(nèi)使用此方法進行試驗，與田間試驗結(jié)果相比，大大降低了變異系數(shù)，提高了重現(xiàn)性。飄移測試平臺是用于測量噴桿噴霧機噴霧霧滴飄移的一種簡單而快速的方法。

圖11 噴霧霧滴飄移測定試驗臺設(shè)計圖[53]Fig. 11 Diagram of the drift test bench experimental setup[53]

曾愛軍等[54]按照BBA (聯(lián)邦德國農(nóng)林生物研究中心) 中心測試準則，在可控風洞環(huán)境條件下，從垂直水平上比較研究了中國常用噴頭的抗飄移能力。噴頭懸掛于風洞中央，在離噴頭下風方向2 m 處，垂直于氣流的方向水平布置5～6 根霧滴收集器聚乙烯塑料絲，收集飄移霧滴量。噴灑可溶性熒光示蹤劑 (BSF) 水溶液，待收集絲干燥后取下，測定分析收集絲上的示蹤劑含量。傅澤田[55]在風洞中從水平方向上以如上同樣的結(jié)構(gòu)測定了霧滴尺寸、風速和噴頭類型對飄移的影響。單一地從水平方向或垂直方向上測定的霧滴飄移量并不能準確地反映飄移的霧滴分布情況，需要將兩者結(jié)合起來，才能較全面地反映不同影響因素對霧滴飄移的影響，如張慧春等[56]在風洞中測定了不同噴頭在水平和垂直面上的霧滴飄移情況，如圖12 所示，測定布置于風洞水平和垂直方向的收集線上的熒光劑含量以分析不同位置處的霧滴沉積和飄移；龔艷等[57]根據(jù)如圖12 所示的風洞試驗原理，針對風速、霧滴粒徑、霧滴群釋放高度等 3 個影響霧滴飄移特性的主要因素開展試驗研究，探討了其對霧滴運動規(guī)律的影響；高賽超等[58]根據(jù)如圖12 所示的風洞試驗原理，測定了助劑對殺蟲劑航空噴霧霧滴飄移的影響；張付杰等[59]根據(jù)如圖12 所示風洞試驗原理，測定了同尺寸異型噴頭的潛在飄移特性。

圖12 搭建不同收集線的風洞試驗系統(tǒng)原理圖[56]Fig. 12 Wind tunnel measuring layout chart with different collector lines[56]

總體來說，風洞試驗是在固定的空間內(nèi)仿真模擬田間試驗的布局，采用與田間試驗相同的測定原理，在飄移區(qū)設(shè)置水平收集器和垂直收集器來收集固定噴嘴在一定風速與風向的作用下噴施的霧滴的飄移情況，但由于空間的限制，在水平和垂直方向上只能測定一定距離范圍內(nèi)的霧滴飄移情況，且對風和噴嘴的模擬無法達到實際田間作業(yè)過程中的真實情況，因此，風洞試驗只適合于針對某一特定因素對霧滴飄移的影響進行研究。風洞試驗結(jié)果可作為田間試驗的基礎(chǔ)，而田間試驗的結(jié)果可對風洞試驗所得結(jié)果進行驗證與修正。

3.3 計算機模型模擬

不同的噴霧霧滴飄移模型適用于不同的噴霧器械與施藥場景，在噴霧霧滴飄移理論模型中，根據(jù)湍流混合的數(shù)學(xué)方法，針對空中霧滴飄移，建立了高斯擴散方程和粒子跟蹤模型(拉格朗日粒子軌跡)[60]來預(yù)測霧滴軌跡。高斯擴散模型適用于模擬中等長程飄移(0.5～10 km)和模擬大氣穩(wěn)定性的影響，該模型考慮了霧滴的重力沉降，但缺乏預(yù)測蒸發(fā)、冠層和飛機尾流對霧滴的影響；拉格朗日模型適用于預(yù)測大型飛機噴霧霧滴飄移，它考慮了冠層和蒸發(fā)等因素對霧滴的影響，同時更好地描述了大氣湍流與飛機尾流對霧滴的影響，目前被廣泛應(yīng)用[61]。AGDISP 模型是基于拉格朗日模型的基礎(chǔ)上，同時考慮了風速、飛機尾流、翼尖渦流、直升機旋翼下旋氣流和機身周圍空氣擾動等因素的影響，該模型很好地模擬了真實條件下航空噴灑藥液的沉積和飄移情況[62]。Teske 等[60]在AGDISP 模型的基礎(chǔ)上提出了更加精確的空中噴霧霧滴飄移的預(yù)測模型——AgDRIFT 模型。AgDRIFT 模型適用于預(yù)測近場噴霧的霧滴飄移，而AGDISP 模型適用于預(yù)測遠場噴霧的霧滴飄移。Zhang 等[63]應(yīng)用計算流體力學(xué)(CFD)模型預(yù)測了速度場和噴霧霧滴在一架飛機尾流中的軌跡，并采用歐拉框架內(nèi)的雷諾平均納維爾-斯托克斯(RANS)方程建模分析流體相，采用拉格朗日框架內(nèi)的隨機跟蹤模型建模分析分散相。一方面分析模擬了在無側(cè)風和有側(cè)風情況下，霧滴的沉積和飄移分布情況；另一方面對不同時間的霧滴位置以及蒸發(fā)速率與AGDISP 模型預(yù)測的結(jié)果進行了比較，分析了渦旋演化、霧滴運動和蒸發(fā)的物理過程，最終解釋了霧滴沉積和飄移規(guī)律。

針對地面噴霧器械，Duga 等[64]提出了一個采用果園噴霧機噴霧霧滴飄移的三維(3D)計算流體動力學(xué)(CFD)模型，該模型在計算噴霧霧滴的沉降和飄移分布情況時考慮了樹木的結(jié)構(gòu)、樹冠的風流和噴霧機的運動。通過對蘋果園中不同噴頭噴施霧滴飄移量的測定，驗證了模型的有效性。Hong 等[65]開發(fā)了一個綜合計算流體力學(xué)(CFD)模型，用于預(yù)測空氣輔助噴霧機噴出的農(nóng)藥霧滴的位移、樹冠上農(nóng)藥的沉積量以及蘋果園中的非靶標物體上的霧滴沉積量和飄移情況。該模型使用拉格朗日模型預(yù)測從噴霧機中噴出的農(nóng)藥霧滴的位移，使用沉積模型預(yù)測進入多孔冠層區(qū)域霧滴的分布，通過對同一個果園噴灑清水，測量水的沉積和飄移來驗證模型。Holterman等[66]根據(jù)20 年來噴霧霧滴飄移脫靶沉積的試驗結(jié)果，提出了一種經(jīng)驗?zāi)Ｐ?，用于探討下風向噴霧霧滴沉積在蘋果園周圍地面的情況。試驗于一年內(nèi)不同時期進行，覆蓋了果樹的所有生長階段；通過結(jié)合回歸分析和曲線擬合過程生成一個經(jīng)驗?zāi)Ｐ?，可用于估算果園附近順風噴霧沉積與樹木生長階段和天氣條件的之間函數(shù)關(guān)系。Lebeau等[67]開發(fā)了一種稱為RTDrift 的噴霧霧滴飄移模型，用于預(yù)測地面噴霧機械的噴霧霧滴飄移情況。該模型的關(guān)鍵在于使用高斯煙羽模型計算每個連續(xù)的噴桿噴霧霧滴的飄移和沉積情況，并結(jié)合噴霧機上配置的測量操作參數(shù)的傳感器、二維超聲波風速計和相位多普勒干涉儀所記錄的操作參數(shù) (噴霧壓力、動臂高度和運動以及地理位置等) 、氣候參數(shù) (風速和風向等) 和噴霧霧滴尺寸譜，最終確定地面噴霧機械噴霧霧滴的飄移規(guī)律。針對不同噴霧場景，Allwine 等[68]提出了結(jié)合山谷飄移(VALDRIFT)大氣擴散/沉積模型與AGDISP模型，可用于預(yù)測山區(qū)噴灑農(nóng)藥的霧滴飄移情況或規(guī)律。該模型先使用AGDISP 近場噴霧模型估計農(nóng)藥在施藥初始殘留在空中的質(zhì)量分數(shù)，然后使用VALDRIFT 復(fù)雜地形模型估計農(nóng)藥霧滴在目標區(qū)域的飄移情況。建模系統(tǒng)的輸入包括詳細的噴霧信息、山谷中的風速及風向的測量值和山谷地形特征，輸出包括農(nóng)藥霧滴貫穿整個山谷大氣層中并沉積至山谷表面的模擬情況。其中，AGDISP 和VALDRIFT模型是獨立運行的，通過用戶創(chuàng)建的數(shù)據(jù)文件，將AGDISP 的結(jié)果作為VALDRIFT 的輸入。Zhang 等[69]提出了一個模型框架，該模型框架主要用于評價噴霧霧滴飄移對農(nóng)業(yè)流域的影響，模型的核心組成部分包括：用于識別具有飄移潛力的農(nóng)田地理信息系統(tǒng)程序、AgDRIFT 模型[61]和SWAT (Soil and Water Assessment Tool ) 模型[70]。監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析結(jié)果與框架模型預(yù)測的結(jié)果相似，監(jiān)測數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示，地表徑流是農(nóng)藥進入水體的主要途徑，占年裝載量的76%，其中噴霧霧滴飄移貢獻了24%的質(zhì)量負荷。SWAT 模擬顯示，與地表徑流和農(nóng)藥飄移相關(guān)的河流農(nóng)藥質(zhì)量負荷分別為81%和19%。

3.4 其他檢測方法

隨著科技的進步，愈來愈多的學(xué)者傾向于采用高科技技術(shù)來更加直觀地反映農(nóng)藥霧滴飄移情況。Jiao 等[71]提出了一種實時評價農(nóng)藥飄移的新方法，利用紅外熱成像技術(shù)檢測農(nóng)藥噴施前后的熱差異，測量霧滴的分布范圍，并利用紅外熱成像系統(tǒng)結(jié)合圖像處理算法對飄移分布進行檢測。試驗在地面噴霧和空中噴霧兩種作業(yè)模式下進行。結(jié)果表明，該方法能有效地檢測出霧滴在空間的分布情況并能對霧滴飄移、擴散和沉積過程進行成像，其結(jié)果接近于水敏紙法測定的結(jié)果。紅外熱成像方法結(jié)合紅外圖像處理算法與傳統(tǒng)的水敏紙法相比，具有快速、非接觸、實時測量等優(yōu)點，因此可將其運用到航空噴霧時農(nóng)藥飄移的監(jiān)測。Kira 等[72]利用開路傅里葉變換紅外光譜儀(OP-FTIR)測量和比較了3 種不同噴霧機產(chǎn)生的霧滴飄移的垂直剖面，并評價了樹木屏障和開放式緩沖區(qū)對飄移水平的影響。結(jié)果顯示：樹木屏障可以顯著減少噴霧霧滴飄移；根據(jù)噴霧機噴霧的霧滴飄移垂直剖面可知，飄移量隨著噴施高度的增加而減少，且不同粒徑的霧滴產(chǎn)生的飄移水平存在明顯差異，該結(jié)論與Garcerá等[33]通過尼龍繩測量的熒光劑在桃園的沉積飄移以及Zinvan等[20]使用聚氨酯泡沫塞子 (PUF) 測定螺菌胺和腈菌唑在蘋果園的沉積飄移得到的結(jié)論一致。由此看出， OP-FTIR 是一種快速、有效的測定霧滴飄移的方法，但其在飄移實時監(jiān)測過程不易監(jiān)測到直徑小于5 μm 的霧滴，因此，優(yōu)化光譜儀的功能并提高其靈敏性，對OP-FTIR 的推廣應(yīng)用尤為重要。

王志翀等[73]基于ISO22856，在風洞中測量了11 種助劑在水平和垂直方向上的噴霧霧滴飄移情況，同時采用激光成像技術(shù)，結(jié)合計算機圖像，提取了霧滴云圖片橫縱方向的最大值及位置、重心坐標、平均值等圖像特征參數(shù)，并與測量結(jié)果計算得出的霧滴飄移率、特征高度、飄移潛力指數(shù) (drift potential index, DIX) 進行擬合。結(jié)果表明：激光成像技術(shù)可準確地用于評價霧滴的飄移性，比傳統(tǒng)方法更加快速，重復(fù)性高且無需耗材，DIX 指數(shù)綜合準確性高達96%，大大降低了噴霧霧滴飄移測試成本，該研究可為風洞中霧滴的飄移測試提供一種新的選擇。

目前，大多用于測量噴霧霧滴飄移的方法是針對于地面植保器械，但地面植保器械與航空植保器械噴施的霧滴飄移現(xiàn)象存在明顯差異，且航空植保器械更易受到氣象條件尤其是側(cè)風風速與風向的影響[49]。此外，航空植保機械噴施的霧滴粒徑更小，這就要求在檢測霧滴飄移時的采樣技術(shù)和檢測技術(shù)更加靈敏，單一使用田間試驗或室內(nèi)風洞試驗已無法全面地反映航空植保器械噴霧霧滴飄移情況。同時，用于預(yù)測模擬地面植保器械噴霧霧滴的數(shù)學(xué)模型是否能夠應(yīng)用于航空植保器械噴霧霧滴的預(yù)測模擬還需進一步探究。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)將田間試驗與室內(nèi)風洞試驗相結(jié)合，運用一些高科技技術(shù)，如激光測量技術(shù)、高速攝像技術(shù)、紅外熱成像技術(shù)等，不斷修正地面植保器械噴霧霧滴飄移預(yù)測模型，為明確和緩解航空植保器械噴霧霧滴飄移現(xiàn)象提供理論基礎(chǔ)。如何從測定地面植保器械噴霧霧滴飄移的方法中衍生出適用于航空植保器械噴霧霧滴飄移測定的標準方法，是明確與緩解航空噴霧器械噴霧霧滴飄移的關(guān)鍵一環(huán)。

4 噴霧霧滴飄移控制技術(shù)

一般來說，所有粒徑大小的霧滴都存在飄移風險，霧滴越小，在沉積到地面或非靶標區(qū)域之前移動的距離越遠。完全避免噴霧霧滴飄移現(xiàn)象是不可能的，但可以通過一些措施使飄移風險最小化。這些措施大多基于調(diào)整影響霧滴飄移的因素，包括使用適當?shù)膰婎^類型、新型噴霧技術(shù)、合適的藥劑劑型；選擇合適的噴霧參數(shù) (高度、速度、流量等) 和噴霧助劑；同時，噴霧期間充分考慮天氣因素的影響以及田間合理布局，如使用緩沖區(qū)、防護林等也可以達到減小噴霧霧滴飄移的目。

范小博等[43]提出了輔助式噴霧、低量低壓噴霧、靜電噴霧、變量噴霧、抗飄移噴頭和優(yōu)化農(nóng)藥配方對減少霧滴飄移、緩解農(nóng)藥對環(huán)境的污染方面具有一定的功效。何勇等[74]提出如何進行合理的施藥決策即結(jié)合靶標作物、噴藥需求以及噴施環(huán)境3 方面因素，并從噴嘴噴霧角、防堵塞性、噴嘴壓力與流量以及最佳作業(yè)粒徑4 個方面分析了如何選擇噴嘴類型可達到提高航空施藥噴灑均勻性，提高農(nóng)藥利用率，減少飄移的結(jié)果。美國環(huán)保局發(fā)布了農(nóng)藥減飄技術(shù) (drift reduction technology, DRT)，包括通過對噴霧器噴頭的改造、噴霧輸送輔助裝置的使用及田間布局的改造(農(nóng)作物種植區(qū)域設(shè)計緩沖區(qū)等) 等[72]。Chen 等[75]為了減小噴霧霧滴飄移，研究了一種調(diào)整植保無人飛機噴霧角度和噴霧壓力的方法。結(jié)果顯示，與不能調(diào)整噴射角度和壓力的系統(tǒng)相比，可調(diào)節(jié)系統(tǒng)的霧滴飄移距離減小了33.7%。Fornasiero等[76]研究了噴霧減飄技術(shù) (低飄移噴頭和抗飄移助劑) 對蘋果園和葡萄園害蟲及捕食螨的影響，結(jié)果表明。減飄技術(shù)可有效地防治主要害蟲且對有益螨未產(chǎn)生負面影響，同時減少了從處理區(qū)到非處理區(qū)10 m 范圍內(nèi)的霧滴飄移。

根據(jù)國際農(nóng)藥委員會的《農(nóng)藥術(shù)語表》，緩沖區(qū)是指在允許施用農(nóng)藥的區(qū)域邊緣和敏感的非目標區(qū)域(如河道、濕地、林地、敏感作物、學(xué)校和醫(yī)院)之間規(guī)定的最小寬度的狹長地帶。Carlsen等[77]針對10 種除草劑進行了5 次田間試驗，發(fā)現(xiàn)所有供試噴灑設(shè)備都在田間產(chǎn)生了霧滴飄移，檢測到的沉積物偏離目標高達150 m。飄移程度的差異主要由霧滴大小、風速、藥劑劑型和是否有植被緩沖區(qū)造成。具有植被緩沖區(qū)的處理，霧滴飄移程度顯著減少，表明緩沖區(qū)有望顯著降低噴霧霧滴飄移對非目標受體的影響。Longley 等[78]以熒光示蹤劑為藥劑，比較了在作物種植邊界設(shè)置樹籬對噴霧霧滴飄移的影響。結(jié)果表明：設(shè)置6 m寬由樹籬、防護林帶、植物屏障或風障等構(gòu)成的防風林可以有效阻止風的通過，周圍的防風林可以攔截部分飄移的霧滴；防風林的抗飄移效果與其高度、長度、植被密度、排數(shù)、連續(xù)性、方向和物種組成有關(guān)[78]。Vischetti 等[79]以樹木作為防風林，在葡萄園進行了噴施毒死蜱和甲霜靈的田間試驗。結(jié)果顯示，在施藥區(qū)域前，防風林的存在極大地減少了噴霧霧滴飄移量，毒死蜱和甲霜靈在12 m 時的霧滴飄移量分別減少83.9%和94.4%，在18 m 時均檢測不到毒死蜱和甲霜靈的霧滴飄移。

5 總結(jié)與展望

噴霧霧滴飄移是威脅農(nóng)業(yè)健康與可持續(xù)發(fā)展的重要因素，各國學(xué)者也一直致力于噴霧霧滴飄移研究方法、影響因素及控制技術(shù)的研究。

目前，有關(guān)噴霧霧滴飄移或潛在飄移的試驗研究主要集中在田間和風洞中進行，同時采用噴霧霧滴飄移的理論模型 (高斯模型、拉格朗日模型和計算流體學(xué)CFD 模型等) 也可以很好地模擬出霧滴軌跡。3 種方法各有優(yōu)劣，同時又存在互相支持互補的關(guān)系。一方面，大量的風洞試驗數(shù)據(jù)有助于評估、驗證田間試驗效果、建立噴霧數(shù)據(jù)庫；另一方面，依靠風洞試驗與田間試驗所建立的噴霧霧滴飄移回歸方程在建立噴霧模型、制定防治決策、預(yù)測脫靶污染等方面具有重要作用。在今后的研究中應(yīng)將三者恰當?shù)亟Y(jié)合，以便更加清晰地解釋噴霧霧滴飄移現(xiàn)象。

噴霧霧滴飄移是個復(fù)雜過程，受到多因素影響，不同因素之間也會相互作用。其中霧滴粒徑大小可控性最強的，對其他因素也會產(chǎn)生影響。因此，霧滴粒徑大小是進行噴霧霧滴飄移控制的關(guān)鍵點，然而霧滴粒徑又與病蟲草害防治效果之間存在一定的關(guān)聯(lián)，因此在今后的研究中應(yīng)該將噴霧霧滴飄移的三大影響因素 (霧滴、噴霧模式、外界條件) 與病蟲草害防治效果關(guān)聯(lián)起來考慮，將其構(gòu)成一個系統(tǒng)，以便更深入地加強對霧滴飄移因素的研究。

同時，控制噴霧霧滴飄移問題需要科學(xué)界、政府部門和農(nóng)業(yè)工作者共同努力，科學(xué)界需要研發(fā)更多高效便利的控制技術(shù)，政府部門需要加強出臺關(guān)于噴霧霧滴飄移控制的相關(guān)政策和法律法規(guī)，最大限度保護生態(tài)系統(tǒng)和人畜健康，而農(nóng)業(yè)工作者要提升意識水平，在施藥的同時關(guān)注噴霧霧滴飄移問題，學(xué)習相關(guān)噴霧霧滴飄移控制技術(shù)、落實政府所出臺的相關(guān)政策。