國外飛防技術(shù)研究：聚焦噴霧霧滴控制與精準施藥

據(jù)全國農(nóng)技推廣中心統(tǒng)計，我國常年化學農(nóng)藥制劑使用量在100萬噸左右，折百原藥用量在30萬噸左右。目前我國農(nóng)藥使用大多仍以傳統(tǒng)的背負式噴桿噴霧器噴霧為主，藥液用量大、“跑、冒、滴、漏”現(xiàn)象嚴重，農(nóng)藥有效利用率僅30%左右，遠低于發(fā)達國家。隨著農(nóng)村土地流轉(zhuǎn)和勞動力轉(zhuǎn)移，大面積快速高效施藥成為植保難題，在此背景下，政府、企業(yè)和合作社合力推進飛機施藥，我國飛防行業(yè)得以迅速發(fā)展，但也不可避免的遇到了一些問題。為此，本文對國外飛防及制劑研究情況進行了簡單梳理。

有效提高農(nóng)藥利用率 適宜大面積農(nóng)藥噴灑
飛防是通過通用飛機噴灑農(nóng)藥的一種大面積、短時期壓低蟲口密度的有效方法，具有其它常規(guī)措施難以比擬的優(yōu)越性。相對于人工噴灑或大飛機噴灑方式，無人機的適應性更強，通過空中作業(yè)，不受山地、水田等地形因素，壟作、平作等種植方式，高稈、矮稈、林果以及作物生長周期的限制，有效解決作業(yè)難問題。植保無人機采用的GPS測速，用速度控制噴頭的農(nóng)藥流量和霧滴分布，實現(xiàn)農(nóng)藥自動定量精準控制噴灑；此外，噴霧裝備的藥劑霧化質(zhì)量直接影響農(nóng)藥在作物上的沉積分布，無人機在實現(xiàn)科學施藥的同時，根據(jù)霧化原理，掌握噴嘴與靶標物體的距離，保證農(nóng)藥有效利用。試驗證明無人機噴灑農(nóng)藥效果會高于人工噴灑，噴灑均勻，霧化好，而且直升機的螺旋槳產(chǎn)生的風力可以掀開植物，讓農(nóng)藥噴到植物根部；斷點續(xù)噴，漏噴重噴�。患又畬ψ魑飩�害小，綜合防治效果好。更重要的是與傳統(tǒng)噴灑作業(yè)比較，實現(xiàn)了人機分離，農(nóng)藥在噴灑過程中幾乎對作業(yè)者沒有危害，提高了農(nóng)藥噴灑的安全性。

另外，飛防尤其是植保無人機防治更注重的是專業(yè)化服務和統(tǒng)防統(tǒng)治，以防為主，以治為輔。這樣便可以真正解決農(nóng)民“見蟲打藥，見病防治”的習慣，真正做到“預防為主”，也有利于生物農(nóng)藥和低毒農(nóng)藥的推廣應用，減輕病蟲害的發(fā)生，從源頭上減少了農(nóng)藥的使用，實現(xiàn)農(nóng)藥使用量的“零增長”，保證農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)。

國外飛防技術(shù)較為成熟 作業(yè)標準嚴格要求
美國是應用航空噴霧最發(fā)達的國家，目前有農(nóng)用航空公司20多家，65%的農(nóng)業(yè)化學處理由飛機承擔。農(nóng)用飛機以作業(yè)效率較高的有人駕駛固定冀飛機為主，農(nóng)用航空作業(yè)項目除了飛機播種、施肥、施農(nóng)藥外，還包括人工降雨、森林滅火、空氣清潔、殺滅病菌等。航空噴霧作業(yè)面積前5名的作物依次是：玉米、麥類、棉花、大豆和水稻，對森林病蟲害的防控幾乎100%采用航空噴霧作業(yè)。

日本無人機（雅馬哈）噴灑農(nóng)藥已經(jīng)將近30年。2012年，業(yè)內(nèi)人士估計日本大概有3000多架無人植保飛機在日本農(nóng)田上空作業(yè)，其中有60%的水稻田采用無人機來完成飛防噴霧，近40%的農(nóng)田施藥是用無人機來完成的。

國外飛防研究和實踐比我國早的多，也制定了許多嚴格的作業(yè)標準和操作規(guī)范。如加拿大在林業(yè)上廣泛使用飛機噴施殺蟲劑、殺菌劑以及除草劑，每年加拿大森林平均63萬公頃噴灑殺蟲劑，19萬公頃噴灑除草劑，用藥均勻且達到單位面積霧滴數(shù)的有效覆蓋。對不同類型飛機、噴霧系統(tǒng)、藥劑沉積和飄移以及最終的防治效果，都有大量研究和操作規(guī)范，并設(shè)置不施藥緩沖區(qū)（詳見下表），以充分考慮林區(qū)用藥對人類居住區(qū)和湖泊水域的環(huán)境敏感區(qū)的農(nóng)藥污染問題。

加拿大林業(yè)飛機作業(yè)時水體保護施藥緩沖區(qū)設(shè)置
（Nicholas J. Payne 1998，Crop Protection）

藥劑	飛機類型	彌霧系統(tǒng)	噴施高度（m）	VDM (μM)	緩沖區(qū)（m）
草甘膦	旋轉(zhuǎn)翼	Microfoil	3	3000	25
		D8-46	3	1000	25
	固定翼	TVB	10	160	50
		D8-46	10	150	50
		AU5000	10	160	50
二氯苯醚菊酯	固定翼	AU3000	10	65	100

               注：100公頃面積；噴施高度為距冠層頂部距離。
                       氣象影響：影響霧滴飄移、沉積和在冠層的覆蓋度。
                       飛行影響：在給定風速情況下，飛行高度和噴施藥劑的高度影響霧滴分布和沉積。林冠不一致，
                       個別高大樹木存在等影響飛行高度的穩(wěn)定性，一般除草劑作業(yè)10米高，殺蟲劑10-30米。飛行
                       漩渦有助于霧滴向下運動和沉積。

霧滴漂移問題成研究熱點 噴霧助劑可增加霧滴抗漂移性
植保無人機噴灑多采用超低量噴霧，藥液濃度高、噴灑霧滴細，存在無人機下壓風場等，加上單次作業(yè)面積大、速度快、氣象因素（如溫度、濕度、風速）等均會對飛防的效果產(chǎn)生影響。飛防因作業(yè)高度（3-5米）較高帶來的霧滴飄移問題，不僅影響霧滴的均勻撒布和沉積粘附，而且容易對周圍敏感植物或非靶生物造成影響，需要設(shè)置隔離區(qū)以降低對非靶生物和周圍水域等的影響。

大量試驗研究表明，飛防中噴霧器械與施藥技術(shù)的改進，可以有效控制霧滴粒徑和分布、降低霧滴漂移、提高防治效果。所以，飛防所用航空器的類型、霧化系統(tǒng)、噴頭以及控制系統(tǒng)的精度、作業(yè)速度、噴灑高度等對施藥質(zhì)量起決定性作用。另外，施藥時的溫度、相對濕度以及風速等氣象條件也影響藥液霧滴的揮發(fā)、沉積、飄移和附著。在噴霧器械固定情況下，藥液的粘度、動態(tài)表面張力、乳液或霧滴中固體顆粒的存在都會對霧化效果產(chǎn)生影響。防漂移助劑的添加可以影響霧化效果、減少小霧滴（≤50μ）產(chǎn)生，有效控制霧滴的飄移。

基于以上問題，目前發(fā)達國家對航空噴霧技術(shù)的研究熱點主要集中在以下兩個方面：一是可控霧滴技術(shù)的應用與霧滴飄移控制的研究。通過按作業(yè)要求選擇適宜的噴頭和噴霧參數(shù)，控制霧滴粒徑、飄移率等以取得最佳噴霧效果；通過建立飛機噴霧的霧滴分布仿真數(shù)學模型，運用模型分析霧滴沉降規(guī)律，研究航高、航速、風速、霧滴粒徑、不同機型對霧滴飄移的影響。二是全球性定位系統(tǒng)(GPS)及精準施藥技術(shù)的使用。航空噴霧作業(yè)時，通過掃描軟件計算不同區(qū)域(較小的面積單元)所需的農(nóng)藥制劑、肥料用量，進行變量噴施；隨著可視化技術(shù)的發(fā)展，遠程控制平臺也開始得到應用，即當飛機到達作業(yè)區(qū)域時，GPS能實時將作業(yè)區(qū)域的信息圖像傳送到控制平臺(電腦)，達到作業(yè)位置精確定位與自動導航，最終實現(xiàn)精確施藥及噴幅精確的對接。

國內(nèi)外大量研究和田間試驗結(jié)果表明，現(xiàn)有制劑添加合適的噴霧助劑，可以解決目前飛防的實際需求。飛防助劑對藥液具有以下影響和作用：

影響霧滴大小。加入合適的噴霧助劑后，藥液的動態(tài)表面張力、粘度等性質(zhì)發(fā)生變化，因此在相同的噴頭和壓力下，噴出的液滴大小發(fā)生變化。一般來說，油類噴霧助劑能夠適當增加霧滴粒徑。

抗漂移。霧滴粒徑適度的增大，在保證較佳粒徑的情況下，能夠減少飄失。研究標明，在作物上方1m的地方噴霧，40μm的霧滴在下風方向能夠漂移3m，下降約0.1m，就蒸發(fā)掉了，而120μm的霧滴漂移3m就可以粘附在作物上。國外研究數(shù)據(jù)標明，在相同條件下，水的飄失量為21%，加入油類飛防助劑后飄失量變?yōu)?3%。

抗蒸發(fā)。研究表明，在相同條件下25%嘧菌酯SC的蒸發(fā)速度為4.28μL/(cm2·s)，而加入飛防助劑邁飛的蒸發(fā)速度為3.95μL/(cm2·s)。

促沉積。加入飛防助劑后，助劑能夠幫助藥液能夠很好的在植物體表潤濕鋪展，減少了藥液的流失，提高了藥液的沉積。

近5年來，我國無人機植保發(fā)展迅速，但在藥劑與助劑方面研究較少，雖有一些企業(yè)登記飛防專用劑型，但已取得登記證的產(chǎn)品不多，生產(chǎn)中仍以常規(guī)藥劑添加噴霧助劑的方式為主，相關(guān)企業(yè)關(guān)于飛防藥劑助劑的研究還需加強。

作者：張宗儉  
中化化工科學技術(shù)研究總院教授級高工，北京廣源益農(nóng)化學有限責任公司總經(jīng)理。曾經(jīng)主持編寫《世界農(nóng)藥大全》。