植保无人机雾滴飘移规律探索及药害避免
一、雾滴飘移规律探索
植保作业是将药液均匀喷洒在作物靶标之上,但是雾滴在下落的过程中以及到达叶面后时刻受到风、温度、湿度的多重影响,会产生飞行飘移和蒸发飘移,最终只有少部分药液得到了有效利用。
雾滴在下落过程中,首先受到风的影响,也就会产生飘移。飞行飘移是指农药雾滴飞离目标的物理运动过程,主要与环境、机具、用药方法有关。雾滴飘移,短则 5-6 米,最远飘移距离甚至可达千米。
同时,雾滴在下落过程中还会受到温度、湿度的综合影响,也就是雾滴产生蒸发。蒸发飘移是雾滴的活性物质从植物、土壤或其他表面蒸发变成烟雾颗粒,悬浮在大气中作无规则扩散或顺风运动,有时甚至会笼罩大片区域,直至降雨淋落地面。在喷雾中和喷雾后都会发生蒸发飘移,主要受农药的挥发性影响。[1]
从常见的地面植保机械角度,影响雾滴飞行飘移的因素应当包括风速、雾滴大小、喷嘴类型、温度与湿度。表1给出雾滴尺寸对飘移的影响[2],可以看到 50 微米以下雾滴实际上依靠自身重量很难到达靶标,他们或者被风吹离作业区域,或者因为高温与低湿而完全蒸发无法落地。
表 2 给出了雾滴粒径对于飘移距离的影响[2],从表中可以看到,同样的风速下,雾滴越粗飘移距离越小;同样的粒径下,风速越快飘移距离越远。
温度与湿度会影响雾滴的蒸发速度,从基本规律来看,温度越高、湿度越低,雾滴蒸发越快,雾滴下落过程中粒径减小会加速,从而造成更远的飘移。
从植保无人机的角度,还应考虑作业参数带来的影响,主要包括高度与速度。飞行高度越高,雾滴下落的过程就越长,飞行飘移的距离也就越远;飞行速度过快(例如高于 6 米/秒,不同机型有差异),植保无人机螺旋桨将无法形成良好地下压穿透力,保障药液到达靶标,也就会增加飘移距离。
从以上分析我们得知,高度较高、速度过快、雾滴过细都会造成飘移增加。
无论是飞行飘移还是蒸发飘移都会造成农药利用率减少、作业安全性降低,这是因为雾滴可能飘移到敏感作物或水源及动物之上,从而产生药害或毒害。
如果下风向存在敏感作物,或者下风向存在水塘,那雾滴飘移到这些区域就有可能产生损失。例如小麦阔叶除草剂作业,下风向存在油菜(江苏、安徽北部、四川);玉米除草剂作业,下风向存在棉花及大豆(黑龙江、吉林、内蒙、新疆);水稻杀虫作业,下风向存在桑树(江苏、四川、广东)。
因为飘移特性的存在,部分药剂飞防应用必须符合严苛的条件才能使用。如灭生性除草剂草甘膦、敌草快,如果在人工施药时,尚可通过安装挡板在垄间作业;但是应用于飞防则风险极高,往往飘移至周边数十米甚至几百米,所以应谨慎选择,尽量避免作业。
同时,还有部分药剂对于目标作物安全性尚可,但是对于其他作物则安全性差,例如玉米茎叶除草常见的烟嘧磺隆、莠去津,一旦飘移至棉花(新疆同时存在玉米与棉花)、大豆(黑龙江、内蒙),甚至同为禾本科的水稻、小麦都会造成药害,应特别注意。
无论是飞行飘移还是蒸发飘移,飘移都会导致到达靶标区域药液量的降低,也就造成了农药浪费、环境污染,同时降低了农药利用率。
三、关于如何避免飘移危害的经验总结
1)避免在强风下作业,除草剂作业应在两级风以内风速是飞行飘移的主要影响因素,所以在合理风速下作业是避免药液飘移危害的最主要措施。
2)除草剂作业适当提升喷嘴型号,从而提升雾滴粒径目前市场大部分为内吸性除草剂,雾滴大小对于除草效果的影响不如杀虫剂与杀菌剂敏感[3],在大部分情况下,200 微米左右雾滴能够达到良好地的除草效果。所以综合考虑到飘移可能带来的潜在危害,植保无人机除草作业应选择类似如 XR110015VS 等大一号喷嘴,以减少可能的雾滴飘移距离。但是也应注意到,部分触杀性除草剂类型,在高浓度、高温、中等雾滴情况下可能产生轻微药害。
3)合理添加飞防助剂,提高雾滴的抗飘移、抗蒸发性能添加合理的飞防助剂将会减少喷嘴产生小雾滴的数量并提升总体雾滴粒径,从而提高抗飘移能力。同时,飞防助剂还能提高雾滴的抗蒸发性,促进雾滴沉降、附着、铺展,从而提高雾滴在叶面的沉积量与停留时间。从目前的应用经验来看,高分子聚合物及植物油类助剂更适用于飞防。
4)易产生飘移危害的作业类型应控制飞行高度与速度以大疆T系列植保无人机为例,如喷洒敏感性药剂,为减少飘移危害可能,应将飞行高度控制在 2 米左右,速度控制在 5.5 米/秒以内。
5)在合理的气温下作业尽量在 30℃ 以内作业,减少因高温低湿造成的蒸发飘移。
6)根据风速,留够安全距离从目前的经验来看,下风向在 1 米/秒微风,仍需要留够 10 米安全距离;3 米风速下,需要留够至少 30 米安全距离。
1)灭生性除草剂由于灭生性除草剂属于“见绿杀”类型,只要飘移到其他作物上,就一定会产生药害。
2)安全性差的选择性除草剂如莠去津、烟嘧磺隆、2-4D,他们的共同特点是施药技术要求高、对靶标以外的作物安全性差。
3)三唑类杀菌剂三唑类杀菌剂对于瓜类安全性较差,小麦水稻种植区偶发三环唑西瓜飘移药害。
4)广谱性杀虫剂比如阿维菌素、甲维盐、高氯等广谱性杀虫剂,偶发对蜜蜂、鱼塘、桑树、虾蟹田的飘移毒害。
所以,任何一个植保无人机操作手都应具备基本的飘移危害风险评估能力,能够对所用的药剂具有一定的了解,并准确判断风向和风速,从而最后确定风险等级。对于风险等级较高的作业类型,应及时停止,待风向改变或者风速减弱之后再作业。
植保无人机在 2020 年获得了高速发展,这说明了植保无人机契合我国农业实际情况,保障作业效果的同时提升了作业效率,而且符合国家推动农药零增长的目标,是真正顺应农业发展趋势的高科技农机具。虽然具有一定飘移性,但是相信,只要植保无人机操作手能够扬长避短并注意总结经验,一定能够高效地、安全地开展飞防作业,为我国植保环节机械化提升持续助力。
参考文献:
植保作业是将药液均匀喷洒在作物靶标之上,但是雾滴在下落的过程中以及到达叶面后时刻受到风、温度、湿度的多重影响,会产生飞行飘移和蒸发飘移,最终只有少部分药液得到了有效利用。
1、飞行飘移与蒸发飘移
雾滴在下落过程中,首先受到风的影响,也就会产生飘移。飞行飘移是指农药雾滴飞离目标的物理运动过程,主要与环境、机具、用药方法有关。雾滴飘移,短则 5-6 米,最远飘移距离甚至可达千米。
同时,雾滴在下落过程中还会受到温度、湿度的综合影响,也就是雾滴产生蒸发。蒸发飘移是雾滴的活性物质从植物、土壤或其他表面蒸发变成烟雾颗粒,悬浮在大气中作无规则扩散或顺风运动,有时甚至会笼罩大片区域,直至降雨淋落地面。在喷雾中和喷雾后都会发生蒸发飘移,主要受农药的挥发性影响。[1]
2、影响飘移的因素
从常见的地面植保机械角度,影响雾滴飞行飘移的因素应当包括风速、雾滴大小、喷嘴类型、温度与湿度。表1给出雾滴尺寸对飘移的影响[2],可以看到 50 微米以下雾滴实际上依靠自身重量很难到达靶标,他们或者被风吹离作业区域,或者因为高温与低湿而完全蒸发无法落地。
表 2 给出了雾滴粒径对于飘移距离的影响[2],从表中可以看到,同样的风速下,雾滴越粗飘移距离越小;同样的粒径下,风速越快飘移距离越远。
温度与湿度会影响雾滴的蒸发速度,从基本规律来看,温度越高、湿度越低,雾滴蒸发越快,雾滴下落过程中粒径减小会加速,从而造成更远的飘移。
从植保无人机的角度,还应考虑作业参数带来的影响,主要包括高度与速度。飞行高度越高,雾滴下落的过程就越长,飞行飘移的距离也就越远;飞行速度过快(例如高于 6 米/秒,不同机型有差异),植保无人机螺旋桨将无法形成良好地下压穿透力,保障药液到达靶标,也就会增加飘移距离。
从以上分析我们得知,高度较高、速度过快、雾滴过细都会造成飘移增加。
植保无人机作业高度一般在2米左右
无论是飞行飘移还是蒸发飘移都会造成农药利用率减少、作业安全性降低,这是因为雾滴可能飘移到敏感作物或水源及动物之上,从而产生药害或毒害。
1、作业安全性降低
如果下风向存在敏感作物,或者下风向存在水塘,那雾滴飘移到这些区域就有可能产生损失。例如小麦阔叶除草剂作业,下风向存在油菜(江苏、安徽北部、四川);玉米除草剂作业,下风向存在棉花及大豆(黑龙江、吉林、内蒙、新疆);水稻杀虫作业,下风向存在桑树(江苏、四川、广东)。
小麦下风向有油菜,飘移药害
2、药剂选择性增加
因为飘移特性的存在,部分药剂飞防应用必须符合严苛的条件才能使用。如灭生性除草剂草甘膦、敌草快,如果在人工施药时,尚可通过安装挡板在垄间作业;但是应用于飞防则风险极高,往往飘移至周边数十米甚至几百米,所以应谨慎选择,尽量避免作业。
灭生性除草剂草甘膦飘移药害
同时,还有部分药剂对于目标作物安全性尚可,但是对于其他作物则安全性差,例如玉米茎叶除草常见的烟嘧磺隆、莠去津,一旦飘移至棉花(新疆同时存在玉米与棉花)、大豆(黑龙江、内蒙),甚至同为禾本科的水稻、小麦都会造成药害,应特别注意。
3、农药利用率降低
无论是飞行飘移还是蒸发飘移,飘移都会导致到达靶标区域药液量的降低,也就造成了农药浪费、环境污染,同时降低了农药利用率。
4、飘移药害的特征
植保无人机雾滴飘移药害应符合以下几个表现:
1)往往成片发生,而不会成条状或者点状发生
在1米微风下,飘移距离可达10米
三、关于如何避免飘移危害的经验总结
1、如何降低雾滴飘移
1)避免在强风下作业,除草剂作业应在两级风以内风速是飞行飘移的主要影响因素,所以在合理风速下作业是避免药液飘移危害的最主要措施。
2)除草剂作业适当提升喷嘴型号,从而提升雾滴粒径目前市场大部分为内吸性除草剂,雾滴大小对于除草效果的影响不如杀虫剂与杀菌剂敏感[3],在大部分情况下,200 微米左右雾滴能够达到良好地的除草效果。所以综合考虑到飘移可能带来的潜在危害,植保无人机除草作业应选择类似如 XR110015VS 等大一号喷嘴,以减少可能的雾滴飘移距离。但是也应注意到,部分触杀性除草剂类型,在高浓度、高温、中等雾滴情况下可能产生轻微药害。
XR各型喷嘴在不同压力下的雾滴粒径
3)合理添加飞防助剂,提高雾滴的抗飘移、抗蒸发性能添加合理的飞防助剂将会减少喷嘴产生小雾滴的数量并提升总体雾滴粒径,从而提高抗飘移能力。同时,飞防助剂还能提高雾滴的抗蒸发性,促进雾滴沉降、附着、铺展,从而提高雾滴在叶面的沉积量与停留时间。从目前的应用经验来看,高分子聚合物及植物油类助剂更适用于飞防。
4)易产生飘移危害的作业类型应控制飞行高度与速度以大疆T系列植保无人机为例,如喷洒敏感性药剂,为减少飘移危害可能,应将飞行高度控制在 2 米左右,速度控制在 5.5 米/秒以内。
5)在合理的气温下作业尽量在 30℃ 以内作业,减少因高温低湿造成的蒸发飘移。
6)根据风速,留够安全距离从目前的经验来看,下风向在 1 米/秒微风,仍需要留够 10 米安全距离;3 米风速下,需要留够至少 30 米安全距离。
根据风向留安全距离
2、易产生飘移危害的药剂类型
1)灭生性除草剂由于灭生性除草剂属于“见绿杀”类型,只要飘移到其他作物上,就一定会产生药害。
2)安全性差的选择性除草剂如莠去津、烟嘧磺隆、2-4D,他们的共同特点是施药技术要求高、对靶标以外的作物安全性差。
3)三唑类杀菌剂三唑类杀菌剂对于瓜类安全性较差,小麦水稻种植区偶发三环唑西瓜飘移药害。
4)广谱性杀虫剂比如阿维菌素、甲维盐、高氯等广谱性杀虫剂,偶发对蜜蜂、鱼塘、桑树、虾蟹田的飘移毒害。
3、飘移危害风险评估
所以,任何一个植保无人机操作手都应具备基本的飘移危害风险评估能力,能够对所用的药剂具有一定的了解,并准确判断风向和风速,从而最后确定风险等级。对于风险等级较高的作业类型,应及时停止,待风向改变或者风速减弱之后再作业。
植保无人机在 2020 年获得了高速发展,这说明了植保无人机契合我国农业实际情况,保障作业效果的同时提升了作业效率,而且符合国家推动农药零增长的目标,是真正顺应农业发展趋势的高科技农机具。虽然具有一定飘移性,但是相信,只要植保无人机操作手能够扬长避短并注意总结经验,一定能够高效地、安全地开展飞防作业,为我国植保环节机械化提升持续助力。
参考文献:
[1]:刘秀娟,周宏平,郑加强. 农药雾滴飘移控制技术研究进展
[2]:Ross, MerrillA , Caro le A. Lembi. App lied Weed Science