商勝華,宋光龍,羅玉英,張軍,陳興江,曹毅
1 貴州省煙草科學(xué)研究院,貴陽 550081;
2 貴州省煙草公司銅仁市公司,銅仁 564300;
3 貴州省煙草公司遵義市公司,遵義 563000
在農(nóng)作物病蟲草害藥劑防治中,選用適宜的施藥器械及技術(shù)十分重要。近年來,隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向機械化和高效化方向的不斷發(fā)展,植保噴霧機械的結(jié)構(gòu)不斷改良,設(shè)計日趨合理。靜電噴霧器、電動噴霧機、植保無人機等新型植保機械發(fā)展較快[1-4],但因機械價格、作業(yè)環(huán)境等因素的制約,新型機械更新速度較慢,我國目前大部分地區(qū)仍采用大容量噴灑方式,其中手動機械仍是主流,承擔(dān)我國農(nóng)作物病蟲草害防治面積高達70%以上[5],導(dǎo)致農(nóng)藥利用率較低,平均利用率僅為36.6%,遠低于歐美發(fā)達國家的50%~60%[6]。
噴頭是植保噴霧器械藥液霧化的關(guān)鍵部件,其種類或類型較多。目前,我國常用的是扇形噴頭和圓錐形噴頭,國外主要有通用噴頭、靜電噴頭、防飄噴頭和變量噴頭等類型,不同噴頭的噴霧特性等已有較多報道[7-10],連桿式噴頭為近3 年來新研發(fā)類型,可選擇相應(yīng)組件靈活組裝多噴頭不同組合方式噴霧,具有省水省藥、低成本、高效率等特點[11]。煙草是典型闊葉型作物,從苗床期至成熟采收期,田間群體結(jié)構(gòu)變化較大,噴藥方式應(yīng)相應(yīng)變化,才能取得最佳效果。對此,本文主要基于噴頭的更新思路及煙草不同生育期田間群體結(jié)構(gòu)的變化特點,利用連桿式噴頭設(shè)計不同組合進行比較試驗,以期為煙草病蟲害精準(zhǔn)施藥提供參考。
試驗于2018—2019 年在貴州省煙草科學(xué)研究院福泉試驗基地進行。試驗期間室外溫度20℃~28℃、風(fēng)力2~3 級、RH 72%~80%,室內(nèi)溫度22℃~25℃;煙草品種為云煙87;防治對象為煙草赤星病[Alternariaalternata (Fries) Keissler]。
1.2.1 供試器械
3WBD-18B 型背負(fù)式電動噴霧器(臺州市路橋區(qū)嘉能植保機械廠),工作壓力0.15 MPa~0.4 MPa(本試驗固定用0.4 MPa),藥箱容量18 L,配置動力12 V.10 AH 鉛酸電池;試驗噴頭為連桿式直角和60°夾角噴頭及其組件(貴州黔霖農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司),為圓錐實心噴頭,噴頭孔徑0.5 mm,霧滴體積中徑(VMD)85 μm;CK為常規(guī)單噴頭(臺州市齊鳴機械有限公司),噴頭孔徑1.0 mm,霧滴體積中徑(VMD)180 μm。
1.2.2 供試藥劑
80%波爾多液WP(遼寧省沈陽紅旗林藥有限公司);40%菌核凈WP(浙江省斯佩斯植保有限公司);85.5%誘惑紅分析純(上海燃料研究所)。
1.3.1 不同噴頭數(shù)組合及其基本參數(shù)測定
(1)預(yù)備試驗。分別設(shè)計釘耙式、門字式、人字式、H 式、魚骨式等多種組合,在室內(nèi)無風(fēng)環(huán)境及噴霧器額定工作壓力下噴施清水,初步觀察不同噴頭組合數(shù)及組裝方式對霧化效果的影響,確定適宜范圍內(nèi)最多噴頭組合數(shù)為8 個,且相同噴頭數(shù)不同組裝方式下的噴霧量及霧化狀況無明顯差異。
(2)正式試驗。分別設(shè)置常規(guī)單噴頭(CK),連桿式噴頭1、2、3、4、5、6、7、8 個噴頭組合,共計9 個處理,3 次重復(fù),各多噴頭處理統(tǒng)一采取釘耙式組裝方式。按JB/T 9782—2014 標(biāo)準(zhǔn)[12]要求,在室內(nèi)無風(fēng)環(huán)境及噴霧器額定工作壓力下,用清水測定不同處理的噴霧量及各處理單個噴頭的水平射程和垂直噴幅等參數(shù)。
(3)初步選定組合方式。根據(jù)煙株群體結(jié)構(gòu)變化特點,主要分苗床期、移栽后至團棵期(以團棵期為代表)和旺長至成熟期(以成熟采烤前為代表)三個時段,對上述不同組合方式進行田間試噴觀察,并依據(jù)參數(shù)測定結(jié)果調(diào)節(jié)噴頭數(shù),初步優(yōu)選出不同生育期的噴霧組合方式,供進一步開展藥液附著率和作業(yè)效率等指標(biāo)測定,以驗證其適宜性。
1.3.2 不同噴霧方式葉片藥液附著狀況測定
按JB/T 9782—2014 標(biāo)準(zhǔn)[12],以誘惑紅10000 倍液為藥液,于煙草苗床期、團棵期和成熟期,采取直接觀察葉片法分別測定對應(yīng)噴霧方式的葉片藥液附著率。
苗床期:于移栽前7 d 左右(煙苗4 葉1 心時)測定。在額定工作壓力和50 cm 噴霧高度下,采用釘耙式連桿8 噴頭組合和常規(guī)單噴頭兩種噴霧方式,分別 設(shè) 定(825、675、525、375、225)L·hm-25 個 噴液量梯度噴霧(依據(jù)噴頭流量等設(shè)定噴霧時間和走速,各處理以實際噴液量計,下同),共計10 個處理,重復(fù)3 次。各處理每個重復(fù)噴施12 盤煙苗(育苗盤:0.57 m×0.36 m,育苗池:34 m×2.55 m)。噴藥后迅速觀察,按5 點取樣法,每點調(diào)查1 株,每株調(diào)查上部大于5 cm 的3 片葉,按下列分級方法,記載各葉片正、反面的藥液附著情況。
0 級:無藥液附著;
1 級:藥液附著面積為葉面積的0 以上至1/4;
2 級:藥液附著面積為葉面積的1/4 以上至1/2;
3 級:藥液附著面積為葉面積的1/2 以上至3/4;
4 級:藥液附著面積為葉面積的3/4 以上至全部。
團棵期:試驗地面積0.13 hm2,地勢平坦,行株距1.1 m×0.55 m,煙株長勢正常、整齊度好,于移栽后45 d(平均11 葉/株)進行試驗。在額定工作壓力下,采用人字式連桿5 噴頭組合和常規(guī)單噴頭兩種噴霧方式,分別設(shè)定(900、750、600、450、300)L·hm-25 個噴液量梯度噴霧,共計10 個處理,重復(fù)3 次,每小區(qū)噴施20 株。噴藥后迅速觀察,隨機選擇5 個點,每點調(diào)查1 株,每株自上而下調(diào)查大于15 cm 的6 片葉,按前述分級方法,記載葉片正、反面的藥液附著情況。
成熟期:煙地條件與團棵期相同,平均株高97.8 cm、平均留葉數(shù)20.6 片,煙株整齊度好,于第一次采烤前進行試驗。在額定工作壓力下,采用魚骨式連桿8 噴頭組合和常規(guī)單噴頭兩種噴霧方式,分別設(shè)定(1425、1200、975、750、525)L·hm-25 個 噴 液 量梯度噴霧,共計10 個處理,重復(fù)3 次,每小區(qū)20 株。噴藥后迅速觀察,隨機選擇5 個點,每點調(diào)查1 株,每株調(diào)查上、中、下部各2 片葉,按前述分級方法,記載葉片正、反面的藥液附著情況。
1.3.3 不同噴霧方式下菌核凈對赤星病的藥效測定
試驗地面積0.07 hm2,4 月25 日栽煙,行株距1.1 m×0.55 m,平均留葉數(shù)19 片,于成熟期赤星病發(fā)病初期進行試驗。以常用菌核凈為試驗藥劑,重點驗證魚骨式連桿8 噴頭組合噴霧下推薦藥液量(600 L·hm-2)的適宜性,設(shè)4 個處理,3 次重復(fù),區(qū)組間隨機排列,每小區(qū)50 株煙。各處理噴藥1 次,于施藥后第10 d 調(diào)查病情,每小區(qū)隨機調(diào)查5 株,記載全株葉片數(shù)、各病級葉片數(shù),按GB/T 23222—2008標(biāo)準(zhǔn)定級。各處理如下:
A.魚骨式連桿8 噴頭噴施40%菌核凈WP 500倍液600 L·hm-2;
B.常規(guī)單噴頭噴施40%菌核凈WP 500 倍液1410 L·hm-2;
為了綜合評價脫氯劑的氯脫除性能,以含微量氯氣雜質(zhì)的氮氣和丙烯為原料,模擬工業(yè)裝置進行了動態(tài)吸附性能評價實驗,結(jié)果見圖4和圖5。
C.常規(guī)單噴頭噴施40%菌核凈WP 500 倍液600 L·hm-2;
CK.空白對照(噴施清水)。
1.3.4 不同噴霧方式的作業(yè)效率測定
以噴施80%波爾多液WP 600 倍液為例,于苗床期、團棵期和成熟期,分別測定對應(yīng)噴霧方式在適宜噴液量條件下的作業(yè)效率。苗床期測定3 個大棚、9個苗池,共計0.08 hm2,團棵期和成熟期各測定3塊地,面積分別為0.3 hm2和0.2 hm2,分別記錄純噴藥、加藥加水、地頭轉(zhuǎn)彎、田塊轉(zhuǎn)移及路途等時間。大田煙株行株距1.1 m×0.55 m,煙株長勢正常、整齊度好。
1.3.5 數(shù)據(jù)分析
采用DPS軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。藥液附著率、病情指數(shù)和防治效果等計算公式如下:
藥液附著率(%)=∑(各級葉片數(shù)×該級的級值)/(調(diào)查總?cè)~片數(shù)×4)×100%;
防治效果(%)=(對照區(qū)病指-處理區(qū)病指)/對照區(qū)病指×100%;
用工量(h·hm-2)=每公傾適宜噴施藥液量/藥箱容量×噴施1 箱藥液的平均時間;
用工量下降率(%)=(常規(guī)噴頭用工量-連桿噴頭用工量)/常規(guī)噴頭用工量×100%;
作業(yè)效率[hm2·(人·7 h)-1]=7 h/每公傾平均用工量(注:工作時間按7 h/d 計)。
從圖1~3 可知,隨噴頭數(shù)的增加,各處理噴霧量逐步增加、單個噴頭的水平射程和垂直噴幅逐步減小,其中,8 噴頭的噴霧量是1 噴頭的5.56 倍,8 噴頭較1 噴頭的水平射程和垂直噴幅分別下降27.69%和18.43%。噴霧量在各處理間均有顯著差異,水平射程除4~6 噴頭間無顯著差異外,其余處理間有顯著差異,垂直噴幅在1~4 噴頭、3~5 噴頭間無顯著差異,其余處理間有顯著差異。表明噴頭組合數(shù)與噴霧量、水平射程和垂直噴幅存在密切相關(guān)性。
圖1 不同噴頭數(shù)組合噴霧的噴霧量比較圖Fig. 1 Comparison on spray volume of combinations with different number of nozzles
圖2 不同噴頭數(shù)組合噴霧的單噴頭水平射程Fig. 2 Single-nozzle horizontal range of combinations with different number of nozzles
圖3 不同噴頭數(shù)組合噴霧的單噴頭垂直噴幅Fig. 3 Single-nozzle vertical sprinkling width of combinations with different number of nozzles
依據(jù)參數(shù)測定結(jié)果,綜合考慮煙株群體結(jié)構(gòu)特點及可操作性等因素,初步優(yōu)選出分別應(yīng)用于苗床期、團棵期和旺長至成熟期的“釘耙式連桿8 噴頭、人字式連桿5 噴頭和魚骨式連桿8 噴頭”3 種組合,組裝示意圖詳見圖4。
圖4 煙草不同生育期連桿噴頭組合示意圖Fig. 4 Schematic diagram of connecting rod nozzle combinations for tobacco in different growing periods
2.2.1 苗床期
釘耙式連桿8 噴頭和常規(guī)噴頭兩種噴霧方式的結(jié)果見表1。葉面藥液附著率均較高、而葉背藥液附著率較低,且葉面藥液附著率均隨噴液量的增加而提高,葉背藥液附著率低的主要原因與此期煙苗葉片小而密集有關(guān),故主要以葉面藥液附著率進行分析。釘耙式8 噴頭組合噴霧的藥液附著率在3 個中高噴液量處理間無顯著差異,都接近或達到100%,最低噴液量處理的藥液附著率達63.3%。與常規(guī)噴頭比較,在2 個高噴液量處理下,兩種噴霧方式的藥液附著率基本相當(dāng),而在3 個中低噴液量處理下,連桿噴頭噴霧的藥液附著率分別提高23.03%、34.54%和20.11%。經(jīng)t 檢驗,兩種噴霧方式的藥液附著率,除最高噴液量處理間無顯著差異外,其余處理間均達顯著或極顯著差異。結(jié)果表明,在中、低相同噴液量條件下,釘耙式連桿8 噴頭組合的噴霧效果明顯優(yōu)于常規(guī)單噴頭。
表1 煙草苗床期不同噴霧方式的葉片藥液附著率差異Tab. 1 The comparison of the adhering rate of pesticide liquor on leaf of different spraying modes in tobacco seedling stage
2.2.2 團棵期
人字式連桿5 噴頭和常規(guī)噴頭兩種噴霧方式的結(jié)果見表2。藥液附著率均隨噴液量的增加而提高,且在煙株各部位間均表現(xiàn)為上部葉>中部葉>下部葉。人字式5 噴頭噴霧的各部位葉葉面、葉背及總平均藥液附著率,在2 個高噴液量處理間均無顯著差異,中噴液量與高噴液量處理的上中部葉面、中下部葉背的附著率也無顯著差異。在相同噴液量處理梯度下,與常規(guī)噴頭比較,人字式5 噴頭噴霧的總平均藥液附著率分別提高28.41%、35.58%、53.28%、66.67%和63.41%,其中,對提高葉背的平均藥液附著率效果最明顯,分別增加了1.36 倍、1.87 倍、2.47 倍、4.12 倍、8.68 倍,對不同部位葉的葉面和葉背平均附著率的增效作用有一定差異,在中高噴液量時,中、下部葉的增幅大于上部葉,低噴液量時上部葉的增幅大。經(jīng)t檢驗,兩種噴霧方式各對應(yīng)噴液量處理間的總平均藥液附著率均達極顯著差異,表明人字式連桿5 噴頭組合的噴霧效果顯著優(yōu)于常規(guī)單噴頭。
表2 煙草團棵期不同噴霧方式的葉片藥液附著率差異Tab. 2 The comparison of the adhering rate of pesticide liquor on leaf of different spraying modes in tobacco resettling stage
2.2.3 成熟期
魚骨式連桿8 噴頭和常規(guī)噴頭兩種噴霧方式的結(jié)果見表3。藥液附著率均隨噴液量的增加而提高,且在煙株各部位間均表現(xiàn)為上部葉>中部葉>下部葉。魚骨式8 噴頭噴霧的總平均藥液附著率在3 個中高噴液量處理間無顯著差異。在相同噴液量處理梯度下,與常規(guī)噴頭比較,魚骨式8 噴頭噴霧的總平均藥液附著率分別提高30.60%、32.84%、42.66%、58.64%和70.87%,其中,對提高葉背的平均藥液附著率效果最明顯,分別增加了1.61 倍、1.77 倍、1.88 倍、4.08 倍、9.89 倍,對不同部位葉的葉面和葉背平均附著率的增效作用有一定差異,除最低噴液量處理外,中、下部葉的增幅均明顯大于上部葉。經(jīng)t 檢驗,兩種噴霧方式各對應(yīng)噴液量處理間的總平均藥液附著率均達極顯著差異,表明魚骨式連桿8 噴頭組合的噴霧效果顯著優(yōu)于常規(guī)單噴頭。
表3 煙草成熟期不同噴霧方式的葉片藥液附著率差異Tab. 3 The comparison of the adhering rate of pesticide liquor on leaf of different spraying modes in tobacco mature stage
依據(jù)藥液附著率測定結(jié)果,各生育期3 個中高噴液量處理的藥液附著率均無顯著差異,則適宜參數(shù)應(yīng)介于2 個低噴液量處理之間,結(jié)合生產(chǎn)實際,初步推薦苗床期葉面附著率、團棵期和旺長至成熟期平均附著率的適宜參數(shù)分別為80%、60%和60%。
附著率參數(shù)對應(yīng)噴液量的轉(zhuǎn)換。利用表1~3 中相關(guān)數(shù)據(jù),分析不同生育期藥液附著率(Y)與單位面積噴液量(X)的定量關(guān)系(見表4)。按推薦附著率參數(shù),計算各生育期連桿噴頭組合的適宜噴液量分別為(375、450、600)L·hm-2。在相同藥液附著率條件下,各生育期常規(guī)噴頭的噴液量分別為(570、885、1410)L·hm-2。
表4 葉片藥液附著率(Y)與單位面積噴施藥液量(X)的線性關(guān)系Tab. 4 The linear relationship between the adhering rate (Y) of pesticide liquor on leaf and the spraying volume (X) per unit area
從表5 可看出,在相同藥劑濃度下,采取不同的噴霧方式及噴液量,防效差異較大。其中以連桿噴頭組合噴液量600 L·hm-2處理的防效最好,藥后10 d 達75.21%,是常規(guī)噴頭相同噴液量處理的1.9倍,只有當(dāng)常規(guī)噴頭的噴液量達1410 L·hm-2時,其防效才與之基本相當(dāng)。表明魚骨式連桿8 噴頭組合噴霧下,推薦噴液量600 L·hm-2較為適宜,可獲得理想防效。
從表6 可看出,以噴施80%波爾多液WP 600 倍液為例,在苗床期、團棵期和成熟期噴施相同藥劑濃度的適宜藥液量條件下,與常規(guī)噴頭比較,3 種連桿式噴頭組合噴霧的作業(yè)效率分別是常規(guī)噴頭的1.8 倍、1.9 倍和2.7 倍,分別減施農(nóng)藥量或藥液量34.21%、49.15%和57.45%。隨生育期的后延,省工、減藥效果越明顯。
表5 不同噴霧方式下40%菌核凈WP 對赤星病的防治效果Tab. 5 Control effect of 40% dimethachlonWP on Alternaria alternata by different spraying modes
表6 不同噴霧方式下的作業(yè)效率比較Tab. 6 Comparison of operating efficiency under different spraying modes
在農(nóng)藥噴霧中,噴霧質(zhì)量一般受噴頭性能、氣象條件、靶標(biāo)植物等眾多因素的影響[14]。其中,噴頭是決定性因素,衡量噴頭性能優(yōu)劣的關(guān)鍵指標(biāo)主要有噴霧量、霧滴大小和均勻度等[7]。農(nóng)藥噴霧技術(shù)理論研究認(rèn)為,霧滴粒徑與農(nóng)藥藥效之間存在生物最佳粒徑的關(guān)系,防治飛行害蟲、葉面爬行害蟲或植物病害和雜草,分別適合采用10 μm~50 μm、3 μm~150 μm和100 μm~300 μm 的霧滴[13]。據(jù)此,本試驗噴頭主要適用于病蟲防治的植物體噴霧;噴霧量一般與霧滴粒徑呈正相關(guān),噴霧量大小主要影響作業(yè)效率,對此,除大型植保機械和植保無人機為多噴頭組合噴霧外,目前,一些背負(fù)式噴霧器也常采用2 噴頭或多噴頭組合噴霧,但這些組合均為固定設(shè)計,不能根據(jù)需要靈活組裝應(yīng)用。連桿式噴頭組件多樣化,可依據(jù)作物群體結(jié)構(gòu)的變化或病蟲危害部位的不同靈活組裝,本試驗優(yōu)化設(shè)計了釘耙式連桿8 噴頭、人字式連桿5 噴頭和魚骨式連桿8 噴頭3 種組合方式,分別適用于煙草苗床期、團棵期和成熟期噴霧,可大大提高作業(yè)效率。
農(nóng)藥使用的最佳效率是將正好足夠的農(nóng)藥劑量輸送到靶標(biāo)上以獲得預(yù)期的生物效果。這主要取決于噴霧中合理的農(nóng)藥沉積結(jié)構(gòu),即霧滴粒徑、藥劑濃度和霧滴密度三要素之間的平衡[15]。在實際應(yīng)用中,藥劑濃度通常有推薦值,直接參照使用即可;霧滴密度是關(guān)鍵調(diào)節(jié)因素,它與霧滴粒徑和噴液量密切相關(guān),在一定范圍內(nèi),霧滴密度一般隨霧滴粒徑的減小而增大、隨噴液量的增加而增大。顧中言等[15]在相同噴液量條件下比較了2 種不同粒徑噴頭噴霧于水稻葉片上的霧滴密度,75 μm 噴頭分別是200 μm 噴頭的3.68~5.03 倍;徐德進等[8]比較了4 種噴頭分別在(300、600、900)L·hm-2噴液量下水稻基部的霧滴密度差異,不同噴頭的霧滴密度均隨噴液量的增加而增大,最高較最低噴液量時的霧滴密度分別增加了8.21 倍、8.54 倍、7.79 倍和9.69 倍。但噴液量過大,超過植物表面所能承載的藥液量飽和點時會自動流失,導(dǎo)致植物表面的藥劑沉積量大幅減少[16],反之,噴液量太少,也達不到理想的防治效果,一般而言,單位面積達到一定的霧滴密度即可取得較好的效果,并不需要大劑量淋洗式噴霧,因每個農(nóng)藥霧滴均有其殺傷半徑[13]。另外,農(nóng)藥霧滴往往受作物冠層的阻擋而在不同部位分布極不均勻,一般霧滴粒徑越小對植株冠層的穿透力越強。徐德進等[17]在水稻分蘗期、孕穗期和揚花期采用手動噴霧器和彌霧機噴霧,霧滴沉積量在水稻群體空間內(nèi)的分布趨勢均表現(xiàn)為上層>中層>下層。采用手動噴霧器750 L·hm-2噴液量下,霧滴在植株上層葉片正面的沉積量占總沉積量的1/3以上,而在葉片背面和莖稈上的沉積量很少,尤其在植株基部葉片和莖稈上的沉積量趨于零;采用彌霧機450 L·hm-2噴液量下,各層葉片背面和莖稈上的沉積量均顯著高于手動噴霧器噴霧。本試驗結(jié)果顯示,在煙草不同生育期采用連桿噴頭和常規(guī)噴頭噴霧,葉片藥液附著率均隨噴液量的增加而提高,在煙株各部位均表現(xiàn)為上部葉>中部葉>下部葉;在相同噴液量條件下,連桿多噴頭組合噴霧的藥液附著率均顯著優(yōu)于常規(guī)噴頭,尤其對提高葉背的藥液附著率效果最明顯,在團棵期和成熟期最低噴液量處理時可分別提高8.68倍和9.89 倍。因此,合理選用噴頭是提高霧滴覆蓋密度和防治效果、減少施藥量的有效途徑。
2018—2019 年,該連桿噴頭僅在貴州煙草上已累計推廣500 余臺(套),有效推進了現(xiàn)有落后噴霧器械的改良提升。但在噴頭的組合方式上,本文主要基于煙草不同病蟲害的立體分布特點,試驗提出了3種通用組合噴霧方式,若僅僅針對特定危害部位的病蟲進行個性化噴霧,其組合方式尚待進一步試驗優(yōu)化。
新型連桿式噴頭的突出特點是可以依據(jù)作物群體結(jié)構(gòu)的變化或病蟲危害部位的不同靈活組裝不同組合方式噴霧,對靶性強,并通過多噴頭組合噴霧,可顯著提高作業(yè)效率;其次是霧滴粒徑較?。?5 μm),適宜于中低容量噴霧,可有效提高霧滴密度及防治效果、減少農(nóng)藥施用量。本試驗優(yōu)化設(shè)計了釘耙式連桿8 噴頭、人字式連桿5 噴頭和魚骨式連桿8 噴頭3 種通用組合方式,分別適用于煙草苗床期、團棵期和旺長至成熟期噴霧,其噴霧效果顯著優(yōu)于常規(guī)噴頭,尤其適宜于山區(qū)或小規(guī)模種植戶使用,對快速改良提升現(xiàn)行落后背負(fù)式噴霧器具有重要的現(xiàn)實意義。