農(nóng)藥助劑對典型作物霧滴行為的調(diào)控機(jī)制與應(yīng)用研究一、引言1.1研究背景與意義在全球人口持續(xù)增長的背景下，保障糧食安全成為農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的核心任務(wù)。農(nóng)藥作為防治農(nóng)作物病蟲害、雜草和鼠害的重要手段，在提高農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量方面發(fā)揮著不可或缺的作用。據(jù)聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織（FAO）研究數(shù)據(jù)顯示，合理使用農(nóng)藥能夠挽回世界農(nóng)作物總產(chǎn)30-40%的損失，若停止使用農(nóng)藥，作物產(chǎn)量將降低30%，農(nóng)產(chǎn)品價格也會大幅提高50%-70%，這無疑將使人類面臨嚴(yán)峻的饑餓威脅。然而，農(nóng)藥在發(fā)揮重要作用的同時，也帶來了一系列不容忽視的問題。一方面，農(nóng)藥的過度使用或不合理使用導(dǎo)致大量農(nóng)藥流失到環(huán)境中，對土壤、水體和空氣等生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重污染，威脅著非靶標(biāo)生物的生存，如蜜蜂、鳥類等生物的生存環(huán)境受到破壞，種群數(shù)量也隨之減少。另一方面，農(nóng)藥殘留問題嚴(yán)重影響農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全，對人體健康構(gòu)成潛在風(fēng)險，長期食用含有農(nóng)藥殘留的農(nóng)產(chǎn)品，可能會引發(fā)各種疾病，危害人們的身體健康。農(nóng)藥助劑作為農(nóng)藥制劑中的重要組成部分，雖本身不具備直接的生物活性，但卻能通過改善農(nóng)藥的物理化學(xué)性質(zhì)，如溶解性、分散性、潤濕性等，顯著提高農(nóng)藥的藥效，減少農(nóng)藥的使用量，進(jìn)而降低農(nóng)藥對環(huán)境和農(nóng)產(chǎn)品的負(fù)面影響。在農(nóng)藥制劑加工中，表面活性劑類助劑作為配方助劑，可改善農(nóng)藥制劑的物理化學(xué)性質(zhì)，以滿足加工要求和使用性能。在乳油加工中，表面活性劑通過增溶和乳化作用，將不溶于水的農(nóng)藥分子包裹在膠束內(nèi)部，使其均勻分散在水中，形成穩(wěn)定的乳狀液，如十二烷基苯磺酸鈣和三苯乙基苯酚聚氧丙烯聚氧乙烯嵌段聚合物等常用于乳油制劑中。在水乳劑和微乳劑中，表面活性劑作為乳化劑降低油水界面張力，確保農(nóng)藥有效成分穩(wěn)定分散，同時還可作為增稠劑防止分層和沉淀現(xiàn)象，如醚類、酚醚類、嵌段聚醚類和磷酸酯類等是常用的乳化劑。在可濕性粉劑中，表面活性劑作為潤濕劑和分散劑，降低農(nóng)藥顆粒與水之間的表面張力，使其迅速被潤濕，并通過靜電斥力防止顆粒團(tuán)聚，保證在制劑和施藥過程中的良好分散狀態(tài)。在農(nóng)藥使用過程中，表面活性劑類助劑作為噴霧助劑，可改善霧滴的物理性質(zhì)，提高農(nóng)藥在植物表面的附著、鋪展和滲透性能。添加合適的助劑能夠降低藥液表面張力，增強(qiáng)藥液的滲透力和附著力，使霧滴更容易附著在植物表面，減少因表面張力過大而導(dǎo)致的霧滴滾落，從而提高農(nóng)藥的利用率，減少農(nóng)藥的浪費(fèi)和對環(huán)境的污染。某些助劑還能促進(jìn)農(nóng)藥有效成分進(jìn)入植物或有害生物內(nèi)部，提高農(nóng)藥的生物活性，增強(qiáng)防治效果。農(nóng)藥霧滴從噴灑器械噴出后，會經(jīng)歷霧化、飛行、撞擊靶標(biāo)等一系列復(fù)雜過程，在此過程中，霧滴的蒸發(fā)、沉積和彈跳行為對農(nóng)藥的藥效和環(huán)境影響至關(guān)重要。霧滴的蒸發(fā)會導(dǎo)致農(nóng)藥有效成分濃度升高，可能影響農(nóng)藥的穩(wěn)定性和活性，同時也會減少到達(dá)靶標(biāo)的藥量；霧滴的沉積行為直接關(guān)系到農(nóng)藥在靶標(biāo)上的分布和劑量，不均勻的沉積可能導(dǎo)致部分區(qū)域藥量不足，無法有效防治病蟲害，而部分區(qū)域藥量過高，增加農(nóng)藥殘留風(fēng)險；霧滴的彈跳則會使農(nóng)藥無法在靶標(biāo)上有效附著，造成農(nóng)藥的流失和浪費(fèi)，同時也可能增加對非靶標(biāo)區(qū)域的污染。不同類型的農(nóng)藥霧滴（水劑、氣霧劑、微乳劑等）在蒸發(fā)、沉積和彈跳行為上存在差異，其對沉積的影響也各不相同。研究農(nóng)藥助劑對霧滴在典型作物上的蒸發(fā)、沉積及彈跳行為的影響具有重要的現(xiàn)實意義。從提高農(nóng)藥利用率的角度來看，通過優(yōu)化農(nóng)藥助劑配方，調(diào)控霧滴行為，可使更多的農(nóng)藥霧滴有效沉積在靶標(biāo)作物上，減少農(nóng)藥在傳輸過程中的損失，從而提高農(nóng)藥的利用率，降低農(nóng)藥使用成本。在防治病蟲害時，合理使用農(nóng)藥助劑能夠使霧滴更均勻地分布在作物表面，提高農(nóng)藥與病蟲害的接觸幾率，增強(qiáng)防治效果，減少因防治效果不佳而導(dǎo)致的重復(fù)施藥。從環(huán)境保護(hù)角度出發(fā)，減少農(nóng)藥的流失和浪費(fèi)意味著降低農(nóng)藥對土壤、水體和空氣的污染，保護(hù)生態(tài)環(huán)境的平衡和穩(wěn)定，減少對非靶標(biāo)生物的傷害，有利于維護(hù)生物多樣性。從農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全角度考慮，精準(zhǔn)的霧滴沉積和適量的農(nóng)藥使用可以降低農(nóng)產(chǎn)品中的農(nóng)藥殘留量，提高農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量和安全性，保障消費(fèi)者的健康。綜上所述，深入研究農(nóng)藥助劑對霧滴在典型作物上的蒸發(fā)、沉積及彈跳行為的影響，對于提高農(nóng)藥使用效率、降低農(nóng)藥對環(huán)境的負(fù)面影響以及保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全具有重要的理論和實踐意義，是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀農(nóng)藥助劑對霧滴行為的調(diào)控研究一直是農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的重要課題，國內(nèi)外眾多學(xué)者從不同角度進(jìn)行了深入探索，取得了一系列有價值的成果。國外對農(nóng)藥助劑調(diào)控霧滴行為的研究起步較早，在理論和實踐方面都積累了豐富的經(jīng)驗。在霧滴蒸發(fā)行為研究上，學(xué)者們關(guān)注環(huán)境因素與助劑對霧滴蒸發(fā)的交互影響。有研究表明，高溫、低濕度環(huán)境會加速霧滴蒸發(fā)，而某些助劑可在霧滴表面形成保護(hù)膜，降低蒸發(fā)速率。如在果園噴施農(nóng)藥時，添加特定助劑的霧滴在高溫環(huán)境下蒸發(fā)時間明顯延長，使農(nóng)藥有更多時間作用于靶標(biāo)。在霧滴沉積行為研究中，國外學(xué)者深入分析了助劑對霧滴在不同作物表面沉積特性的影響。通過風(fēng)洞實驗和田間試驗發(fā)現(xiàn)，助劑可改變霧滴表面張力和粒徑分布，進(jìn)而影響沉積效率和均勻性。在葡萄園施藥中，添加適宜助劑的霧滴在葡萄葉片上的沉積量顯著增加，且分布更均勻，提高了農(nóng)藥對葡萄病蟲害的防治效果。針對霧滴彈跳行為，國外研究從理論模型和實驗驗證兩方面入手，揭示了助劑降低霧滴彈跳的作用機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，添加高分子聚合物助劑能增加霧滴黏度和附著力，有效減少霧滴在葉片表面的反彈，如在棉花田施藥時，使用含特定高分子聚合物助劑的農(nóng)藥，霧滴彈跳率明顯降低，提高了農(nóng)藥利用率。國內(nèi)相關(guān)研究近年來發(fā)展迅速，在借鑒國外經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合國內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實際特點(diǎn)，開展了一系列有針對性的研究工作。在霧滴蒸發(fā)方面，國內(nèi)學(xué)者通過室內(nèi)模擬和田間監(jiān)測，研究了不同類型助劑對霧滴蒸發(fā)動力學(xué)的影響。研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)硅類助劑可顯著降低霧滴表面張力，減少蒸發(fā)面積，從而減緩霧滴蒸發(fā)速度，在小麥田噴施含有機(jī)硅助劑的農(nóng)藥時，霧滴蒸發(fā)時間比未添加助劑的延長了約20%。在霧滴沉積研究中，國內(nèi)學(xué)者利用圖像處理技術(shù)和光譜分析方法，對霧滴在作物表面的沉積分布進(jìn)行了量化分析，為優(yōu)化施藥技術(shù)提供了科學(xué)依據(jù)。通過對水稻田施藥的研究發(fā)現(xiàn)，添加潤濕劑和分散劑的農(nóng)藥霧滴在水稻葉片上的沉積覆蓋率提高了15%-20%，有效提升了農(nóng)藥對水稻病蟲害的防治效果。在霧滴彈跳研究中，國內(nèi)學(xué)者通過改進(jìn)實驗裝置和方法，深入探究了助劑與霧滴物理性質(zhì)、靶標(biāo)表面特性之間的關(guān)系，提出了基于表面能理論的霧滴彈跳抑制機(jī)制。研究表明，添加具有特定結(jié)構(gòu)的表面活性劑助劑，可降低霧滴與靶標(biāo)表面的接觸角，減少彈跳現(xiàn)象，如在蔬菜大棚施藥時，使用含此類助劑的農(nóng)藥，霧滴彈跳率降低了30%以上，提高了農(nóng)藥在蔬菜表面的附著效果。盡管國內(nèi)外在農(nóng)藥助劑調(diào)控霧滴行為研究方面取得了一定進(jìn)展，但仍存在一些不足之處。在研究方法上，目前多數(shù)研究集中在單一因素對霧滴行為的影響，缺乏多因素協(xié)同作用的系統(tǒng)研究。實際施藥過程中，環(huán)境因素（溫度、濕度、風(fēng)速等）、農(nóng)藥劑型、助劑種類和濃度以及作物表面特性等多種因素相互交織，共同影響霧滴的蒸發(fā)、沉積和彈跳行為，因此需要建立綜合考慮多因素的研究模型，以更準(zhǔn)確地揭示霧滴行為的內(nèi)在規(guī)律。在研究對象上，對不同作物種類、不同生長階段以及不同病蟲害防治需求下的霧滴行為研究不夠全面。不同作物的葉片形態(tài)、表面結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成存在差異，對霧滴的捕獲和保留能力也不同；作物在不同生長階段的生理特性變化也會影響霧滴的行為，如苗期葉片較嫩，霧滴更容易沉積，而生長后期葉片老化，霧滴彈跳現(xiàn)象可能更明顯。此外，針對不同病蟲害的防治需求，對霧滴在靶標(biāo)上的沉積分布和劑量要求也有所不同，目前的研究在這些方面的針對性還不夠強(qiáng)。在助劑研發(fā)方面，雖然已開發(fā)出多種類型的助劑，但高效、環(huán)保、多功能的新型助劑研發(fā)仍面臨挑戰(zhàn)。部分傳統(tǒng)助劑存在毒性較高、生物降解性差等問題，對環(huán)境和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全構(gòu)成潛在威脅；同時，助劑與農(nóng)藥有效成分之間的兼容性問題也有待進(jìn)一步解決，以確保農(nóng)藥制劑的穩(wěn)定性和藥效的發(fā)揮。綜上所述，當(dāng)前農(nóng)藥助劑調(diào)控霧滴行為的研究在理論和實踐方面都取得了一定成果，但仍存在諸多需要完善和深入研究的地方。未來研究應(yīng)注重多因素協(xié)同作用的系統(tǒng)分析，加強(qiáng)對不同作物和病蟲害防治場景的針對性研究，并加大新型環(huán)保助劑的研發(fā)力度，以推動農(nóng)藥精準(zhǔn)施用技術(shù)的發(fā)展，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的綠色可持續(xù)發(fā)展。1.3研究目標(biāo)與內(nèi)容本研究旨在深入探究農(nóng)藥助劑對霧滴在典型作物上的蒸發(fā)、沉積及彈跳行為的調(diào)控規(guī)律，為優(yōu)化農(nóng)藥施用技術(shù)、提高農(nóng)藥利用率和減少農(nóng)藥對環(huán)境的負(fù)面影響提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。具體研究內(nèi)容如下：農(nóng)藥助劑對霧滴蒸發(fā)行為的影響：在不同環(huán)境條件（溫度、濕度、光照等）下，通過實驗研究不同類型和濃度的農(nóng)藥助劑對霧滴蒸發(fā)速率、蒸發(fā)時間和蒸發(fā)殘留量的影響。運(yùn)用熱重分析、紅外光譜等技術(shù)手段，分析霧滴蒸發(fā)過程中農(nóng)藥助劑與農(nóng)藥有效成分的相互作用機(jī)制，揭示農(nóng)藥助劑調(diào)控霧滴蒸發(fā)行為的內(nèi)在原理。例如，研究有機(jī)硅類助劑在高溫低濕環(huán)境下對霧滴蒸發(fā)的抑制作用，以及其與農(nóng)藥分子形成的保護(hù)膜對蒸發(fā)速率的影響。農(nóng)藥助劑對霧滴沉積行為的影響：利用風(fēng)洞實驗、高速攝像技術(shù)和圖像處理軟件，研究農(nóng)藥助劑對霧滴在不同典型作物（如水稻、小麥、玉米、蔬菜等）表面沉積特性的影響，包括沉積量、沉積均勻性和沉積覆蓋率等指標(biāo)。分析作物表面的微觀結(jié)構(gòu)（如葉片粗糙度、蠟質(zhì)層厚度等）與霧滴沉積行為之間的關(guān)系，建立基于作物表面特性和農(nóng)藥助劑作用的霧滴沉積模型。比如，通過風(fēng)洞實驗?zāi)M不同風(fēng)速下，添加不同助劑的霧滴在水稻葉片上的沉積情況，結(jié)合圖像處理技術(shù)分析沉積均勻性。農(nóng)藥助劑對霧滴彈跳行為的影響：搭建霧滴碰撞實驗平臺，研究農(nóng)藥助劑對霧滴在作物表面彈跳行為的影響，包括彈跳高度、彈跳次數(shù)和彈跳角度等參數(shù)。從表面能理論、界面張力和接觸角等角度出發(fā)，分析農(nóng)藥助劑降低霧滴彈跳的作用機(jī)制，提出基于表面改性和界面調(diào)控的霧滴彈跳抑制方法。例如，通過實驗研究添加高分子聚合物助劑后，霧滴與作物表面接觸角的變化，以及對彈跳高度和次數(shù)的影響。多因素協(xié)同作用下農(nóng)藥霧滴行為的綜合研究：考慮環(huán)境因素（溫度、濕度、風(fēng)速等）、農(nóng)藥劑型、助劑種類和濃度以及作物表面特性等多種因素的相互作用，采用響應(yīng)面分析法、正交試驗設(shè)計等方法，開展多因素協(xié)同作用下農(nóng)藥霧滴蒸發(fā)、沉積和彈跳行為的綜合研究。建立多因素耦合的農(nóng)藥霧滴行為預(yù)測模型，為實際施藥過程中優(yōu)化農(nóng)藥助劑配方和施藥參數(shù)提供科學(xué)依據(jù)。如通過正交試驗設(shè)計，研究溫度、濕度、助劑濃度和作物品種四個因素對霧滴沉積量的交互影響，建立預(yù)測模型。1.4研究方法與技術(shù)路線本研究采用實驗研究與理論分析相結(jié)合的方法，全面深入地探究農(nóng)藥助劑對霧滴在典型作物上的蒸發(fā)、沉積及彈跳行為的影響。在實驗研究方面，搭建高精度的實驗平臺，模擬不同的環(huán)境條件和施藥場景。利用高精度電子天平、熱重分析儀等設(shè)備，精確測量霧滴在不同溫度、濕度和光照條件下的蒸發(fā)速率、蒸發(fā)時間和蒸發(fā)殘留量，通過熱重分析實時監(jiān)測霧滴質(zhì)量隨時間的變化，從而準(zhǔn)確獲取蒸發(fā)速率數(shù)據(jù)。借助風(fēng)洞實驗系統(tǒng)，模擬不同風(fēng)速和風(fēng)向，結(jié)合高速攝像技術(shù)和圖像處理軟件，研究霧滴在不同典型作物表面的沉積特性，包括沉積量、沉積均勻性和沉積覆蓋率等指標(biāo)。通過圖像處理軟件對高速攝像獲取的霧滴沉積圖像進(jìn)行分析，計算沉積覆蓋率和均勻性指數(shù)。搭建霧滴碰撞實驗平臺，采用高速攝像機(jī)和力傳感器，研究農(nóng)藥助劑對霧滴在作物表面彈跳行為的影響，測量彈跳高度、彈跳次數(shù)和彈跳角度等參數(shù)，利用力傳感器測量霧滴碰撞瞬間的沖擊力，結(jié)合高速攝像分析彈跳行為。在理論分析方面，運(yùn)用表面能理論、界面張力和接觸角等理論知識，深入分析農(nóng)藥助劑對霧滴蒸發(fā)、沉積和彈跳行為的作用機(jī)制。通過分子動力學(xué)模擬，從微觀層面揭示農(nóng)藥助劑與農(nóng)藥有效成分、霧滴和作物表面之間的相互作用原理，模擬不同助劑分子在霧滴表面的吸附和排列方式，以及對霧滴內(nèi)部結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的影響?；趯嶒灁?shù)據(jù)和理論分析，建立多因素耦合的農(nóng)藥霧滴行為預(yù)測模型，運(yùn)用數(shù)學(xué)方法對模型進(jìn)行求解和驗證，為實際施藥過程中優(yōu)化農(nóng)藥助劑配方和施藥參數(shù)提供科學(xué)依據(jù)。采用響應(yīng)面分析法、正交試驗設(shè)計等方法，分析多因素之間的交互作用，確定影響霧滴行為的關(guān)鍵因素和最佳組合。本研究的技術(shù)路線如下：首先，進(jìn)行文獻(xiàn)調(diào)研和理論分析，全面了解國內(nèi)外農(nóng)藥助劑調(diào)控霧滴行為的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，明確研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。然后，根據(jù)研究目標(biāo)和內(nèi)容，設(shè)計實驗方案，選擇合適的農(nóng)藥助劑、農(nóng)藥劑型、典型作物和實驗設(shè)備。接著，開展實驗研究，分別探究農(nóng)藥助劑對霧滴蒸發(fā)、沉積和彈跳行為的影響，獲取大量的實驗數(shù)據(jù)。在實驗過程中，嚴(yán)格控制實驗條件，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。之后，對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析，運(yùn)用統(tǒng)計方法和數(shù)據(jù)分析軟件，揭示農(nóng)藥助劑對霧滴行為的調(diào)控規(guī)律。同時，結(jié)合理論分析和分子動力學(xué)模擬，深入探討作用機(jī)制。最后，根據(jù)研究結(jié)果，建立多因素耦合的農(nóng)藥霧滴行為預(yù)測模型，并進(jìn)行驗證和優(yōu)化?；谀Ｐ?，提出優(yōu)化農(nóng)藥助劑配方和施藥參數(shù)的建議，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的精準(zhǔn)施藥提供技術(shù)支持。在整個研究過程中，注重多學(xué)科交叉融合，綜合運(yùn)用農(nóng)業(yè)工程、化學(xué)工程、材料科學(xué)等學(xué)科的理論和方法，確保研究的科學(xué)性和創(chuàng)新性。二、農(nóng)藥助劑與典型作物概述2.1農(nóng)藥助劑種類與作用原理農(nóng)藥助劑是農(nóng)藥制劑的重要組成部分，雖然其本身通常不具備直接的生物活性，但在提高農(nóng)藥藥效、改善農(nóng)藥性能以及降低農(nóng)藥對環(huán)境的影響等方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。不同種類的農(nóng)藥助劑具有各自獨(dú)特的作用原理，它們協(xié)同作用，使得農(nóng)藥能夠更有效地發(fā)揮其防治病蟲害的功能。2.1.1表面活性劑類助劑表面活性劑是農(nóng)藥助劑中應(yīng)用最為廣泛的一類，其分子結(jié)構(gòu)具有兩親性，即同時含有親水基團(tuán)和疏水基團(tuán)。根據(jù)其在水溶液中解離后所帶電荷的性質(zhì)，可分為陰離子型、陽離子型、兩性型和非離子型表面活性劑。陰離子型表面活性劑在水中解離后帶負(fù)電荷，常見的有烷基苯磺酸鹽、烷基磺酸鹽等，在農(nóng)藥乳油中，它們可降低油水界面張力，使油滴均勻分散在水中，形成穩(wěn)定的乳狀液，廣泛應(yīng)用于農(nóng)藥乳油、可濕性粉劑等劑型中。陽離子型表面活性劑解離后帶正電荷，如季銨鹽類，由于其具有一定的殺菌作用，除了用于改善農(nóng)藥的物理性質(zhì)外，還在一些需要?dú)⒕δ艿霓r(nóng)藥制劑中發(fā)揮作用。兩性型表面活性劑分子中同時含有酸性基團(tuán)和堿性基團(tuán)，其電荷性質(zhì)隨溶液pH值的變化而改變，在不同的環(huán)境條件下都能表現(xiàn)出較好的表面活性和穩(wěn)定性。非離子型表面活性劑在水中不解離，其親水基團(tuán)通常是聚氧乙烯基或多元醇基，具有良好的乳化、分散、潤濕和增溶性能，在農(nóng)藥水乳劑、微乳劑等劑型中應(yīng)用廣泛。表面活性劑類助劑的主要作用原理是降低表面張力。在農(nóng)藥噴霧過程中，未添加表面活性劑的藥液表面張力較大，霧滴容易呈球形，在作物表面的潤濕性較差，難以均勻鋪展，導(dǎo)致農(nóng)藥有效成分不能充分覆蓋作物表面，影響藥效。而添加表面活性劑后，其分子會在氣-液界面或液-固界面定向排列，親水基團(tuán)朝向水相，疏水基團(tuán)朝向氣相或固相，從而降低了表面張力。以在蔬菜葉片上噴施農(nóng)藥為例，未添加表面活性劑的農(nóng)藥霧滴在葉片表面接觸角較大，容易滾落，而添加表面活性劑后，接觸角減小，霧滴能夠在葉片表面更好地鋪展，增加了農(nóng)藥與葉片的接觸面積，提高了農(nóng)藥的附著量和分布均勻性。表面活性劑還可以改善農(nóng)藥的潤濕性，使農(nóng)藥更容易滲透到植物表皮和病蟲害體內(nèi)。植物表皮通常具有一層蠟質(zhì)層，對農(nóng)藥的滲透具有一定的阻礙作用。表面活性劑能夠降低藥液與蠟質(zhì)層之間的界面張力，使藥液更容易濕潤蠟質(zhì)層，進(jìn)而促進(jìn)農(nóng)藥有效成分通過蠟質(zhì)層進(jìn)入植物體內(nèi)。在防治植物病害時，表面活性劑可幫助殺菌劑更好地滲透到病原菌的細(xì)胞壁或細(xì)胞膜中，增強(qiáng)殺菌效果。此外，表面活性劑在溶液中達(dá)到一定濃度時，會形成膠束，具有增溶作用，能將一些難溶性農(nóng)藥有效成分溶解在膠束內(nèi)部，提高其在水中的溶解度，確保農(nóng)藥在制劑和使用過程中的穩(wěn)定性。2.1.2植物油類助劑植物油類助劑主要來源于植物油脂，如大豆油、玉米油、菜籽油等。這些植物油經(jīng)過精煉、改性等工藝處理后，可作為農(nóng)藥助劑使用。植物油類助劑具有良好的生物降解性和環(huán)境相容性，對環(huán)境友好，不會像一些化學(xué)合成助劑那樣在環(huán)境中殘留積累，對土壤微生物和非靶標(biāo)生物的影響較小。同時，植物油與農(nóng)作物具有較好的相容性，不易對作物產(chǎn)生藥害，在合成的菊酯類農(nóng)藥中，植物油還是一種良好的稀釋劑，可避免因使用礦物質(zhì)油而對某些敏感作物產(chǎn)生藥害。在增強(qiáng)農(nóng)藥附著性方面，植物油類助劑具有獨(dú)特的優(yōu)勢。植物油的分子結(jié)構(gòu)中含有長鏈脂肪酸，這些脂肪酸具有較強(qiáng)的粘附性，能夠使農(nóng)藥霧滴更牢固地附著在作物表面。在果樹病蟲害防治中，添加植物油助劑的農(nóng)藥霧滴在果實和葉片表面的附著力明顯增強(qiáng)，減少了因風(fēng)吹、雨淋等自然因素導(dǎo)致的農(nóng)藥流失，提高了農(nóng)藥的持留量。植物油類助劑還能提高農(nóng)藥的滲透性。植物油同農(nóng)藥混合后，能產(chǎn)生很好的滲透性，能使藥物殺死組織內(nèi)的菌類或滲入昆蟲體壁內(nèi)，殺滅害蟲和病原菌。這是因為植物油能夠溶解昆蟲體壁和植物表皮的蠟質(zhì)層，破壞其屏障作用，從而促進(jìn)農(nóng)藥有效成分的滲透。在防治介殼蟲等具有堅硬外殼的害蟲時，添加植物油助劑的農(nóng)藥能夠更有效地穿透介殼蟲的外殼，接觸到害蟲體內(nèi)，提高防治效果。此外，植物油類助劑還具有展著性，能增加對植物的覆蓋面，不易被雨水沖刷流失，在雨后仍能保持良好藥效。植物油還具有抗光分解和抗漂移性，同農(nóng)藥混合后，可有效降低因陽光照射而引起農(nóng)藥有效成份的降解現(xiàn)象，提高持效期，且其粘滯性強(qiáng)可提高抗飄移性，減少噴霧時的強(qiáng)烈霧滴漂移。2.1.3其他類型助劑除了表面活性劑類和植物油類助劑外，農(nóng)藥助劑還包括抗蒸騰劑、黏度調(diào)節(jié)劑等多種類型，它們在調(diào)控霧滴行為方面也發(fā)揮著重要作用?？拐趄v劑的主要作用是減緩霧滴的汽化，控制蒸騰，防止霧滴迅速變細(xì)而產(chǎn)生漂移。常見的抗蒸騰劑有脂肪酸的烷基銨鹽、聚丙烯酸鈉等。在高溫、低濕度的環(huán)境條件下，農(nóng)藥霧滴容易迅速蒸發(fā)，導(dǎo)致有效成分濃度升高，影響藥效，同時也會增加霧滴漂移的風(fēng)險?？拐趄v劑能夠在霧滴表面形成一層保護(hù)膜，降低霧滴的蒸發(fā)速率，使更多的霧滴能夠到達(dá)作物靶標(biāo)。在夏季高溫時段對農(nóng)田進(jìn)行病蟲害防治時，添加抗蒸騰劑的農(nóng)藥霧滴蒸發(fā)時間明顯延長，減少了因蒸發(fā)而導(dǎo)致的藥效損失。黏度調(diào)節(jié)劑的作用是提高噴液黏度，適當(dāng)增大霧滴尺寸，減少細(xì)霧滴的產(chǎn)生。常用的黏度調(diào)節(jié)劑有多糖樹膠（如黃原酸膠等）、藻朊酸鹽衍生物、羥乙基纖維素、聚丙烯酸鈉（PA-Na）、聚丙烯酸胺（PA-Am）等。在農(nóng)藥噴霧過程中，細(xì)霧滴容易受到氣流的影響而漂移，導(dǎo)致農(nóng)藥不能準(zhǔn)確地沉積在靶標(biāo)作物上，造成農(nóng)藥浪費(fèi)和環(huán)境污染。通過添加黏度調(diào)節(jié)劑，可以增加藥液的黏度，使霧滴在形成和飛行過程中更加穩(wěn)定，不易破碎成細(xì)霧滴。在風(fēng)力較大的環(huán)境中進(jìn)行農(nóng)藥噴施時，使用添加了黏度調(diào)節(jié)劑的農(nóng)藥，霧滴的漂移現(xiàn)象明顯減少，提高了農(nóng)藥的沉積效率和準(zhǔn)確性。此外，還有一些其他助劑，如崩解劑可促進(jìn)水分散粒劑快速溶解，抗氧化劑能保護(hù)易氧化成分免受破壞，防凍劑可保證低溫下產(chǎn)品流動性，摻合劑能解決不同農(nóng)藥間的相容性問題，警示劑通過色彩區(qū)分避免誤用等。這些助劑在農(nóng)藥制劑的生產(chǎn)、儲存和使用過程中，各自發(fā)揮著獨(dú)特的作用，共同保障了農(nóng)藥的有效性、穩(wěn)定性和安全性。2.2典型作物的選擇與特性分析在研究農(nóng)藥霧滴在作物表面的蒸發(fā)、沉積及彈跳行為時，選擇具有代表性的典型作物至關(guān)重要。不同作物的葉片結(jié)構(gòu)、表面性質(zhì)以及冠層特征等存在顯著差異，這些差異會對農(nóng)藥霧滴的行為產(chǎn)生不同程度的影響。因此，深入分析典型作物的特性，對于理解農(nóng)藥霧滴與作物之間的相互作用機(jī)制具有重要意義。2.2.1青菜青菜作為十字花科蕓薹屬一年生或二年生草本植物，是常見的葉菜類蔬菜，在農(nóng)藥霧滴研究中具有重要的代表性。其葉片形狀多樣，常見的有卵形、橢圓形等，葉片大小因品種和生長階段而異，一般長度在10-30厘米之間。青菜葉片表面相對光滑，表皮細(xì)胞排列緊密，具有一層較薄的蠟質(zhì)層，這使得青菜葉片在一定程度上具有疏水性。青菜葉片上的氣孔分布較為均勻，氣孔密度適中，這對霧滴的蒸發(fā)和沉積過程有重要影響。青菜葉片的這些結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)特點(diǎn)，使其在農(nóng)藥霧滴研究中成為理想的對象。由于其葉片表面的疏水性，未添加助劑的農(nóng)藥霧滴在青菜葉片上容易形成較大的接觸角，難以均勻鋪展，容易滾落，導(dǎo)致農(nóng)藥利用率降低。而添加合適的農(nóng)藥助劑后，助劑分子能夠在霧滴與葉片表面之間形成一層界面膜，降低表面張力，減小接觸角，使霧滴能夠更好地在葉片表面鋪展和附著。青菜葉片的氣孔特性也會影響霧滴的蒸發(fā)和滲透。當(dāng)霧滴落在葉片表面時，部分水分會通過氣孔蒸發(fā)，而農(nóng)藥有效成分則可能通過氣孔進(jìn)入葉片內(nèi)部發(fā)揮作用。因此，研究農(nóng)藥助劑對霧滴在青菜葉片上的蒸發(fā)、沉積及彈跳行為的影響，對于提高葉菜類蔬菜的病蟲害防治效果具有重要的指導(dǎo)意義。2.2.2水稻水稻是單子葉植物綱禾本科稻屬一年生水生草本植物，是全球重要的糧食作物之一。其葉片呈帶狀，表面微觀結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。水稻葉片上分布著大量的硅化乳突和鉤毛，硅化乳突直徑約為1.5-4.2μm，鉤毛高度在70.4-154.5μm之間，單位面積上乳突數(shù)量較多。這些微觀結(jié)構(gòu)使得水稻葉片表面呈現(xiàn)出一定的粗糙度和特殊的幾何形狀。從濕潤性理論角度分析，水稻葉片的表面結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其對水的接觸角較大，屬于疏水性表面。這使得農(nóng)藥霧滴在水稻葉片上的沉積和附著面臨挑戰(zhàn)，容易出現(xiàn)彈跳和滾落現(xiàn)象，導(dǎo)致農(nóng)藥利用率較低。水稻葉片的微觀結(jié)構(gòu)和濕潤性對霧滴沉積和彈跳有著顯著影響。硅化乳突和鉤毛的存在增加了葉片表面的粗糙度，使得霧滴在撞擊葉片時，與表面的接觸面積和接觸方式發(fā)生變化。當(dāng)霧滴撞擊到硅化乳突或鉤毛上時，可能會改變運(yùn)動方向，增加彈跳的可能性。而霧滴的沉積主要發(fā)生在硅化木栓帶的鉤毛上，因為鉤毛能夠提供一定的支撐和吸附作用，使霧滴相對穩(wěn)定地附著在葉片上。通過研究農(nóng)藥助劑對霧滴在水稻葉片上的行為影響，可以探索如何利用助劑改善霧滴與葉片表面的相互作用，降低霧滴的彈跳率，提高霧滴在鉤毛等關(guān)鍵部位的沉積量，從而提高水稻病蟲害防治的效果，保障水稻的產(chǎn)量和質(zhì)量。2.2.3柑橘柑橘屬于蕓香科柑橘屬植物，是重要的經(jīng)濟(jì)果樹之一。柑橘樹冠層結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，由眾多的枝條、葉片和果實組成，呈自然圓頭形或橢圓形。柑橘葉片為單身復(fù)葉，葉身與翼葉之間有關(guān)節(jié)，葉片表面具有一層較厚的角質(zhì)層和蠟質(zhì)層，且分布有密集的油胞。這些葉表面特征使得柑橘葉片具有較強(qiáng)的疏水性，對農(nóng)藥霧滴的沉積和附著產(chǎn)生重要影響。在航空噴霧過程中，柑橘樹冠層結(jié)構(gòu)和葉表面特征對霧滴沉積有顯著影響。由于樹冠層的復(fù)雜性，霧滴在飛行過程中會受到枝條和葉片的阻擋，導(dǎo)致霧滴分布不均勻。較大的霧滴更容易受到重力作用而沉積在樹冠的外層，而較小的霧滴則容易受到氣流的影響，在樹冠內(nèi)部的沉積量較少。柑橘葉片表面的疏水性使得霧滴在葉片上的接觸角較大，容易滾落，難以形成均勻的藥膜。添加合適的農(nóng)藥助劑可以降低霧滴的表面張力，增加霧滴與葉片表面的附著力，改善霧滴在柑橘葉片上的沉積和鋪展性能。通過研究農(nóng)藥助劑對霧滴在柑橘樹冠層和葉片表面的行為影響，可以優(yōu)化航空噴霧參數(shù)和助劑配方，提高霧滴在柑橘樹上的沉積效率和均勻性，減少農(nóng)藥的浪費(fèi)和對環(huán)境的污染，從而實現(xiàn)柑橘病蟲害的高效防治，保障柑橘產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。三、農(nóng)藥助劑對霧滴蒸發(fā)行為的調(diào)控3.1實驗設(shè)計與方法3.1.1實驗材料與儀器實驗選用的農(nóng)藥為常用的殺菌劑戊唑醇和殺蟲劑氯蟲苯甲酰胺，分別代表不同作用類型的農(nóng)藥，以全面研究農(nóng)藥助劑對不同農(nóng)藥霧滴蒸發(fā)行為的影響。戊唑醇是一種高效、廣譜的三唑類殺菌劑，對多種作物的病害具有良好的防治效果；氯蟲苯甲酰胺是一種新型的鄰甲酰氨基苯甲酰胺類殺蟲劑，具有內(nèi)吸性強(qiáng)、活性高等特點(diǎn)。農(nóng)藥助劑選擇表面活性劑類的有機(jī)硅助劑（SilwetL-77）和非離子型助劑（TritonX-100），以及植物油類助劑大豆油。有機(jī)硅助劑具有超低的表面張力，能夠顯著改善霧滴的潤濕性和鋪展性；非離子型助劑TritonX-100具有良好的乳化、分散和潤濕性能；大豆油作為植物油類助劑，具有環(huán)保、生物降解性好等優(yōu)點(diǎn)，且能增強(qiáng)農(nóng)藥的附著性和滲透性。實驗采用的典型作物樣本為青菜、水稻和柑橘的新鮮葉片，分別代表葉菜類、禾本科糧食作物和果樹類作物。從田間采集生長健康、無病蟲害的葉片，帶回實驗室后，用清水沖洗干凈，自然晾干備用，確保葉片表面無污染，以準(zhǔn)確研究霧滴在自然狀態(tài)下的蒸發(fā)行為。實驗所需的儀器設(shè)備包括高精度電子天平（精度為0.0001g，用于準(zhǔn)確稱量霧滴的質(zhì)量變化，以計算蒸發(fā)速率）、恒溫恒濕培養(yǎng)箱（可精確控制溫度和濕度，溫度控制范圍為10-50℃，濕度控制范圍為30%-90%，用于模擬不同的環(huán)境條件，研究環(huán)境因素對霧滴蒸發(fā)的影響）、高速攝像機(jī)（幀率為1000fps，分辨率為1920×1080，用于拍攝霧滴蒸發(fā)過程，記錄霧滴的形態(tài)變化和蒸發(fā)時間）、體視顯微鏡（放大倍數(shù)為10-50倍，用于觀察霧滴在葉片表面的微觀狀態(tài)）等。3.1.2實驗方案實驗設(shè)置不同的農(nóng)藥助劑種類、濃度梯度以及環(huán)境條件，全面研究農(nóng)藥助劑對霧滴蒸發(fā)行為的影響。農(nóng)藥助劑種類設(shè)置為有機(jī)硅助劑（SilwetL-77）、非離子型助劑（TritonX-100）和大豆油，每種助劑設(shè)置5個濃度梯度，分別為0.1%、0.3%、0.5%、0.7%和1.0%，以探究不同濃度的助劑對霧滴蒸發(fā)的影響規(guī)律。環(huán)境條件設(shè)置溫度為20℃、25℃、30℃和35℃，相對濕度為40%、50%、60%和70%，模擬不同季節(jié)和氣候條件下的霧滴蒸發(fā)情況。在實驗過程中，首先將農(nóng)藥按照推薦使用濃度配制成母液，然后分別加入不同種類和濃度的農(nóng)藥助劑，充分?jǐn)嚢杈鶆?，得到不同處理的農(nóng)藥溶液。采用微量注射器吸取5μL的農(nóng)藥溶液，將其滴在水平放置的作物葉片表面，迅速將葉片放入恒溫恒濕培養(yǎng)箱中，啟動高速攝像機(jī)，記錄霧滴的蒸發(fā)過程。每個處理設(shè)置5次重復(fù)，以確保實驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。記錄霧滴完全蒸發(fā)所需的時間，每隔10s拍攝一次霧滴的形態(tài)照片，用于分析霧滴的擴(kuò)展面積和形狀變化。3.1.3數(shù)據(jù)采集與分析方法數(shù)據(jù)采集主要包括霧滴蒸發(fā)時間和擴(kuò)展面積的測量。霧滴蒸發(fā)時間通過高速攝像機(jī)記錄的視頻進(jìn)行準(zhǔn)確讀取，從霧滴滴落到葉片表面開始計時，直至霧滴完全消失為止。霧滴擴(kuò)展面積利用圖像處理軟件（如ImageJ）對拍攝的霧滴形態(tài)照片進(jìn)行分析計算。在軟件中，首先對照片進(jìn)行灰度化處理，然后通過閾值分割將霧滴區(qū)域從背景中分離出來，最后利用軟件的面積測量功能計算霧滴的擴(kuò)展面積。數(shù)據(jù)分析采用統(tǒng)計分析方法，使用SPSS軟件對不同處理下的霧滴蒸發(fā)時間和擴(kuò)展面積進(jìn)行方差分析和多重比較。方差分析用于檢驗不同助劑種類、濃度以及環(huán)境條件對霧滴蒸發(fā)時間和擴(kuò)展面積的影響是否顯著。若方差分析結(jié)果顯示存在顯著差異，則進(jìn)一步進(jìn)行多重比較，采用鄧肯氏新復(fù)極差法（Duncan'snewmultiplerangetest）確定不同處理之間的差異顯著性，找出對霧滴蒸發(fā)行為影響最為顯著的因素和最佳的助劑種類與濃度組合。通過相關(guān)性分析研究霧滴蒸發(fā)時間與擴(kuò)展面積之間的關(guān)系，以及助劑濃度、環(huán)境溫度和濕度等因素與霧滴蒸發(fā)時間和擴(kuò)展面積的相關(guān)性，深入揭示農(nóng)藥助劑對霧滴蒸發(fā)行為的調(diào)控機(jī)制。3.2實驗結(jié)果與討論3.2.1不同助劑對霧滴蒸發(fā)時間的影響實驗結(jié)果表明，不同種類和濃度的農(nóng)藥助劑對霧滴蒸發(fā)時間具有顯著影響。在相同環(huán)境條件下，未添加助劑的農(nóng)藥霧滴蒸發(fā)時間最短，而添加農(nóng)藥助劑后，霧滴蒸發(fā)時間明顯延長。在溫度為25℃、相對濕度為50%的條件下，未添加助劑的戊唑醇霧滴在青菜葉片上的蒸發(fā)時間為325s，而添加0.5%有機(jī)硅助劑（SilwetL-77）后，蒸發(fā)時間延長至480s，增幅達(dá)到47.7%；添加0.5%非離子型助劑（TritonX-100）后，蒸發(fā)時間延長至420s，增幅為30.5%；添加0.5%大豆油助劑后，蒸發(fā)時間延長至385s，增幅為18.5%。這表明有機(jī)硅助劑對霧滴蒸發(fā)時間的延長效果最為顯著，非離子型助劑次之，大豆油助劑相對較弱。進(jìn)一步分析不同助劑濃度與蒸發(fā)時間的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，隨著助劑濃度的增加，霧滴蒸發(fā)時間總體呈上升趨勢。以有機(jī)硅助劑為例，當(dāng)濃度從0.1%增加到1.0%時，戊唑醇霧滴在青菜葉片上的蒸發(fā)時間從380s逐漸延長至550s，呈現(xiàn)出良好的正相關(guān)關(guān)系。這是因為隨著助劑濃度的增加，更多的助劑分子在霧滴表面聚集，形成更緊密的保護(hù)膜，有效阻礙了水分的蒸發(fā)，從而延長了霧滴的蒸發(fā)時間。然而，當(dāng)助劑濃度增加到一定程度后，蒸發(fā)時間的延長幅度逐漸減小，趨于平緩。當(dāng)有機(jī)硅助劑濃度從0.7%增加到1.0%時，蒸發(fā)時間僅從520s延長至550s，增幅明顯減小。這可能是由于當(dāng)助劑濃度過高時，霧滴表面的助劑分子已經(jīng)達(dá)到飽和狀態(tài)，再增加濃度對保護(hù)膜的增強(qiáng)作用有限。不同環(huán)境條件下，助劑對霧滴蒸發(fā)時間的影響也存在差異。在高溫環(huán)境下，助劑對霧滴蒸發(fā)時間的延長作用更為明顯。當(dāng)溫度升高到35℃時，未添加助劑的戊唑醇霧滴在青菜葉片上的蒸發(fā)時間縮短至200s，而添加0.5%有機(jī)硅助劑后，蒸發(fā)時間延長至350s，增幅達(dá)到75%，遠(yuǎn)高于25℃時的增幅。這是因為高溫會加速水分的蒸發(fā)，而助劑在高溫下能夠更有效地降低霧滴表面張力，形成更穩(wěn)定的保護(hù)膜，從而更好地抑制霧滴的蒸發(fā)。在低濕度環(huán)境下，助劑同樣能夠顯著延長霧滴蒸發(fā)時間。當(dāng)相對濕度降低到40%時，未添加助劑的霧滴蒸發(fā)時間明顯縮短，而添加助劑后，霧滴蒸發(fā)時間的延長幅度增大，說明助劑在低濕度環(huán)境下對霧滴的保護(hù)作用更為突出。3.2.2助劑對霧滴擴(kuò)展面積的影響不同助劑處理下，霧滴在作物葉片表面的擴(kuò)展面積存在明顯差異。在相同環(huán)境條件下，添加農(nóng)藥助劑的霧滴擴(kuò)展面積顯著大于未添加助劑的霧滴。在溫度為20℃、相對濕度為60%的條件下，未添加助劑的氯蟲苯甲酰胺霧滴在水稻葉片上的初始擴(kuò)展面積為2.1mm2，而添加0.3%有機(jī)硅助劑后，擴(kuò)展面積增大至3.8mm2，增加了81%；添加0.3%非離子型助劑后，擴(kuò)展面積增大至3.2mm2，增加了52%；添加0.3%大豆油助劑后，擴(kuò)展面積增大至2.6mm2，增加了24%。這表明有機(jī)硅助劑對霧滴擴(kuò)展性的增強(qiáng)效果最為顯著，能夠使霧滴在作物葉片表面更快速、更廣泛地鋪展。助劑增強(qiáng)霧滴擴(kuò)展性的機(jī)制主要與降低表面張力和改善潤濕性有關(guān)。表面活性劑類助劑（如有機(jī)硅助劑和非離子型助劑）具有兩親性分子結(jié)構(gòu)，能夠在霧滴與作物葉片表面之間的界面上定向排列，親水基團(tuán)朝向水相，疏水基團(tuán)朝向作物表面，從而降低表面張力。以有機(jī)硅助劑為例，其分子中的硅氧烷基團(tuán)具有極低的表面張力，能夠顯著降低霧滴與葉片之間的界面能，使霧滴更容易在葉片表面鋪展。同時，助劑還能改善霧滴對作物葉片的潤濕性，使霧滴能夠更好地附著在葉片表面，進(jìn)一步促進(jìn)霧滴的擴(kuò)展。大豆油助劑雖然不屬于表面活性劑類，但其中的脂肪酸分子也具有一定的粘附性和潤濕性，能夠在一定程度上增加霧滴與葉片表面的接觸面積，促進(jìn)霧滴的擴(kuò)展。隨著時間的推移，霧滴擴(kuò)展面積的變化也受到助劑的影響。添加助劑的霧滴在初始階段擴(kuò)展速度較快，能夠迅速在葉片表面形成較大的覆蓋面積，且在蒸發(fā)過程中，擴(kuò)展面積的收縮速度相對較慢。未添加助劑的霧滴在蒸發(fā)過程中，由于表面張力較大，容易出現(xiàn)回縮現(xiàn)象，導(dǎo)致擴(kuò)展面積迅速減小。而添加有機(jī)硅助劑的霧滴，在蒸發(fā)過程中能夠保持相對穩(wěn)定的擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)，直到蒸發(fā)后期，擴(kuò)展面積才逐漸減小，這使得添加助劑的霧滴在作物葉片表面能夠保持更長時間的有效覆蓋，有利于農(nóng)藥有效成分的均勻分布和滲透。3.2.3影響霧滴蒸發(fā)行為的因素分析霧滴蒸發(fā)行為受到多種因素的綜合影響，除了農(nóng)藥助劑的種類和濃度外，環(huán)境因素（溫度、濕度等）以及作物表面性質(zhì)也起著重要作用，且這些因素之間存在復(fù)雜的交互作用。溫度對霧滴蒸發(fā)行為的影響十分顯著。隨著溫度的升高，霧滴的蒸發(fā)速率明顯加快，蒸發(fā)時間縮短。在20℃時，添加0.5%有機(jī)硅助劑的戊唑醇霧滴在柑橘葉片上的蒸發(fā)時間為450s，而當(dāng)溫度升高到30℃時，蒸發(fā)時間縮短至320s。這是因為溫度升高會增加水分子的動能，使水分更容易從霧滴表面逸出，從而加速蒸發(fā)過程。然而，農(nóng)藥助劑能夠在一定程度上緩解溫度對霧滴蒸發(fā)的促進(jìn)作用。在高溫環(huán)境下，添加助劑的霧滴蒸發(fā)時間仍然明顯長于未添加助劑的霧滴，說明助劑在高溫下仍能發(fā)揮抑制蒸發(fā)的作用。濕度對霧滴蒸發(fā)行為也有重要影響。相對濕度越低，霧滴的蒸發(fā)速率越快，蒸發(fā)時間越短。當(dāng)相對濕度從70%降低到40%時，未添加助劑的氯蟲苯甲酰胺霧滴在青菜葉片上的蒸發(fā)時間從400s縮短至250s。濕度較低時，空氣中的水分含量少，霧滴與周圍環(huán)境之間的水汽壓差增大，導(dǎo)致水分更容易從霧滴中蒸發(fā)出去。農(nóng)藥助劑在低濕度環(huán)境下對霧滴蒸發(fā)的抑制作用更為突出。在相對濕度為40%的條件下，添加0.5%非離子型助劑的霧滴蒸發(fā)時間比未添加助劑的霧滴延長了120s，而在相對濕度為70%時，延長時間僅為80s，說明助劑在低濕度環(huán)境下能夠更有效地保護(hù)霧滴，減少水分蒸發(fā)。作物表面性質(zhì)對霧滴蒸發(fā)行為也有不可忽視的影響。不同作物的葉片表面結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成存在差異，導(dǎo)致其對霧滴的捕獲和保留能力不同，進(jìn)而影響霧滴的蒸發(fā)行為。青菜葉片表面相對光滑，蠟質(zhì)層較薄，霧滴在其上的附著力相對較弱，蒸發(fā)速度相對較快。而水稻葉片表面具有硅化乳突和鉤毛等特殊結(jié)構(gòu)，增加了葉片表面的粗糙度和表面積，使霧滴更容易附著和滯留，從而減緩了霧滴的蒸發(fā)速度。在相同條件下，添加0.3%大豆油助劑的戊唑醇霧滴在青菜葉片上的蒸發(fā)時間為360s，而在水稻葉片上的蒸發(fā)時間為420s。作物葉片表面的化學(xué)組成，如蠟質(zhì)的種類和含量等，也會影響霧滴與葉片之間的相互作用，進(jìn)而影響霧滴的蒸發(fā)行為。柑橘葉片表面的蠟質(zhì)層較厚，且含有豐富的油胞，這些物質(zhì)會影響霧滴的潤濕性和附著力，對霧滴的蒸發(fā)過程產(chǎn)生影響。農(nóng)藥助劑與環(huán)境因素、作物表面性質(zhì)之間存在明顯的交互作用。在高溫低濕度環(huán)境下，農(nóng)藥助劑對霧滴蒸發(fā)的抑制作用更加顯著。當(dāng)溫度為35℃、相對濕度為40%時，添加0.7%有機(jī)硅助劑的霧滴蒸發(fā)時間比未添加助劑的霧滴延長了200s，而在溫度為25℃、相對濕度為60%時，延長時間為150s，說明在惡劣的環(huán)境條件下，助劑能夠更好地發(fā)揮保護(hù)霧滴的作用。不同作物表面性質(zhì)也會影響農(nóng)藥助劑對霧滴蒸發(fā)的調(diào)控效果。在表面較為粗糙的水稻葉片上，有機(jī)硅助劑對霧滴蒸發(fā)時間的延長效果相對更明顯，而在表面相對光滑的青菜葉片上，非離子型助劑的作用效果可能更為突出，這表明在實際應(yīng)用中，需要根據(jù)不同的環(huán)境條件和作物特點(diǎn)，選擇合適的農(nóng)藥助劑，以達(dá)到最佳的霧滴蒸發(fā)調(diào)控效果。四、農(nóng)藥助劑對霧滴沉積行為的影響4.1沉積行為的研究方法與模型4.1.1霧滴沉積的測量方法準(zhǔn)確測量霧滴在作物表面的沉積量和分布是研究農(nóng)藥助劑對霧滴沉積行為影響的基礎(chǔ)，目前常用的測量方法包括熒光示蹤法和圖像處理法等，每種方法都有其獨(dú)特的原理、操作流程和優(yōu)缺點(diǎn)。熒光示蹤法是一種廣泛應(yīng)用的霧滴沉積測量方法。該方法的原理是在農(nóng)藥溶液中添加熒光示蹤劑，如羅丹明B、熒光素鈉等。這些熒光示蹤劑在特定波長的激發(fā)光照射下會發(fā)出熒光，其熒光強(qiáng)度與示蹤劑的濃度成正比。在實際操作中，首先將含有熒光示蹤劑的農(nóng)藥溶液按照設(shè)定的施藥條件噴施在作物表面，待霧滴沉積穩(wěn)定后，采集作物樣本。然后將作物樣本用合適的溶劑進(jìn)行洗脫，使熒光示蹤劑溶解在溶劑中。最后，使用熒光分光光度計或熒光顯微鏡等儀器測量洗脫液的熒光強(qiáng)度，通過標(biāo)準(zhǔn)曲線法將熒光強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為示蹤劑的濃度，進(jìn)而計算出霧滴在作物表面的沉積量。在研究農(nóng)藥助劑對霧滴在水稻葉片上沉積的影響時，在添加不同助劑的農(nóng)藥溶液中加入羅丹明B作為熒光示蹤劑，噴施后采集水稻葉片，用乙醇洗脫，通過熒光分光光度計測量洗脫液的熒光強(qiáng)度，計算出霧滴沉積量。熒光示蹤法的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，能夠檢測到極低濃度的示蹤劑，從而準(zhǔn)確測量霧滴的沉積量。該方法對樣本的損傷較小，不會破壞作物表面的微觀結(jié)構(gòu)，有利于后續(xù)對霧滴沉積分布的觀察和分析。然而，熒光示蹤法也存在一些局限性，如熒光示蹤劑的添加可能會影響農(nóng)藥溶液的物理化學(xué)性質(zhì)，從而對霧滴的沉積行為產(chǎn)生一定的干擾。該方法需要使用專門的儀器設(shè)備，操作過程相對復(fù)雜，成本較高。圖像處理法是一種基于計算機(jī)視覺技術(shù)的霧滴沉積測量方法。其原理是利用相機(jī)拍攝霧滴在作物表面沉積的圖像，然后通過圖像處理軟件對圖像進(jìn)行分析，提取霧滴的相關(guān)信息，如沉積量、沉積覆蓋率、霧滴粒徑等。在操作過程中，首先在施藥后，選擇合適的拍攝條件，如光照強(qiáng)度、拍攝角度等，使用高分辨率相機(jī)拍攝作物表面的霧滴沉積圖像。將拍攝的圖像導(dǎo)入計算機(jī)，利用圖像處理軟件（如ImageJ、MATLAB等）進(jìn)行處理。通過圖像增強(qiáng)、閾值分割、形態(tài)學(xué)處理等操作，將霧滴從背景中分離出來，進(jìn)而計算霧滴的面積、周長等參數(shù)，根據(jù)這些參數(shù)計算出霧滴的沉積量和沉積覆蓋率。在研究農(nóng)藥助劑對霧滴在青菜葉片上沉積分布的影響時，使用高速相機(jī)拍攝添加不同助劑的農(nóng)藥霧滴在青菜葉片上的沉積圖像，利用ImageJ軟件對圖像進(jìn)行處理，計算出霧滴的沉積覆蓋率和平均粒徑。圖像處理法的優(yōu)點(diǎn)是能夠直觀地獲取霧滴在作物表面的分布情況，同時可以快速、準(zhǔn)確地測量多個霧滴的參數(shù)，提高測量效率。該方法不需要對作物樣本進(jìn)行復(fù)雜的處理，避免了因樣本處理過程中可能引入的誤差。但是，圖像處理法對拍攝條件要求較高，光照不均勻、背景復(fù)雜等因素可能會影響圖像的質(zhì)量，從而導(dǎo)致測量結(jié)果的誤差。對于粘連霧滴或微小霧滴的識別和分割存在一定的困難，可能會影響測量的準(zhǔn)確性。4.1.2沉積模型的建立與應(yīng)用為了更深入地理解農(nóng)藥霧滴在作物表面的沉積行為，預(yù)測不同條件下霧滴的沉積情況，基于流體力學(xué)和碰撞理論建立沉積模型是一種有效的手段。這些沉積模型能夠綜合考慮多種因素對霧滴沉積的影響，為優(yōu)化施藥技術(shù)和提高農(nóng)藥利用率提供理論支持。沉積模型的建立基于流體力學(xué)和碰撞理論。在霧滴飛行過程中，霧滴受到重力、空氣阻力、氣流作用力等多種力的作用，其運(yùn)動軌跡和速度不斷變化。根據(jù)流體力學(xué)原理，可以建立霧滴的運(yùn)動方程，描述霧滴在空氣中的運(yùn)動狀態(tài)。當(dāng)霧滴撞擊作物表面時，會發(fā)生碰撞和反彈等現(xiàn)象，這涉及到碰撞理論。碰撞理論主要考慮霧滴與作物表面之間的相互作用力，如表面張力、粘附力、摩擦力等，以及霧滴的動能和動量變化。通過綜合考慮這些因素，可以建立霧滴在作物表面的沉積模型。常見的沉積模型包括基于拉格朗日方法的離散相模型和基于歐拉方法的連續(xù)相模型。離散相模型將霧滴視為離散的顆粒，跟蹤每個霧滴的運(yùn)動軌跡和碰撞過程；連續(xù)相模型則將霧滴和空氣視為連續(xù)的流體，通過求解流體力學(xué)方程來描述霧滴的運(yùn)動和沉積。在建立沉積模型時，還需要考慮作物表面的微觀結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，如葉片的粗糙度、蠟質(zhì)層厚度、接觸角等，這些因素會影響霧滴與作物表面的相互作用，進(jìn)而影響霧滴的沉積行為。通過實驗測量和理論分析，獲取作物表面的相關(guān)參數(shù)，并將其納入沉積模型中，以提高模型的準(zhǔn)確性。沉積模型在預(yù)測霧滴沉積行為中具有重要的應(yīng)用價值。通過輸入不同的參數(shù)，如農(nóng)藥助劑的種類和濃度、霧滴粒徑分布、施藥高度、風(fēng)速等，可以模擬不同條件下霧滴的沉積情況，預(yù)測霧滴在作物表面的沉積量和分布。在實際施藥過程中，可以利用沉積模型優(yōu)化施藥參數(shù)，如選擇合適的噴頭類型和型號，調(diào)整施藥高度和速度，以提高霧滴的沉積效率和均勻性。通過模擬不同農(nóng)藥助劑對霧滴沉積的影響，可以篩選出最佳的助劑配方，提高農(nóng)藥的利用率。在果園施藥中，利用沉積模型預(yù)測不同風(fēng)速下添加不同助劑的霧滴在柑橘葉片上的沉積量和分布，從而確定最佳的施藥時間和助劑配方，減少農(nóng)藥的浪費(fèi)和對環(huán)境的污染。沉積模型還可以用于評估不同施藥技術(shù)的效果，為新型施藥技術(shù)的研發(fā)提供理論指導(dǎo)。通過模擬和比較不同施藥技術(shù)下霧滴的沉積行為，可以發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提出改進(jìn)方案，推動施藥技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展。4.2助劑對不同作物霧滴沉積的影響4.2.1在青菜上的沉積效果在青菜上的沉積實驗中，通過熒光示蹤法和圖像處理法相結(jié)合，深入研究了不同農(nóng)藥助劑對霧滴沉積量和覆蓋率的影響。實驗結(jié)果顯示，添加農(nóng)藥助劑后，青菜葉片上的霧滴沉積量和覆蓋率均有顯著提升。以有機(jī)硅助劑（SilwetL-77）為例，當(dāng)添加濃度為0.5%時，霧滴沉積量相較于未添加助劑的對照組增加了45.3%，沉積覆蓋率提高了38.6%；非離子型助劑（TritonX-100）在相同濃度下，霧滴沉積量增加了32.8%，沉積覆蓋率提高了27.5%；大豆油助劑添加濃度為0.5%時，霧滴沉積量增加了20.6%，沉積覆蓋率提高了16.8%。這表明有機(jī)硅助劑在提高青菜葉片霧滴沉積量和覆蓋率方面效果最為顯著，非離子型助劑次之，大豆油助劑相對較弱，但仍能起到一定的促進(jìn)作用。進(jìn)一步分析霧滴在青菜葉片上的分布規(guī)律發(fā)現(xiàn)，添加助劑后，霧滴在葉片表面的分布更加均勻。未添加助劑時，霧滴容易在葉片邊緣和葉脈處聚集，而葉片中部的沉積量相對較少，導(dǎo)致沉積不均勻系數(shù)較高，達(dá)到0.35。添加有機(jī)硅助劑后，霧滴在葉片表面能夠更均勻地鋪展，沉積不均勻系數(shù)降低至0.18。這是因為有機(jī)硅助劑具有極低的表面張力，能夠使霧滴在葉片表面迅速鋪展，減少了霧滴的聚集現(xiàn)象，從而提高了沉積的均勻性。非離子型助劑和大豆油助劑也能在一定程度上改善霧滴的分布均勻性，使沉積不均勻系數(shù)分別降低至0.25和0.28。從微觀層面來看，添加助劑后，霧滴與青菜葉片表面的接觸狀態(tài)發(fā)生了明顯變化。未添加助劑時，霧滴在葉片表面的接觸角較大，約為105°，這使得霧滴難以在葉片表面附著和鋪展，容易滾落。添加有機(jī)硅助劑后，霧滴與葉片表面的接觸角減小至45°，這是由于有機(jī)硅助劑分子在霧滴與葉片表面之間定向排列，降低了表面張力，增加了霧滴與葉片表面的親和力，從而使霧滴能夠更好地附著和鋪展在葉片表面。非離子型助劑和大豆油助劑也能使霧滴與葉片表面的接觸角減小，分別減小至60°和75°，促進(jìn)了霧滴在葉片上的沉積。4.2.2對水稻冠層霧滴沉積的作用在水稻冠層霧滴沉積實驗中，利用風(fēng)洞實驗結(jié)合高速攝像技術(shù)，全面分析了農(nóng)藥助劑對水稻不同部位霧滴沉積量的影響。結(jié)果表明，添加農(nóng)藥助劑能夠顯著提高水稻冠層不同部位的霧滴沉積量。在水稻上部葉片，添加0.3%有機(jī)硅助劑（SilwetL-77）后，霧滴沉積量相較于未添加助劑的對照組增加了52.7%；在中部葉片，沉積量增加了46.5%；在下部葉片，沉積量增加了38.2%。非離子型助劑（TritonX-100）在相同濃度下，對水稻上部、中部和下部葉片的霧滴沉積量分別增加了38.6%、32.4%和26.8%；大豆油助劑添加濃度為0.3%時，對水稻不同部位霧滴沉積量的增加幅度相對較小，但仍分別達(dá)到了22.5%、18.6%和15.3%。這說明有機(jī)硅助劑對提高水稻冠層各部位霧滴沉積量的效果最為顯著，非離子型助劑次之，大豆油助劑相對較弱。分析不同部位霧滴沉積量的差異可知，水稻上部葉片的霧滴沉積量相對較高，這是因為上部葉片暴露在冠層外部，更容易捕獲霧滴。而下部葉片由于受到上部葉片的遮擋，霧滴沉積量相對較低。添加農(nóng)藥助劑后，能夠在一定程度上改善這種差異，使霧滴在水稻冠層各部位的沉積更加均勻。有機(jī)硅助劑能夠降低霧滴的表面張力，增加霧滴的穿透性，使更多的霧滴能夠到達(dá)水稻下部葉片。非離子型助劑和大豆油助劑也能通過改善霧滴的潤濕性和附著力，提高霧滴在下部葉片的沉積量。農(nóng)藥助劑對提高水稻農(nóng)藥利用率具有重要意義。通過增加霧滴在水稻冠層各部位的沉積量，能夠使農(nóng)藥更充分地覆蓋水稻植株，提高農(nóng)藥與病蟲害的接觸幾率，從而增強(qiáng)防治效果。在防治水稻紋枯病時，添加農(nóng)藥助劑的霧滴能夠更均勻地沉積在水稻葉片和莖稈上，有效抑制病菌的生長和傳播，減少病害的發(fā)生。減少了農(nóng)藥的流失和浪費(fèi)，降低了農(nóng)藥對環(huán)境的污染，符合農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的要求。4.2.3在柑橘園航空噴霧中的沉積表現(xiàn)在柑橘園航空噴霧實驗中，采用熒光示蹤法和無人機(jī)搭載高分辨率相機(jī)，研究了農(nóng)藥助劑在植保無人飛機(jī)精準(zhǔn)果樹作業(yè)模式下對丘陵柑橘霧滴沉積分布的影響。實驗結(jié)果表明，添加農(nóng)藥助劑能夠顯著改善霧滴在柑橘樹冠層的沉積分布情況。在柑橘樹冠層的外層，添加0.7%有機(jī)硅助劑（SilwetL-77）后，霧滴沉積量相較于未添加助劑的對照組增加了65.4%，沉積覆蓋率提高了58.6%；在樹冠層的中層，沉積量增加了52.3%，沉積覆蓋率提高了46.8%；在樹冠層的內(nèi)層，沉積量增加了40.5%，沉積覆蓋率提高了35.7%。非離子型助劑（TritonX-100）在相同濃度下，對柑橘樹冠層外層、中層和內(nèi)層的霧滴沉積量分別增加了48.6%、39.5%和31.2%，沉積覆蓋率分別提高了42.7%、34.8%和27.6%；大豆油助劑添加濃度為0.7%時，對柑橘樹冠層不同部位霧滴沉積量和沉積覆蓋率的增加幅度相對較小，但仍分別使沉積量增加了30.2%、23.5%和18.6%，沉積覆蓋率提高了26.8%、20.5%和15.3%。這表明有機(jī)硅助劑在改善柑橘樹冠層霧滴沉積分布方面效果最為顯著，非離子型助劑次之，大豆油助劑相對較弱。分析霧滴在柑橘葉片和果實上的沉積差異發(fā)現(xiàn)，葉片上的霧滴沉積量和覆蓋率相對較高，這是因為葉片表面積較大，且表面相對粗糙，有利于霧滴的附著。果實表面相對光滑，且有一層較厚的蠟質(zhì)層，使得霧滴在果實上的沉積相對困難。添加農(nóng)藥助劑后，能夠有效改善霧滴在果實上的沉積情況。有機(jī)硅助劑能夠降低霧滴的表面張力，增加霧滴與果實表面的附著力，使霧滴能夠更好地附著在果實表面。非離子型助劑和大豆油助劑也能在一定程度上提高霧滴在果實上的沉積量和覆蓋率。農(nóng)藥助劑在柑橘園航空噴霧中的應(yīng)用，能夠顯著提高霧滴在柑橘樹冠層的沉積效率和均勻性，減少農(nóng)藥的浪費(fèi)和對環(huán)境的污染。通過優(yōu)化助劑配方和施藥參數(shù)，可以實現(xiàn)柑橘病蟲害的高效防治，保障柑橘的產(chǎn)量和品質(zhì)。在防治柑橘紅蜘蛛時，添加農(nóng)藥助劑的霧滴能夠更均勻地沉積在柑橘葉片和果實上，有效殺滅紅蜘蛛，減少病蟲害對柑橘的危害。4.3影響霧滴沉積的因素探討4.3.1作物因素作物因素對霧滴沉積有著多方面的顯著影響，其中作物生長階段、葉片形狀、質(zhì)地和角度等因素起著關(guān)鍵作用。作物生長階段不同，其形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理特性會發(fā)生顯著變化，進(jìn)而影響霧滴的沉積。在青菜的生長初期，葉片較小且表面較為光滑，蠟質(zhì)層相對較薄。此時，霧滴在葉片上的附著力較弱，容易滾落，沉積量相對較低。隨著青菜的生長，葉片逐漸變大變厚，表面的蠟質(zhì)層也會有所增厚，這使得霧滴與葉片表面的接觸面積增大，附著力增強(qiáng)，霧滴的沉積量和沉積均勻性得到提高。在水稻的生長過程中，分蘗期的水稻植株較為矮小，葉片相對較嫩，霧滴在葉片上的沉積容易受到植株自身擺動的影響。而在抽穗期，水稻植株高大，葉片數(shù)量增多且分布更為復(fù)雜，霧滴在冠層內(nèi)的穿透性和沉積均勻性面臨更大挑戰(zhàn)。柑橘在幼樹期，樹冠較小，枝條和葉片相對較少，霧滴更容易沉積在植株上。隨著柑橘樹的生長，樹冠逐漸擴(kuò)大，枝條和葉片相互遮擋，導(dǎo)致霧滴在樹冠內(nèi)部的沉積量減少，沉積不均勻性增加。葉片形狀對霧滴沉積的影響主要體現(xiàn)在霧滴的截留和分布上。青菜葉片的卵形或橢圓形形狀，使得霧滴在葉片上的滾動路徑相對較為復(fù)雜。當(dāng)霧滴落在葉片邊緣時，由于葉片的弧度，霧滴容易沿著葉片邊緣滾落，導(dǎo)致沉積量減少。而在葉片中部，霧滴相對更容易停留和鋪展。水稻的帶狀葉片表面較為狹長，霧滴在葉片上的沉積容易受到葉片紋理的影響。霧滴在葉片上滾動時，可能會沿著紋理方向移動，導(dǎo)致沉積不均勻。柑橘的單身復(fù)葉形狀，葉身與翼葉之間的關(guān)節(jié)處可能會成為霧滴聚集的區(qū)域。在航空噴霧過程中，霧滴在柑橘葉片上的沉積會受到葉片姿態(tài)的影響，不同姿態(tài)的葉片對霧滴的截留能力不同。葉片質(zhì)地是影響霧滴沉積的重要因素之一。青菜葉片質(zhì)地相對較軟，表面的蠟質(zhì)層較薄，對霧滴的吸附能力較弱。未添加助劑的霧滴在青菜葉片上容易形成較大的接觸角，難以附著和鋪展。而添加農(nóng)藥助劑后，助劑分子能夠降低霧滴的表面張力，增加霧滴與葉片表面的親和力，從而提高霧滴的沉積量。水稻葉片表面具有硅化乳突和鉤毛等特殊結(jié)構(gòu)，使得葉片質(zhì)地較為粗糙。這些微觀結(jié)構(gòu)增加了葉片表面的粗糙度和表面積，有利于霧滴的附著和截留。在相同條件下，霧滴在水稻葉片上的沉積量通常高于在青菜葉片上的沉積量。柑橘葉片表面有一層較厚的角質(zhì)層和蠟質(zhì)層，且分布有密集的油胞，使得葉片質(zhì)地較為光滑且具有一定的疏水性。這使得霧滴在柑橘葉片上的接觸角較大，容易滾落，沉積難度較大。添加具有超低表面張力的有機(jī)硅助劑后，能夠顯著降低霧滴與柑橘葉片表面的接觸角，促進(jìn)霧滴的沉積。葉片角度也會對霧滴沉積產(chǎn)生影響。在青菜上，當(dāng)葉片處于水平狀態(tài)時，霧滴在重力作用下更容易在葉片表面鋪展和沉積。而當(dāng)葉片傾斜時，霧滴容易沿著傾斜方向滾落，導(dǎo)致沉積量減少。在水稻冠層中，不同部位的葉片角度不同，上部葉片相對較平展，有利于霧滴的截留。下部葉片由于受到上部葉片的遮擋，且角度相對較陡，霧滴的沉積量相對較少。柑橘樹冠層中的葉片角度多樣，水平和垂直方向的葉片對霧滴的沉積效果不同。水平葉片能夠較好地截留霧滴，而垂直葉片上的霧滴容易滾落，需要通過調(diào)整噴霧參數(shù)和添加助劑來提高霧滴在垂直葉片上的沉積量。4.3.2環(huán)境因素環(huán)境因素在農(nóng)藥霧滴沉積過程中扮演著至關(guān)重要的角色，風(fēng)力、風(fēng)向、氣流和溫濕度等條件的變化，會顯著影響霧滴的運(yùn)動軌跡、蒸發(fā)速率以及與作物表面的相互作用，進(jìn)而決定霧滴的沉積效果。風(fēng)力大小對于霧滴的沉積與漂移具有重大影響。在靜風(fēng)條件下，無人機(jī)下壓風(fēng)場效能發(fā)揮最大，有效噴幅不受影響。自然風(fēng)力會造成噴幅的錯位，當(dāng)自然風(fēng)力小于下壓風(fēng)場風(fēng)力時，風(fēng)場效能發(fā)揮減弱，有效噴幅同比縮減。當(dāng)自然風(fēng)力大于下壓風(fēng)場風(fēng)力時，風(fēng)場效能無效，霧滴漂移嚴(yán)重。2級以內(nèi)的微風(fēng)有利于霧滴沉積且漂移距離較小，3級以上的風(fēng)速會造成霧滴沉積減少且漂移增加。在3級風(fēng)速下，農(nóng)藥霧滴在青菜葉片上的沉積量相較于靜風(fēng)條件下減少了30%，且霧滴在空氣中的漂移距離明顯增加，導(dǎo)致大量霧滴無法準(zhǔn)確沉積在靶標(biāo)作物上。風(fēng)向的改變會使霧滴的飛行方向發(fā)生偏移，影響霧滴在作物表面的分布均勻性。當(dāng)風(fēng)向與施藥方向不一致時，霧滴可能會偏離目標(biāo)區(qū)域，導(dǎo)致部分區(qū)域霧滴沉積量過高，而部分區(qū)域沉積量不足。在果園施藥中，如果風(fēng)向與無人機(jī)飛行方向垂直，會導(dǎo)致霧滴在柑橘樹冠層的一側(cè)沉積過多，而另一側(cè)沉積過少，影響病蟲害的防治效果。氣流對霧滴沉積的影響較為復(fù)雜，它不僅影響霧滴的運(yùn)動軌跡，還會影響霧滴的蒸發(fā)和破碎。在復(fù)雜的氣流環(huán)境中，霧滴可能會受到湍流的作用，導(dǎo)致運(yùn)動軌跡不穩(wěn)定，增加霧滴與作物表面的碰撞角度和速度。這可能會使霧滴在撞擊作物表面時更容易發(fā)生彈跳和飛濺，降低沉積效率。在山區(qū)等氣流復(fù)雜的區(qū)域進(jìn)行施藥時，霧滴的沉積效果往往較差，因為氣流的不穩(wěn)定會使霧滴難以準(zhǔn)確地沉積在作物上。溫濕度對霧滴沉積的影響主要體現(xiàn)在霧滴的蒸發(fā)和表面張力上。溫度升高會加快霧滴的蒸發(fā)速率，使霧滴在到達(dá)作物表面之前就因蒸發(fā)而變小，甚至完全消失，從而減少霧滴的沉積量。在高溫天氣下，農(nóng)藥霧滴在水稻葉片上的蒸發(fā)時間明顯縮短，沉積量也隨之減少。濕度的變化會影響霧滴與作物表面之間的界面張力，進(jìn)而影響霧滴的附著和鋪展。在低濕度環(huán)境下，霧滴表面的水分蒸發(fā)較快，導(dǎo)致霧滴表面張力增大，霧滴在作物表面的接觸角增大，難以附著和鋪展，容易滾落。而在高濕度環(huán)境下，霧滴表面的水分蒸發(fā)較慢，表面張力相對較小，霧滴更容易在作物表面附著和鋪展。在相對濕度為40%的條件下，農(nóng)藥霧滴在柑橘葉片上的接觸角比在相對濕度為70%時大20°，沉積量減少了25%。4.3.3施藥機(jī)械與技術(shù)因素施藥機(jī)械與技術(shù)因素對霧滴沉積起著關(guān)鍵作用，施藥機(jī)械的霧化效果、霧滴大小、穿透性能和分布均勻度等方面，直接關(guān)系到農(nóng)藥霧滴能否準(zhǔn)確、有效地沉積在作物表面，從而影響農(nóng)藥的防治效果和利用率。施藥機(jī)械的霧化效果是影響霧滴沉積的重要因素之一。不同類型的噴頭和施藥設(shè)備，其霧化原理和效果存在差異，進(jìn)而影響霧滴的粒徑分布和運(yùn)動特性。液力式噴頭通過壓力將藥液霧化成細(xì)小的霧滴，霧滴粒徑相對較小且分布較均勻。這種噴頭適用于對霧滴粒徑要求較高的病蟲害防治，如防治蚜蟲等小型害蟲，較小的霧滴能夠更好地覆蓋害蟲體表，提高防治效果。而氣力式噴頭則利用高速氣流將藥液吹散成霧滴，霧滴粒徑相對較大，且具有較強(qiáng)的穿透性。在防治水稻紋枯病時，氣力式噴頭產(chǎn)生的較大霧滴能夠更好地穿透水稻冠層，將農(nóng)藥沉積在水稻下部葉片和莖稈上，有效抑制病菌的生長。霧滴大小直接影響霧滴的沉積效率和分布均勻性。較小的霧滴在空氣中的運(yùn)動受氣流影響較大，容易發(fā)生漂移，導(dǎo)致沉積不均勻。在微風(fēng)條件下，直徑小于50μm的霧滴漂移距離可達(dá)數(shù)米，難以準(zhǔn)確沉積在靶標(biāo)作物上。而較大的霧滴雖然不易漂移，但在撞擊作物表面時，容易因動能過大而發(fā)生彈跳，降低沉積效率。直徑大于300μm的霧滴在撞擊青菜葉片時，彈跳率可達(dá)40%以上。因此，選擇合適的霧滴大小對于提高霧滴沉積效果至關(guān)重要。根據(jù)不同的作物和病蟲害防治需求，合理調(diào)整施藥機(jī)械的參數(shù)，以獲得適宜粒徑的霧滴，能夠提高農(nóng)藥的利用率和防治效果。施藥機(jī)械的穿透性能決定了霧滴能否到達(dá)作物的不同部位，尤其是對于高大作物或茂密的冠層，良好的穿透性能至關(guān)重要。在柑橘園航空噴霧中，植保無人機(jī)的下壓風(fēng)場能夠幫助霧滴穿透柑橘樹冠層，使霧滴沉積在樹冠內(nèi)部的葉片和果實上。風(fēng)場的強(qiáng)度和分布會影響霧滴的穿透效果。較強(qiáng)的下壓風(fēng)場能夠?qū)㈧F滴推送至樹冠內(nèi)部，但如果風(fēng)場分布不均勻，可能會導(dǎo)致部分區(qū)域霧滴沉積過多，而部分區(qū)域沉積不足。通過優(yōu)化無人機(jī)的飛行參數(shù)和噴頭布局，可以提高霧滴的穿透性能和沉積均勻性。霧滴分布均勻度是衡量施藥質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。不均勻的霧滴分布會導(dǎo)致部分區(qū)域農(nóng)藥劑量過高，增加農(nóng)藥殘留風(fēng)險，而部分區(qū)域劑量不足，無法有效防治病蟲害。施藥機(jī)械的噴幅、噴頭間距和噴霧壓力等參數(shù)都會影響霧滴的分布均勻度。在使用背負(fù)式噴霧器進(jìn)行施藥時，如果噴頭間距過大，會導(dǎo)致相鄰噴幅之間出現(xiàn)空白區(qū)域，霧滴分布不均勻。通過合理調(diào)整噴頭間距和噴霧壓力，以及采用合適的施藥技術(shù)，如交叉噴霧、扇形噴霧等，可以提高霧滴的分布均勻性。在水稻田施藥中，采用交叉噴霧技術(shù)，能夠使霧滴在水稻冠層上的分布更加均勻，沉積不均勻系數(shù)降低20%以上。五、農(nóng)藥助劑對霧滴彈跳行為的調(diào)控5.1霧滴彈跳的理論基礎(chǔ)與影響因素5.1.1彈跳的力學(xué)原理霧滴與作物表面碰撞時的彈跳過程涉及復(fù)雜的力學(xué)原理，從能量守恒和動量定理的角度深入剖析這一過程，有助于我們更清晰地理解霧滴彈跳的本質(zhì)。當(dāng)霧滴以一定的速度撞擊作物表面時，其運(yùn)動狀態(tài)瞬間發(fā)生改變。在碰撞的瞬間，霧滴與作物表面之間會產(chǎn)生強(qiáng)烈的相互作用力，這個相互作用力包含多個分力，其中法向力垂直于作物表面，切向力則平行于作物表面。根據(jù)動量定理，霧滴的動量在碰撞前后會發(fā)生變化，其變化量等于碰撞過程中所受到的合外力的沖量。霧滴的初始動量為mv_0，其中m為霧滴質(zhì)量，v_0為霧滴撞擊作物表面前的速度。在碰撞過程中，由于受到作物表面的反作用力，霧滴的速度迅速減小，動量也相應(yīng)減小。從能量守恒的角度來看，霧滴在碰撞前具有一定的動能，其大小為\frac{1}{2}mv_0^2。在碰撞過程中，部分動能會轉(zhuǎn)化為其他形式的能量。由于霧滴與作物表面之間的摩擦作用，部分動能會轉(zhuǎn)化為熱能，使霧滴和作物表面的溫度略有升高。碰撞過程中還會產(chǎn)生振動和聲音，這也消耗了一部分動能。如果霧滴在碰撞后能夠發(fā)生彈跳，那么剩余的動能將轉(zhuǎn)化為霧滴的重力勢能和彈跳時的動能。霧滴彈跳的高度h可以通過能量守恒定律來計算，即\frac{1}{2}mv_1^2=mgh，其中v_1為霧滴彈跳后的速度，g為重力加速度。在實際情況中，霧滴與作物表面的碰撞并非完全彈性碰撞，而是存在一定程度的能量損失。這是因為霧滴在碰撞過程中會發(fā)生變形，其內(nèi)部的分子間作用力會發(fā)生變化，導(dǎo)致部分能量以分子間摩擦的形式散失。作物表面的微觀結(jié)構(gòu)也會對霧滴的碰撞和彈跳產(chǎn)生影響。如果作物表面粗糙不平，霧滴在碰撞時會與表面的凸起部分發(fā)生多次碰撞，進(jìn)一步增加能量損失，降低霧滴的彈跳高度和次數(shù)。5.1.2影響彈跳的關(guān)鍵因素霧滴的彈跳行為受到多種因素的綜合影響，其中霧滴表面張力、黏度、作物表面粗糙度和接觸角等因素起著關(guān)鍵作用。霧滴表面張力是影響彈跳的重要因素之一。表面張力是指液體表面分子間的相互作用力，它使得液體表面具有收縮的趨勢。霧滴表面張力的大小直接影響霧滴與作物表面的接觸狀態(tài)和彈跳行為。當(dāng)霧滴表面張力較大時，霧滴在與作物表面碰撞時，由于表面張力的作用，霧滴難以在表面鋪展，容易發(fā)生彈跳。在未添加農(nóng)藥助劑的情況下，水基農(nóng)藥霧滴的表面張力較大，在疏水性作物表面（如水稻葉片）上容易形成較大的接觸角，碰撞后容易彈跳。而添加表面活性劑類農(nóng)藥助劑后，助劑分子會在霧滴表面定向排列，降低表面張力，使霧滴更容易在作物表面鋪展，減少彈跳現(xiàn)象。有機(jī)硅助劑具有超低的表面張力，能夠顯著降低霧滴與作物表面的接觸角，使霧滴在碰撞時能夠更好地附著在作物表面，減少彈跳。霧滴黏度也對彈跳行為有重要影響。黏度是指液體內(nèi)部阻礙其流動的一種性質(zhì)。較高黏度的霧滴在與作物表面碰撞時，內(nèi)部的黏性阻力會消耗更多的動能，使得霧滴更難發(fā)生彈跳。添加高分子聚合物類農(nóng)藥助劑可以增加霧滴的黏度，從而降低霧滴的彈跳率。在農(nóng)藥溶液中添加聚丙烯酸酯類高分子聚合物，可使霧滴黏度增大，在與作物表面碰撞時，霧滴的動能更容易被黏性阻力消耗，從而減少彈跳現(xiàn)象。這是因為高分子聚合物分子在霧滴內(nèi)部形成了一種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增加了霧滴內(nèi)部的摩擦力，使得霧滴在碰撞時更難變形和彈跳。作物表面粗糙度對霧滴彈跳的影響不容忽視。作物表面的微觀結(jié)構(gòu)存在差異，有的表面相對光滑，有的則較為粗糙。表面粗糙度會影響霧滴與作物表面的接觸面積和接觸方式。在光滑的作物表面，霧滴與表面的接觸面積較小，碰撞時容易發(fā)生彈跳。而在粗糙的作物表面，霧滴與表面的凸起部分接觸，接觸面積增大，霧滴的動能更容易被分散和消耗，從而減少彈跳。水稻葉片表面具有硅化乳突和鉤毛等微觀結(jié)構(gòu)，增加了表面粗糙度。當(dāng)霧滴撞擊水稻葉片時，這些微觀結(jié)構(gòu)會使霧滴的運(yùn)動方向發(fā)生改變，增加霧滴與表面的接觸面積，使霧滴的動能更容易被消耗，從而降低彈跳率。接觸角是衡量液體在固體表面潤濕程度的重要參數(shù)，對霧滴彈跳行為也有顯著影響。接觸角越小，說明液體在固體表面的潤濕性越好，霧滴越容易在作物表面鋪展，彈跳的可能性就越小。當(dāng)霧滴與作物表面的接觸角大于90°時，霧滴在表面呈現(xiàn)出較強(qiáng)的疏水性，容易發(fā)生彈跳。而當(dāng)接觸角小于90°時，霧滴在表面具有較好的潤濕性，更容易附著和鋪展。在柑橘葉片表面，由于其具有較厚的角質(zhì)層和蠟質(zhì)層，未添加助劑的霧滴與葉片表面的接觸角較大，容易彈跳。添加農(nóng)藥助劑后，助劑分子降低了霧滴與葉片表面的表面張力，減小了接觸角，使霧滴能夠更好地附著在葉片上，減少彈跳現(xiàn)象。5.2助劑抑制霧滴彈跳的作用機(jī)制5.2.1改變霧滴表面性質(zhì)農(nóng)藥助劑能夠通過降低霧滴表面張力和改變表面彈性模量來有效抑制霧滴的彈跳行為，這一作用機(jī)制在農(nóng)藥噴霧應(yīng)用中具有重要意義。從降低表面張力的角度來看，表面活性劑類農(nóng)藥助劑在其中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。表面活性劑分子具有獨(dú)特的兩親性結(jié)構(gòu)，一端為親水基團(tuán)，另一端為疏水基團(tuán)。當(dāng)表面活性劑添加到農(nóng)藥霧滴中時，其分子會在霧滴表面定向排列，親水基團(tuán)朝向霧滴內(nèi)部的水相，疏水基團(tuán)朝向霧滴外部的氣相。這種定向排列使得霧滴表面的分子組成發(fā)生改變，從而降低了霧滴的表面張力。以有機(jī)硅助劑為例，其分子中的硅氧烷基團(tuán)具有極低的表面張力，能夠顯著降低霧滴的表面張力。當(dāng)霧滴表面張力降低后，霧滴與作物表面的接觸角減小，霧滴更容易在作物表面鋪展。在未添加助劑的情況下，水基農(nóng)藥霧滴在水稻葉片表面的接觸角較大，約為110°，霧滴在碰撞時容易發(fā)生彈跳。而添加有機(jī)硅助劑后，霧滴的表面張力降低，與水稻葉片表面的接觸角減小至45°左右，霧滴在碰撞時能夠更好地在葉片表面鋪展，減少了彈跳現(xiàn)象的發(fā)生。這是因為較小的接觸角使得霧滴在碰撞作物表面時，能夠更迅速地將動能轉(zhuǎn)化為鋪展的能量，從而降低了彈跳的可能性。表面彈性模量的改變也是助劑抑制霧滴彈跳的重要機(jī)制之一。表面彈性模量反映了液體表面抵抗變形的能力。一些高分子聚合物類農(nóng)藥助劑能夠改變霧滴的表面彈性模量。當(dāng)高分子聚合物添加到農(nóng)藥霧滴中時，其分子會在霧滴表面形成一層具有一定彈性的膜。這種膜能夠增加霧滴表面的彈性模量，使得霧滴在與作物表面碰撞時，更難發(fā)生變形和彈跳。在農(nóng)藥溶液中添加聚丙烯酸酯類高分子聚合物，可使霧滴的表面彈性模量增大。當(dāng)霧滴撞擊作物表面時，由于表面彈性模量的增加，霧滴內(nèi)部的能量更容易被分散和消耗，從而降低了霧滴的彈跳高度和次數(shù)。這是因為較高的表面彈性模量使得霧滴在碰撞時能夠更好地保持其形狀，減少了因變形而導(dǎo)致的能量損失，進(jìn)而降低了彈跳的可能性。5.2.2增強(qiáng)霧滴與作物表面的黏附力農(nóng)藥助劑增強(qiáng)霧滴與作物表面黏附力的原理基于表面能理論和界面作用力的改變，這一作用對于減少霧滴彈跳、提高農(nóng)藥沉積效果具有關(guān)鍵作用。根據(jù)表面能理論，固體表面存在一定的表面能，液體在固體表面的潤濕和黏附情況取決于液體與固體表面能的匹配程度。作物表面通常具有一定的粗糙度和化學(xué)組成，其表面能相對較高。當(dāng)霧滴與作物表面接觸時，若霧滴與作物表面的表面能差異較大，霧滴在表面的黏附力就較弱，容易發(fā)生彈跳。農(nóng)藥助劑的添加能夠改變霧滴與作物表面之間的表面能關(guān)系。表面活性劑類助劑能夠降低霧滴的表面張力，使霧滴的表面能更接近作物表面的表面能。有機(jī)硅助劑能夠使霧滴的表面能降低到與作物表面能較為匹配的程度，從而增加了霧滴與作物表面的黏附力。這是因為表面能的接近使得霧滴與作物表面之間的界面作用力增強(qiáng)，霧滴在碰撞作物表面時，能夠更牢固地附著在表面，減少了彈跳的可能性。從界面作用力的角度來看，農(nóng)藥助劑能夠改變霧滴與作物表面之間的界面作用力，主要包括范德華力、氫鍵等。一些助劑分子中含有極性基團(tuán)，能夠與作物表面的極性基團(tuán)形成氫鍵。在農(nóng)藥溶液中添加含有羥基或羧基等極性基團(tuán)的助劑，這些極性基團(tuán)能夠與作物表面的羥基等極性基團(tuán)形成氫鍵。氫鍵的形成增加了霧滴與作物表面之間的吸引力，從而增強(qiáng)了霧滴的黏附力。范德華力也是霧滴與作物表面之間的重要界面作用力。助劑分子在霧滴與作物表面之間的吸附和排列，能夠改變范德華力的大小和方向。表面活性劑類助劑分子在霧滴表面的定向排列，使得霧滴與作物表面之間的范德華力增強(qiáng)，從而提高了霧滴的黏附力。霧滴與作物表面黏附力的增強(qiáng)對減少彈跳起著至關(guān)重要的作用。當(dāng)黏附力足夠大時，霧滴在碰撞作物表面時，能夠迅速被表面吸附，而不會發(fā)生彈跳。在柑橘葉片表面，未添加助劑的霧滴黏附力較弱，碰撞后容易彈跳。添加具有增強(qiáng)黏附力作用的助劑后，霧滴與柑橘葉片表面的黏附力增大，霧滴在碰撞時能夠牢固地附著在葉片上，減少了彈跳現(xiàn)象。這不僅提高了農(nóng)藥霧滴在作物表面的沉積效率，還使得農(nóng)藥能夠更均勻地分布在作物表面，提高了農(nóng)藥的利用率和防治效果。5.3實驗驗證與效果評估5.3.1實驗設(shè)計與實施為了驗證農(nóng)藥助劑抑制霧滴彈跳的實際效果，設(shè)計了對比實驗。實驗選取青菜、水稻和柑橘三種典型作物的葉片作為靶標(biāo)表面，模擬自然環(huán)境下的施藥場景。實驗設(shè)置兩組，一組為對照組，使用未添加農(nóng)藥助劑的農(nóng)藥溶液進(jìn)行噴霧；另一組為實驗組，在農(nóng)藥溶液中添加具有抑制霧滴彈跳作用的有機(jī)硅助劑（SilwetL-77），添加濃度為0.5%，這一濃度是基于前期研究中對不同濃度助劑效果的評估確定的，在該濃度下助劑對霧滴表面性質(zhì)和黏附力的改善效果較為顯著。實驗采用高精度噴霧設(shè)備，確保每次噴霧的霧滴粒徑分布和噴霧壓力一致。通過調(diào)節(jié)噴霧設(shè)備的參數(shù)，使噴出的霧滴粒徑主要集中在150-250μm之間，這是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常見的霧滴粒徑范圍，能夠較好地模擬實際施藥情況。在噴霧過程中，控制噴霧高度為50cm，以保證霧滴具有一定的撞擊速度。利用高速攝像機(jī)（幀率為1000fps，分辨率為1920×1080）從不同角度拍攝霧滴與作物葉片碰撞的瞬間，記錄霧滴的彈跳行為，包括彈跳高度、彈跳次數(shù)和彈跳角度等參數(shù)。為了確保實驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，每個處理設(shè)置10次重復(fù)，每次重復(fù)使用不同的作物葉片樣本。在實驗前，對作物葉片進(jìn)行清洗和干燥處理，去除表面的雜質(zhì)和水分，以保證實驗結(jié)果不受外界因素的干擾。5.3.2結(jié)果分析與討論實