植保无人机如何做到精准施药?

发表时间:2017-08-11 浏览次数:448次 发布人:

近年来,我国农药、化肥过量施用严重,由此引起的环境污染和农产品质量安全问题日趋突出。一批精准农业的先行者已经开始探索,如何通过植保无人机的精准喷洒来提高农药利用率、降低农药使用量,从而解决或缓解这些问题。

目前,关于植保无人机的精准施药,业内主要关注的是如何精准地控制喷头的喷洒流量,而忽略了喷雾雾滴粒径对农药防治效果的影响,尤其是对于精准变量喷洒的认识不够深入。

今天,我们就来聊一聊,植保无人机如何通过控制喷雾粒径大小,并与控制喷洒流量相结合,以实现最佳的防治效果,提高农药利用率,并减少环境污染。


雾滴粒径——影响植保无人机喷洒效果的关键因素

喷雾效果的好坏,与雾滴粒径大小、雾滴漂移及沉降速度等因素密切相关。其中,雾滴粒径是农药喷雾技术中相对容易控制的重要参数,也是直接影响到植保无人机的喷雾质量及作业效果的关键因素之一。

合理地控制雾滴粒径大小,是用最少的药量取得最好的防治效果,并减少环境污染的关键所在。

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如上图所示,1 个粒径 400 μm 的粗大雾滴,变为 200 μm 的中等雾滴后,就变为了 8 个雾滴; 而粒径缩小到 100 μm后,则会变为 64  个细小雾滴;50 μm 时达到512个雾滴。

雾滴粒径与雾滴覆盖密度、喷液量有着十分密切的关系。随着雾滴粒径的缩小,雾滴数目呈几何级速度增加,而随着雾滴数量的增加,农药击中靶标的概率会显著增加,覆盖也会更加均匀。

我们通过两张图来具体说明一下,雾滴粒径大小对无人机喷洒防治效果的影响。

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农药喷施过程中,粒径大的雾滴易沉降,不易随风漂移或蒸发散失,但分布不均匀、附着能力差,容易因弹跳和滚落而造成药液流失,大大降低了农药的防治效果,也污染了水土环境。

雾滴粒径小,会相对易受气流影响而发生漂移,可能对相邻农作物造成危害。但细小雾滴在作物叶片表面的覆盖密度和覆盖均匀度远优于粗大雾滴,而且附着能力好、不易流失,农药利用率高。

此外,细小雾滴有较好的穿透能力,能随气流深入植株冠层内部,沉积在果树或植株深处的叶片正面及大雾滴不易沉积的叶片背面;对于在叶组织中传导性较差的药剂,雾化细能提高其生物学反应效率。

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也就是说,对于具备触杀作用的农药而言,雾滴粒径小,防治效果更好

当然,由于雾滴大利于沉降,而雾滴小覆盖度高、渗透性好,要使药剂发挥最佳效果,最好的办法就是在大小雾滴中找到一个合适的平衡点,即最佳粒径,充分发挥粒径大小所带来的优势,从而有效防治病虫草害。这就涉及到如何控制雾滴粒径大小的问题。


雾滴粒径大小的控制:压力喷头 VS 离心喷头

在植保无人机喷洒作业的过程中,药液经过无人机雾化部件的作用而分散,形成细小的雾滴颗粒。成雾过程中,喷头是农药雾化的核心部件。

目前,无人机喷头主要有压力喷头和离心喷头两种。接下来,我们就来对比一下两种喷头的成雾原理和各自的优缺点。

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通过对比可知,总的来说,离心喷头能够更好地控制雾滴的直径大小,雾化效果更好,更利于触杀作业农药的喷洒。


生物最佳粒径与农药的防治效果

前面已经提到,要在大小雾滴中找到一个合适的平衡点,才能使药剂发挥最佳效果。那么,如何找到这个平衡点呢?

有关研究表明,不同的生物靶标捕获的雾滴粒径范围不同,只有在最佳粒径范围内,靶标捕获的雾滴数量最多,防治效果也最佳,这就是“生物最佳粒径理论”。

运用这个理论,可以根据有害生物的特征设计一定的雾滴粒度和喷洒技术,从而大幅度减少农药的施用量,并提高防治效果。

针对不同的生物靶标,不同类型的农药防治有害生物时的雾滴最佳粒径范围也不同,如下表格:

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也就是说,雾滴过大或过小都不利于病虫害的防治,只有当雾滴粒径与雾滴数目达到最优组合时,才会产生最好的防治效果。

当然,喷雾的最佳粒径还受到多方面因素的影响,对于同一害虫,不同农药、不同靶标、不同药液浓度甚至害虫的不同时期,农药的最佳喷雾粒径都有所不同。根据最佳喷雾粒径实现变量喷洒,是精准施药技术中的重大挑战之一。


破解之道——开发精准可控变粒径喷头

为了提高农药利用率和防治效果,减少资源浪费与环境污染,有关航空施药的变量喷洒技术是行业内的研究热点和关键。对于变量喷洒,目前业内的关注点主要在于喷洒流量的变化,而很少注意到喷洒流量改变对雾滴粒径的影响。

其实,将变量喷洒与变粒径喷洒相结合,找到它们之间的内在关系,开发精准可控变粒径喷雾系统,就是精准施药这一难题的破解之道。

目前,在变量喷洒技术方面,极飞自主研发的 P20 超低容量高速离心雾化喷头,可将农药雾化至 100 μm  以下的小雾滴,并可根据风速和飞行速度的不同,精准控制喷头的喷洒量、喷速、喷幅。

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特别是,P20 离心喷头的喷雾粒径可在 90~120 μm  之间进行连续调节,也就是说,能精准地控制雾滴的直径大小,满足不同农作物病虫害防治的作业需求,从而达到良好的施药效果。实现对喷洒流量和雾滴粒径的双精准控制,是航空施药技术的一大突破。

总结一下,今天我们主要分析了雾滴粒径对农药防治效果的影响,得知对于具备触杀作用的农药而言,粒径小的雾滴防治效果更好;而对于不同的有害生物,适合使用的雾滴最佳粒径范围也不同,这就对精准控制雾滴粒径大小、同时进行变量调节提出了更高的要求。

目前的植保无人机市场上,采用离心喷头的变量喷洒系统是较优选择。而不断提升对喷洒流量和雾滴粒径的双精准控制能力,必将成为农业航空精准施药技术的发展方向。