農(nóng)藥靜電噴霧技術(shù)，你了解嗎？

長期以來，我國植保施藥技術(shù)和機(jī)械較落后，農(nóng)藥有效利用率只有20%～30%，而真正到達(dá)靶標(biāo)的藥量僅占施藥量的1%～3%，由此引發(fā)了農(nóng)藥浪費(fèi)、環(huán)境污染等一系列問題。

靜電噴霧技術(shù)是在控制霧滴技術(shù)及超低容量噴霧理論和實踐的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型施藥技術(shù)。與常規(guī)噴霧技術(shù)相比，靜電噴霧能夠?qū)崿F(xiàn)定向噴灑，減少農(nóng)藥飄移，降低環(huán)境污染，提高農(nóng)藥利用率，節(jié)約施藥成本。因此，靜電噴霧技術(shù)理論研究，相應(yīng)的機(jī)械設(shè)備及其適配靜電超低容量油劑的發(fā)展均受到廣泛關(guān)注。

靜電噴霧技術(shù)是在噴頭上施加高壓靜電，在噴頭與靶標(biāo)之間建立靜電場，藥液經(jīng)噴頭霧化后帶上電荷，形成群體荷電霧滴，然后在靜電場和其他外力的共同作用下定向運(yùn)動而被吸附到靶標(biāo)的各個部位。在此過程中，在霧滴運(yùn)行過程中電場力起主導(dǎo)作用，帶電霧滴能夠定向吸附于植株葉片正反面，減少農(nóng)藥飄移。目前霧滴荷電方式分為3種，即接觸充電、電暈充電和感應(yīng)充電，見圖1。

a—接觸充電；b—電暈充電；c—感應(yīng)充電

圖1　靜電噴霧器充電原理圖

從效果來看，接觸充電形成的霧滴荷電效果最好，電暈充電方式效果次之，感應(yīng)充電方式效果較差。

從安全角度考慮，感應(yīng)充電方式最安全，充電電壓較小，只有幾千伏，絕緣容易實現(xiàn)；其次是電暈充電方式，其高壓絕緣性好，但所需電極電壓較高，可直接用于普通噴頭；接觸充電方式電極電壓高，絕緣比較困難，因而逐漸被其他充電方式取代。

目前較常用的充電方式是感應(yīng)充電。

具有包抄效應(yīng)、穿透效應(yīng)、尖端效應(yīng)，且覆蓋均勻，沉積量高。

可提高防效，降低用藥量和成本。

噴液量少，對環(huán)境污染小，靜電噴霧油劑一般直接用于噴霧，適合干旱地區(qū)使用。

持效期長。由于霧化程度高，霧滴在靶標(biāo)上沉降均勻，且靜電噴霧液劑多為油基制劑，滲透性強(qiáng)，粘附牢，耐雨水沖刷。另外，高沸點(diǎn)溶劑可延長農(nóng)藥有效成分的降解時間，持效期長。

工效高。針對不同作物，靜電超低量噴霧器工效較常規(guī)噴霧工效提高近20倍，東方紅-18型背負(fù)式靜電噴霧機(jī)每小時可噴霧1.33～2 hm²。

由于荷電效果影響因素諸多，目前霧滴荷電效果研究側(cè)重于具體作業(yè)條件下靜電噴頭的研制。

靜電噴霧目前應(yīng)用于農(nóng)藥噴灑、材料制備、工業(yè)噴涂、燃油燃燒、工業(yè)除塵、脫硫、顆粒聚并及分離等多方面。但高壓靜電霧化受空間非均勻電場與流場耦合等因素影響，液滴霧化研究尚處于通過噴霧器械改裝及霧化參數(shù)優(yōu)化的水平。

國外對于靜電噴霧設(shè)備的研究較早，由于靜電噴霧技術(shù)在很大程度上彌補(bǔ)了傳統(tǒng)噴霧技術(shù)的不足，因此，其在20世紀(jì)90年代得到迅速發(fā)展，靜電噴霧器械在歐美一些國家農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用較為普遍，溫室及大田使用尤為廣泛。

針對靜電噴霧器械，英國帝國化學(xué)工業(yè)公司研制出手持式靜電噴霧器，隨后對手動噴霧機(jī)和拖拉機(jī)懸掛式噴霧機(jī)進(jìn)行改進(jìn)。英國Bertelfi Randell公司生產(chǎn)的ON-TARGET靜電噴頭可用于噴桿噴霧機(jī)和背負(fù)式機(jī)動噴霧機(jī)，能產(chǎn)生40 kV高壓，比普通噴頭減少65%的藥液損失，從而大幅度減少環(huán)境污染。

日本對感應(yīng)充電及其電極、果園靜電噴霧技術(shù)進(jìn)行研究，成功研制出電抗線圈噴槍、微型錐孔旋轉(zhuǎn)噴頭、彌霧噴頭和雙流體靜電噴頭。手持式轉(zhuǎn)盤噴霧器、背負(fù)式噴霧機(jī)、噴煙機(jī)的藥液覆蓋率顯著提高。

霍恩海姆大學(xué)1987年研制出氣流剪切式靜電噴頭，可用于背負(fù)式噴霧機(jī)。Laryea等設(shè)計了靜電壓力旋渦噴嘴，并對其霧化效果、荷質(zhì)比及沉積效果等進(jìn)行測試。結(jié)果顯示，靜電噴霧沉積量較常規(guī)噴霧增加1.3～2.3倍。Mamidi等設(shè)計了靜電噴槍并進(jìn)行靜電噴霧效果試驗。

隨著靜電噴霧噴頭的不斷發(fā)展，靜電噴霧系統(tǒng)也有了很大進(jìn)步。美國喬治亞大學(xué)20世紀(jì)80年代研制出靜電噴霧系統(tǒng)（ESS）和氣助式靜電噴霧系統(tǒng)（AA-ESS），后由美國ESS公司改進(jìn)后投入商品化生產(chǎn)。其廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)防治、公共場所及家禽消毒、水果保鮮、工業(yè)噴涂等領(lǐng)域，并帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益。在嵌入電極靜電感應(yīng)噴頭的基礎(chǔ)上研制的氣助式嵌入電極靜電感應(yīng)噴頭Max-charge現(xiàn)已應(yīng)用于大田作物、溫室、葡萄園等植保作業(yè)中。Patel等針對印度小規(guī)模農(nóng)作設(shè)計開發(fā)了一種新型空氣輔助靜電噴霧系統(tǒng)，可充電電池根據(jù)壓力的改變自動調(diào)節(jié)開關(guān)，從而降低功耗。該系統(tǒng)采用空氣輔助靜電噴嘴，質(zhì)量輕，便于攜帶。

航空靜電噴霧技術(shù)是農(nóng)用飛機(jī)和靜電噴霧裝置結(jié)合的產(chǎn)物，提高了飛機(jī)作業(yè)抗飄移性。在飛行高度較高時，靜電噴霧可以減少蒸發(fā)和飄移損失，增加細(xì)霧的沉降速率等。Carlton開展航空靜電噴霧技術(shù)研究并申請專利。隨后該專利被美國SES公司獲得并進(jìn)行商品化生產(chǎn)，至此航空靜電噴霧技術(shù)在美國及世界其他地區(qū)推廣。Martin等將USDA-ARS空中靜電噴霧系統(tǒng)與固定翼飛機(jī)組合，研究了氣流速度和噴嘴孔尺寸對噴霧霧化效果的影響。結(jié)果表明，在一定范圍內(nèi)，霧滴粒徑隨氣流速度及噴嘴孔徑的增大而增大。該研究為航空靜電噴霧作業(yè)參數(shù)的優(yōu)化提供了參考。

我國靜電噴霧技術(shù)研究始于20世紀(jì)70年代末，經(jīng)過幾十年的研究探索，取得了豐碩成果。

在靜電噴霧噴頭的研究上，張京等研制了氣液兩相感應(yīng)式靜電噴頭，網(wǎng)式圓錐狀感應(yīng)環(huán)充電靜電噴頭的成功研發(fā)有效解決了霧滴掛附等問題。江蘇理工大學(xué)相繼研制出手持轉(zhuǎn)盤式靜電噴霧器、車載式靜電噴霧機(jī)和拖拉機(jī)牽引式風(fēng)送靜電噴霧機(jī)，應(yīng)用于大田且取得了良好效果。

中國在航空靜電噴霧技術(shù)方面也取得很大進(jìn)步，對霧滴粒徑、充電效果、靜電噴頭以及沉積性能均進(jìn)行了較為深入的研究。在低空噴霧時，高度較低的區(qū)域，霧滴沉積量較大，噴霧均勻性與飛機(jī)速度關(guān)系不明顯。另外，針對果園及溫室也進(jìn)行了相應(yīng)靜電噴霧機(jī)的芯俊?

液體霧化機(jī)理及荷電效果比較復(fù)雜。由于空間電場不穩(wěn)定及影響霧滴運(yùn)行沉積的因素很多，霧滴運(yùn)行軌跡和規(guī)律很難找到明確的數(shù)學(xué)模型和測試方法。因此，通過試驗加快建立精確的數(shù)學(xué)模型，研究各項作業(yè)參數(shù)對噴霧效果的影響，具有現(xiàn)實意義。

目前國內(nèi)研制的噴頭存在噴霧射程短，霧化錐角小，噴頭漏電，霧滴粒譜不均勻，噴幅不易控制，對絕緣材料要求高等問題，且接觸充電方式要求靜電電壓達(dá)20 kV，耗電大。因此，我國應(yīng)在自主研發(fā)基礎(chǔ)上引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)，解決關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)。

由于靜電噴霧技術(shù)涉及多學(xué)科基礎(chǔ)理論，試驗儀器和方法有待進(jìn)一步提高，建議應(yīng)用LDV、PIV等技術(shù)進(jìn)行理論研究，改善電場的模擬方法，以提高測量精度。

在靜電噴霧藥械產(chǎn)品設(shè)計及應(yīng)用方面我國還存在諸多不足，建議在研究靜電噴霧理論的基礎(chǔ)上，進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化設(shè)計以及產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和商品化生產(chǎn)。

采用靜電噴霧技術(shù)與飛防應(yīng)用結(jié)合，彌補(bǔ)常規(guī)飛防缺點(diǎn)，研制航空專用靜電液劑，增強(qiáng)霧滴對預(yù)定靶標(biāo)的吸附，有效減少霧滴飄移損失。

由于靜電噴霧技術(shù)解決了多個常規(guī)噴霧作業(yè)的難題，其已經(jīng)在發(fā)達(dá)國家得到廣泛應(yīng)用，我國對適合大田和果園作業(yè)的大中型靜電噴霧機(jī)械的研究與開發(fā)尚處于起步階段，應(yīng)加強(qiáng)靜電噴霧荷電方式及霧化理論的研究，分析霧滴荷電及沉積的影響因素，研制先進(jìn)靜電噴霧設(shè)備，以提高農(nóng)藥利用率，減少環(huán)境污染。

作者：任立瑞，陳福良，尹明明

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 植物保護(hù)研究所，農(nóng)業(yè)部作物有害生物綜合治理重點(diǎn)實驗室

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