利用无人机（UAV）喷雾器和传统电动背负式喷雾器（EKS）进行农药喷雾漂移及风险评估

《Science of The Total Environment》：Pesticide spray drift and risk assessment using unmanned aerial vehicle (UAV) sprayer and traditional electric knapsack sprayer (EKS)

农药无人机与电动喷雾器飘移沉积对比研究。采用罗丹明B示踪剂田间试验发现，无人机飘移距离达0-20米且沉积率0.47%，显著高于电动喷雾器的0-4米和0.23%。UAV作业区15天后空气残留量达59242.64pg/m3，是电动喷雾区的20.8倍。风险评估表明，两者均未造成皮肤接触风险（HQ<0.1，HI<1），但无人机对土壤生物和花粉传播风险更高。

　　这项研究探讨了无人机喷雾器与传统电动背负式喷雾器（EKS）在农药施用过程中产生的喷雾沉积和飘移现象及其对环境和健康的影响。随着现代农业技术的发展，无人机喷雾器因其高效、精准以及减少人工接触等优势，正被越来越多地应用于农药喷洒作业。然而，目前关于无人机喷雾造成的飘移对环境影响的研究仍显不足。因此，本研究通过现场实验，采用Rhodamine B作为示踪剂，对两种施用方式下的喷雾沉积和飘移特性进行了比较分析。

在实验过程中，研究人员利用多种人工收集器，如培养皿、mylar卡片和聚乙烯线，对喷雾沉积和飘移情况进行量化。研究发现，无人机喷雾的飘移距离比传统喷雾器更远，范围从0到20米，而传统喷雾器的飘移范围则限制在0到4米。同时，无人机喷雾的平均沉积率也显著高于传统喷雾器，分别为0.47%和0.23%。这些数据表明，无人机喷雾在喷洒过程中产生的飘移现象更为严重。进一步分析显示，飘移的严重程度与飞行高度和速度密切相关，飞行高度越高、速度越快，飘移现象越明显。

此外，研究还通过被动空气采样器收集了施药后15天的空气中的农药残留，并对不同区域的农药浓度进行了比较。结果显示，无人机喷雾区域的农药浓度明显高于传统喷雾器区域，分别为59,242.64 pg/m3和2833.64 pg/m3。这一发现表明，无人机喷雾可能在环境中造成更高的污染风险。为了进一步评估这些风险，研究人员还基于理论喷雾飘移率，对10种常用农药的飘移量进行了量化，并结合生态和人体健康风险模型，对两种施用方式的风险进行了综合评估。

尽管无人机喷雾和传统喷雾在人体接触健康风险方面均未表现出显著的威胁，但无人机喷雾在生态风险方面则更为突出。这包括对土壤生物的更高风险系数，以及对传粉昆虫的更广泛影响区域。这些生态风险的加剧，可能是由于无人机喷雾在喷洒过程中形成的飘移范围更广，且农药残留在空气中持续时间更长，从而对环境中的非目标生物造成更大的潜在威胁。

研究的背景指出，农药在农业生产中起着至关重要的作用，其使用对于保障作物产量具有重要意义。在某些情况下，如果不使用农药，可能会导致显著的产量损失，例如水果产量可能减少78%，蔬菜产量减少54%，谷物产量减少32%。因此，农药的施用方式和技术对于减少飘移、提高施药效率具有深远影响。然而，传统喷雾器在使用过程中存在诸多问题，如操作员的移动可能导致喷洒不均匀，影响作物生长，甚至造成土壤压实，减少有效种植面积，并增加农药暴露的风险。这些问题在农村劳动力短缺和人口老龄化背景下尤为突出，促使人们寻找更加适合山地和小规模农业的喷雾设备。

无人机喷雾器作为一种新型的空中施药技术，展现出诸多优势。例如，其能够提高喷雾的均匀性和覆盖范围，减少农药使用量，同时提高操作效率。研究显示，无人机喷雾器的覆盖范围可达传统喷雾器的40到80倍，这在大面积农田中具有显著优势。此外，无人机喷雾器还能减少操作员的直接接触，提高作业安全性。然而，无人机喷雾器在使用过程中也存在一些特有的问题，如较高的飞行速度、较高的喷洒高度、可能更小的液滴尺寸、较高的农药浓度以及较低的初始下落速度（尤其是某些喷嘴类型，如离心式喷嘴）。这些因素可能导致更多的农药飘移，从而对环境和非目标生物造成更大的潜在危害。

因此，如何有效减少无人机喷雾造成的飘移，成为提升其应用效果、保障环境健康和减少非目标生物暴露的关键问题。目前，已有研究表明，无人机喷雾在喷洒均匀性和覆盖范围方面优于传统喷雾器，但其飘移现象同样不容忽视。因此，需要进一步研究和优化无人机喷雾技术，以减少飘移并提高施药的精准度。这包括对喷嘴类型、飞行高度、速度以及农药配方进行综合评估，寻找最适合无人机喷雾的参数组合。

本研究通过现场实验，系统地比较了无人机喷雾和传统喷雾器在农药施用过程中的沉积和飘移特性。实验地点位于中国河北省邱县侯城镇广厦村，该区域的农田布局适合进行此类研究。实验时间为冬小麦收获与夏玉米播种之间的间作期，此时小麦秸秆高度为30厘米，而夏玉米尚未萌发。这种实验条件有助于准确评估喷雾在不同作物状态下的沉积和飘移情况。此外，实验过程中使用的Rhodamine B示踪剂能够有效地模拟农药的喷洒过程，帮助研究人员更准确地追踪喷雾的分布和迁移路径。

实验结果表明，无人机喷雾在目标区域内的沉积率较高，且在特定位置（如飞行路径的中心）表现出更高的沉积密度。这表明，无人机喷雾能够更有效地将农药施用于目标区域，从而提高施药效率。然而，无人机喷雾的飘移现象也更为严重，特别是在风力条件下，飘移距离和范围明显增加。相比之下，传统喷雾器的飘移现象受到更多限制，且在施药后的残留量较低。这些差异表明，无人机喷雾虽然在施药效率方面具有优势，但在环境影响方面可能带来更大的挑战。

为了全面评估这两种施用方式的风险，研究人员不仅关注了喷雾沉积和飘移的特性，还对农药残留的环境影响进行了分析。研究发现，无人机喷雾区域的农药浓度显著高于传统喷雾器区域，这可能意味着无人机喷雾在环境中更容易造成污染。同时，无人机喷雾的飘移范围更广，可能导致农药对更广泛的区域造成影响，包括土壤、水体和空气中的非目标生物。这些因素共同作用，使得无人机喷雾在生态风险方面表现得更为显著。

研究的结论指出，尽管无人机喷雾和传统喷雾在人体接触健康风险方面均未表现出显著的威胁，但无人机喷雾在生态风险方面具有更高的风险系数。这包括对土壤生物的更高风险，对传粉昆虫的更广泛影响区域，以及农药残留在空气中的更长时间持续。因此，为了充分发挥无人机喷雾的优势，同时减少其对环境的负面影响，需要在喷雾技术、设备设计和农药配方等方面进行进一步优化和改进。

此外，研究还强调了在农药施用过程中，对非目标生物和环境的保护至关重要。随着农药使用量的增加，其对生态环境的影响也逐渐显现。因此，有必要对农药施用技术进行系统评估，以确保其在提高农业生产效率的同时，减少对生态系统的破坏。本研究通过现场实验和数据分析，为这一目标提供了科学依据和实用方法。同时，研究还为未来的研究方向提供了参考，包括对不同喷雾设备的比较、对不同农药配方的适应性评估，以及对环境影响的长期监测。

总的来说，这项研究为无人机喷雾器和传统喷雾器在农药施用过程中的环境影响提供了深入的分析。通过现场实验和示踪剂的应用，研究人员能够更准确地评估喷雾的沉积和飘移特性，以及其对生态环境和人体健康的影响。这些研究成果不仅有助于优化农药施用技术，也为农业生产提供了更加科学和环保的解决方案。同时，研究还为未来的研究和政策制定提供了重要参考，帮助人们更好地理解和应对农药施用过程中的环境挑战。