猕猴桃人工授粉风洞设计与实验：一种研究风辅助授粉效能的创新方法

为解决猕猴桃因雌雄异株特性导致自然授粉效率低、花粉成本高昂的问题，西北农林科技大学团队设计了一种专用于授粉研究的低风速风洞（1-15 m/s，湍流强度≤2.57%），通过气流辅助雾化喷嘴实验发现风速显著影响花粉沉积效率。该研究为优化农业授粉技术提供了关键数据支撑，成果发表于《Computers and Electronics in Agriculture》。

　　

猕猴桃作为全球重要的温带水果，其雌雄异株特性导致自然授粉面临严峻挑战。由于雌雄花均无花蜜，昆虫授粉效率低下，而风力授粉又受限于气候条件的不稳定性。更棘手的是，猕猴桃花粉生产成本极高——每公斤雄花仅能提取10克花粉，且需-40°C冷冻保存，零售价达14-25元/克。传统授粉方式每公顷消耗超600克花粉，成为果农沉重的经济负担。尽管已有团队开发出气流清扫式授粉机器人等技术，但风速对授粉效果的影响机制始终缺乏系统研究。

西北农林科技大学联合比利时鲁汶大学的研究团队创新性地构建了植物保护风洞系统，专门针对猕猴桃授粉实验需求优化了收缩段、整流段和测试段结构。该风洞能稳定产生1-15 m/s的风速环境，测试段湍流强度控制在2.57%以内，边界层厚度小于5毫米，完美模拟了猕猴桃主产区（如中国秦岭地区3 m/s以下的典型风速）。研究采用平面花粉收集装置定量分析沉积分布，发现风速与花粉沉积呈负相关：当风速超过临界值时，花粉在花区的沉积效率显著下降。

关键技术包括：1）开闭两用式风洞结构设计，兼顾气流稳定性与能耗控制；2）基于变频驱动的线性风速调控系统（R²>0.95）；3）空气辅助雾化喷嘴的流体动力学优化；4）高精度花粉沉积量化方法。

风洞性能测试结果显示：在测试段中心平面，风速与变频器频率呈强线性关系，但低速区（<3 m/s）存在非线性特征需实测校准。边界层发展分析证实，距入口1.5米处边界层厚度稳定在5毫米以下，满足花粉运动轨迹观测需求。

授粉实验结论表明：1）风洞设计成功复现了田间授粉的流体环境；2）风速是影响花粉沉积的关键参数，过高风速导致花粉飘移损失；3）液体授粉系统在可控风场中展现出精准调控潜力。

这项研究首次建立了风环境与授粉效率的定量关系模型，为智能授粉装备的喷嘴设计、作业参数选择提供了理论依据。团队提出的低湍流风洞方案，不仅适用于猕猴桃，还可拓展至其他依赖风媒授粉的作物研究。该成果对降低农业生产成本、推动精准农业技术发展具有重要实践价值，相关技术已获中国国家重点研发计划（2019YFD1002401）等多项基金支持。