使用减飘喷雾配置在马铃薯和抱子甘蓝中的喷雾沉积与覆盖

《Agronomy》：Spray Deposition and Coverage in Potato and Brussels Sprouts Using Drift-Reducing Spray Configurations

　　

在茂密或结构复杂的冠层中，喷雾施用往往难以充分到达有害生物栖息的特定部位，通常是冠层下部和叶片背面（abaxial leaf surfaces）。另一个挑战是在提供足够喷雾覆盖和沉积的同时平衡飘移缓解。本研究采用减飘喷雾配置（drift-reducing spray configurations）研究了马铃薯（Solanum tuberosum L.）和抱子甘蓝（Brassica oleracea var. gemmifera DC.）作物中的喷雾沉积和覆盖。在2023和2024两个生长季中，于三个生长阶段（早期、中期和后期）的田间试验中评估了七种喷雾配置（因作物而异）。这些配置结合了不同的施用技术（标准喷杆、气助、空气注入系统、Wingssprayer、降低喷杆高度、吊杆）和喷嘴类型（飘移减少0%、75%和90%的扇形喷嘴以及 angled nozzle）。沉积和覆盖采用人工收集器（滤纸收集器（filter paper collectors, FPC）和水敏纸（water sensitive papers, WSP））以及多种矿物螯合物示踪剂的光谱分析进行量化。该方法在标准化测量条件下提供比较性评估，而非叶片表面的绝对沉积量。在两种作物中均观察到喷雾配置与收集器位置之间的显著交互作用（p < 0.001），但马铃薯在中期和后期生长阶段的相对沉积除外，表明喷雾性能高度依赖于冠层位置。然而，未发现跨配置的一致趋势。没有单一配置在所有收集器位置上表现优于或更重要的是劣于其他配置。这表明减飘配置可能在不显著损害喷雾沉积和覆盖的情况下被采用，至少根据人工收集器获得的测量结果是如此。

植物保护产品（plant protection products, PPP）的高效施用对作物产量维持和环境影响控制至关重要。其生物效力不仅取决于施用量，还取决于药液在靶标上的有效沉积量、冠层内分布及叶片表面覆盖率。在茂密或结构复杂的冠层中，常规喷雾常无法充分到达有害生物栖息的部位，主要是冠层下部和叶片背面（abaxial leaf surfaces）。同时，为减少飘移而采用的减飘技术可能改变液滴谱、动能及空气-液滴相互作用，进而影响冠层穿透、冠层内沉积和覆盖。马铃薯（Solanum tuberosum L.）具有密集、水平层状且冠层动态发育的结构，抱子甘蓝（Brassica oleracea var. gemmifera DC.）则呈异质垂直结构，中央茎上着生叶片和腋芽，二者均为研究喷雾沉积与覆盖的代表性作物。OPTiSPRAY项目旨在利用计算流体动力学（computational fluid dynamics, CFD）模型模拟液滴传输、撞击及沉积，但该模型需严格的田间数据验证。为此，研究人员在这两种作物上开展了系统的田间试验，评估不同减飘配置下的喷雾沉积与覆盖性能，以提供验证数据并支持喷雾优化。

研究人员于2023和2024两个生长季，在马铃薯和抱子甘蓝田间试验中，于三个生长阶段（早期、中期、后期）分别评估了七种喷雾配置。配置涵盖了标准喷杆、气助系统、Airtec空气注入系统、Wingssprayer、降低喷杆高度、吊杆等技术，并结合不同飘移减少等级的平扇喷嘴和角度喷嘴。通过人工收集器和多种矿物螯合物示踪分析，量化了不同冠层位置的沉积和覆盖。结果发现，两种作物中喷雾配置与收集器位置间大多存在显著交互作用，但未有一致的跨配置趋势；没有单一配置在所有收集器位置上显著优于或劣于其他配置。这表明减飘配置可能在不明显牺牲喷雾沉积与覆盖的前提下被采纳。该研究论文发表在《Agronomy》。

主要技术方法方面，研究采用2023–2024年田间试验，地点为比利时Inagro（Beitem），供试作物为马铃薯品种‘Jelly’和抱子甘蓝品种‘Cryptus’。关键方法包括：设置不同喷雾配置组合；使用滤纸收集器（filter paper collectors, FPC）和水敏纸（water sensitive papers, WSP）作为人工收集器；采用七种矿物螯合物示踪剂（Co、Cu、Fe、Mg、Mn、Mo、Zn）配合电感耦合等离子体发射光谱（inductively coupled plasma-optical emission spectrometry, ICP-OES）定量沉积；利用图像分析软件（Halcon 8.0）量化覆盖；借助粒子/液滴图像分析（Particle/Droplet Image Analysis, PDIA）预先测定喷嘴液滴特性；使用线性混合模型（linear mixed models, LMM）和Box-Cox变换进行统计分析。

研究结果分述如下：

3.1 液滴特性（Droplet Characteristics）
通过PDIA测量发现，标准平扇喷嘴XR 110 03产生最细液滴谱（D_v0.5 = 184 μm），偏转喷嘴FT 90 02次之（D_v0.5 = 258 μm）。Airtec空气注入系统及空气诱导平扇喷嘴CVI 110 015和AVI 110 03产生极粗液滴（D_v0.5分别为411 μm、420 μm和445 μm）。ID3 120 03产生极粗液滴（D_v0.5 = 592 μm），角度喷嘴3D90 03产生超粗液滴（D_v0.5 = 646 μm）。

3.2 线性混合模型（Linear Mixed Models）
在马铃薯中，配置与收集器位置的交互作用对覆盖在所有生长阶段均显著，但相对沉积仅在早期生长阶段显著；中期仅收集器位置显著，后期配置与位置均显著但交互不显著。在抱子甘蓝中，交互作用在相对沉积和覆盖的所有阶段均显著。

3.3 马铃薯作物（Potato Crop）

3.3.1 喷雾沉积（Spray Deposition）
总体而言，顶部和中部叶片正面（adaxial side）沉积最高，其次为地面，背面（abaxial side）沉积最低。早期生长阶段，Wingssprayer在地面和中部叶片正面沉积显著较高，但在顶部正面沉积最低；中期各配置间无显著差异，叶片正面显著高于背面；后期90%减飘喷嘴（ID3 120 03）和Wingssprayer在所有收集器位置上均显著高于参考配置。

3.3.2 喷雾覆盖（Spray Coverage）
所有生长阶段中，叶片背面覆盖始终低于2.5%，正面覆盖最高达22%。早期气助配置在多数位置获得最高覆盖，Airtec配置常最低；中期和后期配置间差异很小，仅个别位置存在显著差异。

3.4 抱子甘蓝作物（Brussels Sprouts）

3.4.1 喷雾沉积（Spray Deposition）
早期生长阶段，地面和叶柄沉积最高，甚至超过100%；降低喷杆高度配置在地面沉积显著高于气助和Airtec配置，吊杆在顶部叶片背面沉积最低。中期仅在顶部叶片正背面存在显著差异，吊杆在背面显著低于其他配置。后期吊杆与参考配置无显著差异。

3.4.2 喷雾覆盖（Spray Coverage）
早期平均覆盖约14%，最高出现在植株下方地面（18–24%）；吊杆在顶部叶片覆盖最低，气助在顶部叶片背面覆盖显著较高。中期平均覆盖约10%，吊杆在背面覆盖最低，90%减飘喷嘴在正面覆盖最低。

讨论部分指出，人工收集器（FPC和WSP）对液滴的捕获行为与真实植物叶片不同，通常保留撞击液滴而非反弹或破碎，且其亲水性和高滞留性可能高估沉积；水敏纸的颜色反应持续进行也可能影响定量精度。研究未评估生物效力，因此沉积和覆盖差异不能直接等同于病虫害防治效果差异。由于各配置在喷施技术、喷嘴类型、液滴谱、喷杆高度等多方面存在差异，观察到的响应反映的是组合效应而非单一因素。气助效果与冠层结构密切有关，本研究中气助仅小幅改善部分位置背面覆盖，可能与较低出口风速（约21 m s^?1）有关。未发现明确的液滴尺寸效应，粗液滴与细液滴在沉积和覆盖上大多无显著差异。降低喷杆高度可在不改变沉积的前提下减少飘移。吊杆对上部冠层的到达能力较差，可能限制其在抱子甘蓝中的应用。总体而言，减飘技术可在不显著损失喷雾性能的情况下被采纳。

研究结论部分翻译如下：

在相对沉积和覆盖方面，马铃薯和抱子甘蓝中喷雾配置与收集器位置之间的显著交互作用证实，喷雾性能具有空间依赖性，最佳配置因靶标植物部位而异。这种空间变异性使得难以确定一种能在异质冠层所有部位提供最优沉积和覆盖的单一喷雾配置。

喷雾配置之间的比较因喷雾技术、喷嘴类型和液滴谱的差异而变得复杂。此外，亲水性人工收集器的使用可能降低了对细微差异的检测灵敏度，并限制了结果向实际叶片沉积的直接转换。这些方法学限制说明了在田间条件下量化喷雾-冠层相互作用的挑战。

对于马铃薯作物，喷雾沉积和覆盖在顶部叶片正面最高，其次是中部叶片正面，而背面最低。不同喷雾配置总体上差异很小。仅90%减飘喷嘴和Wingssprayer配置在后期所有收集器位置上显著提高了相对于细雾参考的沉积。这些发现表明，在茂密马铃薯冠层中增强沉积需要大幅度调整，例如采用超粗液滴或改进的喷雾输送系统以增强冠层穿透。此外，未观察到液滴尺寸对喷雾覆盖的明确影响。因此，随着对喷雾飘移的关注日益增加，减飘喷嘴可能在不显著损失沉积和覆盖的情况下被采用。

对于抱子甘蓝作物，在植株较为开放的早期生长阶段，叶柄和植株下方地面沉积最高。后期，地面和叶柄沉积显著下降，而顶芽叶和顶部叶片背面的沉积基本保持或增加。叶片背面通常是有害生物栖息之处。除吊杆外，所有配置均实现了相当的沉积和覆盖；吊杆到达上部冠层的能力较差。与马铃薯一样，这表明减飘技术可以在不影响喷雾性能的情况下被采纳。然而，本研究未评估生物效力，且人工收集器的使用可能降低了结果对田间条件的代表性。