电动和手动喷雾器水稻田喷雾农药利用率及雾滴分布比较

【研究意义】农药在防治农作物病虫危害和增产保收方面具有不可磨灭的贡献，但随着经济发展、农产品安全及生态环境污染之间的矛盾日益突出，农药科学使用越来越受到国家重视。推广新的安全环保农药品种和高效喷雾器是解决农药污染问题的重要途径。

【前人研究进展】目前使用农药依然是防治农作物病虫害的最主要手段，但施用的农药大部分都不能有效地接触到病虫草害，而是残留在作物或农产品中或进入到环境生态中，如何有效提高农药利用率是目前农业发展的重要课题。一般来说农药利用率是指在农药喷雾技术条件下，沉积在农作物上农药量与施药总量的比值［1］。农业农村部报道2018年我国水稻、玉米、小麦三大粮食作物的农药利用率达到38.8%，比2015年提高2.2个百分点［2］；2019年农药利用率为39.8%，比2017年提高1.0个百分点［3］，有望实现到2020年化肥农药利用率达到40%的目标，实现农作物化肥、农药使用量零增长［4］。

我国农药应用方面还存在许多不足，如施药器械落后，农药利用率低；一家一户分散防治，组织程度低；农户不科学施药，乱用、滥用现象突出；监管培训不到位；技术投入较少，研究相对落后等［5］。据农业农村部统计，2017年中国植保机械主要以手动喷雾器为主，机型配件为单管、压缩、背负式喷雾器等，市场占有率达80%［6］，这种手压式背负喷雾器的缺点是堵、冒、滴、漏及喷雾不均，防效差，农药有效利用率仅10%～30%［7］。目前在我国广大农村地区传统手动喷雾器是主要施药器具，且农民习惯于大雾滴、大容量喷洒，精准施药靶标不够，这是我国农药利用率较低的主要原因［8］。顾中言报道在褐飞虱为害的水稻孕穗期和扬花期，采用手动喷雾器进行叶面喷雾时，82%以上药液分布在水稻冠层以上部位，分布在水稻基部茎秆部位的不足2%，只占杀虫剂使用量的0.5%左右［9］。Mectcalf分析发现从施药器械喷洒出去的农药只有25%～50%能沉积到作物叶片上，不足1%的药剂沉积到靶标害虫上，只有0.03%的药剂能真正发挥杀虫作用［10］。随着高效植保喷雾器械的发展，电动和机动植保施药器械快速发展，如电动自走式喷杆喷雾机［11-12］、植保无人机［13］、地面无人驾驶喷雾机器人［6］等，不仅提高了工作效率，也大幅度的提高了农药利用率。世界银行贷款广东农业面源污染治理项目积极在广东省示范区推广高效电动喷雾器，培训科学合理施药技术，有效地提高了农药利用率，减少了农药使用量。

【本研究切入点】世界银行贷款广东农业面源污染治理项目正积极推行高效背负式电动喷雾器和高效农药品种在水稻上减药控害效果，本研究以比较电动和手动喷雾器在水稻上喷施药液后的农药利用率及药液雾滴分布情况来评价电动喷雾器农药减量增效作用。【拟解决的关键问题】在水稻田间，快速有效测定电动和手动喷雾器喷施药液后农药利用率及对药液雾滴分布进行准确分析。

1 材料与方法

1.1 试验材料

指示剂：农药喷雾示踪剂诱惑红（天津多福源实业有限公司），使用量为41.67 g/50kg水。

供试药剂：50%吡蚜酮水分散粒剂（先正达南通作物保护有限公司），使用量为240 g/hm2；5%氯虫苯甲酰胺悬浮剂（美国杜邦公司），使用量为600 mL//hm2；2%春雷霉素水剂（江门市植保有限公司），使用量为1500 mL/ hm2。

喷雾设备及其他耗材：3WBD-16型背负式电动喷雾器（广东省博罗县东田实业有限公司）及其作业参数（工作压力0.15～0.4 MPa，流量1.3～2.0 L/min，容积16 L），YQ-16型背负式手动喷雾器（台州市路桥益群喷雾器厂）及其作业参数（作压力0.3～0.5 Mpa，容积16 L），风速仪（北京中西远大科技有限公司），温湿度仪（深圳市华图电气有限公司），双面白色纸卡硬纸（8 cm×5 cm），双头转向透明夹子，1.3 m长的竹杆，直径9 cm的圆形滤纸（辽宁省抚顺民政滤纸厂）。

试验在广东省惠州市惠阳区平潭镇、良井镇和博罗县福田镇、龙华镇进行，每个镇选择两个试验点，每个点水稻面积1 333 m2以上；水稻生长期为直播晚稻抽穗期，惠阳区水稻品种为美芽占，博罗县水稻品种为美香占，喷雾时间为2019年10月9—11日10：00～17：00，天气晴朗，气温28～32 ℃，空气相对湿度85%～90%，无持续风向1～2级。手动喷雾器喷雾用水量为750 kg/hm2，电动喷雾器用水量为600 kg/hm2，两种喷雾器均为单喷头，喷孔片大小为1.0 mm。

1.2 试验方法

1.2.1 示踪剂诱惑红标准曲线制定 准确称取0.1000 g诱惑红于10 mL容量瓶中，用纯净水定容，充分混匀溶解，得到104 μg/mL的诱惑红质量浓度溶液，适当稀释得到质量浓度分别为50、25、12.5、6.25、3.125、1.56 μg/mL标准溶液质量浓度，然后用分光光度计于波长501 nm处测定吸光度值，每个浓度重复3次，取平均值绘制诱惑红浓度-吸光值标准曲线。

1.2.2 雾滴粒径、密度及沉积分布测定 水稻田间试验小区设置为5 m×5 m，小区之间隔离带为5 m。将一定量的诱惑红作为示踪剂加入药液中，诱惑红的添加量为41.67 g/50kg药水，喷雾时喷头距离水稻株顶端距离约为30 cm。喷雾前，在1.3 m竹杆上每隔30 cm装一个双向夹，一共装3个双向夹，一个双向夹两端分别夹卡纸和滤纸，各层之间的卡纸和滤纸相互错开，每个小区设置3根竹杆。喷雾结束后30 min收取卡纸，用扫描仪扫描卡纸，采用软件Graphpad Prism（https://www.graphpad.com） 和 image JFiji（https://imagej.net/Fiji/Downloads）分析扫描图片上雾滴密度和粒径；收集试验滤纸，放入15 mL离心管中，测定时向离心管中加入10 mL纯净水，振荡洗涤2 h，洗涤液根据1.2.1试验方法测定诱惑红的浓度，并求出施药后水稻植株不同层的沉积分布值。

1.2.3 农药利用率测定 田间小区试验后，采用对角线五点取样法，每点取水稻1株，共取5株，放入自封袋内，测定时向自封袋内加入4 L自来水，振荡洗涤5 min，使诱惑红完全溶解。用分光光度计测定洗涤液在501 nm处的吸光度值，依据诱惑红浓度-吸光值线性回归方程计算洗涤液中诱惑红质量浓度。调查施药小区水稻株数，通过洗涤液中诱惑红浓度可计算出平均每株水稻诱惑红沉积量，乘以小区水稻总株数，即为整个试验小区稻株诱惑红沉积总量，除以实际喷施的诱惑红量，得到小区喷施农药的有效利用率，并计算变异系数，计算公式如下：

2 结果与分析

2.1 诱惑红标准曲线

在诱惑红最大吸收波长501 nm处，其标准溶液质量浓度X与吸光度Y的线性回归方程为Y=0.0269X+0.0071，相关系数R2为0.9998，即诱惑红在质量浓度范围（1.56～50 μg/mL）与501 nm吸光值呈线性相关（图1）。

2.2 手动与电动喷雾器喷施3种农药的利用率比较分析

从水稻田间小区试验结果（图2）可以看出，吡蚜酮、氯虫苯甲酰胺、春雷霉素3种高效低毒低残留环保制剂药液使用电动喷雾器喷施后，水稻上农药利用率分别为39.43%、38.03%和38.98%；而使用手动喷雾器的农药利用率为29.02%、28.08%和28.50%；3种农药使用电动喷雾器比手动喷雾器的农药利用率分别提高10.41、9.95、10.93个百分点。差异显著性分析表明，3种农药使用电动喷雾器的农药利用率均显著高于手动喷雾器。

试验结果显示，手动和电动喷雾器喷施吡蚜酮药液利用率的变异系数分别为31.87%和18.73%，手动和电动喷雾器喷施氯虫苯甲酰胺药液利用率的变异系数分别为35.61%和21.40%，手动和电动喷雾器喷施春雷霉素药液利用率的变异系数分别为35.42%和22.27%，说明电动喷雾器喷施农药在水稻上的沉积效果均优于手动喷雾器，且喷雾效果更加稳定。

2.3 药液在水稻田间不同层的沉积分布

吡蚜酮、氯虫苯甲酰胺、春雷霉素3种制剂药液使用手动和电动喷雾喷施后，在水稻上层、中层和下层药液沉积分布调查结果见图3，具体分析如下：

吡蚜酮：手动喷雾器喷施药液后在水稻上层、中层和下层的沉积量分别为2.981、2.134、0.8481 μg/cm2，其中上层与下层沉积量差异极显著（P＜0.0001），中层与下层沉积量差异极显著（P＜0.0001）；电动喷雾器喷施药液后在水稻上层、中层和下层的沉积量分别为2.300、1.423、0.668 μg/cm2，其中上层与中层沉积量差异极显著（P＜0.001），上层与下层沉积量差异极显著（P＜0.0001），中层与下层沉积量差异极显著（P＜0.001）（图3A）。手动喷雾器处理的总沉积量（5.963 μg/cm2）高于电动喷雾器处理（4.391 μg/cm2）。

氯虫苯甲酰胺：手动喷雾器喷施药液后在水稻上层、中层和下层的沉积量分别为3.169、2.139、1.046 μg/cm2，其中上层和中层沉积量差异极显著（P＜0.01），上层与下层沉积量差异极显著（P＜0.0001），中层与下层沉积量差异极显著（P＜0.0001）；电动喷雾器喷施药液后在水稻上层、中层和下层的沉积量分别为2.862、1.569、0.937 μg/cm2，其中上层和中层沉积量差异极显著（P＜0.001），上层与下层沉积量差异极显著（P＜0.0001），中层与下层沉积量差异极显著（P＜0.001）（图3B）。手动喷雾器处理的总沉积量（6.354 μg/cm2）高于电动喷雾器处理（5.368 μg/cm2）。

春雷霉素：手动喷雾器喷施药液后在水稻上层、中层和下层的沉积量分别为3.294、1.795、0.708 μg/cm2，其中上层和中层沉积量差异不显著，上层与下层沉积量差异极显著（P＜0.0001），中层与下层沉积量差异极显著（P＜0.0001）；电动喷雾器喷施药液后在水稻上层、中层和下层的沉积量分别为2.874、1.848、0.735 μg/cm2，其中上层和中层沉积量差异显著（P＜0.05），上层与下层沉积量差异极显著（P＜0.0001），中层与下层沉积量差异极显著（P＜0.0001，图3C）。手动喷雾器处理的总沉积量（5.797 μg/cm2）高于电动喷雾器处理（5.457 μg/cm2）。

吡蚜酮、氯虫苯甲酰胺、春雷霉素药液的沉积分布表明：手动和电动喷雾器喷施药液的沉积量在水稻均是自上而下逐渐递减，且不同层之间的沉积量达到差异显著水平；手动喷雾器处理的总沉积量均高于电动喷雾器处理。

2.4 药液在水稻田间不同层的沉积雾滴粒径及数量比较

两种喷雾器喷施3种农药药液在水稻不同层卡纸上雾滴情况如图4所示。手动和电动喷雾处理在水稻上层、中层、下层雾滴大小自上而下逐渐变小，电动喷雾器处理的雾滴均匀效果优于手动喷雾器处理，具体从雾滴粒径和数量比较手动和电动喷雾器的差异性。

2.4.1 雾滴粒径 3种农药药液使用手动和电动喷雾器喷施后，在水稻不同层的药液雾滴粒径比较具体如下：

吡蚜酮：手动喷雾器喷施药液后在水稻上层、中层和下层的雾滴粒径分别为365.4、347.1、105.6 μm/个，其中上层与下层雾滴粒径差异显著（P＜0.05），中层与下层雾滴粒径差异显著（P＜0.05）；电动喷雾器喷施药液后在水稻上层、中层和下层的雾滴粒径分别为268.5、230.0、38.6 μm/个，其中上层、中层和下层之间均差异显著（P＜0.05）；同层之间手动喷雾器处理的雾滴粒径均显著大于电动喷雾器处理（图5A）。

氯虫苯甲酰胺：手动喷雾器喷施药液后在水稻上层、中层和下层的雾滴粒径分别为339.5、349.0、139.9 μm/个，其中上层与下层雾滴粒径差异显著（P＜0.05），中层与下层雾滴粒径差异显著（P＜0.05）；电动喷雾器喷施药液后在水稻上层、中层和下层的雾滴粒径分别为368.5、163.2、36.5 μm/个，其中上层、中层和下层之间均差异显著（P＜0.05）；中层与下层，手动喷雾器处理的雾滴粒径均显著大于电动喷雾器处理（图5B）。

春雷霉素：手动喷雾器喷施药液后在水稻上层、中层和下层的雾滴粒径分别为368.0、348.1、95.1 μm/个，其中上层与下层雾滴粒径差异显著（P＜0.05），中层与下层雾滴粒径差异显著（P＜0.05）；电动喷雾器喷施药液后在水稻上层、中层和下层的雾滴粒径分别为311.5、271.3、58.0 μm/个，其中上层与下层雾滴粒径差异显著（P＜0.05）；中层与下层，手动喷雾器处理的雾滴粒径均显著大于电动喷雾器处理（图5C）。

综上所述，手动和电动喷雾器喷施药液后在水稻上层和中层的雾滴粒径均显著大于下层雾滴，手动喷雾器喷施药液后在水稻中层和下层的雾滴粒径均显著大于电动喷雾器。

2.4.2 雾滴数量 3种农药药液使用手动和电动喷雾器喷施后，在水稻不同层的药液雾滴数量比较具体如下：

吡蚜酮：手动喷雾器喷施药液后在水稻上层、中层和下层的雾滴数量分别为49.2、45.9、58.0个/cm2，其中上层、中层与下层之间雾滴数量差异不显著；电动喷雾器喷施药液后在水稻上层、中层和下层的雾滴数量分别为45.8、69.2、120.3个/cm2，其中上层、中层和下层之间雾滴数量均差异显著（P＜0.05）；中层和下层的雾滴数量，电动喷雾器处理均极显著大于手动喷雾器处理（P＜0.01，图6A）。

氯虫苯甲酰胺：手动喷雾器喷施药液后在水稻上层、中层和下层的雾滴数量分别为43.7、49.5、61.2个/cm2，其中上层与中层、中层与下层之间雾滴数量差异不显著；电动喷雾器喷施药液后在水稻上层、中层和下层的雾滴数量分别为42.6个、74.3、107.6个/cm2，其中上层与下层、中层与下层之间雾滴数量差异显著（P＜0.05）；中层与下层的雾滴数量，电动喷雾器处理均显著大于手动喷雾器处理（图6B），其中中层差异显著水平为P＜0.05，下层差异显著水平为P＜0.0001。

春雷霉素：手动喷雾器喷施药液后在水稻上层、中层和下层的雾滴数量分别为39.4、44.5、68.2个/cm2，其中上层与中层、上层与下层雾滴数量差异显著（P＜0.05）；电动喷雾器喷施药液后在水稻上层、中层和下层的雾滴数量分别为41.9、52.7、85.1个/cm2，其中上层与中层、上层与下层雾滴数量差异显著（P＜0.05）；下层的雾滴数量，电动喷雾器处理显著大于手动喷雾器处理（P＜0.05，图6C）。

综上所述，手动喷雾器喷施药液后在水稻下层雾滴数量高于上层和中层，只有春雷霉素达到显著水平（P＜0.05）；而电动喷雾器喷施药液后下层雾滴数量均显著高于上层和中层，且电动喷雾器处理的中层和下层雾滴数量均高于手动喷雾器处理，且下层雾滴数量达到差异显著水平。说明电动喷雾器的雾化效果优于手动喷雾器。

3 讨论

本研究以抽穗期晚稻为施药对象，严格按照农药利用率测定方法进行［14］，采用诱惑红示踪法和雾滴卡法分析。诱惑红示踪法是一种安全可靠的测定农药利用率方法，具有药剂可替代性和稳定性好的特点［15］。研究发现：电动喷雾器喷施吡蚜酮、氯虫苯甲酰胺和春雷霉素3种药液的农药利用率比手动喷雾器处理分别提高10.41、9.95、10.93个百分点，且电动喷雾器处理的变异系数均低于手动喷雾器，说明电动喷雾器有效提高了农药利用率。

手动和电动喷雾器喷施药液后的沉积分布、雾滴粒径和数量也存在显著差异。手动喷雾器处理药液的总沉积量和雾滴粒径均呈现显著高于电动喷雾器处理的趋势；而雾滴数量电动喷雾器处理却高于电动喷雾器处理，从而可以推断出电动喷雾器具有更好的雾化效果和稳定性。在相同作业条件下，较小的雾滴粒径和喷雾稳定性，可能是电动喷雾器喷施药液的利用率高于手动喷雾器的主要原因；袁会珠等报道雾滴粒径与农药药效之间存在生物最佳粒径的关系，雾滴10～50 μm适合防治飞行的害虫，雾滴30～150 μm适合防治作物叶面爬行类害虫幼虫，雾滴30～150 μm适合防治植物病害，雾滴100～300 μm适合充分发挥除草剂药效［16］。本研究发现电动喷雾器作业后的药液平均雾滴粒径范围为36.5～368.5 μm，而手动喷雾器处理的平均雾滴粒径范围为95.1～368.0 μm，说明使用电动喷雾喷施农作物能更好地防治病虫害。雾滴数量分析发现呈自上而下递增趋势，分析原因可能为上层和中层雾滴在卡纸上有重叠现象，从而也可能是造成上层和中层卡纸上雾滴粒径较大的成因。

农药利用率大小与各种因素密切相关，包括天气状况、作物本身特点、农药剂型［17］及施药器械性能等，因此提高农药利用率是减少农药使用量、控制农药残留和环境污染问题的关键技术措施。本试验主要研究两种施药器械在水稻上喷雾后的农药利用率和雾滴分布差异，研究证明施药器械改善是提高农药有效利用率的关键手段，所以积极推进高效植保器械使用，可有效提高农药在作物上的农药沉积利用率。

在生产实践中，可以把高效植保器械和农药助剂的使用结合起来，可大幅度提高农作物的农药利用率；同时农药的喷施技术也很关健，如喷头类型、大小（型号）、压力、流量和喷头高度，喷施时间等因素直接影响农药利用率效果［18-20］。航空植保施药具有用水量低、雾滴粒径细、作业效率高等特点，是病虫害防治植保施药器械的发展趋势［21］。使用农药助剂可以有效降低药液的表面张力，有效提高农药有效利用率［22］；何玲等研究发现：与蒸馏水相比，当添加喷雾助剂为1.0%时，雾滴体积中径变为98.7 μm，表面张力降低64.9%，黏度增加为2.3 mPa·s，铺展系数为蒸馏水的58.5倍；当施药量为13.5 L/hm2且添加1.0%喷雾助剂时，雾滴在水稻冠层的有效利用率达到48.9%，比不添加助剂提高12.9%［23］。

世界银行贷款广东农业面源污染治理项目积极推行高效背负式电动喷雾器和高效农药品种在水稻应用，相比于传统手动喷雾器，其农药利用率提高约10个百分点，节水量提高20%以上，再积极结合农药助剂技术，可望使农药利用率继续提高，减少农药施用量，提高病虫害防治效果，保护生态环境，节支增产，提高农作物收益。

4 结论

广东省惠州市惠阳区和博罗县晚造水稻抽穗期使用手动和电动喷雾器喷施吡蚜酮、氯虫苯甲酰胺和春雷霉素3种药液，利用诱惑红示踪法，测定并计算出电动喷雾器喷施3种农药的利用率分别为39.43、38.03、38.98个百分点，手动喷雾器的农药利用率分别为29.02%、28.08%和28.50%，电动喷雾器比手动喷雾分别提高10.41%、9.95%和10.93%，且电动喷雾器的农药利用率均显著大于手动喷雾器。采用雾滴卡法分析两种喷雾器喷施后药液雾滴沉积分布、粒径和数量差异。雾滴沉积分布结果表明：手动和电动喷雾器处理均是自上而下逐渐递减，且不同层之间雾滴沉积量达到差异显著水平。雾滴粒径分析结果表明：手动喷雾器处理在水稻中层和下层的雾滴粒径均显著高于电动喷雾器处理。雾滴数量分析结果表明：电动喷雾器处理水稻中层和下层雾滴数量均高于手动喷雾器处理，且下层雾滴数量达到差异显著水平。不同层的雾滴粒径和数量分析结果说明电动喷雾器的雾化效果优于手动喷雾器。

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Comparison of Utilization Rates and Droplets Distribution of Pesticides Sprayed by Electric and Manual Sprayers in Rice Fields

PU Xiaoming1, CHEN Ruiming2, ZHOU Songding3, HUANG Ailing4, LU Zheng5,ZHANG Jingxing1, SHEN Huifang1, LIN Birun1
（1.Institute of Plant Protection, Guangdong Academy of Agricultural Sciences/Guangdong Provincial Key Laboratory of New Technique for Plant Protection, Guangzhou 510640，China;2. Agricultural Environmental Protection and Rural Energy Station, Huiyang District, Huizhou 516211，China;3. Agricultural Office of Futian Town, Boluo County, Boluo 516131，China;4. Agricultural Technology Management Center of Huadu District, Guangzhou 510800，China;5. Guangdong Branch of China Tobacco Corporation, Guangzhou 510610，China）

Abstract：【Objective】The effective utilization rates and droplets distribution effects of three pesticides sprayed on rice by manual sprayer and electric sprayer were compared.【Method】The plot experiments were carried out on pesticide utilization rate of late rice in two towns of Huiyang District and two towns of Boluo County of Guangdong Province. The tested pesticides included 50% pymetrozine water dispersible granule (WDG), 5% chlorpromazide suspension concentrate (SC)and 2% kasugamycin aqueous solutions (AS), and the allura red tracers were added into the pesticide diluents. Five point sampling method, droplet cards and spectrophotometer (501nm) were used in the research.【Results】The utilization rates of pymetrozine, chlorobenzamide and kasugamycin on rice sprayed by electric sprayers were 39.43%, 38.03% and 38.98%,respectively; while the rates by manual sprayers were 29.02%, 28.08% and 28.50%, respectively. Compared with those of the manual sprayer treatment, the effective deposition rates of three pesticides sprayed by the electric sprayer increased by 10.41,9.95 and 10.93 percentage points, respectively. Moreover, the effective deposition rates of the electric sprayer treatments were significantly higher than those of the manual spray treatments. The results of droplets deposition distribution assay indicated that, both of manual and electric sprayer treatments decreased gradually from top to bottom, and droplet deposition of different layers showed significant differences. The results of droplets diameter showed that, the droplets diameters of middle and lower layers on rice under the manual sprayer treatments were significantly higher than those of the electric sprayer treatments. The results of droplets quantity indicated that, the electric sprayer treatments showed a downward trend from bottom to top, and the droplet quantities of the electric sprayer treatments were also higher than those of the manual sprayer treatments.【Conclusion】The effective utilization rates of three pesticides sprayed by electric sprayers were higher than 38% at the heading stage of late rice in Guangdong Province, which were 9.95-10.41 percentage points higher than those of manual sprayer treatments. And the atomization effect of electric sprayer was better than that of manual sprayer.

Key words: electric sprayer; manual sprayer; allura red; pymetrozine; chlorobenzamide; kasugamycin; pesticide utilization rate; droplet

中图分类号：S491

文献标志码：A

文章编号：1004-874X（2020）01-0105-10

蒲小明，陈锐明，周松丁，黄爱玲，路征，张景欣，沈会芳，林壁润.电动和手动喷雾器水稻田喷雾农药利用率及雾滴分布比较［J］.广东农业科学，2020，47（1）：105-114.

收稿日期：2019-11-05

基金项目：世界银行贷款广东农业面源污染治理项目（MYWRZL-ZX1902）；广东省烟草科技项目（201802，201908）；广东省现代农业产业技术体系绿色发展共性关键技术研发创新团队项目（2019KJ112）

作者简介：蒲小明（1981—），男，苗族，博士，研究员，研究方向为农药研究与应用，E-mail：pxm1981@126.com

通信作者：林壁润（1963—），男，博士，研究员，研究方向为农作物病虫害综合防控，E-mail：linbr@126.com

（责任编辑 杨贤智）