農(nóng)藥靜電噴霧技術，你了解嗎？

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

靜電噴霧技術是在控制霧滴技術及超低容量噴霧理論和實踐的基礎上發(fā)展起來的新型施藥技術。與常規(guī)噴霧技術相比，靜電噴霧能夠實現(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，靜電噴霧技術理論研究，相應的機械設備及其適配靜電超低容量油劑的發(fā)展均受到廣泛關注。

靜電噴霧技術是在噴頭上施加高壓靜電，在噴頭與靶標之間建立靜電場，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動而被吸附到靶標的各個部位。在此過程中，在霧滴運行過程中電場力起主導作用，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、電暈充電和感應充電，見圖1。

a—接觸充電；b—電暈充電；c—感應充電

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，感應充電方式效果較差。

從安全角度考慮，感應充電方式最安全，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充電。

具有包抄效應、穿透效應、尖端效應，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，霧滴在靶標上沉降均勻，且靜電噴霧液劑多為油基制劑，滲透性強，粘附牢，耐雨水沖刷。另外，高沸點溶劑可延長農(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型背負式靜電噴霧機每小時可噴霧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重于具體作業(yè)條件下靜電噴頭的研制。

靜電噴霧目前應用于農(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備的研究較早，由于靜電噴霧技術在很大程度上彌補了傳統(tǒng)噴霧技術的不足，因此，其在20世紀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，英國帝國化學工業(yè)公司研制出手持式靜電噴霧器，隨后對手動噴霧機和拖拉機懸掛式噴霧機進行改進。英國Bertelfi Randell公司生產(chǎn)的ON-TARGET靜電噴頭可用于噴桿噴霧機和背負式機動噴霧機，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。

日本對感應充電及其電極、果園靜電噴霧技術進行研究，成功研制出電抗線圈噴槍、微型錐孔旋轉噴頭、彌霧噴頭和雙流體靜電噴頭。手持式轉盤噴霧器、背負式噴霧機、噴煙機的藥液覆蓋率顯著提高。

霍恩海姆大學1987年研制出氣流剪切式靜電噴頭，可用于背負式噴霧機。Laryea等設計了靜電壓力旋渦噴嘴，并對其霧化效果、荷質比及沉積效果等進行測試。結果顯示，靜電噴霧沉積量較常規(guī)噴霧增加1.3～2.3倍。Mamidi等設計了靜電噴槍并進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)也有了很大進步。美國喬治亞大學20世紀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公司改進后投入商品化生產(chǎn)。其廣泛應用于農(nóng)業(yè)防治、公共場所及家禽消毒、水果保鮮、工業(yè)噴涂等領域，并帶來良好的經(jīng)濟效益。在嵌入電極靜電感應噴頭的基礎上研制的氣助式嵌入電極靜電感應噴頭Max-charge現(xiàn)已應用于大田作物、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)壓力的改變自動調節(jié)開關，從而降低功耗。該系統(tǒng)采用空氣輔助靜電噴嘴，質量輕，便于攜帶。

航空靜電噴霧技術是農(nóng)用飛機和靜電噴霧裝置結合的產(chǎn)物，提高了飛機作業(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，增加細霧的沉降速率等。Carlton開展航空靜電噴霧技術研究并申請專利。隨后該專利被美國SES公司獲得并進行商品化生產(chǎn)，至此航空靜電噴霧技術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。

我國靜電噴霧技術研究始于20世紀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式靜電噴頭，網(wǎng)式圓錐狀感應環(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。江蘇理工大學相繼研制出手持轉盤式靜電噴霧器、車載式靜電噴霧機和拖拉機牽引式風送靜電噴霧機，應用于大田且取得了良好效果。

中國在航空靜電噴霧技術方面也取得很大進步，對霧滴粒徑、充電效果、靜電噴頭以及沉積性能均進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，噴霧均勻性與飛機速度關系不明顯。另外，針對果園及溫室也進行了相應靜電噴霧機的芯俊?

液體霧化機理及荷電效果比較復雜。由于空間電場不穩(wěn)定及影響霧滴運行沉積的因素很多，霧滴運行軌跡和規(guī)律很難找到明確的數(shù)學模型和測試方法。因此，通過試驗加快建立精確的數(shù)學模型，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20 kV，耗電大。因此，我國應在自主研發(fā)基礎上引進國外先進技術，解決關鍵技術難點。

由于靜電噴霧技術涉及多學科基礎理論，試驗儀器和方法有待進一步提高，建議應用LDV、PIV等技術進行理論研究，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)品設計及應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上，進行參數(shù)優(yōu)化設計以及產(chǎn)品標準化、系列化和商品化生產(chǎn)。

采用靜電噴霧技術與飛防應用結合，彌補常規(guī)飛防缺點，研制航空專用靜電液劑，增強霧滴對預定靶標的吸附，有效減少霧滴飄移損失。

由于靜電噴霧技術解決了多個常規(guī)噴霧作業(yè)的難題，其已經(jīng)在發(fā)達國家得到廣泛應用，我國對適合大田和果園作業(yè)的大中型靜電噴霧機械的研究與開發(fā)尚處于起步階段，應加強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，研制先進靜電噴霧設備，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)科學院 植物保護研究所，農(nóng)業(yè)部作物有害生物綜合治理重點實驗室

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