“雾滴撞击茶树叶片的三维测试装置设计及试验研究”文献综述

摘 要：茶树生长过程中为预防病虫害，会适当喷洒农药。而目前施药方式过于粗犷，容易造成多次施药，形成农药残留。因此，通过对雾滴撞击靶标的微观行为进行研究，将雾滴特性及其动态变化、靶标特征、喷施参数等微观因素综合考虑，来提高药液沉积量。国外对于雾滴撞击植物叶片的研究起步早，通过雾滴发生器或农用喷头调节雾滴参数，利用高速摄像机记录撞击过程，并结合软件分析，已经对棉花、苹果、葡萄等多种植物叶片进行研究，并将上述微观因素纳入数学模型。国内研究起步晚，近年来有对雾滴撞击大豆、小麦、水稻、棉花等农作物叶片的研究，对茶树叶片的研究暂时没有。因此，为掌握雾滴在茶树叶片上的撞击行为，提高农药的利用率，本文设计了一套三维测试装置，并试验研究雾滴撞击茶树叶片的微观行为，为茶园施药时喷头选择及喷施参数优化提供指导。

关键词：茶树叶片；喷头；微观行为；雾滴

Summary for Droplets collision of camellia sinensis leaves 3 d test equipment and test

Abstract：In order to prevent pests and diseases during the growth of tea trees, pesticides will be sprayed appropriately. At present, the application method is too rough, which is likely to cause multiple application of pesticides and formation of pesticide residues. Therefore, by studying the microscopic behavior of droplets hitting the target, the characteristics of the droplets and their dynamic changes, target characteristics, and spraying parameters are considered to improve the deposition of liquid. Foreign research on fog droplets hitting plant leaves started early. The fog droplets or agricultural nozzles were used to adjust the droplet parameters. The high-speed camera was used to record the impact process. Combined with software analysis, cotton, apple, grape and other plant leaves have been used. Research and incorporate the above micro factors into mathematical models. Domestic research started late. In recent years, there have been studies on the effects of droplets on soybean, wheat, rice, cotton and other crop leaves. The research on tea leaves has not been studied. Therefore, in order to grasp the impact behavior of mist droplets on tea leaves and improve the utilization rate of pesticides, a three-dimensional test device was designed in this paper, and the microscopic behavior of droplets hitting tea leaves was studied, and the nozzle selection and spraying were applied for tea garden application. Parameter optimization provides guidance.

Key Words：Tea tree leaf; Nozzle；Microscopic reaction；droplets.

1. 研究的目的及意义

茶树病虫害是影响茶树健康生长的主要威胁，茶树在生长过程中由于自然和自身因素很容易出现多种病虫害，如茶叶赤星病、云纹叶枯病、轮斑病等^[1]。目前，茶树种植大多采用大规模密集型种植方式，一棵茶树受到病虫害的影响，可能连带造成大范围的茶树坏死，如果不能全面的开展防治工作，会造成巨大的经济损失。

目前对农业施药效果的检测主要利用喷雾机在田间或者实验室对靶标喷施药液，衡量指标主要以雾滴分布均匀性、穿透能力、覆盖率及抗飘移性为主。这些都是从宏观上考察农药使用的效果，而农药雾滴撞击在植物叶面上以后发生的微观状况，如在叶片上初始碰撞后雾滴反弹、飞溅情况，粘附在叶子上的液滴或液滴碎片由于叶表面疏水性促使液滴成珠状或滚动，雾滴积聚导致大而重的液滴由于重力而从叶面滑落，类似现象都会造成雾滴飘移或脱离靶标生物，不利于药液的沉积持留，进而降低了农药利用率和病虫害防治效果，同时还对非靶标生物和环境造成污染^[2]。雾滴在叶片上的沉积是比较复杂的行为，其结果取决于多种因素，如喷头类型及大小、压力、撞击角度、雾滴粒径、雾滴速度、药液特性、叶片表面结构、气象环境等^[3,4]。近年来，叶片形态在喷雾沉积中的影响受到日益关注，因不同叶片结构如蜡质、毛发、边缘和叶脉都是重要的撞击和持留变量^[5]。喷雾液滴的沉积和分布直接影响农药生物功效。为最大化喷雾持留，液滴应该在首次碰撞叶片时滞留在植物靶标上^[6]。在雾滴保留在叶片上后，必须充分考虑雾滴运动轨迹，研究雾滴与叶片形貌的相互作用，观察重力、表面张力、叶片基底曲率对雾滴运动的影响程度^[7,8]，这样对雾滴喷雾沉积的研究才更完整，更有益于探索雾滴合理的粒径及运动参数，为喷雾机喷头选择及操作参数优化提供指导。综合上述分析，植保喷头雾滴在植物叶面上的粘附、反弹、飞溅、滚动等现象，将决定农药是否有效的沉积到植物叶面上，对病虫害防治效果有直接影响。

目前，国内外对茶树病虫害防治的研究主要放在茶树抗病虫品种的筛选培育、微生物农药改良及各种农业、物理、生物防控，对茶树科学施药技术的研究较少^[9]。施药技术不科学，乱用、滥用农药现象较严重，把防治大田作物病虫害的施药技术用来防治茶树病虫，降低了防治效果，增加了施药次数和用药量，造成了茶叶农药残留问题^[10,11]，不仅降低了茶叶质量，而且危害人们健康。因此，茶树科学施药技术在很大程度上决定了茶叶的质量安全和产量效益。目前，对于药液在茶树叶片上的雾滴沉积规律的研究较少，主要集中在不同喷雾技术如低容量喷雾与常量喷雾对农药在茶园空间分布的比较，评估不同喷雾机对茶树喷雾效果的影响^[12,17]，对于农药雾滴在茶树叶片上的微观运动研究，目前暂无实验及理论研究，只涉及到数值模型，且仅模拟液滴在水平面扩散^[2]，没有考虑液滴的反弹、飞溅情况。茶树叶片具有独特的叶片形貌，将茶树叶片特征纳入雾滴沉积的研究中，探索喷头结构及操作参数对雾滴在不同生长期及倾斜角的茶树叶片上微观撞击及运动行为，找出利于沉积的雾滴速度、粒径范围及撞击角度，对于指导喷头选择及操作参数优化具有重要意义。