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飞防应用场景为导向的制剂研究
2020-06-01 12:14:37 来源:农药快讯信息网 浏览:84

2019年我国统计的飞防作业的总面积预计能够突破4.5亿亩次。而2018年这个数据还是2.7亿亩次。据不完全统计目前我国植保无人机的拥有数量预计超过五万台,而上一年度这个数据还是3万台。从数据对比看出,无论是无人机作业的亩次还是拥有数量,都标志着我国在航空植保发展方面的已经进入了一个新的时代。飞防无疑已经成为了一种与人工施药、机械式喷杆机之后的第三种主流的施药方式。

 

国内飞防的发展

1  国内飞防的发展现状

全国各区域植保无人机的应用程度分布呈现了明显的阶梯分布。这首先取决于当地农户接受新事物的能力。二是往往人力资源比较紧缺的地区能够接受飞防施药成本。三是如黑龙江、新疆等地广人稀的地区,无人机有助于提高作业效率。

 

无人机在我国能够得到迅猛发展,一个很重要的内在驱动因素就是农村劳动力结构的变化。传统的认识中,中国是一个享受着人口红利的国家,实际上现在中国的农村劳动力结构已经发生了本质的变化,我国进入人口老龄化是不可避免的,尤其在东南沿海的如江苏、浙江等几个省份,农村的青壮年劳动力外出务工的比例比较大。

 

其次是与我们实行土地流转政策有关。土地的集中更适合无人机的作业方式。目前像江苏的南通、盐城等地,土地流转比较快,一些种植大户拥有三五百亩乃至几千亩已经比较常见。

 

第三是农业部提出的“双减”计划,农药化肥“零增长”的政策要求,无人机施药对药液的浪费相对较小。

 

2  国内企业对飞防的探索

国内农化企业对飞防的探索起步是比较早的,但前面的路走的相对比较曲折。可以说这是由于早期飞机没有达到植保施药应用的要求,受制于施药机具的技术瓶颈,无人机飞防的发展一直比较缓慢。直到2016年才迎来了无人机飞防的大发展。

 

国内外飞防的差异主要在于防治亩次和载药量,对应的是各国的土地集中的程度不同。

 

无人机飞防与常规喷雾的重要差异是亩用水量和喷雾高度。无人机施药的速度快,用水量少,药液浓度高,飞行高度高导致了它受到风的干扰,影响比较大。所以在开发药剂和后期桶混使用的时候就要适当去考虑抗漂移能力。同时由于飞行前进速度远大于人工施药,如何使药液有效的沉积在靶标表面,这是我们开发的时候需要考虑的场景因素。

 

3  国内飞防作业标准化发展

近几年,国家、地方或者企业行业协会,陆陆续续出台了很多飞防作业标准化的一些指导性要求。飞防助剂成为飞防套餐中非常重要的标配。这方面黑龙江省走在前面,制定了无人机的作业标准,主要是对飞防作业的气象条件,做出了很好的一个规范。科迪华公司也联合大疆,发布了联合飞防标准。

 

2019年的4月份在江苏的建湖,植保无人机系列的团体标准和飞控手培训会,这应该是中国农药工业协会半官方层面上规模最大的一次会议,会上首次提出了飞防的团体标准,这三个团体标准是比较有含金量的,对作业的气象条件,作业要求,路线规划都提出了很具体要求。


飞防场景对剂型的研发要求

由于飞防使用场景下用水量少,传统的制剂直接上飞防存在许多潜在的风险。此外我国幅员辽阔,各地的水质硬度都不太一样,绝大多数飞手都是在田间就地取材。要知道飞防药剂本身就是高浓度的稀释,多种药剂桶混,通常是在20倍~50倍情况下稀释,如果再遇到水质硬度比较大,对我们的药液的扩散,分散性,稳定性都有影响。例如在华北地区,有些地表水能达到7001 000 ppm左右的硬度,这几乎等同于两三倍的标准硬水。

 

此外,飞防施药当天的温度、湿度风速都需要进行准确测量,即使是后来发现药效不好,要能够从这些因素中找出线索,合理的分析是否是由于施药当天的温度太高?例如是中午施药,作业时气温可能达到了35℃左右还在作业。亦或者是风速太大?例如在有强阵风的天气开展施药,药液发生了漂移等。

 

飞防作业不同于人工的地方,飞手可能为赶进度,冒雨、高温、夜间作业。可能会早晨配制好一整天所用的药液,或因故暂停施药,即稀释液长时间放置,对药液的经时稳定性是巨大的考验。还有施药窗口期没有选好,有可能药后遇雨。以上突发条件下,如何能保证良好的药效?

 

飞防作业当中最大的一个问题就是,不可能做到单一药剂一药一飞。这样做无论是人力成本还是机械成本都比较高。近几年飞防的作业实际上是野蛮式的,并不是由研发到试验,最后到飞防应用,而是反过来,先组成一个套餐,先飞起来再说。所以混配因素应该是对飞防作业质量影响比较大的因素。

 

擎宇在飞防专用药剂上的探索

1  飞防专用药剂研发思路

接下来以一个典型的水稻田飞防方案为例来展开讲解。该方案中采用了由擎宇开发的飞防专用药剂套餐,以及专用飞防助剂——匀飞宝®

 

产品线比较齐全的企业,自有产品可以形成飞防套餐的公司,可以有针对性的对产品剂型进行优化。通过优化后的飞防产品,在高浓度稀释条件下,其不稳定性因素变得更小。

 

飞防套餐涉及到多种药剂的桶混,传统渠道的产品桶混之后,基本上两小时内就产生了很多的沉淀,对套餐各组分进行优化之后,以飞防专用药剂桶混,经过长时间的放置,底部也仅有很少一点沉淀,或者是没有沉淀。

 

通过这样的优化套餐的药液在硬水的条件下也能做好很好的稀释稳定性。能有效避免飞防作业的时候不堵喷头,不会影响药效。

 

通过筛网试验可以直观看到经过优化之后的飞防专用药剂与常规药剂的不同。图中左侧是飞防专用药剂,右侧是常规药剂。常规药剂在高浓度稀释时,可能更多的活性成分被沉淀,被过滤出来。

 

同时,在配药的顺序方面,一般来说是越难分散的剂型优先去分散。这样一个大致的原则上的顺序,具体的套餐还需要还要需要经过验证才适合大量的配制,尤其是现在许多经销商在如此高浓度的条件下,还需要加叶面肥,这确实是难为我们的剂型开发人员。在这样高的浓度条件下再加入5060 mL的叶面肥,这就不是硬水的问题了,最高可以达到3 000 ppm以上的离子浓度。当前基层经销商已经在这样做推广,所以我们必须调整产品的配方,以适应这种高浓度的稀释稳定性。

 

2  从微观角度来判断飞防套餐的稳定性

利用多重光稳定性分析仪,也可以从微观角度来判断飞防套餐的稳定性。在加入了飞防助剂帮助其稳定之后,可以看到上下对比,位于下方的添加助剂的处理稀释稳定性得到了明显的改善。检测图像说明,通过加入擎宇开发的匀飞宝®,能够有效地提高桶混的兼容稳定性。

 

3  筛选更适合飞防的剂型

传统的可湿粉或水分散粒剂用干悬浮剂替代,因为干悬浮剂的分散性能好,悬浮率高,在套餐当中具有良好的兼容稳定性。

 

4  擎宇的解决方案和专用助剂

飞防作业中不可避免的会遇到各种问题,针对这些问题擎宇提出了自己的解决方案和飞防专用助剂。

 

飞防场景下,无人机机具和飞防专用制剂、助剂都是影响飞防防效的重要因素。

 

这两款机器最大的差异是喷雾方式不同,直接导致喷雾粒径的差异。

 

大疆的机器是扇形喷头,属于固定的喷雾压力、固定夹角的喷头。它的优点是喷雾粒径相对比较均匀,缺点是容易发生阻塞。一旦药液出现沉淀等问题很容易就把滤网堵住。

 

在喷头下方的有一个喷头所对应的雾滴粒径范围,这个图可以看到不同型号的喷头决定了雾滴粒径的范围差异。比如自走式喷杆机上通常是配备03号喷头,无人机一般是配备015号喷头。

 

离心式喷头的优点是雾滴粒径可调,但缺点也是调节的随意性造成喷雾质量因人而异。但有经验的飞手可以通过合理控制转速,调节雾滴粒径,在不同的气象条件下均获得良好的喷雾质量。

 

不同类型的喷嘴其雾滴分布是有客观差异的,这是一次小麦田的飞防试验,其中采用了两款机型获取的数据。通过不同机型的对比,可以明显看出大疆和极飞的机器雾滴的粒径(D50D90)有很大的差异。相对而言极飞的机型雾滴的粒径普遍要大于大疆。但到底是哪个更好一点?哪个雾滴分布更科学一点?在后面会做详细解释。

 

原则上我们不希望雾滴粒径太小,但也不希望太大。雾滴太小在飞行的过程中容易产生漂移,或者在下沉沉降的过程中,在高温环境下很容易被蒸发掉。如果太大则覆盖率不足,势必会影响药效。同时雾滴粒径如果太大,其有效分布的数量,雾滴的密度就低,可能药效就会受到影响。所以并没有绝对的大雾滴好或者小雾滴好,而要根据天气、作物株型等因素,以整体的情况来进行判断。

 

第一就是关于粒径的问题。实际应用中和理论上是存在的客观差异的,在教科书中理论最佳生物活性粒径是50200 μm,但是实际飞防作业中,我们必须要考虑到蒸发、漂移等因素,其实只有较大雾滴才能很好的抗漂移,因此雾滴的粒径要远远大于我们的理论粒径。

 

理论粒径的雾滴在3 m/s的情况下,漂移非常严重。且雾滴越小漂移越远,而且越容易被蒸发。漂移出去的雾滴如果田块足够大,总会落在作物上,但实际上随着漂移距离等增加,在飘移过程中同时伴随着蒸发加剧,最后就很难有效的沉积在叶片之上。

 

同时要考虑到药液高浓度稀释带来的影响。首要的就是药害问题,其次是多种药剂混配,此时如果兼容稳定性不好,很容易带来药害问题。右侧这张图就是高浓度稀释的时,如果遇到阵风,两次喷雾的药液如果叠加在一起,容易造成灼伤叶片的情况。左侧下面图二就是在水稻上常用的药剂阿维菌素乳油。市售的阿维菌素乳油很多都是用油膏制备的,它的稳定性是很差的,如果应用在飞防场景下很容易出现问题。因此阿维菌素乳油如果要上飞防,应该采用精粉制备或采用优化之后的配方来作业。

 

漂移带来的药害问题主要集中在除草剂飞防作业的时候,包括自然风和局部风场的影响。

 

比较典型案例就是除草剂在飞防作业中漂移造成的药害,这也是我们在作业过程中累积的一些经验和教训。我们在上风向做了除草剂的飞防作业,中间还隔着水稻田,水稻并未发生问题,但是因为当时的风向带动,又经过了村庄,在两排房子中间穿过,由于局部风场的窄管效应,漂移的距离非常远,这个荷塘和施药作业的直线距离在800 m以上,仍然由于漂移,对其他作物造成了影响。事实上在当地农技部门到场鉴定后发现,这块受害的藕塘,药害区域呈现一个明显的喇叭口型放射状分布,且正对两排民居,也就是说是风吹过来产生的这个药害的影响。

 

欧美国家飞防药害报道较少,其中一个客观因素是土地面积很大,而且往往是单一种植区种,所以即使发生漂移,药害影响也很少,中国农户的土地面积比较小,而且种植的作物的多样化,很容易在漂移之后对其他作物产生药害。造成这一影响的主要还是气象因素,一般情况下当风力增至23级时,作业区域下风方向的区域很容易产生药害。目前我国的除草剂飞防作业,华东、华北地区相对较少,更多的是集中在东北地区,也与东北地区普遍是大面积连片种植有关。

 

5  飞防助剂在应用场景的作用

飞防助剂在这个应用场景中需要满足最主要的三个条件。第一是有效的抗漂移、抗蒸发能力。这主要是通过调节雾滴的粒径,控制<50 μm的雾滴出现来实现,实际上在大量的应用数据面前,低于100 μm以下的雾滴往往由于漂移作用,加剧了其蒸发损失,50 μm以下的雾滴是无法有效的沉积在作物表面的,我们认为是无效雾滴。第二是要有效的提高飞防套餐的桶混兼容性。第三是在加入飞防助剂之后,要能够提高喷雾质量,尤其对沉积量的提高尤为重要。

 

传统的各种各类的作业方式,喷杆机、人工喷雾的用水量都是比较大的,客观的雾滴密度和沉积量要远高于飞防的沉积量,此时飞防的喷雾质量对药效的影响因素尤其至关重要。通过加入喷雾助剂,提高药液在叶面上的附着力,减少反弹及滑落,帮助药液在靶标上的润湿铺展是非常重要的。

 

 

包含传统的WPWDG剂型的飞防套餐,还有同样的产品,不同的剂型组合的套餐,往往其稳定性会差很多,可能五分钟左右就出现了不稳定的状况。

 

通过加入擎宇开发的专用飞防助剂匀飞宝®,如图中灰色的曲线,可以明显发现能够有效地提高套餐的兼容稳定性。

 

加入肥料类的成分后,往往并不是在前期出现不稳定。而是在一定时间之后突然出现不稳定的现象。而加入适合的飞防助剂后,相对而言整个体系变的相对比较稳定。

 

 

为了更好的检测和表征如何控制小雾滴的产生,提高药液的抗漂移能力,擎宇自建了实验室的雾滴传递评价系统,或者俗称的风洞。在这个系统上可以看出,不同组分、浓度的药液从喷头出来之后,添加助剂与否的雾滴粒径变化。通过系统检测能够明显看出,通过添加适合的飞防助剂,在减小<50 μm以下的雾滴同时,整个雾滴谱的分布更加均匀,有效粒径主要集中在150 μm左右,雾滴谱的分布也变得更加均匀。

 

 

通过加入匀飞宝®之后,提高药液在叶面的雾滴密度和沉积量是比较明显的。

 

水敏纸采集雾滴之后,会通过软件进行分析,不仅雾滴粒径,还包括雾滴密度、覆盖率等指标,都会有明显的提升。

 

 

飞防助剂需要解决应用场景的施药要求。它会改善因作业环境导致的雾滴飘失严重的问题,包括对雾滴粒径的控制,筛选适合的飞防助剂能够在高温条件下对到达靶标表面的药液形成保湿及抗蒸发。同时要减轻药害,增加药液在叶面的粘附性能。

 

通过这两年的工作积累,我们真诚的希望与农药企业各位同仁共同做好植保飞防这一辉煌的事业。

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