静电场作用下液滴在水稻叶面的行为特性研究

Paddy pesticide utilization rate is low and the loss of pesticide is the main environmental pollution source. Electrostatic spray application techniques are effective measures to improve the utilization of pesticides. However, the relationship between the electrostatic field strength and behavioral characteristics of droplets is unclear. Previous studies have shown that the electric field strength had a significant effect on the morphology and solid droplets-liquid contact angle. In this study, by measuring changes in the electrostatic field of rice leaf surface free energy, reveal the effect of electrostatic field intensity on the droplet morphological changes, the impact of the spreading and evaporation processes. In the same time, effect of different ionic surfactants on spray liquid conductivity, dielectric constant, surface tension and other physical properties is studied and the interaction between the electric field strength and ion type on droplet behavior is analyzed. Finally, the maximum stable pesticides on rice leaves and the remaining amount of pesticide droplets holding uniformity analysis as an indicator to analyze the synergy of electric field strength, surfactant type and forms of rice leaves. Project research result will definitely explicate behavioral characteristics of droplets on rice in electrostatic spray pattern and state the law of interaction between the electric field strength and the surface active agent. Theoretical basis of the optimization of electrostatic spraying operation parameter and the proper choice of surfactant in electrostatic spraying is provided.

稻田农药利用率低，流失的农药严重污染环境。应用静电喷雾技术是提高农药利用率的有效措施。但在静电喷雾施药模式中静电场强度与液滴行为特性的关系尚不清楚。前期研究表明电场强度对液滴的形态和固-液接触角有显著效应。本研究拟通过测定静电场中水稻叶片表面自由能的变化，明确静电场强度对液滴形态变化、铺展和蒸发过程的影响；并通过研究不同离子型表面活性剂对喷液电导率、介电常数、表面张力等物性的影响，分析电场强度和液滴内部离子类型和浓度对液滴行为的交互作用；最后以水稻叶片上的农药最大稳定持留量和农药雾滴分布均匀性为指标分析静电喷雾施药模式中电场强度-表面活性剂类型-水稻叶片形态三者之间的协同作用。项目研究结果将明确静电喷雾施药模式中农药雾滴在水稻叶面的行为特性，阐明电场强度与表面活性剂间的互作规律，为稻田静电喷雾操作参数优选和表面活性剂科学选用提供理论依据，并为稻田静电喷雾专用制剂的研制提供新途径、新依据。

水稻是病虫害发生最为严重的主粮作物，通过防治挽回的比例占挽回总粮食比例的50%以上。应用化学农药是防治水稻病虫害的主要手段，但因施药技术落后，稻田过度用药问题突出。静电喷雾通过产生静电场和荷电液滴增加雾滴吸附力及穿透性提高农药利用率。本项目通过对静电场作用下液滴粒径、表面张力、沉降、黏附靶标及蒸发行为变化的理论分析，明确药液理化特性对静电喷雾影响的理论依据。利用自主构建的静电场雾滴形态测试装置分析了不同充电电压条件下液滴在水稻表面的形态、铺展、蒸发过程。静电喷雾施药模式中，静电喷头与植物叶片之间存在静电场。静电场作用下液滴在水稻表面的形态及润湿性能未见显著变化，但液滴蒸发时间显著缩短。通过对22种表面活性剂的测试分析，证实了接触式静电喷雾雾滴粒径、荷质比与溶液电导率正相关。非离子型及阳离子型表面活性剂对溶液电导率的影响低于阴离子型表面活性剂，且只有当溶液电导率超过1000μs/cm才能对静电喷雾雾滴粒径及荷质比产生显著效应。研究获得了优化的呋虫胺静电油剂配方，即以1-甲基萘为主溶剂，乙二醇为助溶剂1，N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮为助溶剂2，十二烷基苯磺酸钠为导电剂。配制的3%和5%呋虫胺静电油剂在有效成分浓度500mg/L以下对水稻、小麦生长安全。使用静电油剂静电喷雾雾滴粒径减小，在水稻叶片上的最大稳定持留量比非静电喷雾增加了3.39、5.47倍，显著高于静电喷雾去离子水溶液的2.13倍。项目重点研究了水稻分蘖期、孕穗期、扬花期采用接触式荷电静电喷雾器3JWB-8A及感应式荷电静电喷枪ES120-LT喷施不同特性溶液农药在水稻植株上的沉积量及雾滴分布特性，结果显示溶液中添加十二烷基苯磺酸钠，植株上的农药沉积量呈增加趋势，虽不能改变农药水平分布的均匀性，但溶液性质的改变显著增加了静电喷雾中水稻下层叶片背面的雾滴密度。对比分析不同荷电方式静电喷雾溶液理化性质与荷电雾滴沉积分布的关系，为发展静电喷雾专用制剂及喷雾助剂提供了新途径和新依据。