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柑橘农药喷洒效果的影响因素分析

范文

刘岳飞林贤坤

摘要：农药智能化喷洒是柑橘产业研究的热点问题之一，影响农药喷洒效果的因素很多，研究各因素对农药喷洒效果的影响大小，以及遴选影响农药喷洒效果的主要因素，对改进与优化农药喷洒装置的喷洒方式与过程有重要意义，采用自主研发的升降杆式农药喷洒装置，通过沉积量和覆盖率两指标转化综合指标，来评判农药喷洒的效果，根据无交互性两因素方差分析的相关理论与方法，研究各因素对农药喷洒效果的影响大小，并遴选影响农药喷洒效果的主要因素，

关键词：农药喷洒;影响因素;无交互性;方差分析

中图分类号：$491DOI：10.16375/j.cnki，cn45-1395/t，2020.02.015

0引言

近十年来，广西柑橘产业蓬勃发展，柑橘种植面积迅速增加，带来了柑橘病虫害防治的艰巨任务，目前，日常农药喷洒依然是柑橘病虫害防治的主要措施之一，为了保证农药喷洒效果的同时提高效率和降低劳动力成本，农药智能化喷洒成为了柑橘产业研究的热点问题和重要发展方向。

农药喷洒效果是设计与优化农药喷洒装置及其喷洒方式与过程的重要依据，可依据沉积量和覆盖率等指标参数进行评判，但影响农药喷洒效果的因素有很多，如喷孔直径、喷雾的压力、时间和风速等，因此，有必要研究各因素对农药喷洒效果的影响情况，以改进与优化农药喷洒装置及其喷洒方式与过程，李君等通过雾滴沉积量和雾流穿透能力两个指标遴选喷头喷雾角度，贾卫东等研究不同株距、行驶速度等影响因素对果树冠层的雾滴沉积分布的影响规律，王苗苗通过建立无交互作用的双因素方差分析与有交互作用的双因素方差分析，并利用实例进行分析说明，戴金辉等通过两个例题对两种方法的应用进行比较，使双因素方差分析在理论上更加完善，吴俊奇等等通过运用双因素无重复实验的方差分析法对某组混凝沉淀实验数据进行实例分析，刘刚等等研究双因素方差分析的基本原理，指出一个试验结果会受不同因素的影响，相同因素的不同水平也会影响试验结果，并研究了有无交互作用的双因素无重复试验，由此可见，目前的农药喷洒研究中，常根据现有情况设定相关的影响因素，并通过沉积量、覆盖率等单一指标参数评判农药喷洒效果，而采用多个指标参数评判农药喷洒效果，并对各因素影响农药喷洒效果的大小，来提高农药喷洒效果的研究目前相对较少。

依照柑橘农药喷洒的要求，利用自主设计的升降杆式农药喷洒装置，研究各因素对农药喷洒效果的影响：综合采用沉积量和覆盖率两个指标参数评判农药喷洒效果;根据无交互性两因素方差分析的相关理论与方法，研究各因素对农药喷洒效果的影响大小，以影响农药喷洒效果的主要因素，为后续农药喷洒装置的喷洒方式与过程的改进与优化提供依据。

1试验材料与设备

本文自主研发的升降杆式农药喷洒装置，主要由机架、药箱、喷雾装置、动力装置及柱塞泵等部件组成，其中喷雾装置由3节防水电动推杆、横向伸缩杆、角度调节杆等部件组成，具体如图1所示，电动推杆采用电压24v，推力500N，空载电流1.6A，伸缩速度22.72mm/s，可实现喷杆整体离地高度0.95-1.95m，配套动力为4.0kW汽油机，药箱容量60L，工作压力范围为0-35kg（即0-3.5MPa）。

其中横向伸缩杆对称，共安装4个喷头，喷头型号为精细化雾化喷头，在总喷雾压力12kg时（即每个喷头的喷雾压力3kg），每个喷头流量为1.57L/min，雾滴粒径≤95um，该升降杆式喷洒装置单次作业有效时间为10-15min，施药不受地形和作物高低的限制，在试验过程中，还采用了米尺、剪刀、量杯、水敏雾滴测试卡、雾滴分析软件、扫描仪、橡胶手套、密封袋、温湿计、风速测量仪相关设备等。

2试验方案与设计

2.1试验方法

试验标靶为3株按照标准种植间距摆放的仿真柑橘树，其高和宽分别为1.9m和1.5m，用以模拟田间枝叶茂密的成熟柑橘树，具体如图2所示，喷洒装置的升降杆与仿真柑橘树的主干距离称为目标柱距，其值可通过米尺测量。

在试验时，需要定时测量和记录试验期间的温度、风速和相对湿度，使用清水代替农药，对仿真柑橘果树进行施药作业;使用水敏纸采集雾滴，通过扫描仪进行扫描;使用雾滴分析软件将扫描图片进行处理和数据统计;运用SPSS软件，对数据观测、比较、分析检验值以及显著性结果。

2.2试验步骤

在标靶仿真柑橘果树冠层设定上、中、下3层水平均匀分布的采样面，以及前、中、后3层垂直均匀分布的采样面，面面交叠产生9条均布采样线，每条采样线上均匀布置D、E、F共3个重复采样点（见图3），依照采样点的位置进行编号，并在每个采样点随机选定叶片，通过回形针在叶片的正、反面各卡住2.2cm×3.0cm大小的水敏测试卡（见图4），该测试卡用于采集采样点处叶片正、反面的沉积量和覆盖率，每条采样线上叶片正面（或反面）的3张采样水敏测试卡的沉积量和覆盖率的平均值，即为冠层这一高度和深度处的叶片正面（或反面）的沉积量和覆盖率。

试验时，用清水代替农药作为采样溶液，进行喷洒试验（见图5），每组实验后，等待水敏测试卡上的雾滴晾干，带上橡胶手套，收集各采样点上的水敏测试卡，放入对应编号的密封袋中，带回实验室，用扫描仪进行扫描，并通过雾滴分析软件将扫描图片进行处理、测量、统计等（如图6所示）。

2.3试验设计

采用自主研发的升降杆式农药喷洒装置，对仿真柑橘果树实施农药喷洒，发现摆杆角度、风速角度、目标柱距、喷孔直径、喷雾风速、喷雾时间和喷雾压力共7个因素对喷洒效果有影响，为了遴选出主要影响因素，以改进与优化农药喷洒装置的喷洒方式与过程，对以上7个影响因素实施單因素试验，其中布点位置的影响因素存在于每一单因素试验中，经试验分析与判定，布点位置因素与7个因素都互为独立，在此试验判定基础上经行无交互性两因素方差分析，其中7个影响因素的5水平试验设计如表1所示，

3方差分析的设计与判定

3.1构建无交互性两因素模型

定义：如果因素A和因素B对试验结果的影响是相互独立的，则可以分别考察各自的影响，这种方差分析称为无交互性两因素方差分析在两因素A与A中，因素A有r个水平A1.A2.…，Ar;因素B有S个水平B1.B2.…，Bs，方差分析表如表2所示。

3.2显著性判定标准

在显著水平α下，如果FA≥Fα（r-1.n-rs），则认为因素A对结果的影响显著，否则认为因素A对结果影响不显著;如果FB≥Fα（s-1.n-rs），则认为因素B对结果的影响显著，否则认为因素B对结果的影响不显著;其在显著性判断时，显著性水平通常取a=O，05、0.01、0.001.统计学根据显著性检验方法所得到的P值，通常用P>O，05表示差异性不显著;0.01

4检验值计算与显著性判定

4.1沉积量单指标的检验值与显著性判定

农药沉积量是指施药后在柑橘果树的叶子上单位面积沉积的药量，用ug/cm2表示，对初选的7个影响因素，经行叶子正反面沉积量单指标的无交互性两因素方差分析，数值经过统计分析软件SPSS计算得出，通过检验值经行显著性判定，汇总见表3。

从沉积量指标的检验值以及显著性判定结果看，叶子正面沉积量检验值以及显著性判定中，风速角度因素的影响不显著，对叶子正面沉积量指标的影响最差，其他因素的影响极显著;叶子反面沉积量检验值以及显著性判定中，喷雾风速和风速角度两因素的影响较显著，对叶子反面沉积量指标的影响最差，其次影响差的因素是喷雾压力和目标柱距。

4.2覆盖率单指标的检验值与显著性判定

农药覆盖率是指施药后在柑橘果树的叶子上附着农药的面积占整个叶子面积的比值，用百分数表示，对初选的7个影响因素，经行叶子正反面覆盖率单指标的无交互性两因素方差分析，数据经过统计分析软件sPss计算得出，通过检验值经行显著性判定，汇总见表4。

从覆盖率指标的检验值以及显著性判定结果看，叶子正面覆盖率检验值以及显著性判定中，风速角度因素的影响不显著，对叶子正面沉积量指标的影响最差，其次影响差的因素是目标柱距和喷雾风速;叶子反面覆盖率检验值以及显著性判定中，摆杆角度因素的影响显著，对叶子反面沉积量指标的影响最差，其他因素的影响极显著。

从以上的沉积量和覆盖率两单指标各自在柑橘果树的叶子正反面的检验值与显著性判定上，虽然可得知对沉积量和覆盖率两单指标各自影响的最差因素，但难以判定最大的影响因素，以及各因素的影响大小及其先后顺序，因此需要经行综合的评价指标来应用研究，以评价两单指标对各因素的综合影响大小以及先后顺序。

5综合评价指标的研究与应用

5.1沉积量单指标的加权计算与分析

依据各因素在叶子正反面的沉积量权重，计算得出加权数值Y1如表5所示，沉积量单指标的加权数值F最大的影响因素是喷雾时间，其次是喷孔直径与摆杆角度，最小的是喷雾风速与风速角度;各因素沉积量单指标的加权数值y1从大到小排序为：喷雾时间>喷孔直径>摆杆角度>目标柱距>喷雾压力>喷雾风速>风速角度（即f>d>a>c>g>e>b）。

其中加权数值Y为因素Y1与布点位置因素YN的加权数值之和，η1为加权数值Y1与加权数值之和Y的比值，该比值反映了各因素对加权后的沉积量单指标影响关系的强软，根据叩，的比值可知，各因素中影响最大的是喷孔直径，其次是目标柱距与喷雾时间，最小是摆杆角度与喷雾风速;各因素叩。的比值从大到小排序为：喷孔直径>目标柱距>喷雾时间>喷雾压力>风速角度>摆杆角度>喷雾风速（即d>c>f>g>b>a>e）。

5.2覆盖率单指标的加权计算与分析

依据各因素在叶子正反面的覆盖率权重，计算得出加权数值L如表6所示，覆盖率单指标的加权数值Y1最大的影响因素是喷雾时间，其次是喷孔直径与喷雾压力，最小的是摆杆角度与风速角度;各因素覆盖率单指标的加权数值Y2从大到小排序为：喷雾时间>喷孔直径>喷雾压力>目标柱距>喷雾风速>摆杆角度>风速角度（即pd>g>c>e>a>b）。

其中加权数值Y'为因素Y2与布点位置因素YM的加权数值之和，η2为加权数值Y2与加权数值之和Y'的比值，该比值反映了各因素对加权后的覆盖率单指标影响关系的强软，根据η2的比值可知，各因素中最大的因素是喷孔直径，其次是喷雾压力与喷雾时间，最小是喷雾风速与摆杆角度;各因素η2的比值从大到小排序为：喷孔直径>喷雾压力>喷雾时间>目标柱距>风速角度>喷雾风速>摆杆角度（即d>g>f>c>b>e>a）。

从以上的沉积量和覆盖率两单指标的各自加权数值Y1与Y2和η1与η2的比值比较大小以及排序结果来看，两单指标各自在柑橘果树上的各因素影响大小及其先后顺序可比较得出，但两单指标都是评价喷洒效果好坏的依据，单从单指标去衡量各因素影响大小及其先后顺序是片面的和错误的，以至于需要计算两单指标的综合评价指标来比较各因素的影响大小以及先后顺序。

5.3综合评价指标的加权计算与分析

对于沉积量和覆盖率两单指标加权计算与分析，综合评价指标U同样适用，其沉积量单指标的加权数值Y1和覆盖率单指标的加权数值Y2的汇总表如表7所示。

依据各因素两单指标的加权数值Y1和Y2权重，计算得综合评价指标u如表8所示，各因素的综合评价指标u最大的影响因素是喷雾时间，其次是喷孔直径与喷雾压力，最小的是喷雾风速与风速角度;各因素的综合评价指标u从大到小排序为：喷雾时间>噴孔直径>喷雾压力>目标柱距>摆杆角度>喷雾风速>风速角度（即f>d>g>c>a>e>b）。

其中综合评价指标Q为各因素综合评价指标u和布点位置因素综合评价指标V之和，η为综合评价指标u与综合评价指标之和p的比值，该比值反映了各因素对两单指标加权后的综合评价指标影响关系的强软，根据η的比值可知，各因素综合影响最大的因素是喷孔直径，其次是喷雾压力与喷雾时间，最小是摆杆角度与喷雾风速;各因素η的比值从大到小排序为：喷孔直径>喷雾压力>喷雾时间>目标柱距>风速角度>摆杆角度>喷雾风速（即d>g>f>c>b>a>e）。

6试验分析结论

根据自主研发的升降杆式农药喷洒装置，依照柑橘农药喷洒的要求，在综合采用沉积量和覆盖率两单指标参数评判农药喷洒效果的基础上，根据无交互性两因素方差分析的相关理论与方法，研究了摆杆角度、风速角度、目标柱距、喷孔直径、喷雾风速、喷雾时间和喷雾压力共7个因素对农药喷洒效果的影响，研究表明：风速角度的叶子正面沉积量和覆盖率两单指标都显示无显著性，根据摆杆角度不同水平沉积量与覆盖率的均值变化趋势看，均值随摆角的增大而相应增加，这一影响因素可根据变化趋势来直观调节，依据实际情况和显著性判定，并结合综合评价指标来综合考虑，得出喷孔直径、喷雾压力、喷雾时间、目标柱距、喷雾风速为主要影响因素。

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