2022 年9 月 第4 卷 第3 期 智 慧 农 业 （ 中 英 文 ） S m a r t A g r i c u l t u r e Sept.2022 Vol.4,No.3
doi ：10.12133/j.smartag.SA202207007
地 面 弥 雾 机 与 六 旋 翼 植 保 无 人 机 在 芒 果
冠 层 中 雾 滴 沉 积 性 能 对 比
1 ， 2 1 ， 2 1 ， 2 1 ， 2 1 ， 2
李 扬 帆 ， 何 雄 奎 ， 韩 冷 ， 黄 战 ， 何 苗
（ 1 . 中 国 农 业 大 学 理 学 院 ， 北 京 1 0 0 1 9 3 ； 2 . 中 国 农 业 大 学 农 业 无 人 机 系 统 研 究 院 ， 北 京 1 0 1 2 0 6 ）
摘 要 ： 为 解 决 芒 果 园 传 统 植 保 作 业 中 农 药 用 量 大 、 施 药 不 均 匀 、 作 业 效 率 低 等 问 题 ， 并 构 建 智 慧 芒 果 园 ，
本 研 究 对 比 了 地 面 弥 雾 机 和 六 旋 翼 植 保 无 人 机 两 种 果 园 施 药 机 具 在 芒 果 冠 层 中 的 药 液 雾 滴 沉 积 性 能 。 将 芒
果 冠 层 分 为 上 中 下 层 ， 以 柠 檬 黄 为 示 踪 剂 ， 使 用 高 清 相 纸 与 滤 纸 采 集 药 液 雾 滴 ， 通 过 图 像 处 理 等 手 段 分 析
雾 滴 沉 积 分 布 均 匀 性 。 试 验 结 果 表 明 ， 植 保 无 人 机 在 芒 果 树 上 部 冠 层 叶 片 表 面 的 雾 滴 覆 盖 率 显 著 高 于 地 面
弥 雾 机 ， 在 其 余 冠 层 部 位 ， 两 种 施 药 机 具 在 叶 片 表 面 药 液 无 显 著 差 异 覆 盖 ； 植 保 无 人 机 处 理 组 叶 片 正 反 面
平 均 覆 盖 率 均 为 地 面 弥 雾 机 的 1 . 5 ~ 2 倍 ， 对 叶 片 背 面 的 防 治 优 于 地 面 弥 雾 机 。 地 面 弥 雾 机 处 理 组 叶 片 正 面 雾
滴 密 度 显 著 高 于 植 保 无 人 机 ， 叶 片 背 面 无 显 著 差 异 ， 植 保 无 人 机 处 理 组 正 反 面 均 未 满 足 低 量 喷 雾 2 0 个 / c m 2 的
病 虫 害 防 治 要 求 。 地 面 弥 雾 机 药 液 沉 积 集 中 在 中 下 冠 层 （ 6 1 . 1 % ） ， 植 保 无 人 机 集 中 在 上 部 冠 层 （ 4 3 . 0 % ） ，
冠 层 内 部 沉 积 比 例 地 面 弥 雾 机 （ 4 8 . 6 % ） ＞ 植 保 无 人 机 （ 2 5 . 5 % ） ， 但 地 面 弥 雾 机 在 冠 层 上 部 沉 积 能 力 不 足 ，
沉 积 占 比 仅 为 1 7 % 。 研 究 表 明 ， 相 较 于 植 保 无 人 机 ， 地 面 弥 雾 机 适 用 于 芒 果 冠 层 中 下 部 及 内 部 病 虫 害 防 治 ，
同 时 该 机 具 较 高 的 雾 滴 覆 盖 密 度 在 喷 洒 杀 菌 剂 时 也 有 明 显 优 势 ， 植 保 无 人 机 适 用 于 针 对 芒 果 上 部 冠 层 如 蓟
马 、 炭 疽 等 易 发 于 外 部 花 絮 的 病 虫 害 防 治 。
关 键 词 ： 智 慧 芒 果 园 ； 弥 雾 机 ； 植 保 无 人 机 ； 雾 滴 沉 积 分 布 均 匀 性 ； 病 虫 害 防 治
中 图 分 类 号 ： S 4 3 5 ； S 4 9 文 献 标 志 码 ： A 文 章 编 号 ： S A 2 0 2 2 0 7 0 0 7
引 用 格 式 ： 李 扬 帆, 何 雄 奎, 韩 冷, 黄 战, 何 苗. 地 面 弥 雾 机 与 六 旋 翼 植 保 无 人 机 在 芒 果 冠 层 中 雾 滴 沉 积 性 能 对
比[J]. 智 慧 农 业( 中 英 文),2022,4(3):53-62.
LIYangfan,HE Xiongkui,HAN Leng,HUANG Zhan,HE Miao.Comparison ofdropletdeposition performance be ‐
tween caterpillar mist sprayer and six-rotor unmanned aerial vehicle in mango canopy[J]. SmartAgriculture, 2022, 4
(3):53-62.(inChinesewithEnglishabstract)
高 、 各 产 地 病 虫 害 发 生 特 点 与 规 律 不 一 致 等 问 题
1 引 言
［2 ］
成 了 芒 果 树 植 保 作 业 中 的 难 点 。 芒 果 园 常 见 的
中 国 是 世 界 第 二 大 芒 果 生 产 国 ， 截 至2020 年 ，
病 害 主 要 有 炭 疽 病 、 细 菌 性 角 斑 病 、 白 粉 病 ， 虫
［3,4 ］
全 国 芒 果 种 植 面 积 达34.94 万 公 顷 （524.1 万 亩 ） ，
害 包 括 蓟 马 、 象 甲 等 。
［1 ］
总 产 量330.6 万 吨 。 芒 果 为 热 带 水 果 ， 种 植 园
采 用 背 负 式 喷 雾 器 与 高 压 管 路 喷 枪 等 为 主 的
［5 ］
区 广 泛 分 布 于 热 带 雨 林 气 候 ， 病 虫 害 爆 发 频 率 施 药 器 械 进 行 人 工 化 学 防 治 随 意 性 强 、 药 液
收 稿 日 期 ：2022-07-16
基 金 项 目 ： 现 代 农 业 产 业 技 术 体 系- 国 家 梨 产 业 技 术 体 系 （CARS-28 ） ； 国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 （31761133019 ） ； 中 国 农 业 大 学
2115 人 才 培 育 发 展 支 持 计 划 ； 三 亚 中 国 农 业 大 学 研 究 院 引 导 资 金 项 目 （SYND-2021-06 ）
作 者 简 介 ： 李 扬 帆 （1998 － ） ， 男 ， 博 士 研 究 生 ， 研 究 方 向 为 植 保 无 人 机 与 施 药 技 术 。E-mail ：280541660@qq.com
通 信 作 者 ： 何 雄 奎 （1966 － ） ， 男 ， 博 士 ， 教 授 ， 研 究 方 向 为 农 业 无 人 机 系 统 及 植 保 技 术 。E-mail ：xiongkui@cau.edu.cn智 慧 农 业 （ 中 英 文 ） S m a r t A g r i c u l t u r e Vol.4,No.3
5 4
［6 ］
难 以 均 匀 覆 盖 、 农 药 利 用 率 低 。 近 年 来 随 着 技 景 ， 本 研 究 对 比 分 析 两 类 施 药 机 具 在 芒 果 树 冠 层
术 的 成 熟 ， 植 保 无 人 机 被 大 量 应 用 在 果 园 病 虫 害 中 的 药 液 沉 积 性 能 ， 以 期 为 降 低 人 力 成 本 、 提 高
防 治 中 。 目 前 国 内 外 针 对 植 保 无 人 机 在 果 园 作 业 作 业 效 率 、 减 少 农 药 用 量 等 提 供 技 术 参 数 与 参 考
中 的 研 究 主 要 集 中 在 通 过 改 变 技 术 参 数 的 方 式 来 依 据 。
评 价 雾 滴 在 作 物 冠 层 内 的 总 体 平 均 沉 积 水 平 ， 进
2 材 料 与 方 法
［7-11 ］
而 评 定 施 药 效 果 。 相 比 于 地 基 植 保 作 业 ， 植
保 无 人 机 有 着 更 优 秀 的 地 形 适 应 能 力 与 作 业 效
2 . 1 试 验 设 备
率 。 然 而 ， 植 保 无 人 机 施 药 存 在 雾 滴 沉 积 均 匀 性
选 用 植 保 无 人 飞 机 （ 大 疆T30 型 ， 图1 （a ） ，
差 、 叶 片 背 面 着 药 不 足 、 雾 滴 飘 移 等 严 重 问
［12,13 ］
以 下 简 称 植 保 无 人 机 ，UnmannedAerialVehicle ，
题 ， 其 高 浓 度 农 药 作 业 往 往 产 生 药 害 ， 灼 伤
UAV ） 与 地 面 自 走 遥 控 式 弥 雾 机 （ 山 西 农 谷 飞 农
作 物 表 面 ， 在 面 对 不 同 防 治 对 象 时 存 在 一 定
植 保 科 技 有 限 公 司 ，3WDZ-200D 型 ， 图1 （b ） ，
局 限 。
以 下 简 称 地 面 弥 雾 机 ） 作 为 对 比 机 型 ， 两 者 装 备
欧 美 国 家 多 数 地 区 果 园 地 形 与 中 国 差 异 较
参 数 如 表1 所 示 。 植 保 无 人 机 飞 行 模 式 采 用 遥 控
大 ， 果 园 标 准 化 程 度 与 机 械 化 作 业 水 平 高 ， 果 园
［14,15 ］
器 打 点 自 主 果 树 作 业 模 式 ， 可 定 高 、 定 速 作 业 。
植 保 作 业 基 本 采 用 地 面 风 送 喷 雾 机 。 相 比 于
地 面 弥 雾 机 由 参 试 人 员 通 过 遥 控 进 行 操 控 。
植 保 无 人 机 ， 果 园 地 面 喷 雾 机 能 减 少 飘 移 ， 增 加
［16 ］
药 液 在 冠 层 中 分 布 均 匀 性 。 目 前 ， 强 靶 标 针
［17-19 ］
对 定 向 喷 雾 技 术 成 为 国 内 外 研 究 热 点 ， 集 感
知 探 测 、 智 能 决 策 、 变 量 控 制 喷 洒 的 智 能 果 园 喷
［19-24 ］
雾 技 术 被 开 发 出 来 。 然 而 ， 果 园 复 杂 环 境 植
保 作 业 仍 面 临 着 大 中 型 机 械 进 园 难 、 适 用 性 差 ，
小 型 机 械 独 立 作 业 药 液 无 法 有 效 穿 透 的 果 树 冠 层
（a ） 植 保 无 人 机
（b ） 地 面 弥 雾 机
［25 ］
等 问 题 。
图1 植 保 无 人 机 与 地 面 弥 雾 机
基 于 上 述 问 题 ， 为 明 确 地 面 弥 雾 机 和 六 旋 翼
Fig.1 Unmannedaerialvehicleandcaterpillarmistsprayer
电 动 植 保 无 人 机 在 芒 果 园 植 保 作 业 中 的 应 用 场
表 1 植 保 无 人 机 与 地 面 弥 雾 机 主 要 参 数
Table1 MainparametersandperformanceindexesofUAVandcaterpillarmistsprayer
最 大 作 业
-1
作 业 机 具 机 具 尺 寸/mm ×mm ×mm 最 大 载 药 量/L 喷 头 型 号 × 数 量 喷 头 最 大 流 量 （ / L ·min ）
-1
速 度 （ / m ·s ）
植 保 无 人 机 2858 ×2685 ×790 30 TEEJET11002VS ×16 8.5 7
地 面 弥 雾 机 1935 ×1140 ×690 200 XR45/01S ×4 XR95/02S ×2 16 1.25
冠 径 为3.2 m ， 株 距4.5 m ， 行 距5 m ， 芒 果 树 生
2 . 2 试 验 场 地
长 状 况 良 好 ， 叶 片 发 育 完 全 ， 冠 层 叶 片 呈 伞 状 分
试 验 于2022 年2 月28 日 进 行 ， 试 验 场 地 位 于 海
布 ， 树 干 中 心 几 乎 没 有 叶 片 ， 果 园 位 于 平 地 ， 场
南 省 三 亚 市 崖 州 区 大 哺 叭 村 （109°18 ′8728 ″ E ，
地 空 旷 无 障 碍 物 。
18°43 ′2527 ″N ） ， 试 验 期 间 平 均 气 温32.3 ℃ ， 平
2 . 3 试 验 方 案 设 计
均 湿 度41% ， 平 均 风 速0.5m/s 。 芒 果 树 品 种 为 贵
妃 芒 ， 树 龄7 ~8 年 。
在 试 验 田 中 选 取30 m ×20 m 的 小 区 作 为 实
芒 果 树 种 植 概 况 ： 平 均 株 高2.70 ~2.90 m ， 验 区 域 （ 图2 ） ， 选 取 小 区 内 不 相 邻 且 长 势 均 匀 的Vol.4,No.3 李 扬 帆 等 ： 地 面 弥 雾 机 与 六 旋 翼 植 保 无 人 机 在 芒 果 冠 层 中 雾 滴 沉 积 性 能 对 比
5 5
3 棵 芒 果 树 布 置 样 品 ， 试 验 设 置 两 个 处 理 组 ， 分 树 行 方 向 由 北 向 南 ， 飞 行 方 式 为 行 上 飞 行 ， 地 面
别 为 地 面 弥 雾 机 施 药 与 植 保 无 人 机 施 药 ， 两 组 处 弥 雾 机 采 用 行 间 喷 洒 模 式 。 试 验 采 用 柠 檬 黄 作 为
理 试 验 参 数 如 表2 所 示 。 植 保 无 人 机 初 始 航 向 沿 示 踪 剂 ， 喷 雾 液 为 柠 檬 黄 水 溶 液 。
（b ） 试 验 地 块 选 取
（a ） 植 保 无 人 机 和 地 面 弥 雾 机 行 走 路 线 示 意 图
图2 植 保 无 人 机 和 地 面 弥 雾 机 行 走 路 线 及 试 验 地 块 示 意 图
Fig.2 WorklinesofUAVandcaterpillarmistsprayerandschematicdiagramofsitelayout
（a ） 芒 果 树 冠 层 正 视 图 （b ） 芒 果 树 冠 层 俯 视 图
图3 芒 果 树 冠 层 雾 滴 沉 积 测 试 雾 滴 采 集 器 布 置 示 意 图
Fig3.Samplerlocationsforassessingmangotreecanopyspraydeposition
表 2 芒 果 树 喷 雾 试 验 设 计 及 机 具 作 业 参 数
T a b l e 2 T h e m a n g o t r e e s p r a y t e s t d e s i g n a n d s p r a y e r s'' p a r a m e t e r s
-2 -1 -1
处 理 组 喷 洒 用 量 （ / L ·hm ） 柠 檬 黄 浓 度 （ / g ·L ） 作 业 速 度 （ / m ·s ） 无 人 机 飞 高/m 喷 洒 路 线
植 保 无 人 机 0.4 4.20 2.5 3 行 上 飞 行
地 面 弥 雾 机 2.27 0.40 1.25 / 行 间 喷 洒
使 用 高 清 相 纸 和 直 径 7 c m 滤 纸 收 集 雾 滴 。 5cm 内 ， 两 者 互 无 遮 挡 ， 以 检 测 药 液 沉 积 量 ， 叶
雾 滴 采 集 器 布 样 示 意 图 如 图3 所 示 ， 将 芒 果 树 分
片 正 反 面 均 布 有 相 纸 和 滤 纸 。 在 下 层 四 个O1 样
成 上 中 下 三 层 ， 下 层 外 侧 样 品 标 记 为O1 ， 下 层
品 于 地 面 投 影 处 放 置4 张 滤 纸 以 收 集 药 液 地 面 流
内 侧 标 记 为I1 ， 中 层 外 侧 样 品 标 记 为O2 ， 中 层
失 。 每 组 处 理 设 置 两 次 重 复 。
内 侧 标 记 为I2 ， 由 于 芒 果 树 冠 层 生 长 特 性 （ 本 次
2 . 4 数 据 分 析 方 法
实 验 选 取 的 芒 果 树 冠 层 呈 伞 状 分 布 ， 冠 层 中 间 无
作 业 结 束5 min 后 ， 所 有 相 纸 收 入 名 片 夹 相
叶 片 ） ， 中 下 冠 层 中 心 与 上 部 冠 层 不 设 内 侧 样 品 ，
上 部 冠 层 样 品 标 记 为O3 ， 滤 纸 布 置 在 相 纸 周 围 应 位 置 ， 将 名 片 夹 装 入12 号 自 封 袋 中 ， 加 入 干智 慧 农 业 （ 中 英 文 ） S m a r t A g r i c u l t u r e Vol.4,No.3
5 6
燥 剂 防 止 样 品 受 潮 影 响 测 试 结 果 ， 于5 日 内 带 回 其 中 ， β 为 冠 层 内 侧 药 液 单 位 沉 积 量 ，
I
实 验 室 中 经 扫 描 仪 （EPSON DS-1610 ） 以 600 μL/cm2 ； β 为 冠 层 外 侧 药 液 单 位 沉 积 量 ， μL/cm2 。
O
dpi 扫 描 后 ， 使 用DepositScan 软 件 分 析 液 滴 雾 滴 同 理 ， 竖 直 方 向 穿 透 系 数 K 计 算 如
V
沉 积 情 况 。 滤 纸 装 入6 号 自 封 袋 中 ， 并 将 所 有 滤 公 式 （3 ） 所 示 ：
β
纸 样 品 归 置 入 黑 色 收 纳 袋 中 避 光 保 存 ， 于5 日 内
a
K = × 100% （3 ）
V
β
b&c
带 回 实 验 室 中 进 行 分 析 。 往 自 封 袋 中 加 入20 mL
其 中 ， β 地 面 弥 雾 机 处 理 组 为 上 冠 层 药 液 单
a
去 离 子 水 （ 地 面 弥 雾 机 组 为5 mL ） 洗 脱 后 过 酶
位 沉 积 量 ， μL/cm2 ， 植 保 无 人 机 处 理 组 为 下 冠
标 仪 （450 nm 波 长 ， 美 国iMark 分 析 仪 器 有 限 公
层 ； β 地 面 弥 雾 机 处 理 组 为 中 下 冠 层 药 液 单 位
b&c
司 ） 分 析 ， 计 算 沉 积 量 。 每 次 施 药 后 收 集 各 处 理
沉 积 量 平 均 值 ， μL/cm2 ， 植 保 无 人 机 处 理 组 为 中
组 母 液 各20 mL ，100 倍 稀 释 。 药 液 沉 积 分 布 的
上 冠 层 。
均 匀 性 以 变 异 系 数 （CV ，% ） 表 示 ， 较 低 的CV
竖 直 方 向 单 位 面 积 沉 积 分 布 百 分 比
值 意 味 着 药 液 雾 滴 覆 盖 分 布 的 均 匀 性 更 好 。 单 位
（R ，% ） 用 于 表 征 药 液 有 效 成 分 在 竖 直 方 向 上
V
沉 积 量 以 β （ μL/cm2 ） 表 示 ， 如 公 式 （1 ） 所 示 ：
的 分 配 比 例 ， 当 冠 层 各 部 位 该 数 值 越 接 近 ， 竖 直
C × V
β = （1 ）
a × A 方 向 药 液 沉 积 越 均 匀 ， 计 算 如 公 式 （4 ） 所 示 ：
其 中 ， β 为 沉 积 量 ， μL/cm2 ；C 为 示 踪 剂 浓 β
dep
R = × 100% （4 ）
V - - - - -
β + β + β + β
度 ， μg/mL ；V 为 洗 脱 液 体 积 ，mL ；a 为 滤 纸 面
U M L G
其 中 ， β 为 竖 直 方 向 某 一 部 位 单 位 沉 积 量 ，
积 ，cm2 ；A 为 母 液 浓 度 ，g/L 。
dep
μL/cm2 ； β 、 β 、 β 、 β 分 别 为 上 层 、 中 层 、 下
水 平 方 向 穿 透 系 数 K 计 算 如 公 式 （2 ）
U M L G
H
层 、 地 面 流 失 的 单 位 沉 积 量 ， μL/cm2 。
所 示 ：
β
I
K = × 100% （2 ）
H
β
O
（a ） 地 面 弥 雾 机 喷 雾 测 试 （b ） 植 保 无 人 机 喷 雾 测 试 （c ） 芒 果 树 冠 层 （d ） 芒 果 树 叶 片
图4 芒 果 树 喷 雾 试 验 测 试 现 场
Fig.4 Mangotreespraytestsite
的 雾 滴 沉 积 分 布 情 况 的 显 著 性 差 异 分 析 结 果 。 由
3 结 果 与 分 析
图5 可 知 ， 地 面 弥 雾 机 处 理 组 药 液 覆 盖 主 要 集 中
在 中 下 层 外 部 叶 片 正 面 ， 其 余 部 位 雾 滴 覆 盖 率 均
3 . 1 雾 滴 覆 盖 率 与 雾 滴 密 度 分 析
不 足5% ， 并 呈 现 从 下 到 上 ， 从 外 到 内 递 减 的 趋
图5 展 示 了 地 面 弥 雾 机 及 植 保 无 人 机 两 种
势 ， 但 得 益 于 该 机 具 较 高 的 作 业 压 力 ， 产 生 的 细
施 药 机 具 在 芒 果 树 叶 片 正 反 面 雾 滴 沉 积 覆 盖 率
雾 滴 （ 在 雾 滴 采 集 卡 上 经 铺 展 后D 为170 μm ） 在
V50
（ 图5 （a ） 和 图5 （b ） ） 与 雾 滴 沉 积 密 度 （ 图5 （c ）
冠 层 各 部 位 叶 片 正 面 雾 滴 密 度 均 能 达 到30 个/cm 2
［26 ］
和 图5 （d ） ） ， 并 展 示 了 两 种 机 具 在 各 冠 层 部 位 的 防 治 需 求 ， 整 体 雾 滴 覆 盖 密 度 为 植 保 无 人Vol.4,No.3 李 扬 帆 等 ： 地 面 弥 雾 机 与 六 旋 翼 植 保 无 人 机 在 芒 果 冠 层 中 雾 滴 沉 积 性 能 对 比
5 7
机 的6 ~7 倍 ， 部 分 区 域 能 达 到170 个/cm 2 ， 该 机 液 时 有 明 显 优 势 。
具 在 喷 施 触 杀 性 杀 虫 剂 或 保 护 性 杀 菌 剂 如 波 尔 多
（b ） 叶 片 背 面 雾 滴 覆 盖 率
（a ） 叶 片 正 面 雾 滴 覆 盖 率
（c ） 叶 片 正 面 雾 滴 密 度
（d ） 叶 片 背 面 雾 滴 密 度
（e ） 叶 片 正 面 单 位 沉 积 量
（f ） 叶 片 背 面 单 位 沉 积 量
注 ： 图 中Ground 为 两 种 机 具 地 面 流 失 量 ， 柱 上 不 同 字 母 均 表 示 差 异 显 著 （P ＜0.05 ， 邓 肯 氏 新 复 极 差 法 ）
图5 地 面 弥 雾 机 与 植 保 无 人 机 叶 片 正 反 面 雾 滴 覆 盖 率 、 雾 滴 密 度 和 单 位 沉 积 量 分 布 情 况
Fig.5 Dropletdepositionanddistributionuniformityofcaterpillarmistsprayerandunmannedaerialvehicleinbladesurface ：
coveragerate ，dropletdensityanddeposition智 慧 农 业 （ 中 英 文 ） S m a r t A g r i c u l t u r e Vol.4,No.3
5 8
两 种 机 具 在 冠 层 的 总 体 雾 滴 沉 积 分 布 参 数 如 植 保 无 人 机 喷 雾 如 图4 （b ） 所 示 ， 由 于 芒 果
表3 所 示 ， 地 面 弥 雾 机 处 理 组 叶 片 背 面 覆 盖 率 平 树 冠 层 呈 伞 状 分 布 ， 植 保 无 人 机 经 过 芒 果 树 顶 端
均 值 仅 为1% ， 低 于 植 保 无 人 机 （2.72% ） ， 平 均
时 下 洗 气 流 场 会 产 生 扩 散 效 应 ， 因 此 使 用 植 保 无
雾 滴 密 度 为20.7 个/cm 2 ， 未 满 足 防 治 需 求 。 造 成
人 机 施 药 时 ， 药 液 覆 盖 率 在 竖 直 方 向 并 没 有 表 现
地 面 弥 雾 机 在 叶 片 背 面 雾 滴 覆 盖 率 与 雾 滴 密 度 远
出 明 显 的 递 减 趋 势 ， 除I1 处 ， 各 部 位 叶 片 正 面 雾
低 于 叶 片 正 面 的 原 因 为 ： 芒 果 冠 层 相 比 于 梨 树 、
滴 覆 盖 率 均 能 满 足2% 的 需 求 。 除 冠 层 顶 部 （O3
苹 果 树 冠 层 ， 其 叶 片 长 度 长 、 硬 度 大 ， 在 风 场 中
处 ） ， 两 种 机 具 在 其 余 部 位 雾 滴 覆 盖 率 无 显 著 差
不 易 翻 转 或 扰 动 ， 叶 背 不 易 沉 积 雾 滴 ， 并 且 芒 果
别 ， 根 据 表3 植 保 无 人 机 处 理 组 正 面 平 均 覆 盖 率
树 郁 闭 度 较 高 ， 叶 片 间 相 互 遮 掩 严 重 ， 雾 滴 无 法
为7.03% ， 为 地 面 弥 雾 机 的1.4 倍 ， 叶 片 背 面 整
穿 透 外 部 叶 片 达 到 内 部 冠 层 ， 导 致 雾 滴 沉 积 覆 盖
体 平 均 覆 盖 率 为 地 面 弥 雾 机 的2.7 倍 。 但 由 于 植
率 均 匀 性 低 。 而 该 机 具 采 用 压 送 喷 雾 的 方 式 向 冠
保 无 人 机 雾 化 性 能 较 差 ， 产 生 的 大 雾 滴 （ 在 雾 滴
层 输 送 雾 滴 ， 叶 片 很 少 发 生 翻 转 ， 高 压 输 送 的 雾
采 集 卡 上 经 铺 展 后D 为631 μm ） 在 叶 片 正 反 面
V50
场 又 会 导 致 部 分 叶 片 以 一 定 角 度 吹 起 ， 从 而 在 此
雾 滴 密 度 均 不 足 以 满 足 低 量 喷 雾20 个/cm 2 的 病 虫
处 产 生 一 定 比 例 的 高 雾 滴 覆 盖 样 品 ， 根 据 图5 ［27 ］
害 防 治 要 求 ， 平 均 雾 滴 密 度 仅 为9.2 个/cm 2 ，
（b ） 中 该 处 理 组 的 多 个 异 常 值 可 以 印 证 这 一 猜
地 面 弥 雾 机 处 理 组 该 数 值 为61.1 个/cm 2 ， 因 此 ，
想 ， 同 时 也 说 明 该 种 雾 滴 输 送 方 式 （ 图4 （a ） ）
植 保 无 人 机 喷 施 部 分 保 护 性 杀 菌 剂 时 ， 该 机 具 劣
不 适 用 于 对 芒 果 树 冠 层 叶 片 背 面 病 虫 害 的 防 治 ，
势 较 明 显 ， 可 更 换 更 低 流 量 喷 头 或 加 装 离 心 喷 头
可 在 现 有 机 具 上 加 装 风 送 装 置 以 增 加 雾 滴 穿 透 性
以 增 加 药 液 雾 化 效 果 。
及 分 布 均 匀 性 。
由 表3 可 知 ， 地 面 弥 雾 机 处 理 组 叶 片 背 面 覆
表 3 芒 果 树 喷 雾 试 验 雾 滴 沉 积 分 布 参 数
盖 率 占 正 面 百 分 比Kc 为20% ， 植 保 无 人 机 处 理
Table3 Dropletdepositionanddistributionparametersof
组 为38.7% ， 植 保 无 人 机 对 叶 片 背 面 的 防 治 效 果
mangotreespraytest
优 于 地 面 弥 雾 机 ， 根 据 图5 （b ） 该 处 理 组 在O3
处 理 组
处 叶 片 背 面 覆 盖 率 能 达 到5% ， 但 样 品 重 复 性 差 。
雾 滴 沉 积 分 布 参 数
地 面 弥 雾 机 植 保 无 人 机
由 图5 （a ） 和 图5 （b ） 得 出 ： 两 组 处 理 雾 滴 覆
叶 片 正 面 平 均 覆 盖 率C /% 4.96±0.83 7.03±1.26
upp
盖 率 数 值 分 布 广 泛 ， 植 保 无 人 机 处 理 组 药 液 覆 盖
叶 片 背 面 平 均 覆 盖 率C /% 1.01±0.34 2.72±10.3
und
ˉ
率 分 布 均 匀 性 （CV 值 ） 为148.5% ， 低 于 地 面 弥
覆 盖 率 平 均 值C/% 2.99 4.88
-
叶 片 正 面 平 均 雾 滴 密 度N （ / 个 ·cm 2 ） 101.5±11.1 12.25±1.8
雾 机 （165.9% ） ， 造 成 两 种 施 药 机 具 整 体 雾 滴 沉
upp
-
叶 片 背 面 平 均 雾 滴 密 度N （ / 个 ·cm 2 ） 20.7±4.8 6.09±1.3
und
积 分 布 均 匀 性 较 差 的 原 因 为 ：
-
ˉ
雾 滴 密 度 平 均 值N （ / 个 ·cm 2 ） 61.1 9.2
（1 ） 芒 果 树 冠 层 郁 闭 度 高 （ 图4 （c ） ） ， 叶
-
叶 片 正 面 平 均 单 位 沉 积 量 β （ / μL ·cm 2 ） 0.88±0.13 0.20±0.04
upp
片 间 相 互 遮 挡 部 位 多 ， 且 药 液 不 易 穿 透 外 部 冠 层
-
叶 片 背 面 平 均 单 位 沉 积 量 β （ / μL ·cm 2 ） 0.45±0.10 0.13±0.03
und
-
ˉ
达 到 内 部 ， 多 数 药 液 沉 积 在 冠 层 外 部 。
单 位 沉 积 量 平 均 值 β （ / μL ·cm 2 ）
0.67 0.16
雾 滴 粒 径 平 均 值D / μm 170.6±8.6 631.4±63.1
（2 ） 芒 果 树 叶 片 叶 倾 角 呈 圆 弧 形 ， 叶 片 较 长 ，
V50
雾 滴 覆 盖 率 分 布 均 匀 性CV/% 165.9 148.5
冠层 整体 叶倾 角分 布复 杂 （ 图4 （d ）） ， 同一 叶片
叶 片 背 面 覆 盖 率 占 正 面 百 分 比R /% 20.4 38.7
c
上 不 同 位 置 药 液 沉 积 差 异 大 ， 传 统 的 雾 滴 采 集 方
内 部 沉 积 占 比R /% 37.1 18.0
d
法 对 芒 果 树 上 雾 滴 沉 积 性 能 的 评 判 精 确 度 不 足 。
垂 直 穿 透 系 数K /% 27.8 33.4
V
（3 ） 地 面 弥 雾 机 缺 乏 雾 滴 辅 助 扩 散 装 置 ， 导
水 平 穿 透 系 数K /% 48.6 25.5
H
地 面 流 失 比 率R /% 21.8 21.2 致 个 别 部 位 过 度 沉 积 ， 植 保 无 人 机 则 缺 乏 更 有 效
Groundloss
注 ： 表 中 部 分 数 据 以 平 均 值± 标 准 误 表 示
的 雾 化 方 式 。Vol.4,No.3 李 扬 帆 等 ： 地 面 弥 雾 机 与 六 旋 翼 植 保 无 人 机 在 芒 果 冠 层 中 雾 滴 沉 积 性 能 对 比
5 9
两 组 处 理 雾 滴 沉 积 扫 描 结 果 如 图6 所 示 ， 根 雾 机 施 药 量 虽 为 植 保 无 人 机 的5 ~6 倍 ， 但 该 机 具
据 雾 滴 扫 描 结 果 可 知 ： 由 于 芒 果 树 叶 片 整 体 叶 倾 缺 乏 雾 滴 辅 助 扩 散 装 置 ， 药 液 从 喷 头 到 作 物 叶 片
角 分 布 复 杂 ， 植 保 无 人 机 喷 雾 产 生 的 大 雾 滴 易 在 表 面 需 要 一 定 时 间 ， 导 致 部 分 药 液 挥 发 、 飘 失 ，
叶 片 上 产 生 滑 落 ， 造 成 农 药 流 失 。 此 外 ， 地 面 弥 减 少 了 叶 片 表 面 覆 盖 率 。
（a ） 地 面 弥 雾 机 处 理 组 （b ） 植 保 无 人 机 处 理 组
图6 地 面 弥 雾 机 与 植 保 无 人 机 雾 滴 采 集 扫 描 图
Fig.6 ThescanresultsofcaterpillarmistsprayerandUAVtreatmentdropletcollectingcard
业 往 往 以 较 高 的 药 液 浓 度 进 行 ， 增 加 了 药 液 对 果
3 . 2 沉 积 量 与 穿 透 性 分 析
树 灼 伤 的 风 险 。
各 试 验 处 理 组 药 液 沉 积 量 如 图 5 （e ） 和
图5 （f ） 所 示 ， 结 果 显 示 ： 除O3 处 ， 其 余 部 位
表 4 地 面 弥 雾 机 与 植 保 无 人 机 施 药 冠 层 各 部 位 沉 积 占 比
Table4 Depositionrateindifferentpartsofthecanopyof
地 面 弥 雾 机 处 理 组 叶 片 正 面 药 液 单 位 沉 积 量 显 著
caterpillarmistsprayerandUAVtreatment
高 于 植 保 无 人 机 。 因 地 面 弥 雾 机 施 药 量 大 ， 内 部
冠 层 部 位 沉 积 占 比/%
冠 层 叶 片 背 面 沉 积 量 相 对 植 保 无 人 机 也 显 著 提
处 理 组
上 层 中 层 下 层 地 面 流 失
高 ， 根 据 公 式 （4 ） 计 算 的 两 种 机 具 在 竖 直 方 向
地 面 弥 雾 机 17 25 36 22
沉 积 分 布 占 比 如 表4 示 。 地 面 弥 雾 机 处 理 组 药 液
植 保 无 人 机 43 16 20 21
沉 积 集 中 于 中 下 冠 层 外 部 （ 占 比61% ） ， 但 上 部
冠 层 单 位 沉 积 量 为0.38 μL/cm 2 ， 仅 为 平 均 沉 积 量
4 结 论 与 展 望
的47.0% ， 植 保 无 人 机 处 理 组 在 上 层 沉 积 比 重 最
高 （43.0% ） 。
本 研 究 通 过 试 验 对 比 了 六 旋 翼 植 保 无 人 机 与
根 据 表 3 ， 地 面 弥 雾 机 处 理 组 内 部 冠 层 沉 积 地 面 弥 雾 机 两 种 施 药 机 具 在 芒 果 树 上 的 雾 滴 沉 积
占 比 为37.1% ， 植 保 无 人 机 仅 为18.0% ， 水 平 穿
分 布 特 性 ， 结 果 表 明 ：
透 系 数 地 面 弥 雾 机 （48.6% ） ＞ 植 保 无 人 机
（1 ） 植 保 无 人 机 施 药 在 上 部 冠 层 叶 片 表 面 雾
（25.5% ） ， 说 明 在 本 次 试 验 植 保 无 人 机 的 风 场 及 滴 覆 盖 率 显 著 高 于 地 面 弥 雾 机 ， 其 余 部 位 两 种 施
作 业 参 数 条 件 下 ， 农 药 雾 滴 仍 无 法 穿 透 外 部 冠
药 机 具 无 显 著 差 异 。 植 保 无 人 机 处 理 组 叶 片 正 反
层 ， 需 对 作 业 参 数 进 行 进 一 步 优 化 ， 而 地 面 弥 雾 面 平 均 覆 盖 率 均 为 地 面 弥 雾 机 的1.5 ~2 倍 ， 对 叶
机 产 生 的 细 雾 滴 有 利 于 向 内 部 输 送 药 液 。 片 背 面 的 防 治 优 于 地 面 弥 雾 机 。 地 面 弥 雾 机 处 理
两 种 机 具 地 面 流 失 比 率 均 为21% 左 右 ， 实 际
组 叶 片 正 面 雾 滴 密 度 显 著 高 于 植 保 无 人 机 ， 叶 片
作 业 中 ， 植 保 无 人 机 更 易 受 气 候 影 响 而 产 生 飘 背 面 则 无 显 著 差 异 ， 植 保 无 人 机 叶 片 正 反 面 均 未
失 ， 此 外 ， 在 病 虫 害 高 发 期 ， 植 保 无 人 机 植 保 作 满 足 低 量 喷 雾20 个/cm 2 的 病 虫 害 防 治 要 求 。 地 面智 慧 农 业 （ 中 英 文 ） S m a r t A g r i c u l t u r e Vol.4,No.3
6 0
弥 雾 机 药 液 沉 积 集 中 在 中 下 冠 层 （61.1% ） ， 植 保 参 参 考 考 文 文 献 献 ：
无 人 机 处 理 组 则 集 中 在 上 部 冠 层 （43.0% ） ， 冠 层 [1] 柯 佑 鹏. 浅 析RCEP 下 海 南 芒 果 产 业 发 展 的 挑 战 及 出
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内 部 沉 积 比 例 地 面 弥 雾 机 （48.6% ） ＞ 植 保 无 人
[2] 岑 艳 喜. 芒 果 主 要 病 虫 害 的 发 生 及 防 治 初 探[J]. 南 方
机 （25.5% ） 。
农 业,2019,13(9):11-12.
（2 ） 由 于 芒 果 树 冠 层 郁 闭 度 高 ， 叶 片 长 度 、
CENY. Preliminary study on occurrence and control of
厚 度 大 ， 叶 倾 角 分 布 复 杂 等 生 长 特 性 ， 两 种 机 具
main diseases and insect pests in mango[J]. South Chi ‐
针 对 芒 果 树 施 药 沉 积 分 布 均 匀 性 较 差 ， 总 体CV
naAgriculture,2019,13(9):11-12.
值 均 超 过100% 。
[3] 叶 潇 潇. 芒 果 主 要 病 虫 害 的 发 生 与 防 治[J]. 农 业 灾 害
（3 ） 根 据 试 验 结 果 ， 两 种 施 药 机 具 在 芒 果 树
研 究,2015,5(9):7-10.
冠 层 中 的 施 药 沉 积 分 布 各 有 优 势 与 缺 陷 。 相 比 于
YE X. Occurrence and control of mango fruit main dis ‐
植 保 无 人 机 ， 地 面 弥 雾 机 适 用 于 冠 层 中 下 部 及 内 eases and pests[J]. Journal of Agricultural Catastro ‐
phology,2015,5(9):7-10.
部 病 虫 害 防 治 ， 具 且 该 机 具 较 高 的 雾 滴 覆 盖 密 度
[4] 邢 楚 明, 韩 冬 银, 李 磊, 等. 蓟 马 在 芒 果 园 田 间 的 时 空
（60 个/cm2 ） ， 适 用 于 喷 施 触 杀 性 杀 虫 剂 及 保 护 性
动 态[J]. 环 境 昆 虫 学 报,2017,39(6):1258-1265.
杀 菌 剂 如 波 尔 多 液 ， 但 在 冠 层 上 部 沉 积 能 力 不
XING C, HAN D, LI L, et al. Spatio-temporal dynam ‐
足 、 整 体 施 药 均 匀 性 差 等 问 题 可 通 过 加 装 风 送 装
ics of thrips in mango orchard[J]. Chinese Journal of
置 以 增 加 该 机 具 施 药 效 果 。
EnvironmentalEntomology,2017,39(6):1258-1265.
植 保 无 人 机 相 比 与 地 面 弥 雾 机 在 冠 层 外 部 叶
[5] 尹 平 发. 海 南 芒 果 病 虫 害 防 治 技 术[J]. 特 种 经 济 动 植
片 表 面 有 较 好 的 着 药 能 力 与 地 形 适 应 性 ， 适 用 于
物,2021,24(7):47-48.
针 对 芒 果 上 部 冠 层 如 蓟 马 、 炭 疽 等 易 发 于 外 部 花
YIN P. Technology of mango disease and insect pest
絮 的 病 虫 害 防 治 ， 但 植 保 无 人 机 向 芒 果 冠 层 内 部 control in Hainan[J]. Special Economic Animals and
Plants,2021,24(7):47-48.
输 送 药 液 的 能 力 不 如 地 面 弥 雾 机 ， 可 在 此 基 础 上
[6] 何 雄 奎. 我 国 植 保 无 人 机 喷 雾 系 统 与 施 药 技 术[J]. 农
改 进 雾 化 方 式 ， 增 强 雾 滴 穿 透 性 ， 或 改 变 植 保 无
业 工 程 技 术,2018,38(9):33-38.
人 机 作 业 参 数 ， 增 加 雾 滴 沉 积 分 布 均 匀 性 。
[7] 朱 晓 锋, 王 明, 徐 兵 强, 等. 核 桃 园 植 保 无 人 机 作 业 参
未 来 将 开 发 一 套 植 保 无 人 机 与 地 面 弥 雾 机 协
数 优 选[J]. 植 物 保 护,2020,46(4):25-32.
同 作 业 的 空 地 协 同 立 体 植 保 作 业 系 统 ， 两 种 施 药
ZHU X, WANG M, XU B, et al. Optimization of un ‐
机 具 针 对 同 一 地 块 先 后 进 行 作 业 ， 在 喷 雾 过 程 互
manned aerial vehicle (UAV) operation parameters in
不 干 扰 的 情 况 下 ， 将 一 定 量 农 药 通 过 两 种 施 药 机
walnut orchards[J]. Plant Protection, 2020, 46(4):
具 分 散 至 果 树 冠 层 中 （ 按 照 不 同 施 药 配 比 ） ， 发
25-32.
挥 地 面 弥 雾 机 在 果 树 中 下 层 及 内 部 冠 层 优 良 的 沉 [8] WANG C, LIUY, ZHANG Z, et al. Spray performance
evaluation of a six-rotor unmanned aerial vehicle
积 性 能 ， 再 由 植 保 无 人 机 对 地 面 弥 雾 机 上 部 冠 层
sprayer for pesticide application using an orchard oper ‐
沉 积 不 足 的 劣 势 进 行 补 充 ， 同 时 在 地 面 弥 雾 机 无
ation mode in apple orchards[J]. Pest Management Sci ‐
法 通 行 的 地 势 由 植 保 无 人 机 进 行 二 次 补 喷 ， 实 现
ence,2022,78(6):2449-2466.
果 园 植 保 作 业 果 树 冠 层 的 均 匀 覆 盖 ， 会 大 幅 提 高
[9] MENG Y, SU J, SONG J, et al. Experimental evalua ‐
药 液 在 冠 层 中 的 沉 积 分 布 均 匀 性 及 农 药 有 效 利 用
tion of UAV spraying for peach trees of different
率 ， 在 此 基 础 上 进 行 减 量 施 药 的 研 究 ， 最 后 将 果
shapes: Effects of operational parameters on droplet
园 智 能 植 保 作 业 系 统 （ 包 括 感 知 、 决 策 及 执 行 机
distribution[J]. Computers and Electronics in Agricul ‐
构 ） 应 用 在 本 研 究 两 种 施 药 机 具 中 ， 将 实 现 芒 果
ture,2020,170:ID105282.
园 植 保 作 业 的 无 人 化 、 智 能 化 。 [10] WANG C, HERBSTA, ZENG A, et al. Assessment ofVol.4,No.3 李 扬 帆 等 ： 地 面 弥 雾 机 与 六 旋 翼 植 保 无 人 机 在 芒 果 冠 层 中 雾 滴 沉 积 性 能 对 比
6 1
spray deposition, drift and mass balance from un ‐ ZHANG J, DENG W, ZHANG Y. Status quo on re ‐
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25-32.
ComparisonofDropletDepositionPerformanceBetween
CaterpillarMistSprayerandSix-RotorUnmannedAerial
VehicleinMangoCanopy
1,2 1,2 1,2 1,2 1,2
LIYangfan ,HEXiongkui ,HANLeng ,HUANGZhan ,HEMiao
（1. College of Science, ChinaAgricultural University, Beijing100193, China;
2. College ofAgricultural Unmanned System, ChinaAgricultural University, Beijing101206, China ）
Abstract: In order to solve the problems of pesticides abuse, nonuniformity deposition and low operating efficiency, build up the
smartmangoorchard,sedimentarypropertiesofliquidsinmangocanopyoftwoorchardpesticidemachinery,i.e.,orchardcater ‐
pillar mist sprayer and six-rotor unmanned aerial vehicle (UAV) of were compared.Mango canopy was divided into upper,mid ‐
dle and lower canopy, tartrazine wsa selected as the tracer, high-definition printing paper and filter paper were used to collect
pesticide droplets, the image processing methods such as deposition distribution uniformity were used to analyze the droplets.
The experimental results showed that, for the surface droplets coverage rate of upper canopy leaf, unmanned aerial vehicle
(UAV) was significantly higher than the cartipillar mist sprayer, there was no significant difference for the middle and lower
canopy leaf. The the average coverage rate of both the front and back of leaves in UAV treatment group were 1.5~2 times for
cartipillar mist sprayer, and got more deposition in back of leaves compare with caterpillar mist sprayer.The density of droplets
on the front of the leaves of the mist sprayer treatment was significantly higher than that of the UAVtreatment,but there was no
significant difference on the back of the leaves. Both the front and back of the leaves of the plant protection UAV did not meet
2
the requirements of disease and pest control with a low spray amount of 20/cm . The liquid deposition of mist sprayer concen ‐
trated in the middle and lower canopy (61.1%), and while for the UAVs, it concentrated in the upper canopy (43.0%). The pro ‐
portion of the deposition in the canopy was higher than that of the UAVs (48.6%), but the deposition capacity of mist sprayer in
the upper canopy was insufficient, accounting for only 17%. The research shows that, compared with UAV, caterpillar mist
sprayer is more suitable for the pest control of lower and middlein canopy, at the same time, the high density of droplets cover
also has obvious advantages when spraying fungicide. UAVis more suitable for the external tidbits pest control of upper mango
canopy, such as thrips, anthrax.According to the experimental results, a stereoscopic plant protection system can be built up in
which can use the advantages of both caterpillar mist sprayer and UAV to achieve uniform coverage of pesticide in the mango
treecanopy.
Key words: smart mango orchard; misting machine; plant protection unmanned aerial vehicle; droplet deposition distribution
uniformity;pestcontrol
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