近日，国家香蕉（芒果）产业技术体系果园生产机械化岗位团队围绕蕉园喷雾雾滴高效润湿沉积方面开展研究，研究成果在农业工程领域和植物保护领域权威期刊Computers and Electronics in Agriculture（中科院1区）、Pest Management Science（中科院1区）、Crop Protection（中科院2区）共发表4篇研究论文。

　　农药喷洒是一个复杂的动态过程，在农药雾滴与靶标叶面交互行为过程中存在着许多内在的变异。包括靶标作物自身的性状与特性，例如不同靶标作物冠层特性，叶面形状尺寸，叶片倾角，叶面毛刺、气孔、蜡质层和微观结构等；雾滴可变的物化特性，例如不同农药制剂，不同农药配方的表面张力，黏度，接触性能，粘附性能等；此外，靶标冠层微气候、湍流以及雾滴可变的撞击条件，例如随着喷雾过程的进行，雾滴撞击先前潮湿区域的可能性增加等均会对农药雾滴在靶标叶面的有效沉积产生影响。该研究内容以“Regulating the dynamic wetting behavior of pesticide on banana leaves at different growth stages with surfactants”为题，发表在期刊Pest Management Science（网络首发）。

　　图1 农药喷洒润湿弹跳行为

　　对香蕉种植园常见农药在不同生育阶段香蕉叶片表面的性能匹配研究，表征不同生长阶段叶片表面微观结构的变化，通过检测不同供试溶液在香蕉叶片表面的接触角 （CA），测定香蕉叶片不同生长阶段的表面自由能 （SFE） 以及极性和非极性成分。结果表明不同阶段香蕉叶片表面液滴的润湿行为与表面粗糙度呈显著相关性，农药在不同生长阶段香蕉叶片的润湿行为揭示了液滴在叶片表面的润湿性能与叶片表面特性以及农药表面张力之间存在显著相关性 。

　　对表面活性剂调控农药在不同生育时期对香蕉叶片的动态润湿行为研究，通过研究表面活性剂对药液理化性质的调控影响，阐明了农药理化性质与香蕉叶片表面特性之间的相互作用机制。研究结果表明，农药液滴的能量耗散率与 We 数和表面活性剂浓度的增加呈自然指数上升。该研究内容以“Performance matching of common pesticides in banana plantations on the surface of banana leaves at different growth stages”为题，发表在期刊Pest Management Science（第79卷，页码4707-5417）。

　　图2 蕉叶表面特征与润湿行为

　　解析香蕉叶片表面液滴润湿的调控机制并建立其动态润湿模型。香蕉叶片的微观形貌呈现出微纳双尺度结构，近轴侧和远轴侧的微观结构和粗糙度不同。相应地，粗糙度较高的香蕉叶片近轴侧的润湿性总是优于远轴侧。液滴的液滴接触性能表现出对表面活性剂的强烈浓度依赖性，表面活性剂调节不同农药制剂在两侧润湿性的物种间差异。此外，农药液滴的动态润湿过程具有较强的时间依赖性，利用时间序列法建立AR（2）模型，实现了动态润湿过程蕉叶正反面接触角变化规律的精准模拟与预测。该研究内容以“Regulation mechanism of droplets wetting on banana leaf surface and its dynamic contact angle wetting model”为题，发表在期刊Crop Protection（第186卷，编号106920）。

　　图3 动态润湿调控

　　对农药液滴撞击目标叶片的行为，从微观和宏角度建立单液滴撞击目标叶片表面的扩散模型和计算流体力学（CFD）模型。阐明了液滴沉积性能与喷雾作业参数之间的定量映射关系。将香蕉叶片的微观特性与液滴的物理化学特性相结合建立了CFD模型进行单滴冲击仿真验证。数值模拟结果与实验研究构建的农药液滴撞击倾斜的香蕉叶片表面的扩散模型一致，揭示了农药液滴撞击香蕉叶片表面的动态行为过程，实现定量反映农药液滴的影响过程。本研究建立的农药液滴冲击香蕉叶片表面的扩散模型和CFD模型，可为喷雾液滴沉积行为的农药施用选择提供指导。该研究内容以“Spreading model of single droplet impacting the banana leaf surface and computational fluid dynamics simulation analysis”为题，发表在期刊Computers and Electronics in Agriculture（第223卷，编号109113）。

　　图4 计算流体力学模拟

　　果园生产机械化岗位蒋寅龙博士、博士研究生蒋婷婷分别为论文第一作者，徐兴副教授、杨洲教授、段洁利教授指导了该研究并为通讯作者。该研究获得国家现代农业产业技术体系（CARS-31）、广东省自然科学基金（2023A1515110797）等项目资助。

内容编辑：