01 超低容量噴霧技術(shù)的概念和特點

超低容量噴霧技術(shù)需要專用的藥械，采用離心霧化法(轉(zhuǎn)碟霧化法)噴霧，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速達到7000～8000rpm，采用專用的超低容量油劑，每畝噴液量66～330 mL(5L/hm2以下)，霧滴粒徑為50～100 μm（屬于彌霧范疇）。噴霧方法采取飄移噴霧法，形成“霧滴覆蓋”，一般20個/cm2左右即可形成有效覆蓋。一般的噴霧方式見表1。

1.1 針對性噴霧與飄移性噴霧

針對性噴霧就是噴頭對著靶標噴霧，藥液對靶標全覆蓋，在靶標上形成液膜覆蓋，一般高容量噴霧采用針對性噴霧，農(nóng)藥利用率較低，僅有20%～30%。飄移性噴霧也稱為飄移累積噴霧法，噴頭不能直接對著靶標噴灑，細小霧滴需要依靠風力的吹送下，把霧滴分散出去。一般超低容量噴霧采用此法，在靶標上形成霧滴覆蓋。不同霧滴粒徑的霧滴覆蓋密度見表2。

1.2 霧滴粒徑與霧滴運動的關(guān)系

距離噴頭近處飄落的霧滴多而大，遠處飄落的霧滴少而小，霧滴愈細，飄移愈遠，直徑10μm的霧滴可飄移千米之遠。霧滴粒徑與霧滴運動的關(guān)系見表3。

1.3 超低容量噴霧技術(shù)優(yōu)點

（1）工效高，防治及時，手持式超低容量噴霧機比手動壓縮式噴霧提高功效20～30倍，東方紅-18型背負式機動超低容量噴霧，其工效50畝/h；

（2）節(jié)省農(nóng)藥，一般可節(jié)省農(nóng)藥30%以上；

（3）不用水，省去了取水、配藥等環(huán)節(jié)，特別適合于干旱少雨地區(qū)及缺水的山區(qū)、林地；

（4）藥效好，持效長，油溶性農(nóng)藥易于穿透害蟲體表進入體內(nèi)，表現(xiàn)為殺蟲迅速、藥效好，高沸點溶劑可以保護有效成分，起到抗水解、抗氧化、抗光解作用，表現(xiàn)為持效長；

（5）防治費用低。超低容量噴霧適用于大面積的單一作物，可以提高工效和藥效，而不適合用于小面積的田塊。特別適用于東北廣闊的三江平原和森林防治松毛蟲、灘涂防治蝗蟲等。

1.4 超低容量噴霧在國內(nèi)外的發(fā)展概況

國外在20世紀40年代開始研究，直到上世紀60年代，美國解決了超低容量噴霧制劑之后，該項技術(shù)才在各個國家發(fā)展起來。與傳統(tǒng)噴霧技術(shù)相比，該項技術(shù)優(yōu)勢明顯，迄今已被數(shù)十個國家所采用，特別是工業(yè)化的大農(nóng)業(yè)國家，如美國、加拿大、澳大利亞等，他們采用大型的施藥器械，如飛機、拖拉機等，發(fā)展中國家，如中國、泰國、巴西等，主要采用小型的施藥器械，如手持式或背負式的，進行小規(guī)模的噴霧作業(yè)。

我國從1973年和1974年先后引進了地面和空中的超低容量噴霧技術(shù)，于1978年前后已開發(fā)出多種藥械和多種超低容量噴霧油劑，1978年防治面積近6.67萬hm2。至2012年，我國農(nóng)業(yè)航空年作業(yè)量約為3.2萬小時，作業(yè)面積超過200萬hm2。2013年以來，無人機植保航空異軍突起，發(fā)展迅猛。

02 超低容量油劑的概念和特點

2.1 超低容量油劑的概念

超低容量油劑，上一版本的農(nóng)藥劑型名稱及代碼國家標準 （GB/ T19378—2003）稱為超低容量液劑，是超低容量噴霧的專用劑型，劑型代碼為UL，其定義為直接在超低容量器械上使用的均相液體制劑。而最新修訂的農(nóng)藥劑型名稱及代碼國家標準（GB/ T19378—2017）中，取消了超低容量液劑劑型，歸屬于油劑中，油劑劑型代碼為OL，其定義為用有機溶劑稀釋（或不稀釋）成均相、含有效成分的液體制劑，其中無需再稀釋，直接進行噴霧的可以定義為以前的超低容量油劑。

油劑為真溶液，屬于均相分散體系，需要農(nóng)藥有效成分完全溶解在有機溶劑中，適合用于超低容量噴霧油劑的溶劑，一般需具備高閃點、高沸點，故亦稱為溶劑油，與芳烴溶劑相比，其溶解性較差，需在制劑中添加助溶劑，幫助提高溶劑油對有效成分的溶解。

2.2 油劑的特點

油劑具有如下特點：

（1）采用高沸點的溶劑油具有揮發(fā)性低、黏度低、閃點高、密度接近、對人畜和作物安全；

（2）高沸點溶劑不顯著改變噴出的霧滴的粒徑和質(zhì)量，降低霧滴揮發(fā)與飄移，使之有更好的沉降能力和沉積效率，農(nóng)藥利用率達到70%以上，藥效高于乳油；

（3）黏附性強，耐雨水沖刷，對生物表面滲透性強，速效，持效長；

（4）油劑直接使用，無需對水稀釋，故不需要表面活性劑，節(jié)約生產(chǎn)成本；

（5）油劑加工工藝簡單，媲美于乳油，在反應釜中經(jīng)過簡單攪拌、溶解即可獲得均勻、透明、流動性好的制劑。

2.3 為什么超低容量噴霧需要專用的油劑？

超低容量噴霧的霧滴粒徑為50～100 μm，這么細的霧滴很容易揮發(fā)，常規(guī)制劑兌水噴霧的霧滴揮發(fā)性高，而只有采用高沸點、高閃點、低揮發(fā)性的溶劑油配制的專用油劑才能使霧滴在到達靶標前不改變其粒徑及質(zhì)量，形成有效的沉積。高圓圓等2013年報道，以AF～811無人機進行超低容量噴灑毒死蜱防治玉米螟，飛行高度2.5 m，采用專用10%油劑噴霧，防效達到80.7%，而采用42%乳油兌少量的水進行超低容量噴霧，防效僅為69.1%，兩者差異顯著。圖1是李艷杰2002年采用不同劑型進行超低容量噴霧形成的霧滴空間分布，其中深色區(qū)域的霧滴密度為20個/cm2（有效覆蓋）以上，淺色區(qū)域為5～19 個/cm2（無效覆蓋），柴油的有效覆蓋明顯比乳油和懸浮劑的范圍大。

03 超低容量油劑的配方組成和質(zhì)量技術(shù)指標

油劑由農(nóng)藥原藥、溶劑油及助溶劑等組成。在溶劑油中具有一定溶解度的、毒性較低的農(nóng)藥原藥均可配制油劑。

3.1 有效成分

超低容量噴霧主要針對殺蟲劑，用于防治大面積爆發(fā)、突發(fā)性的害蟲。選擇農(nóng)藥有效成分時，需要考慮藥劑的作用方式、害蟲的為害特性等特點。

由于超低容量噴霧采用飄移性噴霧，很難使霧滴均勻分布，所以適宜用于噴灑內(nèi)吸性的藥劑。在溶劑油中具有一定溶解性的內(nèi)吸性殺蟲劑均可配制成油劑用于超低容量噴霧；觸殺性殺蟲劑超低容量噴霧可用于防治活動性較強的咀嚼式口器或刺吸性口器的害蟲，如蝗蟲、飛翔的蚊蠅等衛(wèi)生害蟲，鉆蛀性害蟲在鉆蛀前施用；胃毒性和觸殺性殺蟲劑可用于防治食葉害蟲，如黏蟲、松毛蟲等。

在溶劑油中具有一定溶解性的內(nèi)吸性殺菌劑可配制成油劑用于超低容量噴霧，不建議保護性殺菌劑配制油劑用于超低容量噴霧，由于霧滴不能完全覆蓋，而導致防效不佳。

不建議除草劑配制成油劑用于超低容量噴霧。由于除草劑的高選擇性，細小霧滴易于飄移，對相鄰作物易于產(chǎn)生藥害。

禁止使用劇毒農(nóng)藥和高粘度的農(nóng)藥，以免造成操作人員中毒及藥害。

3.2 溶劑油

溶劑油需具備揮發(fā)性低、黏度低、閃點高、密度接近、對人畜和作物安全，對原藥需具備良好的溶解性能。

3.2.1 溶劑的性質(zhì)—閃點

閃點指可燃性液體表面上的蒸汽和空氣的混合物與火接觸而初次發(fā)生閃光時的溫度。閃點是可燃性液體貯存、運輸和使用的一個安全指標，是可燃液體危險性指數(shù)，同時也是可燃性液體的揮發(fā)性指標，閃點低的可燃性液體，揮發(fā)性高，容易著火，安全性較差，如乙醇的開口閃點為16℃，閉口閃點為14℃，芳烴溶劑間、對二甲苯的閃點為25℃，鄰二甲苯為17℃。

只有易燃液體才有閃點，而水不可燃，故水沒有閃點。

3.2.2 溶劑的性質(zhì)—沸點

沸騰是指在一定溫度下液體內(nèi)部和表面同時發(fā)生的劇烈汽化現(xiàn)象。液體沸騰時的溫度被稱為沸點，也就是物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)的溫度。

液體的沸騰與外部的壓強有關(guān)。液體所受的壓強增大，沸點升高，而壓強減小，則沸點降低。如蒸汽鍋爐(約有幾十個大氣壓)內(nèi)的水，其沸點可達200℃，而高海拔地區(qū)上的水其沸點低于100℃(海拔1900m，大氣壓約為600 mmHg（標準大氣壓為760 mmHg），水沸點93.5 ℃)。

液體的揮發(fā)性與溫度有關(guān)。隨著溫度的升高，其揮發(fā)性亦增大，當溫度升高到沸點，液體成為氣化狀態(tài)。對于絕大部分溶劑，沸點越高，揮發(fā)性越小。不同的液體在不同溫度下具有不同的揮發(fā)性，如甲苯的沸點高于水，但在室溫下甲苯的揮發(fā)性強（甲苯分子間作用力較弱，導致其室溫揮發(fā)性強于水），當溫度升高到100℃時水沸騰，揮發(fā)性大于甲苯（甲苯的沸點為110.6℃）。一些常用溶劑的閃點與沸點見表4。沸點遠高于閃點，閃點與沸點都低，則溶劑容易揮發(fā)。

3.2.3 溶劑油種類

用于油劑的溶劑油歷經(jīng)三代，第一代的溶劑油為一線油、二線油（上世紀70～90年代），第二代溶劑油為重芳烴（2000～2015年），第三代溶劑油為目前正嘗試使用的綠色環(huán)保的極性溶劑油，如多元醇酯類、醇醚類。

高沸點、高閃點的溶劑油的種類有：

（1）高沸點芳烴類：重芳烴石腦油、溶劑石腦油，如C9～C10重芳烴(Solvesso 200#)等；

（2）酮類：異佛爾酮、環(huán)己酮和N-甲基吡咯烷酮等；

（3）脂肪烴類：柴油、動力煤油等；

（4）高沸點醇類：C2～C8烷基乙二醇，如丁(戊、己)二醇；

（5）植物油類：蓖麻油、松節(jié)油；

（6）綠色環(huán)保極性溶劑類：多元醇酯類、醇醚等。

一些常用溶劑的物理特性、黏度、揮發(fā)性見表5、6、7。

3.2.4 溶劑油簡介

（1）C10重芳烴（S-200#）：外觀微黃透明液體，餾程215～290℃，閃點>95℃，相對密度0.960～1.004，純度>98%。C10重芳烴閃點高、揮發(fā)性低，對農(nóng)藥原藥的溶解性較好，可以替代芳烴類溶劑，但在自然環(huán)境中不易降解，對環(huán)境相容性較差。

（2）松脂油：外觀淡黃色至棕色透明液體，相對密度0.83～0.90，閃點35～100℃，閃點高的松脂油可用于油劑的溶劑油，如ND-60、ND-100。由松脂提煉改性而成，主要成分為萜烯類(蒎烯)、樹脂酸(海松酸、樅酸)和植物油單烷基酯(月桂酸甲酯、亞油酸甲酯、棕櫚酸甲酯等)。

（3）二價酸酯(DBE)：是二元酸酯混合物，外觀無色透明液體，餾程196～225℃，閃點100℃，相對密度1.089，酯含量>99%。是一種無色透明、高閃點、氣味很弱、低毒、可完全生物降解的環(huán)境友好型高沸點溶劑。美國環(huán)保局(EPA)確認DBE為一種安全的溶劑，在安全、降解和理化性能方面都非常優(yōu)異，且可以提高農(nóng)藥的生物活性，但價格較貴。

（4）多元醇混合酯（HDBE）：外觀無色透明液體，沸點170～220℃，閃點100℃，相對密度1.1040～1.1060，二酯含量>75%±3%，單酯含量25%±3%。HDBE為環(huán)保型高沸點溶劑，可代替二價酸酯（DBE）、丙二醇甲醚（PM）、丙二醇甲醚醋酸酯（PMA）及環(huán)己酮。含量穩(wěn)定，易溶于酮、醇、醚、酯類和其他有機溶劑，具有酯的一般化學性質(zhì)。

（5）改性氨基乙醇酯（NCC）：外觀透明液體，餾程168～170℃，閃點71℃，相對密度1.03～1.05，純度98%。NCC既親水又親油，可代替環(huán)己酮、吡咯烷酮、甲醇、二甲基甲酰胺等，在農(nóng)藥中對三唑類、丙烯酸甲酯類、煙堿類、菊酯類有較好的溶解性，廣泛用于乳油、微乳劑中，對極性、非極性物質(zhì)溶解性均較強，并能提高產(chǎn)品滲透性，有一定增效作用。

（6）醇醚溶劑（丁二醇醚PDS）：外觀透明液體，餾程180～200℃，閃點78℃，相對密度（20℃）0.9899，純度98%。PDS可代替乙二醇丁醚和其他高沸點醇醚類溶劑，低毒、低氣味，與大多有機溶劑混溶，流平性良好，對聚氨酯樹脂、丙烯酸樹脂、聚酯樹脂、醇酸樹脂、環(huán)氧樹脂等具有良好的溶解能力。

（7）乙二醇二乙酸酯（EGDA）：外觀無色透明液體，沸點170～195℃，閃點88℃，相對密度1.1060～1.1065，二酯含量>99%。易溶于醇、醚和其他有機溶劑，EGDA可代替乙二醇丁醚乙酸酯（BGA）、二價酸酯（DBE）、S-200#、S-150#、丙二醇甲醚醋酸酯（PMA）、環(huán)己酮、異佛爾酮、乙二醇單丁醚等，餾程穩(wěn)定。

3.3 助溶劑

溶劑油的最大缺陷就是對有效成分溶解度較差，單用不能完全溶解農(nóng)藥有效成分，需要添加助溶劑提高其溶解度。助溶劑一般為閃點較高的醇類，如碳鏈大于4的醇類及極性助溶劑，如二甲亞砜、N-甲基吡咯烷酮等。

根據(jù)低溫穩(wěn)定性及閃點來篩選合適的助溶劑。一些常用助溶劑的物理性質(zhì)見表8。

3.4 油劑的質(zhì)量技術(shù)指標及測定方法

3.4.1 油劑的質(zhì)量技術(shù)指標

根據(jù)超低容量噴霧的特性及使用場景，油劑的質(zhì)量技術(shù)指標為：揮發(fā)性低于30%，開口閃點地面超低容量噴霧高于40℃，航空超低容量噴霧高于70℃，黏度小于10 mPa·S，低溫相容性在-5℃下48 h不析出結(jié)晶，有效成分熱貯分解率低于5%，對靶標植物安全，無藥害。

3.4.2 技術(shù)指標的測定方法

（1）閃點測定

閃點可通過全自動閉口閃點儀測定（GB/T 261—2008）。

石油產(chǎn)品國標規(guī)定：閃點低于45℃為易燃品，高于45℃為可燃品(一般認為，閃點比使用溫度高20～30 ℃，即可安全使用)，一般閃點在150℃以下的輕質(zhì)油品用閉口杯法測定閃點，重質(zhì)潤滑油和深色石油產(chǎn)品用開口杯法測定閃點。其開口杯閃點較閉口杯閃點高20～30℃。

一般地面超低容量的開口閃點大于40℃，飛機噴霧大于70 ℃。由于閉口閃點低于開口閃點，也可規(guī)定地面超低容量液劑閉口閃點高于70℃，飛機噴霧高于100℃。

（2）揮發(fā)性測定

采用濾紙法測定。將油劑滴在濾紙（直徑11mm）上，使濾紙濕透，懸掛在30℃±1℃的真空干燥箱中揮發(fā)20min，計算揮發(fā)率。揮發(fā)率低于30%為合格。

（3）黏度測定

采用旋轉(zhuǎn)黏度計測定。黏度低，油劑易于霧化。一般規(guī)定在20℃下，黏度小于10mPa·s為合格。

（4）低溫穩(wěn)定性測定

油劑屬于真溶液，有效成分需完全溶解于油溶劑中。規(guī)定在-5℃下，冷貯48h不析出結(jié)晶或沉淀物為合格。

（5）藥害測定

油劑無需稀釋，直接把藥液噴灑在植物靶標上，有可能對靶標產(chǎn)生藥害。由于噴液量少，霧滴細，一般的油劑對作物安全，但也得需要對油劑進行藥害試驗，在使用劑量下，要求對作物安全。也可以在制劑中添加藥害減輕劑，如加入5%植物蠟(甘蔗蠟)和動物蠟(羊毛脂、蜂蠟等)或其水解產(chǎn)物可降低溶劑的藥害。

（6）熱貯穩(wěn)定性測定

根據(jù)GB/T 19136—2003農(nóng)藥熱貯穩(wěn)定性測定方法進行。試樣置于54℃±2℃下貯存14d，觀察試樣外觀變化及熱貯分解率測定。規(guī)定熱貯分解率低于5%為合格。

本實驗室最新采用綠色環(huán)保溶劑油研制的油劑質(zhì)量技術(shù)指標測定結(jié)果見表9。

04 無人機噴霧用藥問題探討

隨著我國土地流轉(zhuǎn)和集中、農(nóng)民防控意識的轉(zhuǎn)變，勞動力短缺，結(jié)合無人機技術(shù)的日新月異，植保無人機異軍突起，發(fā)展迅速。與固定翼植保航空飛機相比，無人機外形尺寸更小、重量更輕、操控更加靈活，超低空飛行能力強，尤其適應于中、小田塊的噴灑或是大田塊內(nèi)局部的精準噴灑等。

4.1 無人機噴霧技術(shù)概念及特點

無人機噴霧屬于超低容量噴霧，噴霧高度2～8m，每畝噴液量0.5～1.0L(15L/hm2以下)，霧滴粒徑為50～100μm。

無人機噴霧具有以下特點：

（1）安全高效。人機分離，對作業(yè)者安全，提高了噴藥的安全性，旋翼旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生風場，藥液對植被穿透性好，藥效好；

（2）適應性強。適應不同的施藥場境，作業(yè)效率高，不受作物長勢限制，適應性廣；

（3）高工效。據(jù)報道小麥無人機噴霧每畝僅需2 min，噴藥效率是常規(guī)噴霧的10～30倍，極大提高噴霧效率，可以大幅度節(jié)約人工及勞動力；

（4）節(jié)水。無人機噴霧的藥液量少，大幅度降低了用水量，據(jù)報道比常規(guī)噴霧節(jié)約90%的用水量，尤其適合于缺水的山地與林地使用。

4.2 無人機噴霧用藥存在的問題

最近幾年無人機噴霧應用在植保領(lǐng)域突飛猛進。但由于對新技術(shù)缺乏深入研究，尤其是在噴霧用藥上存在著以下問題：

4.2.1 霧滴揮發(fā)飄移。常規(guī)乳油如果直接或加少量水進行無人機噴霧，由于細霧滴溶劑容易揮發(fā)，導致沉積量下降，降低其藥效。采用水劑、水乳劑、微乳劑、懸浮劑等水基化劑型進行無人機噴霧，由于細霧滴中的水分易于揮發(fā)，也影響藥液的沉積。

4.2.2 藥效不穩(wěn)定。無人機作業(yè)受氣候影響大，藥劑分布不均勻，沉積量不夠影響藥效，沉積量過大造成藥害。

4.2.3黏度大堵噴頭。含量高的懸浮劑或水乳劑，若黏度過大，導致堵塞噴頭，藥液噴不出去，霧化差，導致漏噴、噴霧不均勻。

4.2.4制劑產(chǎn)品質(zhì)量差。如有些乳油的20倍液乳液穩(wěn)定性不合格，而無人機噴霧常用的稀釋倍數(shù)即在此區(qū)間，導致藥液分層或沉淀，影響藥效。

4.3無人機噴霧的用藥問題解決方案

4.3.1 采用無人機噴霧專用劑型。如采用油劑、油懸浮劑、可分散油懸浮劑等，解決了常規(guī)劑型易于揮發(fā)、飄移等問題。

4.3.2在常規(guī)制劑中添加抗揮發(fā)劑或抗飄移劑等噴霧助劑。采用水劑、水乳劑、微乳劑、懸浮劑等水基化劑型進行無人機噴霧時，需要在制劑中添加水分蒸發(fā)抑制劑，可以保持霧滴尺寸大小，提高霧滴沉積，保證防效。添加增重劑，增加霧滴比重，減少霧滴的飄移。

4.3.3 提高制劑產(chǎn)品質(zhì)量。乳油劑型采用綠色環(huán)保高沸點溶劑，把液體劑型的20倍液乳液穩(wěn)定性作為強制性質(zhì)量標準，解決由于產(chǎn)品質(zhì)量造成的無人機噴霧藥效不佳的問題。

4.4 無人機噴霧專用助劑

無人機噴霧專用助劑種類繁多，如高分子聚合物、有機硅助劑、表面活性劑、油類助劑、增重劑等等。

噴霧助劑能夠促進藥液在植物靶標表面潤濕滲透，提高藥液沉積量；改變噴霧霧化狀態(tài)，減少霧滴飄移、飛散；抑制霧滴蒸發(fā)，加快霧滴沉降；增加農(nóng)藥表面活性，增強農(nóng)藥的黏附功能，耐雨水沖刷；增強藥劑的內(nèi)吸與滲透性能，加快靶標葉片蠟質(zhì)層溶解，促進吸收；提高藥液流動性，減少噴頭堵塞，使得噴頭更容易清潔。如農(nóng)伴飛（ND～500）作為無人機噴霧助劑、添加在殺蟲劑、殺菌劑、葉面肥、除草劑、植物生長調(diào)節(jié)劑，都可以起到很好的增效作用，添加后可以省藥、省水、省人工。