农药液滴在水稻叶面的动态润湿铺展行为OA北大核心CSTPCD

【目的】探究表面张力、液滴粒径和叶片倾角对农药液滴在水稻叶片近轴面、远轴面动态润湿铺展行为的影响,为通过调控农药液滴在水稻叶面的动态润湿铺展行为实现水稻施药的“减施增效”提供依据。【方法】通过调节Silwet-408的浓度配制出表面张力为21.4、33.2、43.7 mN·m^(-1)的Silwet-408溶液代替农药药液,利用液滴发生器生成532、627、746、830、957μm的单液滴,对其在倾角为40°、65°、85°水稻叶片近轴面、远轴面的动态润湿铺展行为进行全因子试验。【结果】表面张力、液滴粒径、叶片倾角均显著影响(P<0.05)水稻叶面的液滴接触角变化率,且近轴面、远轴面所受影响的整体趋势基本相同,增大叶片倾角或减小液滴粒径或降低表面张力均能增大接触角变化率,促进液滴润湿铺展。其中,以降低表面张力的效果最显著,当表面张力从33.2 mN·m^(-1)降至与水稻叶面临界表面张力接近的21.4 mN·m^(-1)时,叶片近轴面的接触角(前进角和后退角)变化率分别增大7.49、6.22倍,远轴面的分别增大11.13、7.61倍,液滴的润湿性在75 s内从较差或差(80°≤接触角<100°或接触角≥100°)转变成中等或好(60°≤接触角<80°或接触角<60°);当表面张力比水稻叶面临界表面张力大得多时,接触角变化率随叶片倾角的增大而增大,随液滴粒径的减小而增大,但叶片倾角的影响小于液滴粒径的影响,经过75 s后,几乎所有粒径的液滴仍保持较差或差的润湿性(80°≤接触角<100°或接触角≥100°)。液滴润湿滞后现象分析表明,水稻叶面的粗糙度相对较小,液滴润湿滞后现象并不严重。表面张力与水稻叶面临界表面张力接近的液滴在固-液-气三相体系动态表面张力的驱使下在叶面润湿铺展,接触角随时间的动态变化可使用模型θ=θe+Aexp(-Kt)进行拟合;表面张力比水稻叶面临界表面张力大得多的液滴虽能稳定地黏附在叶面上,没有出现滚落现象,但始终未突破叶面的钉扎效应和滞留阻力,无法实现润湿铺展。【结论】表面张力、液滴粒径、叶片倾角3个因素均显著影响农药液滴在水稻叶面的动态润湿铺展行为,在实际施药场景中,由于叶片倾角无法人为调节,因此可根据施药的目的调节药液的表面张力和液滴粒径进而调控液滴的动态润湿铺展行为。研究结果有助于理解农药液滴在水稻叶面动态润湿铺展的机理,并可为水稻施药场景中合理选择药液表面张力、液滴粒径提供理论支持与指导。