作者:T M沃尔夫，B C考德威尔和J L佩德森．原载于应用生物学学报71,2004，展开形式。

摘要

水雾漂移沉积到水体中可能对环境和健康造成危害，因此建议设立缓冲区作为减轻水污染的一种手段。通过现场试验，确定了喷管类型和河岸植被对喷流沉积湿地的影响。比较了三种河岸植被类型:最低植被(草)、低植被(柳树灌木)和高植被(白杨树)。使用常规和空气诱导的低漂喷嘴在具有这些河岸特征的湿地逆风处释放喷雾。低漂移喷嘴在没有植被的情况下减少了约75%的漂移沉积物，在有植被的情况下减少了88%至99%。密实的柳树灌木导致了异常的顺风沉积，这可能是由于低孔隙度特征引起的空气湍流造成的。考虑到对植被的影响，在不增加敏感生境边缘沉积物的情况下，常规喷嘴可将15米的缓冲区减少到5- 7米，低漂移喷嘴可将1 - 4米。监管机构在其风险评估程序中应考虑这两个变量。

简介

空气运输是农药从农田向接收水域移动的重要媒介。根据风险评估方案，为了保持水体中的低农药水平，有害生物管理监管机构(PMRA)规定在喷洒操作期间，与水体的最小后退距离(缓冲区)。一些额外的变量可以补充缓冲区，以防止喷雾漂移，包括低漂移喷雾和河岸植被。德国和英国已经在他们的缓冲区规定中考虑到了这些特征(Kappel和Taylor, 2002)。

在最近的几项研究和评论中(理查森等，2002年，Hewitt, 2001年，Ucar和Hall, 2001年)，植被已被证明可以通过降低风速和拦截喷雾来有效地减轻液滴喷雾漂移。在这些研究中，记录的喷雾漂移沉积物减少幅度在50%到>95%之间，这取决于包括植被高度、孔隙度和相对于风向的方向以及风速在内的变量。

我们研究了缓冲带、植物屏障和低漂喷雾的综合效应，以确定喷雾漂移沉积对顺风水体的整体影响。

材料与方法

概述和站点描述

这项研究于2001年在SK阿伯丁附近的一个农场进行。喷雾被喷洒在水体的逆风处，并在靠近地面的petru板上收集漂流沉积物。实验地点被选择来代表水体周围不同的植被高度和类型:低(未修剪的草)，中等(柳树灌木)和高(白杨树)。这些与附近的露天条件进行了比较。在研究中使用了两种喷头类型:传统的平扇喷嘴和文丘里式低漂移喷嘴。

草地屏障由以雀麦草(叶片。)长到75厘米高。杨柳(柳树。)高约3米，密度约0.15米^－2并为它们的高度提供了一个完整的叶状屏障。垂柳向水体边缘延伸约7米宽。颤抖的白杨(美洲山杨Michx.)高约8米，叶理开始高于地面1.5米。树木密度约为0.25米^－2并向水边延伸8米。

喷涂设备及应用方法

使用Melroe Spra-Coupe 220进行应用。该喷雾器配备了传统的平扇喷嘴(XR8003)和空气诱导低漂喷嘴(TD11003)，压力为275 kPa，分别生产ASABE细喷雾和粗喷雾。喷油臂宽10米，喷嘴距地面75厘米。喷雾器行驶速度12.9 km h^－1时，施用量为100 L ha^－1．

喷雾器罐中含有2,4- d胺的混合物⁴(4克L^－1)和罗丹明WT⁵(2ml L)^－1)，这是一种荧光示踪染料，可用于量化沉积物。2,4 - D起到了光稳定染料的作用，并提供了具有农业农药代表性的理化性质的喷雾配方。

应用的方向大致与盛行风垂直，喷油栅的顺风边缘位于湿地河岸植被的边缘。这通常是在水体边缘的上风处约15米(由于严重的干旱条件，在试验时湿地没有任何水)。在10分钟的时间内沿着同一条带连续通过三次，以获得所有三种植被类型的平均气象条件。使用便携式微气象站监测应用过程中的风速、风向、温度和相对湿度。

取样器布局

在喷雾带的顺风处，有3条平行的线，由11个直径为15厘米的玻璃petro板采样器从喷雾臂下开始，从喷雾带边缘向下延伸46米(图1)。线内采样器间隔5米，线间距约2米。

在开阔的野外条件下，使用相同的采样器布局，但在没有河岸植被的农田上，也评估了沉积剖面。这些在本报告中被称为“裸露土壤”或“参考”采样器，并作为确定河岸植被影响的基线。

样本采集与分析

喷洒完成后5分钟开始采集样品(试验次数见表2)。从最远的下风位置开始，用塑料盖覆盖石化板，并放入黑暗的盒子中。样品上的喷雾沉积物在实验室中用95%乙醇清洗3次，每次清洗15毫升。最终样品制成50毫升，两个20毫升的子样品收集在硼硅酸盐小瓶中，并保存在黑暗中。

在24小时内，使用激发波长为545 nm和发射波长为570 nm的荧光分光光度计(岛津RF-1501型荧光光谱仪配备ASC-5型自动进样器)分析子样品。仪器读数转换为µg L^－1使用标准曲线，表示为田间喷雾器下用量的百分比。

荧光分光光度计数据在三条重复采样线上取平均值，调整光解，并表示为施在条带上的量的百分比。首先通过绘制所有数据点来可视化喷漂沉积物与顺风距离的关系，然后通过适当的回归技术进行数学关联。

结果

气象条件

试验期间天气条件很有利。风速和风向与取样器布置和实验目标相适应。在12个试验中，有6个试验的平均风向与理想风向(270º)相差44º，其余6个试验的平均风向在30º以内(表1)。平均风速始终在约17至21 km h之间^－1在所有的审判中，只有一个例外。在试验日期，空气温度和相对湿度分别在14至22ºC和31至80%之间波动。

沉积资料

通过对原始数据的可视化分析，可以认为沉积量log和下风距离log的线性回归比较合适。杨柳的沉积剖面在26 m标记后呈上升趋势。根据对该地点的调查，得出的结论是，这种尾巴可能是由于喷雾通道的长度超过了植被提供的保护长度造成的。换句话说，超过26米的样本，漂移没有被植物屏障减弱。也有可能气流在低的无孔屏障上方偏转，并在26米距离之外返回地面(Carter et al.， 2001)。

由于这种植被类型的数据有问题，因此决定将最远的下风数据点包括在内会产生误导。这一观察结果的含义将在手稿后面讨论。所有回归均具有统计学意义，解释了61 - 99%的观察到的差异。在8项试验中，有5项可以解释90%以上的变异。

河岸植被减少漂移及其应用方法

根据回归参数，对所有试验的15 m漂移沉降量进行了预测(表3)。对于裸露土壤上的常规喷雾器，沉降量为施用剂量的0.322%。然后为所有其他试验计算达到这一特定存款金额的距离。这个值是缓冲带距离，在这个距离上，对参考系统提供了等效的保护。因此，使用常规喷嘴可以减少55%(草地)、99%(柳树)和69%(白杨)的缓冲区，而使用低通量喷嘴可以减少56%(裸露土壤)、74%(草地)、98%(柳树)和92%(白杨)的缓冲区。

由于每条沉积线的唯一回归斜率，计算出的缓冲区减少量与观测到的漂移减少量并不相等。例如，当使用空气诱导低漂移喷嘴时，裸土顺风方向15米处的预期漂移沉积减少了77%(表4)，而缓冲区距离只能减少56%(表3)。此外，草植被的有效性随着距离的增加而降低，在15米、25米和45米距离处分别减少了64、50和28%的漂移。因此，每个植被情景都需要一个完整的沉积剖面，以准确调整缓冲区。

河岸植被在保护水体免受漂移沉积方面通常比低漂移喷嘴更有效。从传统喷管中，草减少了28%至64%的沉积(取决于下风距离)，柳树和白杨减少了95%至99%的沉积(表4)。由于用于回归的数据被截断在26米处，柳树没有考虑更远的距离。低漂移喷雾在所有情况下都提供了一些额外的保护，除了45米距离的树木，那里的沉积物相对于传统喷雾略有增加。

讨论

植物屏障的空气动力学是一个复杂的现象。风在到达固体屏障后，被转移到上方，在背风面形成强烈的湍流条件，并迅速恢复到自由风速。对于像树篱这样的可渗透屏障，自由风速的恢复更为缓慢，因为一些空气过滤通过，减小了压差，允许较少的湍流(Davis et al.， 1994)。在1 H高度处，在逆风5h和顺风30h的距离上风速下降最为明显，其中H是屏障的高度(Rider, 1951)。尽管如此，仍然可能存在向上的气流转移(和喷雾漂移)，这可能只是延迟而不是消除沉降(Hewitt, 2001, Ucar和Hall, 2001)，特别是对于密集的树篱(Carter et al.， 2001)。然而，Richardson等人(2002)没有注意到这种高达10米高度的偏转。

在这项研究中，河岸植被对漂移沉积的减少显然是显著的，但还需要一些解释。这些数据是在一个单一的地点产生的，虽然这个地点是经过精心挑选的，具有代表性，并且试验重复了三次，但它并不一定构成平均结果。显然有许多可能的树木、灌木和草的安排，加上任何其他的植被或景观特征，都会影响漂移沉积行为。然而，由于本研究数据的一致性，至少在给定的一组条件下，这些数字是可靠的，因此获得了一些信心。在这项研究中，沿着水体边缘的同一条带状进行了三次喷雾。如果使用相邻的喷雾带，结果可能会有所不同，因为在植被条件下，逆风带的贡献可能会随着气流的改变而改变。

由于水体是干燥的，生长出的额外的草木植被可能成为有效的喷雾漂移收集器，可能会使沉积物的价值超过水体中可能发生的沉积价值。建议在水以正常值存在时进行重复这些研究。

植被的缓解效果取决于植被的空气动力学特征，以及树叶、树枝等的收集效率。这带来了一些困难，因为没有对这些特征的绝对度量。例如，渗透率由于树叶的运动而随风速而变化，风速本身也随高度而变化(Davis et al.， 1994)。植被的收集效率与目标大小、目标移动、风速和液滴大小谱相似(Hewitt, 2001)。然而，也有机会使用专门的设备来改进表征，例如Richardson等人(2002)所使用的设备。他们的激光雷达仪器能够帮助计算树的高度和宽度，平均面积指数和平均面积密度。进一步描述植被特征的工作将在未来了解其缓解潜力的努力中被证明是有用的。

低矮的植被，如草地，最近没有受到树篱和树木的关注，但也有文献记载，可以显著减少喷雾漂移。Miller等人(2000)的一项研究表明，即使在植物密度较低的情况下，未修剪的草冠上的空气漂移浓度也显著降低。Bache(1980)记录了与裸露土壤相比，在成熟小麦作物上施用喷雾时喷雾漂移的类似减少。因此，“低”冠层的过滤效果可能非常显著，应成为进一步研究的课题。

河岸地区是生物活性和多样性较高的地区，不仅保护邻近水域不受外界影响，而且为许多野生动物提供食物和住所。这些地区本身必须受到保护，以免受到包括杀虫剂在内的有害影响。它们对喷雾的高效捕捉表明，能够控制多年生植被的农药存在一定的风险。同样，这种植被中的农药残留也有可能被野生动物摄入或被降水冲走，从而进入水体。在使用植被减轻空气漂移时，必须考虑到这些影响。

结论和建议

• 植物屏障减少了常规或低漂移喷嘴向水体的喷雾漂移沉积24%至99%。
• 低漂移喷雾减少了约75%的沉积。
• 在植被类型中，灌木和乔木具有类似的效果，平均减少了露天条件下的沉积95%以上。低漂移喷雾改善了这一减少。
• 计算的缓冲带减少量小于漂移沉积物减少量。缓冲带距离的精确测定需要对整个沉积剖面进行表征。
• 认为河岸植被和喷雾器技术都是水体保护的重要组成部分。每当要估计或减轻在水体附近施用农药的影响时，在BMP和法规制定过程中都应考虑到这两点。

确认

格伦达·豪沃思，吉尔·克拉克，瑞秋·布勒，默里·尼尔森，特雷弗·林福德和帕姆·雷诺兹的技术援助是非常感谢的。财政援助由PFRA管理的农业食品创新基金的农村质量计划提供。作者要感谢PFRA的Darrell Corkal和Clint Hilliard对这个项目的热情、支持和指导，以及Raymond Malko为试验提供了他的土地。

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