DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-24418-5
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41545489
تاريخ النشر: 2026-01-16
المؤلف: Tao Xu وآخرون
الموضوع الرئيسي: خصائص ومعالجات سطح النبات
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في تأثير الرياح المحيطة على ترسيب قطرات المبيدات وأنماط الانجراف داخل وخارج مظلات أشجار الفاكهة. أظهرت اختبارات الرش التي أجريت تحت ظروف رياح متغيرة أن تركيز القطرات كان بشكل أساسي في الأجزاء الوسطى والسفلية من المظلة، مع معدلات تغطية بلغت 27.14% و39.46% عند سرعة رياح تبلغ 0.47 م/ث، على التوالي. بالمقابل، أظهرت المظلة العليا معدل تغطية أقل بكثير بلغ 17.88%، مصحوبة بمعامل تباين مرتفع قدره 118.65. كما وجدت الدراسة أن الرش في اتجاه الرياح يعزز ترسيب القطرات على الأرض ضمن مسافة 0-4 م في اتجاه الرياح، ويزيد من الانجراف الهوائي على ارتفاعات تتراوح بين 3-4.5 م، بينما يقلل من المسافة الإجمالية للترسيب في المنطقة المنجرفة.
تشير الاستنتاجات المستخلصة من اختبارات الرش إلى أن سرعات الرياح الأعلى ترتبط بتقليل تغطية ترسيب القطرات في المظلة، وزيادة فقدان الانجراف الهوائي، وانخفاض الترسيب على الأرض. ومن الجدير بالذكر أن ظروف الرياح العرضية أدت إلى زيادة تغطية القطرات على مسافات أفقية تتراوح بين 0-4 م من الأرض. تشير النتائج إلى أن الرش في اتجاه الرياح يقلل بشكل فعال من فقدان القطرات على الأرض. هذه الرؤى حاسمة لتحسين تكوينات الرش الزراعي وزيادة كفاءة تطبيق المبيدات تحت ظروف الرياح المتغيرة.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على أهمية صناعة الفاكهة في الصين، التي تحتل المرتبة الثالثة كأكبر قطاع زراعي. إن الإدارة الفعالة لآفات وأمراض البساتين أمر بالغ الأهمية، وتعتمد بشكل أساسي على الطرق الكيميائية التي تتطلب 8-15 تطبيقًا للمبيدات سنويًا. تشكل الأوراق الكثيفة وارتفاع مظلات أشجار الفاكهة تحديات لاختراق المبيدات بشكل فعال، مما دفع منظمة الأغذية والزراعة إلى الدعوة لتكنولوجيا الرش المعزز بالهواء. تستخدم هذه الطريقة تدفق الهواء الناتج عن مراوح الرش لتعزيز ترسيب قطرات المبيدات داخل المظلة.
تستعرض الورقة دراسات مختلفة ركزت على تحسين توزيع تدفق الهواء لتحسين فعالية الرش. تشمل التقدمات الملحوظة تعديل زوايا المراوح وتكويناتها لمعالجة عدم التماثل في تدفق الهواء، والتي أظهرت أنها تعزز ترسيب القطرات. ومع ذلك، لا يزال تأثير ظروف الرياح المحيطة على سلوك القطرات مصدر قلق حاسم، حيث يمكن أن تؤدي سرعات الرياح المتغيرة إلى تغيير مسارات القطرات وكفاءة الترسيب، مما قد يؤدي إلى زيادة التكاليف والمخاطر البيئية. تشير الدراسات الميدانية السابقة إلى أن اتجاه الرياح وسرعتها تؤثر بشكل كبير على انجراف الرش والترسيب، مما يبرز الحاجة إلى مزيد من التحقيق في كيفية إدارة هذه العوامل لتحسين أداء الرش المعزز بالهواء وتقليل التأثيرات البيئية.
نقاش
تؤكد قسم النقاش في الورقة على الدور الحاسم لظروف الرياح في فعالية رش المبيدات في البساتين. يبرز أن التغيرات في سرعة الرياح واتجاهها تؤثر بشكل كبير على توزيع القطرات داخل مظلة أشجار الفاكهة، مما يؤثر على معدلات الترسيب والانجراف الهوائي. استخدمت الدراسة مقياس سرعة الرياح ثلاثي الأبعاد لمراقبة المعلمات البيئية خلال الاختبارات الميدانية، وكشفت أن سرعات الرياح الأعلى تؤدي إلى تقليل تغطية القطرات داخل المظلة وزيادة فقدان الانجراف. على وجه التحديد، وُجد أن معدلات ترسيب القطرات كانت الأعلى في الأجزاء السفلية من المظلة، مع معدلات تغطية تتراوح بين 38% إلى 50%، بينما أظهرت المظلة الوسطى أقل تغطية بسبب تأثيرات الحماية من الفروع والأوراق.
تشير النتائج إلى أن الاستراتيجيات التشغيلية، مثل توجيه الرشاش بالنسبة لاتجاه الرياح، يمكن أن تخفف من فقدان القطرات. أظهر الرش في اتجاه الرياح أنه يعزز اختراق القطرات ويقلل من الفقد على الأرض، بينما أثرت الرياح العرضية سلبًا على تجانس توزيع القطرات. تؤكد الدراسة على الحاجة إلى مزيد من البحث الذي يتضمن عدة معلمات تشغيلية ومؤشرات مساحة الورقة المتغيرة (LAI) لتطوير إرشادات شاملة لتحسين تطبيقات الرش في بيئات البساتين المتنوعة. بشكل عام، توفر النتائج أساسًا علميًا لتحسين كفاءة وسلامة تطبيقات المبيدات في الممارسات الزراعية.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-24418-5
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41545489
Publication Date: 2026-01-16
Author(s): Tao Xu et al.
Primary Topic: Plant Surface Properties and Treatments
Overview
This research investigates the impact of ambient wind on pesticide droplet deposition and drift patterns within and outside the canopies of fruit trees. Spraying tests conducted under varying wind conditions revealed that droplet concentration was primarily in the middle and lower parts of the canopy, with coverage rates of 27.14% and 39.46% at a wind speed of 0.47 m/s, respectively. In contrast, the upper canopy exhibited a significantly lower coverage rate of 17.88%, accompanied by a high coefficient of variation of 118.65. The study also found that upwind spraying enhanced ground deposition of droplets within a 0-4 m downwind distance and increased airborne drift at heights of 3-4.5 m, while reducing the overall deposition distance in the downwind area.
The conclusions drawn from the spraying tests indicate that higher wind speeds correlate with decreased droplet deposition coverage in the canopy, increased airborne drift loss, and diminished ground deposition. Notably, transverse wind conditions led to increased droplet coverage at horizontal distances of 0-4 m from the ground. The findings suggest that upwind spraying effectively reduces ground loss of droplets. These insights are crucial for optimizing agricultural sprayer configurations and improving pesticide application efficiency under varying wind conditions.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the significance of the fruit industry in China, which ranks as the third largest agricultural sector. Effective management of orchard pests and diseases is crucial, predominantly relying on chemical methods that necessitate 8-15 pesticide applications annually. The dense foliage and height of fruit tree canopies pose challenges for effective pesticide penetration, prompting the Food and Agriculture Organization to advocate for air-assisted spraying technology. This method utilizes airflow generated by sprayer fans to enhance pesticide droplet deposition within the canopy.
The paper reviews various studies that have focused on optimizing airflow distribution to improve spray efficacy. Notable advancements include the adjustment of fan angles and configurations to address asymmetries in airflow, which have been shown to enhance droplet deposition. However, the influence of ambient wind conditions on droplet behavior remains a critical concern, as varying wind speeds can alter droplet trajectories and deposition efficiency, potentially leading to increased costs and environmental risks. Previous field studies indicate that wind direction and speed significantly affect spray drift and deposition, underscoring the need for further investigation into how these factors can be managed to optimize air-assisted sprayer performance and minimize ecological impacts.
Discussion
The discussion section of the paper emphasizes the critical role of wind conditions in the effectiveness of pesticide spraying in orchards. It highlights that variations in wind speed and direction significantly affect the distribution of droplets within the canopy of fruit trees, influencing both deposition rates and airborne drift. The study utilized a three-dimensional anemometer to monitor environmental parameters during field tests, revealing that higher wind speeds lead to decreased droplet coverage within the canopy and increased drift losses. Specifically, it was found that droplet deposition rates were highest in the lower parts of the canopy, with coverage rates ranging from 38% to 50%, while the middle canopy exhibited the lowest coverage due to the shielding effects of branches and leaves.
The findings indicate that operational strategies, such as the orientation of the sprayer relative to wind direction, can mitigate droplet loss. Upwind spraying was shown to enhance droplet penetration and reduce ground loss, while transverse winds negatively impacted droplet distribution uniformity. The study underscores the need for further research that incorporates multiple operational parameters and varying leaf area indices (LAI) to develop comprehensive guidelines for optimizing spray applications in diverse orchard environments. Overall, the results provide a scientific basis for improving the efficiency and safety of pesticide applications in agricultural practices.