康奈尔的研究人员提供了能够使老式喷雾器更有效的窍门，但精准喷雾器才代表了未来。

由于商业苹果种植者种植了利润更高的高密度果园，那些宽行种植，大部分树高20英尺（约6 m，译者注）的传统果园，已经逐渐成为过去。那在新果园是不是也用了新喷雾器喷药呢？还没有这么多，相反，许多种植者使用的仍然是他们的祖父曾经使用的（传统的）鼓风式喷雾器。它们广泛持有的信念是，“如果它没坏，为什么修理它？”

这些设计或者生产于20世纪60年代的喷雾器，具有大型轴流风机，推动水和农药的混合液在宽行和巨大的树冠内喷洒。

传统果园里的种植者需要那些喷雾器，但是现在的果园系统已经发生了改变，在现代果园里，喷雾速度通常更快、喷雾量更大，往往导致喷不到靶标上。

这就是康奈尔大学阿特金森可持续未来中心的教授级研究员安德鲁·兰德斯的提供的信息，他是世界领先的喷雾技术研究人员之一。

安德鲁·兰德斯7月份在纽约举行的国际果树协会考察之旅中介绍了现代喷雾器的好处，他说，比那些所谓的“传统喷雾器“，种植者可以更有效地喷洒，从而减少化学农药的使用，漂移并降低成本。

当然，兰德斯还认识到，许多种植者可能无法购买价值数十万美元的机器，这是有些人仍然使用老式的喷雾器的一个原因。对于那些种植者，为提高效率，他也提供了一些要点。

这两幅图像显示了流体动力学的性质（称为边界层效应）如何影响喷雾苹果。如左图所示，在较高的空气速度下，大多数喷雾液滴直接通过苹果。但是较低的空气速度，其具有较低的边界层，允许喷雾液滴绕过并落在果实的背面。

果园或葡萄园冠层的生长阶段（喷雾器喷出的）气流的速度和冠层体积要相匹配。太少的空气导致通过率差，而太多的结果导致喷雾漂移而不能将雾滴充分地沉积在需要的地方。

后一种观点似乎是违反直觉的，但在1904年，一个不知名的德国物理学家路德维希·普兰特（Ludwig Prandtl）革命性地改变了流体动力学，他的理论是，当高速气流携带液体到达物体表面时会分叉并环绕物体，然后在物体后面再次会聚。物体的背面和其后面的未接触区域被称为边界层。 空气速度越大，物体（例如苹果）周长越大，边界层越大。

此外，传统果园的大树冠允许产生更多的湍流；当空气流撞击树木时，树冠中的湍流使得液滴从水雾中掉落并附着在水果和树叶上。

“现代果园的果树行间很窄，冠层管理完好，通过对果树的夏季修剪，使苹果暴露在阳光下，但这使我们不再有空气湍流，”兰德斯说。

喷雾向前喷射，而不是附着在树上。这意味着种植者需要开始思考如何喷药，他说，特别是因为喷雾器只能提供55%到65%的覆盖率，会导致产生“巨大的浪费”。

了解树冠郁闭度

康奈尔研究人员展示了如何将一系列超声波传感器连接到喷雾器，提供有关树冠间隙的信息，并通过控制风扇降低风速。

兰德斯已经获得了一项“百叶窗”技术专利，可以把金属面板改装到传统的鼓风式喷雾器上以调节气流。现在他和他的博士后研究员Tomas Palleja正在研究如何估计冠层密度，以减少不需要的空气流量。

果农通常不会调节冠层的气流。他们也看不到喷雾是怎么从一侧通往树冠到另一侧的。

研究人员将一系列超声传感器连接到喷雾器上，收集有关树冠体积和密度的信息，冠层稀疏的果树需要的喷雾量少得多。传感器同时充当传声器和接收器，发送非常高频的声波。当声音撞击叶片时，它反弹回接收器。 如果树枝或叶子有间隙，声音就会通过，从而提供树冠间隙的详细信息。

这些传感器还能控制风扇的速度。以前使用单排喷雾器的研究表明，当空气以7英里每小时（约11.3公里每小时，译者注）的速度离开风扇时，就能提供足够的覆盖度。而鼓风式喷雾器喷射速度通常高达190英里每小时（约305公里每小时）。

总体来说，调节气流以保持在冠层中喷雾量，能够允许用水量从100加仑减少到仅65加仑每英亩（约为从62.3升/亩下降到40.5升/亩，译者注）。

“这是相当可观的水量，”兰德斯说。“我们不是那种忽略产品数量的人，主要是因为它的风险和回报率，如果你承担产品数量降低的风险，你的回报可能也会相当低。

将传感器应用到位于纽约州阿尔比恩的拉蒙特水果农场的单排喷雾器，使农场能够隔行喷药，根据农场的共同所有者Rod Farrow的说法，燃料减少了50%。

“防治火疫病，我们都是采用的隔行喷药。我们以每小时5英里（约8公里每小时）的速度运转，减少了50%的燃料，“他说。 “我们必须更快地运行PTO，我们降低了一档，但是速度还是接近5英里。”农场还有一台两排喷雾机Farrow，它在农场的运行速度约为5.3 英里每小时。

研究团队也成功地将传感器应用于配有百叶窗系统的传统鼓风式喷雾器。

2016年7月19日，在纽约水港国际果树协会学习之旅，康奈尔大学的研究人员展示了一个多排喷雾器。

研究人员还开发了一种尚未商业化的冠层内气流系统，称之为“电叶”，一种小的三角形传感器模拟树冠中的叶片，当空气流击中它时振动，并发送信号来调整风扇速度。

为了具有更大的灵活性来调节喷雾量，兰德斯还建议使用喷嘴。将喷雾器连接到四个颜色编码不同喷嘴的组，每组喷嘴以不同的速率喷雾使得种植者能够将获得七种不同的速率的喷嘴组合。

兰德斯说，例如，当树冠有变化时，例如在大的，成熟的树旁边重新种植的小树，或者存在需要不同施用率的不同品种的地块时，可以使用不同喷嘴组。中西部地区喷管式喷雾器通常用喷嘴。

种植者需要调整目前使用的工具以满足他们的现代化生产需求，不仅吸引工人，还要吸引年轻人到农业上来。“为什么不尊重每小时10美元的工人，还给他们用爷爷那一代曾经用过的喷雾器？”兰德斯问道。采用最新软件应用和高科技功能的技术使苹果行业更加自动化，如机器人收割机和精密喷雾器都是这一类技术设备。

“我们希望带动行业向前发展，我们希望将年轻人带入农业产业，”他说。 “我向你们建议，不要再像过去那样使用传统的喷雾器了。

（董燕红 译，王树桐 校）