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磁場強度和磁化時長對除草劑溶液表面張力、噴霧霧滴粒徑的影響（一）
來源：華南農業大學學報 瀏覽 823 次 發布時間:2024-12-12
摘要：【目的】研究磁化作用對除草劑溶液表面張力及除草劑噴霧霧滴粒徑的影響規律，探索新型除草劑噴霧霧滴粒徑控制方法。【方法】設計磁化除草劑溶液表面張力試驗和磁化噴霧霧滴粒徑試驗，記錄不同磁場強度和磁化時長2個影響因素下除草劑溶液表面張力和噴霧霧滴粒徑，觀測數據變化規律；并對數據進行擬合，給出符合數據變化的函數關系式。【結果】在磁場強度為50~500 mT、磁化時長為5.0~25.0 min范圍內，溶液表面張力和噴霧霧滴粒徑均隨磁場強度和磁化時長的增加呈現先下降后回升的趨勢；當磁場強度為350 mT、磁化時長為15.0 min時，表面張力和霧滴粒徑下降幅度最大，表面張力為54.0 mN/m，下降14.96%，噴霧霧滴粒徑為108.75μm，下降11.20%。對表面張力數據進行擬合，洛倫茲擬合函數的決定系數(R2)為0.816 4，調整后R2為0.794 0，均方根誤差(Root mean square error，RMSE)為1.105 9；霧滴粒徑數據擬合中，多項式擬合函數的R2為0.833 6，調整后R2為0.787 4，RMSE為2.085 7。擬合函數有意義且擬合精度較高。【結論】磁化作用并不是磁場強度越大或磁化時長越長磁化效果越好，而是存在最佳磁化處理強度和磁化時長；本研究給出的洛倫茲模型函數可作為除草劑溶液表面張力與磁化作用的函數關系式，三次多項式函數可作為350 mT磁場強度下霧滴粒徑調控模型。
生物磁學(Biomagnetism)是生物學和磁學相互交叉的一門新型學科，主要探究生物磁效應及磁現象、外磁場對生物體的影響。生物磁學方向的研究已吸引眾多領域相關專家的高度關注。生物磁學目前已經普遍應用于環境保護工程、農業、林業等許多領域，且已取得巨大的收益，其中，在農、林業領域采用最多的為磁化水。磁化水是指以一定的流速通過磁場，受磁力線切割使自身的理化性質發生變化的水或水溶液。
在磁化水性質方面，Cai等和Lee等研究了磁場對水溶液表面張力的影響，結果表明磁化作用使水溶液表面張力降低，在1 T磁場強度下磁化時間從1 min增加到13 min時，水溶液表面張力從68.5 mN/m下降到62.5 mN/m。對礦井水、純水和自來水在不同磁場強度及不同磁化時長下表面張力的變化規律進行研究，發現并不是磁場強度越大或磁化時間越長磁化效果就越好，而是存在最佳磁場強度和最佳磁化時間；在不同的磁場強度下，表面張力隨磁化時間的延長呈先減小后增加的趨勢，在磁場強度為300 mT、磁化時間為15 min時表面張力下降幅度最大，為25%。Toledo等和Wang等研究了磁場強度為270、530 mT，磁化時長為20、40、60 min條件下自來水表面張力變化情況，通過與未磁化自來水的表面張力進行對比，發現經磁化后自來水的表面張力均有所減小。
上述研究均是針對磁化作用對自來水、純水或礦井水表面張力的影響進行的，當前相關領域鮮見在磁化作用對除草劑或其他植保藥劑表面張力的影響方向展開研究。藥液表面張力與噴霧霧滴粒徑呈密切的正相關關系，目前磁化作用對除草劑溶液噴霧霧滴粒徑影響的研究較少。
本文通過磁化除草劑溶液表面張力試驗和磁化噴霧霧滴粒徑試驗，研究磁化作用對除草劑溶液表面張力與除草劑噴霧霧滴粒徑的影響，分別給出表面張力、霧滴粒徑與磁場強度和磁化時間的二元函數，為研究磁化除草劑機理提供理論參考；并使用固定磁場強度調整磁化時長，給出控制除草劑噴霧霧滴粒徑的函數關系式，為控制除草劑噴霧霧滴粒徑提供新的參考方法。
1材料與方法
1.1試驗設備
表面張力儀(芬蘭Kibron公司)；程控功率電流源、數字高斯計、雙軛雙調氣隙電磁鐵(北京翠海佳誠)；激光粒度分析儀(歐美可)；隔膜泵(額定工作電壓：12 V，額定功率：60 W，最大工作壓力：0.8 MPa，流量：5 L/min)；可調直流穩壓電源(邁勝)；壓力表(伊萊科)；F110-01型植保霧化噴頭；燒杯；玻璃器皿等。
1.2磁化除草劑溶液表面張力試驗設計
Esmaeilnezhad等研究表明，水溶液表面張力隨液體溫度的升高逐漸減小，因此在試驗過程中保持試驗環境溫度為26℃。按照除草劑與自來水1∶300的體積比配置異丙甲草胺除草劑溶液。設定最短磁化時間為5.0 min，最長磁化時間為25.0 min，以5 min為公差進行遞增磁化，實際磁化時長可根據試驗結果進行細化調整，試驗中實際磁化時長見表1，試驗共分11組處理，處理1為對照組，處理2~11為試驗組，共48組試驗，每組試驗重復4次。處理1用塑料燒杯量取40 mL溶液，使用表面張力儀(圖1)按照儀器使用方法測未磁化狀態下溶液的表面張力，測試結果顯示在儀器屏幕上，為保證數據準確性，重復測3次取平均值，為63.5 mN/m，當作對照值。處理2~11均使用靜態磁化處理，以處理2為例，調整程控功率電流源使兩磁極間磁場強度為50 mT，量取40 mL溶液置于塑料燒杯中，將燒杯夾緊于雙軛雙調氣隙電磁鐵兩磁極中間進行磁化處理，如圖2所示。磁化水表面張力狀態約能保持25 min，為確保所有試驗組各變量一致，磁化完畢后立即用表面張力儀測試溶液表面張力并記錄數據。之后每個處理的磁場強度遞增50 mT，且各處理的操作步驟參照處理2進行。
表1磁化除草劑溶液表面張力試驗設計表
圖1表面張力儀
圖2靜態磁化