景亮亮，柴軍發(fā)，高 強(qiáng)，曹 爽，洪 波，賈彥霞

(寧夏大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，寧夏 銀川 750021)

農(nóng)藥導(dǎo)致的環(huán)境污染和食品安全問(wèn)題已引起世界范圍內(nèi)的關(guān)注[1-2]。據(jù)報(bào)道，我國(guó)每年化學(xué)農(nóng)藥的使用量高達(dá)100多萬(wàn)t，因農(nóng)藥的不合理使用而導(dǎo)致的環(huán)境污染、人畜中毒、農(nóng)藥殘留超標(biāo)等問(wèn)題也越來(lái)越嚴(yán)重[3]。2019年，我國(guó)水稻、玉米、小麥3大糧食作物的農(nóng)藥利用率為39.8%，施藥技術(shù)方面專業(yè)知識(shí)的缺乏和施藥器械的不規(guī)范使用導(dǎo)致大量的藥液浪費(fèi)[4]，如何在確保農(nóng)藥使用效果的同時(shí)減少農(nóng)藥用量，減輕農(nóng)藥對(duì)環(huán)境的污染，降低農(nóng)藥在農(nóng)產(chǎn)品中的殘留量已成為農(nóng)藥應(yīng)用技術(shù)研究中的熱點(diǎn)[5]。農(nóng)藥使用的最佳效率是將正好足夠的農(nóng)藥劑量輸送到靶標(biāo)物上以獲得預(yù)期的生物效果[6]，使用低劑量的藥劑就達(dá)到預(yù)期的防治效果是農(nóng)藥應(yīng)用中的難點(diǎn)。因此，從農(nóng)藥減量使用的角度出發(fā)，應(yīng)進(jìn)一步研究提高藥液在靶標(biāo)部位沉積量的方法，不斷改進(jìn)施藥技術(shù)，通過(guò)添加不同類型的助劑等來(lái)提高農(nóng)藥的利用率。

噴霧助劑可以提高藥效，降低農(nóng)藥用量，節(jié)約成本，減少農(nóng)藥對(duì)環(huán)境的污染。研究顯示，噴霧助劑主要具有降低藥液表面張力和接觸角、增大農(nóng)藥潤(rùn)濕性能、增大藥液在靶標(biāo)植物葉片上的最大穩(wěn)定持流量、延長(zhǎng)滯留時(shí)間和提高對(duì)植物表皮的穿透能力等作用[7]。目前，針對(duì)有機(jī)硅類[8-10]、甲酯化油類[11]、高分子聚合物類[12-14]和植物油類[10，15-16]等噴霧助劑的研究較多。劉小民等[17]研究了噴霧助劑在煙嘧磺隆減量化防治玉米田雜草上的效果，結(jié)果表明，噴霧助劑能顯著降低藥液的表面張力。楊石有等[18]研究了噴霧助劑對(duì)螺螨酯懸浮劑和噠螨靈乳油防治木瓜秀粉蚧的效果，田間防效顯示，滲透劑JFC-2對(duì)螺螨酯懸浮劑的增效比在10.3%～24.6%，增效醚對(duì)噠螨靈乳油防效的增效比在12.1%～28.9%。Terence Grayson等[19]研究發(fā)現(xiàn)，在烯酰嗎啉中添加助劑對(duì)葡萄霜霉病具有較好的防效。張瑞瑞等[20]研究了噴霧助劑類型和濃度對(duì)噴頭霧化效果的影響，發(fā)現(xiàn)3種助劑溶液對(duì)IDK120-025型噴頭的影響比LU120-015型噴頭更大，但是LU120-015型噴頭噴霧的霧滴均勻性要優(yōu)于IDK120-025。張萍等[21]研究了4種噴霧助劑對(duì)嘧菌酯在玉米葉片上耐雨水沖刷能力的影響，發(fā)現(xiàn)添加4種噴霧助劑均能降低藥液在玉米葉片表面的接觸角，且隨著助劑添加量的增大，耐沖刷效果增強(qiáng)。這些研究都表明，農(nóng)藥增效劑的合理使用可減少農(nóng)藥的使用量，提高農(nóng)藥的利用率。

為探究不同噴霧助劑對(duì)藥劑表面張力與接觸角的影響，本試驗(yàn)以70%吡蟲(chóng)啉水分散粒劑(以下簡(jiǎn)稱吡蟲(chóng)啉)、5%阿維菌素乳油(以下簡(jiǎn)稱阿維菌素)和1.3%苦參堿水劑(以下簡(jiǎn)稱苦參堿)為研究對(duì)象，開(kāi)展盆栽試驗(yàn)，選用有機(jī)硅、阿普頓、懷農(nóng)特、倍創(chuàng)、柔水通、強(qiáng)力源6種噴霧助劑，利用全自動(dòng)表面張力儀和接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)定其對(duì)3種藥劑表面張力與接觸角的影響，分析藥劑表面張力與接觸角間的關(guān)系，以期為農(nóng)藥的高效利用提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試番茄品種為合作918，試驗(yàn)時(shí)番茄正處于結(jié)果期，由寧夏天雨潤(rùn)種苗有限公司提供。試驗(yàn)期間棚內(nèi)灌水、施肥條件均一致。

供試藥劑：阿維菌素，河北興柏農(nóng)業(yè)科技有限公司；吡蟲(chóng)啉，德國(guó)拜耳公司；苦參堿，天津恒源偉業(yè)生物科技發(fā)展有限公司。

供試噴霧助劑：強(qiáng)力源(表面活性劑類，32%聚乙二醇酸羥基醚+18%異構(gòu)八醇)，一帆生物科技集團(tuán)有限公司；柔水通(表面活性劑類)，Agrolex新加坡利農(nóng)私人有限公司；有機(jī)硅(有機(jī)硅類，乙氧基改性聚三硅氧烷)，河北石家莊正安農(nóng)業(yè)科技有限公司；阿普頓(植物油類，紅杉精油、松香精油)，佛山市盈輝作物科學(xué)有限公司(原產(chǎn)地為加拿大)；懷農(nóng)特(植物油類，天然植物油)，浙江農(nóng)資集團(tuán)金泰貿(mào)易有限公司(原產(chǎn)地為美國(guó))；倍創(chuàng)(植物油類，63%植物油)，四川蜀峰作物科學(xué)有限公司。

主要儀器：JK99C全自動(dòng)表面張力儀、JC2000D3K接觸角測(cè)量?jī)x，均購(gòu)自上海中晨數(shù)字技術(shù)設(shè)備有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 噴霧助劑臨界膠束濃度(CMC)的確定

將選用的噴霧助劑配制成125、250、500、1 000、2 000、4 000、8 000 mg·L-1系列質(zhì)量濃度(c)的溶液，利用全自動(dòng)表面張力儀測(cè)定其表面張力(γ)，每個(gè)處理重復(fù)測(cè)量5次。使用OriginPro 8.0軟件繪制γ-lgc圖像，曲線轉(zhuǎn)折點(diǎn)即為該噴霧助劑的臨界膠束濃度(CMC)。

1.2.2 噴霧助劑對(duì)3種藥劑藥液表面張力的影響

根據(jù)各噴霧助劑的CMC值，設(shè)定其在后續(xù)試驗(yàn)中的質(zhì)量濃度分別為CMC值的20%、50%、80%、100%、150%、200%[22]。

將吡蟲(chóng)啉稀釋5 000倍、阿維菌素稀釋3 000倍、苦參堿稀釋1 000倍作為對(duì)照(CK)，然后依照設(shè)定的質(zhì)量濃度分別添加各噴霧助劑進(jìn)行試驗(yàn)。

1.2.3 噴霧助劑對(duì)3種藥劑藥液接觸角的影響

采用接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)定藥液的接觸角。將吡蟲(chóng)啉稀釋5 000倍、阿維菌素稀釋3 000倍、苦參堿稀釋1 000倍，測(cè)定接觸角作為對(duì)照(CK)，然后將3種藥劑分別按照1.2.2節(jié)設(shè)定的質(zhì)量濃度添加各噴霧助劑進(jìn)行試驗(yàn)。

采集新鮮的番茄葉片，不破壞其葉片結(jié)構(gòu)，將其平整地固定在接觸角測(cè)量?jī)x上，盡量使其保持自然狀態(tài)，在密閉環(huán)境(溫度：25～28 ℃；相對(duì)濕度：75%～80%)中用微量進(jìn)樣器移取1 μL藥液滴在番茄葉片正面，立即用接觸角測(cè)定儀測(cè)定各處理藥液的起始接觸角，從滴加樣品開(kāi)始，5 s內(nèi)完成測(cè)量，每個(gè)處理重復(fù)10次，取其平均值[22]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010和SPSS 21軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并利用OriginPro 8.0軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 噴霧助劑CMC值的確定與添加濃度的設(shè)定

分別測(cè)定6種助劑的表面張力值，確定有機(jī)硅、懷農(nóng)特、倍創(chuàng)、阿普頓、柔水通的CMC均為1 000 mg·L-1，強(qiáng)力源為500 mg·L-1(圖1)。據(jù)此，設(shè)定后續(xù)試驗(yàn)中有機(jī)硅、懷農(nóng)特、倍創(chuàng)、阿普頓、柔水通的質(zhì)量濃度依次為200、500、800、1 000、1 500、2 000 mg·L-1，強(qiáng)力源的質(zhì)量濃度依次為100、250、400、500、750、1 000 mg·L-1。

圖1 噴霧助劑質(zhì)量濃度(c)與表面張力(γ)的γ-lg c圖Fig.1 Schematic of logarithm of spray adjuvant concentration (lg c) and surface tension (γ)

2.2 噴霧助劑對(duì)3種藥劑藥液表面張力的影響

如圖2所示，隨著噴霧助劑質(zhì)量濃度的增大，藥液的表面張力逐漸減小。以添加有機(jī)硅助劑為例，當(dāng)噴霧助劑的質(zhì)量濃度分別為200、500、800、1 000、1 500、2 000 mg·L-1時(shí)，吡蟲(chóng)啉稀釋5 000倍液的表面張力分別為37.608、31.891、29.890、28.869、26.092、24.459 mN·m-1，阿維菌素稀釋3 000倍液的表面張力分別為29.074、25.766、24.541、23.846、23.193、22.663 mN·m-1。這說(shuō)明，添加的噴霧助劑質(zhì)量濃度越大，藥液的表面張力越小，越有利于害蟲(chóng)的綜合防治。

總的來(lái)看，添加6種噴霧助劑均能降低3種藥劑的表面張力，其中，有機(jī)硅、強(qiáng)力源、懷農(nóng)特的效果最好，柔水通、阿普頓的效果次之，倍創(chuàng)效果最差，但各助劑在本試驗(yàn)設(shè)定的最大質(zhì)量濃度下，藥液的表面張力均保持在36.342 mN·m-1以下。

不添加噴霧助劑時(shí)，吡蟲(chóng)啉稀釋5 000倍液的表面張力為61.685 mN·m-1；添加1 000 mg·L-1的強(qiáng)力源時(shí)藥液的表面張力降至24.949 mN·m-1；當(dāng)噴霧助劑的添加濃度為2 000 mg·L-1時(shí)，添加有機(jī)硅和懷農(nóng)特的表面張力分別為24.459、27.563 mN·m-1，而添加柔水通、阿普頓、倍創(chuàng)的分別為30.503、30.952、36.342 mN·m-1。也就是說(shuō)，向吡蟲(chóng)啉稀釋5 000倍液中添加有機(jī)硅、強(qiáng)力源、懷農(nóng)特能夠?qū)⑺幰旱谋砻鎻埩Ψ謩e降低60.35%、59.55%和55.32%。阿維菌素稀釋3 000倍液的表面張力為34.708 mN·m-1，添加有機(jī)硅、強(qiáng)力源、懷農(nóng)特使藥液的表面張力降低最多，降幅分別為34.70%、26.35%和16.94%。苦參堿稀釋1 000倍液的表面張力為36.749 mN·m-1，添加有機(jī)硅、強(qiáng)力源、懷農(nóng)特使藥液的表面張力降低最多，降幅分別為35.11%、29.89%和24.55%。

2.3 噴霧助劑對(duì)3種藥劑藥液接觸角的影響

如圖3、表1所示，隨著噴霧助劑質(zhì)量濃度的增大，藥液與番茄葉片的接觸角(θ)逐漸減小，cosθ值逐漸增大。當(dāng)助劑的質(zhì)量濃度分別為200、500、800、1 000、1 500、2 000 mg·L-1時(shí)：添加柔水通后，吡蟲(chóng)啉稀釋5 000倍液藥液接觸角的cosθ值分別為0.193、0.344、0.569、0.710、0.848、0.981；添加懷農(nóng)特后，阿維菌素稀釋3 000倍液藥液接觸角的cosθ值分別為0.609、0.623、0.661、0.694、0.769、0.821。

表1 噴霧助劑對(duì)3種藥劑接觸角的影響Table 1 Effect of spray adjuvant on contact angle of 3 pesticides

圖3 噴霧助劑對(duì)3種藥劑接觸角的影響Fig.3 Effect of spray adjuvant on contact angle of 3 pesticides

當(dāng)有機(jī)硅、柔水通、懷農(nóng)特、阿普頓、倍創(chuàng)的質(zhì)量濃度為2 000 mg·L-1、強(qiáng)力源的質(zhì)量濃度為1 000 mg·L-1時(shí)，藥液與番茄葉片的接觸角降至最小。總的來(lái)看，添加6種噴霧助劑均能降低3種藥劑的藥液與番茄葉片的接觸角，其中，以有機(jī)硅、柔水通、強(qiáng)力源、懷農(nóng)特的效果最好，阿普頓次之，倍創(chuàng)效果最差。

不添加噴霧助劑時(shí)，吡蟲(chóng)啉稀釋5 000倍液與番茄葉片接觸角的cosθ值為0.020；添加1 000mg·L-1的強(qiáng)力源時(shí)，藥液接觸角的cosθ值為0.978；當(dāng)噴霧助劑的質(zhì)量濃度為2 000 mg·L-1時(shí)，添加有機(jī)硅、柔水通、懷農(nóng)特的藥液接觸角的cosθ值分別為0.999、0.981和0.972，而添加阿普頓和倍創(chuàng)的分別為0.564和0.357。不添加噴霧助劑時(shí)，阿維菌素稀釋3 000倍液與番茄葉片接觸角的cosθ值為0.189，添加強(qiáng)力源、有機(jī)硅、懷農(nóng)特和柔水通的藥液接觸角的cosθ值分別為0.975、0.938、0.821和0.798。不添加噴霧助劑時(shí)，苦參堿稀釋1 000倍液與番茄葉片接觸角的cosθ值為0.077，添加懷農(nóng)特、強(qiáng)力源、柔水通和有機(jī)硅的藥液接觸角的cosθ值分別為0.978、0.977、0.855和0.783。

2.4 噴霧助劑對(duì)藥液表面張力與接觸角間關(guān)系的影響

2.4.1 吡蟲(chóng)啉表面張力與接觸角的關(guān)系

對(duì)添加6種噴霧助劑后吡蟲(chóng)啉藥液表面張力(x)與番茄葉片接觸角的cosθ值(y)分別進(jìn)行回歸分析(圖4)，結(jié)果顯示，二者呈顯著(P<0.05)的負(fù)相關(guān)關(guān)系。添加有機(jī)硅、阿普頓、懷農(nóng)特、倍創(chuàng)、柔水通、強(qiáng)力源后，二者的回歸方程分別為y=-0.015x+1.371(r=0.953)、y=-0.023x+1.260(r=0.905)、y=-0.010x+1.144(r=0.995)、y=-0.189x+7.191(r=0.965)、y=-0.806x+25.487(r=0.922)、y=-0.114x+3.760(r=0.986)，其中，添加懷農(nóng)特、強(qiáng)力源、倍創(chuàng)、有機(jī)硅后，吡蟲(chóng)啉藥液表面張力與番茄葉片接觸角的cosθ值的相關(guān)性最高，藥液表面張力越大，其cosθ值越小，與番茄葉片的接觸角越大。

圖4 吡蟲(chóng)啉藥液表面張力與接觸角的關(guān)系Fig.4 Relationship between surface tension and contact angle of imidacloprid

2.4.2 阿維菌素表面張力與接觸角的關(guān)系

對(duì)添加6種噴霧助劑后阿維菌素藥液表面張力(x)與番茄葉片接觸角的cosθ值(y)分別進(jìn)行回歸分析(圖5)，結(jié)果顯示，添加有機(jī)硅、阿普頓、懷農(nóng)特、倍創(chuàng)、柔水通、強(qiáng)力源后，二者的回歸方程分別為y=-0.041x+1.823(r=0.903)、y=-0.200x+6.861(r=0.928)、y=-0.269x+8.552(r=0.922)、y=-0.890x+31.062(r=0.959)、y=-0.854x+27.418(r=0.941)、y=-0.015x+1.350(r=0.923)，其中，添加倍創(chuàng)和柔水通時(shí)二者的相關(guān)性最高，呈顯著(P<0.05)的負(fù)相關(guān)關(guān)系。

圖5 阿維菌素表面張力與接觸角的關(guān)系Fig.5 Relationship between surface tension and contact angle of abamectin

2.4.3 苦參堿表面張力與接觸角的關(guān)系

對(duì)添加6種噴霧助劑后苦參堿藥液表面張力(x)與番茄葉片接觸角的cosθ值(y)分別進(jìn)行回歸分析(圖6)，結(jié)果顯示，添加有機(jī)硅、阿普頓、懷農(nóng)特、倍創(chuàng)、柔水通、強(qiáng)力源后，二者的回歸方程分別為y=-0.062x+2.235(r=0.930)、y=-0.101x+3.869(r=0.911)、y=-0.196x+6.424(r=0.964)、y=-0.552x+20.501(r=0.911)、y=-0.114x+4.392(r=0.919)、y=-0.053x+2.363(r=0.962)，其中，添加懷農(nóng)特和強(qiáng)力源時(shí)二者的相關(guān)性最高，呈顯著(P<0.05)的負(fù)相關(guān)關(guān)系。

圖6 苦參堿表面張力與接觸角的關(guān)系Fig.6 Relationship between surface tension and contact angle of matrine

3 討論

添加合適的噴霧助劑可以改善農(nóng)藥的噴霧性能，增強(qiáng)農(nóng)藥對(duì)靶標(biāo)物的沉積性，進(jìn)而增強(qiáng)防治效果[13，23-24]。合理使用噴霧助劑可以降低藥液的表面張力和接觸角。盡管表面張力并非增強(qiáng)藥液在靶標(biāo)物上持留和鋪展的唯一因素[25]，但是表面張力能夠影響霧滴的大小，從而改變藥液在靶標(biāo)上的沉積量。本文綜合研究了不同類型的噴霧助劑對(duì)吡蟲(chóng)啉、阿維菌素和苦參堿3種藥劑表面張力和接觸角的影響，并分析了3種藥劑在添加不同質(zhì)量濃度的6種噴霧助劑后藥液的表面張力與接觸角間的關(guān)系。結(jié)果表明，6種噴霧助劑均能降低3種藥劑的表面張力和接觸角。添加不同質(zhì)量濃度的噴霧助劑后，藥液的表面張力與接觸角的余弦值存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，與以往研究報(bào)道[17，21，26]的結(jié)果一致。

本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，有機(jī)硅、強(qiáng)力源和懷農(nóng)特這3種噴霧助劑對(duì)降低吡蟲(chóng)啉、阿維菌素和苦參堿的表面張力具有較好的效果。當(dāng)有機(jī)硅和懷農(nóng)特的質(zhì)量濃度為2 000 mg·L-1、強(qiáng)力源的質(zhì)量濃度為1 000 mg·L-1時(shí)，添加有機(jī)硅、強(qiáng)力源、懷農(nóng)特能夠?qū)⑦料x(chóng)啉稀釋5 000倍藥液的表面張力降低60.35%、59.55%和55.32%，將阿維菌素稀釋3 000倍液的表面張力降低34.70%、26.35%和16.94%，將苦參堿稀釋1 000倍液的表面張力降低35.11%、29.89%和24.55%。添加有機(jī)硅、柔水通、強(qiáng)力源、懷農(nóng)特對(duì)降低3種藥劑藥液接觸角的效果最好。當(dāng)有機(jī)硅和柔水通的質(zhì)量濃度為2 000 mg·L-1時(shí)，吡蟲(chóng)啉稀釋5 000倍液與番茄葉片的接觸角的余弦值從0.020分別上升到0.999和0.981；當(dāng)強(qiáng)力源的質(zhì)量濃度為1 000 mg·L-1時(shí)，吡蟲(chóng)啉稀釋5 000倍液與番茄葉片的接觸角的余弦值從0.020上升到0.978。當(dāng)有機(jī)硅和懷農(nóng)特的質(zhì)量濃度為2 000 mg·L-1時(shí)，阿維菌素稀釋3 000倍液與番茄葉片的接觸角的余弦值從0.189分別上升到0.938和0.821；當(dāng)強(qiáng)力源的質(zhì)量濃度為1 000 mg·L-1時(shí)，阿維菌素稀釋3 000倍液與番茄葉片的接觸角的余弦值從0.189上升到0.975。當(dāng)懷農(nóng)特、柔水通的質(zhì)量濃度為2 000 mg·L-1時(shí)，苦參堿稀釋1 000倍液與番茄葉片的接觸角的余弦值從0.077分別上升到0.978和0.855；當(dāng)強(qiáng)力源的質(zhì)量濃度為1 000 mg·L-1時(shí)，苦參堿稀釋1 000倍液與番茄葉片的接觸角的余弦值從0.077上升到0.977。這些結(jié)果都表明，添加噴霧助劑可以降低藥液的表面張力和接觸角，增加藥劑的沉積量，提高農(nóng)藥的利用率。

有機(jī)硅類噴霧助劑在降低溶液表面張力方面的能力遠(yuǎn)高于其他常規(guī)表面活性劑[27]，本研究的結(jié)果與此一致。紀(jì)明山等[28]研究表明，油類助劑和高效硅與滅草松水劑的混用對(duì)野慈姑具有很好的防治效果。張占英等[29]研究了2種噴霧助劑對(duì)防治水稻紋枯病藥劑減量增效的作用。盧向陽(yáng)等[30]研究了幾種噴霧助劑對(duì)納他霉素葉面吸收的影響，結(jié)果表明，添加適宜用量的噴霧助劑可促進(jìn)藥劑在葉面的吸收，減少光解，提高藥效。郭泗明[31]研究發(fā)現(xiàn)，農(nóng)用有機(jī)硅噴霧助劑對(duì)防治大蔥銹病具有增效作用，添加有機(jī)硅75～105 mL·hm-2兌水225 kg時(shí)，藥后7 d對(duì)大蔥銹病的防效增幅在13.0%～24.2%。綜上，噴霧助劑作為提高藥液有效成分活性、改善藥液物理性能的農(nóng)藥助劑，可以降低藥液的表面張力和接觸角，使藥劑獲得更好的潤(rùn)濕、展布、滯留和吸收[32]，從而提高農(nóng)藥利用率，減少農(nóng)藥的使用量。本研究的結(jié)果可為相關(guān)研究和生產(chǎn)應(yīng)用提供借鑒與參考。