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[中国科学报]绿色新技术助力农药减量增效

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  2019年我国粮食作物农药利用率不足40%。农药利用率低一直是业界关注的热点问题。研究表明,目前广为采用的茎叶喷雾技术,约60%的农药药液在向靶标作物叶面传输的过程中因蒸发飘移、弹跳、飞溅等流失而进入周围环境。

  近年来,中国农业科学院植物保护研究所化学农药应用创新团队致力于研究农药药液的理化特性,解决了造成农药利用率低的三大瓶颈问题。

  识别技术分清亲水、疏水叶面

  该创新团队研究员董丰收告诉《中国科学报》,雾滴蒸发、飘移等空间传递约造成20%的农药药液剂量损失;而雾滴弹跳、破碎、飞溅、药液流失等界面传递约造成35%的剂量损失。

  其中,造成叶面药液流失和利用率低的原因主要有三个:农药雾滴在亲水作物叶面容易润湿铺展,有效沉积,但在疏水作物叶面容易弹跳滚落,目前对叶面特性认识不深入;影响农药雾滴在叶面沉积的主控因子不明确;亲水作物叶面和疏水作物叶面对制剂和助剂的要求不一致,导致助剂和制剂研发不对靶。

  “只有当农药雾滴有效沉积在植物叶面,才能对有害生物发挥防控作用。”董丰收说,农药雾滴在靶标植物叶面的沉积是一个复杂的液—固界面相互作用的动态过程,与雾滴和靶标植物叶面的理化特性密切相关。

  对于靶标植物叶面,只能认知不能改变。为此,他们探明了药液对靶标作物表面的润湿规律,创建了“临界表面张力+接触角”双因子药液对靶润湿识别新技术:当靶标植物叶面的临界表面张力小于30N/m以及接触角大于90°的作物为难润湿的疏水作物;当靶标植物叶面的临界表面张力大于40N/m以及接触角小于90°的作物为易润湿的亲水作物。

  这项识别技术为改善药液对靶剂量传递效率、减少农药药液流失提供了理论支撑。董丰收说,对于亲水作物,添加功能助剂容易造成药液的流失,对于疏水作物叶面,需要添加功能助剂增加药液在靶标植物叶面的润湿铺展。

  把药液从“玻璃球”变成“泥巴球”

  国内外研究表明,喷雾功能助剂是实现化学农药减施增效的关键技术。然而,由于缺乏科学依据,目前的农药功能助剂存在滥用和错用现象,导致药液浪费和流失,同时对环境造成污染。

  经过研究,他们首次提出,药液与靶标作物叶面之间的黏附力是决定药液是否发生弹跳的主控因素。

  由此,他们建议,针对典型的疏水作物,如水稻和甘蓝,可利用阴离子表面活性剂改变农药悬浮体系的性质,实现农药雾滴的有效沉积。

  董丰收先容,这就好像玻璃球和泥巴球分别投掷到墙上,玻璃球一定会反弹或破裂,但泥巴球会粘在墙上。通过调控农药雾滴的性质,让它变成像泥巴球那样的粘性表面,农药雾滴与靶标植物叶面的黏附力就会越大,农药雾滴碰撞靶标植物叶面后越容易黏附。这为农药助剂的科学筛选和合理应用提供了重要依据。

  开发环境友好型产品

  当前来源于石油化工的通用功能助剂产品对环境不友好,作物易产生药害问题。

  董丰收先容,通过研究,他们发现一种生物表面活性剂——十二烷基麦芽糖苷,对甘蓝的疏水叶面润湿效果极好,药液不发生弹跳,可提高农药药液叶面沉积率约20%左右。重要的是,这种功能助剂绿色可降解,对环境友好。

  “除了功能助剂应用可提高农药对靶沉积率,还可通过研制新型制剂来实现。”董丰收先容,他们创先发展了叶酸/锌超分子水凝胶载药制剂体系,增强了农药雾滴与植物叶面之间的相互作用,从而显著抑制了农药载药雾滴在植物叶面的飞溅和弹落,实现了农药雾滴的有效沉积。

  由于叶酸/锌超分子水凝胶载药体系是一种原料来源丰富、结构简单,且生物相容性比较好的农药载体,为今后农药剂型设计提供了新的思路,为提高农药雾滴在靶标作物叶面的沉积率提供了新的方法。

(单位:中国农业科学院植物保护研究所 )
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