一種農(nóng)藥藥液潤濕性測試卡的制備及其性能分析

張琳娜， 楊代斌， 袁會珠

（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)藥化學(xué)與應(yīng)用重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所，北京 100193）

許多農(nóng)田作物經(jīng)歷了長期的進(jìn)化優(yōu)化，形成了各種各樣適合生存的葉表面結(jié)構(gòu)，如凸包、凹坑、條紋、網(wǎng)格等［1］，這些結(jié)構(gòu)對于作物本身來講都有至關(guān)重要的作用，而也正是這些表面特征給農(nóng)藥噴霧使用帶來了多種多樣的困難。據(jù)統(tǒng)計，在中國，農(nóng)田噴灑農(nóng)藥的利用率通常在30%以下，大部分藥液不能被植物所持留，既造成巨大的浪費(fèi)，又污染了當(dāng)?shù)丨h(huán)境［2］。植物表面的這些特性是造成這一現(xiàn)象的根本原因之一。一般植物按表面特性可分為兩大類，一類是相對容易被潤濕植物，例如棉花、番茄；另一類是難以被潤濕植物，例如水稻、小麥［3］。潤濕性是指液體與固體表面相接觸時，沿固體表面擴(kuò)展的現(xiàn)象［1］。但是農(nóng)藥使用中不僅要求藥液能黏附在植物表面，而且能自動鋪展以達(dá)到最大覆蓋面積，從而達(dá)到最佳的保護(hù)效果［4］。對植物潤濕性的研究很多，許多研究者從接觸角、表面張力、鋪展面積、葉片最大持藥量等多種角度研究農(nóng)田作物的潤濕性［6－9］，例如接觸角越大，葉表面的憎水性越強(qiáng)，潤濕性就越差，藥液就越容易從葉片上滾落，致使農(nóng)藥利用率低。但是這些測定方法均需要特定的儀器，通常不方便在田間使用，尤其不適用于農(nóng)藥噴灑者在田間快速測定藥液在各種作物表面的潤濕情況。鑒于植物表面結(jié)構(gòu)的多樣性，沒有一個統(tǒng)一的快速評判藥液潤濕性的標(biāo)準(zhǔn)，本文介紹一種農(nóng)藥藥液潤濕性測試卡的制備方法，并對其性能進(jìn)行初步評價。

1 材料與方法

1．1 試驗(yàn)材料與儀器

1.1.1 供試植物葉片

黃瓜、番茄、辣椒和小麥生長于中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所溫室。甘藍(lán)和油菜為市售。供試植物的生長狀況：黃瓜和番茄生長到1 m左右，辣椒和小麥生長到30 c m左右，每次試驗(yàn)選取每種植物表面性質(zhì)相似的葉片完成。

1．1．2 儀器與試劑

有機(jī)硅助劑Sil wet 408、固體石蠟、數(shù)顯恒溫電熱套（鞏義市英峪予華儀器廠）、接觸角測定儀（日本Er ma公司）、JYW－200A自動界面張力儀（承德市世鵬檢測設(shè)備有限公司）、5～50μL移液槍、常用玻璃儀器等。

1．2 農(nóng)藥藥液潤濕性測試卡的制備方法及使用

1．2．1 農(nóng)藥藥液潤濕性測試卡的制備及其參數(shù)

本文所介紹的農(nóng)藥藥液潤濕性測試卡的制作方法簡單易行，首先將設(shè)計好的方格型圖案按照固定比例印制到特定紙卡表面，繼而將預(yù)先調(diào)配好的指示劑溶液均勻涂布在紙卡上。待其干燥后，涂一層石蠟?zāi)M植物表面即可。農(nóng)藥藥液潤濕性測試卡的各項(xiàng)參數(shù)如表1所示。

表1 農(nóng)藥藥液潤濕性測試卡的制備參數(shù)

1．2．2 農(nóng)藥藥液潤濕性測試卡的使用方法

將測試卡水平放置，用移液槍或其他取液器移取20μL的待測溶液于卡的中央，此時待測溶液會在測試卡上逐漸鋪展，測試卡與藥液接觸的部分會發(fā)生變色反應(yīng)（如圖1～3所示），待溶液完全鋪展后讀取變色部分所占的小格數(shù)，即鋪展系數(shù)。在點(diǎn)樣量20μL的條件下，測試卡上每一個小格是以20μL的清水在測試卡表面的鋪展面積劃定的，定義每個小格代表鋪展系數(shù)為1。

1．3 藥液潤濕性測試卡的性能分析

1．3．1 試驗(yàn)藥液配制

以有機(jī)硅表面活性劑Sil wet 408為鋪展助劑，配制濃度分別為0．05%、0．03%、0．01%、0．005%、0．003%、0．001%的Sil wet 408水溶液作為試驗(yàn)處理，清水為對照。

1．3．2 表面張力的測定

用JY W－200 A自動界面張力儀分別測定上述溶液的表面張力，每處理重復(fù)3次，計算平均值。

1．3．3 接觸角的測定

分別選取葉面平整、葉片狀況一致的黃瓜、番茄、辣椒、甘藍(lán)、油菜、小麥葉片以及農(nóng)藥藥液潤濕性測試卡，置于接觸角測定儀上，再用移液槍分別移取5μL供試溶液于7種表面，測定接觸角，重復(fù)6次，計算平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。

1．3．4 潤濕性測試卡的重復(fù)性測定

用移液槍分別移取20μL上述供試溶液于測試卡上，待溶液完全鋪展后讀取鋪展系數(shù)，每處理重復(fù)3次，并計算平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。

2 結(jié)果與分析

2．1 不同濃度Sil wet 408水溶液的表面張力

圖4顯示的是清水及不同濃度的Sil wet 408水溶液（從低到高）的表面張力值。從圖中可以看出，有機(jī)硅Sil wet 408可以顯著降低藥液的表面張力。清水的表面張力為71．67 mN／m，隨著溶液中Sil wet 408濃度不斷增加，溶液的表面張力不斷降低，Sil wet 408濃度為0．001%時，表面張力為33．41 mN／m；0．01%時，表面張力為20．22 mN／m；0．05%時，表面張力為16．51 mN／m。

圖4 清水及不同濃度Sil wet 408水溶液的表面張力

2．2 不同濃度Sil wet 408水溶液在7種表面的接觸角

清水以及不同濃度的Sil wet 408水溶液（從低到高）分別在小麥、黃瓜、番茄、辣椒、甘藍(lán)、油菜和測試卡上的接觸角情況如圖5～11所示。由于不同表面性質(zhì)的差異，清水在油菜表面的接觸角為51．2°，在小麥表面的接觸角為104．5°，在測試卡上的接觸角為109．3°。與清水相比，每種濃度的溶液都在一定程度上降低了液滴在7種植物表面的接觸角，且隨著濃度的增加，接觸角不斷降低。當(dāng)Sil wet 408的濃度增加到0．01%時，液滴與6種植物葉片表面所形成的接觸角基本趨于0°，而在測試卡表面的接觸角仍處于下降趨勢，濃度為0．05%時，接觸角降低為0°，由此可見，在助劑濃度較高時，該種測試卡仍然能顯示出接觸角的細(xì)微變化。從圖中可以看出，測試卡與其他植物葉片一樣，都表現(xiàn)出對不同濃度溶液的潤濕性變化，更與難潤濕的小麥葉片相似。番茄和油菜屬易于潤濕的表面，在實(shí)際噴霧中，可以減少助劑的用量，防止藥液流失，而像小麥這種難以潤濕的表面，如果不添加助劑，藥液滑落，將會導(dǎo)致藥液流失，并且污染環(huán)境。這不僅可以作為不同種類的植物表面與測試卡的相關(guān)性比較，也可以衡量不同表面的潤濕難易程度，從而為大田農(nóng)藥使用添加助劑提供實(shí)際的指導(dǎo)。

2．3 農(nóng)藥藥液潤濕性測試卡的重復(fù)性分析

清水以及系列濃度的Sil wet 408水溶液（由低到高）在測試卡表面的鋪展系數(shù)如圖12所示。清水在測試卡表面的鋪展系數(shù)始終為1。隨著Sil wet 408濃度不斷增加，在測試卡表面的鋪展系數(shù)逐漸增大，濃度為0．001%時，鋪展系數(shù)為2．0，為水的2倍；濃度達(dá)到0．05%，鋪展系數(shù)達(dá)到44．3。在濃度0．03%～0．05%之間，溶液的鋪展情況增加最為迅速。溶液濃度較低時，測試卡表現(xiàn)出良好的重復(fù)性，隨著濃度的增大，測試卡的重復(fù)性減弱。但在多次試驗(yàn)后數(shù)據(jù)顯示，即使測試卡表現(xiàn)的重復(fù)性高濃度不如低濃度的明顯，但依然可以準(zhǔn)確地反映溶液的鋪展情況，其偏差范圍在0～4．4之間，可以滿足試驗(yàn)要求。

圖12 清水及不同濃度的Sil wet 408水溶液在測試卡上的鋪展系數(shù)

2．4 溶液的表面張力、接觸角與潤濕性測試卡鋪展系數(shù)的關(guān)系

根據(jù)測試結(jié)果，以試驗(yàn)溶液的鋪展系數(shù)為橫坐標(biāo)，分別以表面張力值和小麥葉片上的接觸角為縱坐標(biāo)（此部分僅列出小麥），模擬邏輯斯蒂曲線（Logistic），圖13中：A1＝13 345．447 73；A2＝18．352 89；x0＝0．038 45；p＝1．694 36；R2＝0．991 23；p＝9．970 36×10－5；圖14中：A1＝97．206 77；A2＝－0．114 77；x0＝3．641 73；p＝8．397 6；R2＝0．982；p＝8．648 46×10－4。隨著Sil wet 408水溶液濃度不斷增加，溶液的表面張力和接觸角不斷降低，在測試卡上的鋪展系數(shù)不斷增大，最后趨于穩(wěn)定。清水的鋪展系數(shù)為1，對應(yīng)表面張力為71．67 mN／m，在小麥葉片的接觸角為104．5°；濃度0．003%的Sil wet 408水溶液鋪展系數(shù)為3．3，對應(yīng)表面張力26．79 mN／m，接觸角66．5°；濃度0．05%，鋪展系數(shù)達(dá)到44．3，對應(yīng)表面張力16．51 mN／m，接觸角為0°，鋪展系數(shù)比清水增大了44．3倍。雖然本段只提到了小麥葉片，但試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示（結(jié)果與分析2．2），本文提到的其他葉片也都表現(xiàn)出類似性質(zhì)。隨著助劑濃度不斷增大，接觸角和表面張力都各自達(dá)到最低值，由于溶液體積的限制，存在最大鋪展系數(shù)。分析結(jié)果表明，無論是溶液的表面張力，還是接觸角都與其在測試卡上的鋪展系數(shù)存在規(guī)律性相關(guān)，田間測試可以利用藥液在測試卡上鋪展情況大致反映出待測藥液的表面張力及其在不同作物上的接觸角，從而快速檢測藥液的潤濕性。

3 結(jié)論與討論

本文所介紹的農(nóng)藥藥液潤濕性測試卡以固體石蠟為表面（石蠟為碳原子數(shù)為18～30的烴類混合物），可以作為模擬植物葉表蠟質(zhì)層的材料，雖然該測試卡為人工制成，一定程度上顯示出自然植物葉片的相似性質(zhì)，可作為多種植物葉片的比對標(biāo)準(zhǔn)。其優(yōu)點(diǎn)是可以直接從藥液鋪展面積快速檢測藥液的潤濕性，不僅制作簡單，重復(fù)性滿足要求（偏差范圍0～4．4），而且使用方便易攜帶，當(dāng)藥液與測試卡接觸，會產(chǎn)生明顯的顏色變化，讀數(shù)直觀。許多測定潤濕性的方法雖然準(zhǔn)確，但操作比較繁瑣，不能在田間使用，直接指導(dǎo)農(nóng)藥噴霧作業(yè)。本研究表明，測試卡讀數(shù)可以大致反映出藥液許多性質(zhì)，如表面張力、接觸角和鋪展情況等，作為快速判斷農(nóng)藥是否適合噴霧的依據(jù)。在實(shí)際的農(nóng)藥噴霧中，藥效的發(fā)揮取決于多方面原因，但就目前，國內(nèi)較缺乏在藥液中添加助劑，以減少用藥量、用水量，保護(hù)環(huán)境提高防效的意識，這種測試卡一定程度上對于噴霧助劑添加提供了重要的參考依據(jù)。

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