天然高分子基水凝膠在農(nóng)藥緩釋領(lǐng)域的研究進(jìn)展

許春麗，曹立冬*，徐 博，冉剛超，黃啟良*

（1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所，北京 100193；2.河南省藥肥緩控釋工程技術(shù)中心，河南好年景生物發(fā)展有限公司，鄭州 450000）

隨著環(huán)境保護(hù)及農(nóng)藥減施增效戰(zhàn)略的提出，緩釋制劑成為當(dāng)前科研工作者研究和關(guān)注的熱點(diǎn)[1]。緩釋制劑不僅可緩慢釋放出有效成分，釋放行為還受環(huán)境因素（光、熱、酸堿等）以及化學(xué)條件（氧化還原、酶促等）因素的調(diào)控，具有減少農(nóng)藥的施用次數(shù)，降低對非靶標(biāo)生物的風(fēng)險(xiǎn)以及提高農(nóng)藥持效期等優(yōu)點(diǎn)[2]。目前市場上已經(jīng)有農(nóng)藥微囊懸浮劑、緩釋顆粒劑等不同緩釋劑型登記和應(yīng)用。

區(qū)別于微囊及緩釋顆粒劑，水凝膠是一類含有親水基團(tuán)的大分子通過共價(jià)鍵、氫鍵、范德華力等作用形成的聚合物結(jié)構(gòu)體系。其具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，能夠吸收大量的水分，在水中可以溶脹但不溶解，內(nèi)部是多孔結(jié)構(gòu)，可以承載高負(fù)荷的化合物[3]。水凝膠具有保水性、敏感釋放、合成工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)，作為可控釋放載體在植物保護(hù)、醫(yī)藥、化工等領(lǐng)域引起了大量的關(guān)注[4]。在過去的幾十年里，水凝膠被廣泛用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，不僅通過增加生長介質(zhì)（土壤或無土基質(zhì)）的保水性能來改善植物的水分可用性[5]，還可通過負(fù)載農(nóng)藥活性成分以達(dá)到緩釋的效果及降低農(nóng)藥的殘留[6]。

隨著材料科學(xué)的快速發(fā)展，具有生物相容性、生物可降解性以及可協(xié)同促進(jìn)作物生長等特點(diǎn)的載體材料成為制備水凝膠的理想材料。大部分人工合成的具有優(yōu)異性能的高分子聚合物，如聚乙二醇，聚乙烯類等，被廣泛應(yīng)用于凝膠體系的合成和藥物的負(fù)載[7]。然而人工合成的材料不僅耗費(fèi)經(jīng)濟(jì)成本，還可能存在環(huán)境壓力等問題。不同于人工合成的高分子材料，天然高分子材料如淀粉、殼聚糖、海藻酸鈉、瓜爾膠等化合物具有生物可降解性、可再生性及生物相容性，故被廣泛應(yīng)用于水凝膠載藥體系[8]。目前，Rudzinski等[9]對農(nóng)業(yè)中應(yīng)用的水凝膠的合成方法、性質(zhì)、類型進(jìn)行了綜述。王赫等[10]對水凝膠在緩/控釋肥料中應(yīng)用研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述，但關(guān)于天然高分子基水凝膠調(diào)控農(nóng)藥釋放的研究鮮有綜述報(bào)道。筆者就近年來天然高分子材料在農(nóng)藥水凝膠載藥體系中的研究及其應(yīng)用進(jìn)行綜述，并對該領(lǐng)域研究前景進(jìn)行展望，以期為農(nóng)藥水凝膠體系在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用提供參考。

1 天然高分子水凝膠

1.1 羧甲基纖維素

羧甲基纖維素（Carboxymethyl cellulose）是一種纖維素衍生物，由纖維素羧甲基化后得到，其水溶液具有增稠、保水等作用。羧甲基纖維素中所含的羧基側(cè)鏈在不同的pH溶液中表現(xiàn)出質(zhì)子化或者去質(zhì)子化，可以賦予羧甲基纖維素基水凝膠pH敏感性。Nangia等[11]采用硼酸（BA）交聯(lián)羧甲基纖維素制備了噻蟲嗪水凝膠，該凝膠具有pH敏感的吸水能力。有效成分的釋放受到pH的影響，藥物的釋放速度隨著pH的增加而增加。這種pH響應(yīng)型水凝膠緩釋制劑可在酸性和堿性土壤中為植物選擇性地釋放養(yǎng)分和農(nóng)藥。

1.2 殼聚糖

殼聚糖（Chitosan）是一種具有良好生物相容性和生物可降解性能的天然高分子聚合物，其化學(xué)結(jié)構(gòu)中含有大量的-NH2和-OH官能團(tuán)，非常適合水凝膠體系的制備。殼聚糖基水凝膠廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、生物技術(shù)和環(huán)境等領(lǐng)域。Vincekovic等[12]以殼聚糖為材料制備了同時(shí)負(fù)載金屬銅離子和綠色木霉的殼聚糖/海藻酸鹽水凝膠（圖1）。通過研究發(fā)現(xiàn)水凝膠的負(fù)載能力、溶脹行為和釋放取決于包覆劑的種類和水凝膠的尺寸。殼聚糖層的厚度限制水凝膠的溶脹，裝載綠色木霉后水凝膠的釋放表現(xiàn)出減慢的趨勢。水凝膠中銅離子的釋放符合Peppas方程，小粒徑凝膠的釋放符合菲克擴(kuò)散。

圖1 用0.45 mm 的注射針頭（a）和漏斗（2 mm）制備的水凝膠（b）；漏斗制備的凝膠放大圖片（背景黑條=0.5 mm）（c）[12]

1.3 羧甲基殼聚糖

羧甲基殼聚糖（Carboxymethyl chitosan）是一種殼聚糖衍生物，具有良好的生物相容性、水溶性、抑菌性能和保濕性能，易與金屬陽離子螯合[13]。其分子鏈上既具有陽離子-NH3+，又含有陰離子-COO-，屬于兩性聚電解質(zhì)，是制備環(huán)境敏感水凝膠的理想材料。程麗鴻等[14]以戊二醛和氯化鈣為交聯(lián)劑，采用懸浮交聯(lián)法制備了吡蟲啉/羧甲基殼聚糖凝膠微球。凝膠微球的載藥量和包封率隨交聯(lián)時(shí)間和氯化鈣濃度的增加表現(xiàn)出先升后降趨勢，隨著戊二醛體積分?jǐn)?shù)的增加呈顯著下降趨勢，最佳載藥量為25.71%。凝膠微球中吡蟲啉的釋放速度隨交聯(lián)劑劑量的增加呈先降后增趨勢。不添加交聯(lián)劑，對羧甲基殼聚糖水溶液進(jìn)行γ-射線照射也可得到羧甲基殼聚糖水凝膠[15]。

1.4 淀粉

淀粉（Starch）是一種重要的天然高分子聚合物，儲(chǔ)量豐富、價(jià)格低廉，而且很容易通過化學(xué)、物理和生物改性形成不同分子量的化合物，用于特定的用途[16]。淀粉葡萄糖酐單元上的羥基具有形成復(fù)雜共聚物網(wǎng)絡(luò)的潛力，可以吸收大量的水分。張素芬[17]以淀粉為基底材料，通過自由基共聚合方法制備了丙酯草醚親水凝膠。載藥凝膠中丙酯草醚的釋放動(dòng)力學(xué)符合Peppas方程，在緩沖溶液、去離子水和土壤浸提液中的釋放逐漸增加，且釋放速率和釋放總量與表面活性劑用量成正比。凝膠在較低的施藥濃度下對敏感植物高粱幼苗具有除草活性，在土壤中消減速率明顯高于丙酯草醚原藥在相應(yīng)土壤中的消減速率，且降解速率和殘留形態(tài)受土壤類型的影響。

1.5 海藻酸鈉

海藻酸鈉（Sodium alginate）是一種陰離子天然高分子多糖，可與多價(jià)金屬陽離子形成水凝膠。海藻酸鈉表面含有的大量氨基和羧基也可以進(jìn)行修飾改性，制備不同理化性能的藥物載體。Xiang等[18]以海藻酸鈉為原料，制備了負(fù)載香菇多糖的海藻酸鈣水凝膠，并通過靜電作用與氨基多糖作用包裹香菇多糖水凝膠。水凝膠的釋放表現(xiàn)出良好的環(huán)境敏感性，增加pH值，提高溫度和Na＋濃度，香菇多糖的釋放速率也隨之增加。該水凝膠不僅可以連續(xù)誘導(dǎo)煙草提高抗煙草花葉病毒的能力，促進(jìn)植物的生長，而且對水生生物斑馬魚無毒副作用。

為克服對疏水性農(nóng)藥的負(fù)載問題，Wang等[19]將海藻酸鈉進(jìn)行疏水改性，以疏水改性海藻酸鈉和聚丙烯酰胺（PAM）為基底材料，制備了可伸展的高效氯氟氰菊酯水凝膠。未改性海藻酸鈉水凝膠的載藥量為69.48%，而疏水改性后的載藥量為75.55%。在凝膠中加入蒙脫石后，低含量的蒙脫石可以提高凝膠載藥量，最高達(dá)81.30%。

許同桃等[20]以海藻酸鈉為原料，采用高壓靜電技術(shù)制備了直徑為0.5～1.0 mm的海藻酸鈉-苯磺隆緩釋凝膠微球，并研究了海藻酸鈉與苯磺隆的質(zhì)量比對凝膠包封率和緩釋性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，海藻酸鈉的含量越高，對苯磺隆的包封率也越高，最高可達(dá)到92%。原料配比不同的凝膠微球均表現(xiàn)出優(yōu)良的緩釋性能，可在72 h完全釋放。

2 天然高分子復(fù)合水凝膠2

.1 殼聚糖/海藻酸鈉/明膠

辛露露等[21]采用復(fù)凝聚法制備了負(fù)載大蒜素的殼聚糖/海藻酸鈉/明膠復(fù)合微球，考察了不同條件對微球溶脹性、載藥性能和緩釋性能等指標(biāo)的影響。結(jié)果表明，明膠和海藻酸鈉（質(zhì)量比為1∶3）質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%，大蒜素與混合載體材料質(zhì)量比為1∶2時(shí)，制備的載藥微球（圖2）外形規(guī)則，粒徑分布在0.8～0.9 mm之間，載藥量為24.3%，包封率為69.4%。復(fù)合微球的藥物釋放具有pH敏感性，在pH=7.4介質(zhì)中微球溶脹率達(dá)到450%，藥物釋放動(dòng)力學(xué)符合Higuchi方程。明膠的加入可以延緩復(fù)合微球的藥物釋放。

2.2 明膠/海藻酸鈉

明膠（Gelatin）是一種天然可再生的高分子材料，是膠原部分水解后的產(chǎn)物，具有優(yōu)良的物理性質(zhì)，如分散穩(wěn)定性、親和性、韌性及可逆性等，在食品工業(yè)和醫(yī)藥等領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。宋雙居等[22]以明膠和海藻酸鈉為基底材料，采用復(fù)凝聚法制備了啶蟲脒緩釋微球，以包封率和微球的外觀作為優(yōu)化制備工藝的參考指標(biāo)，通過L16（45）正交實(shí)驗(yàn)得出微球的最佳制備工藝，在其最佳制備工藝條件下藥物包封率可達(dá)61.21%。緩釋實(shí)驗(yàn)證明凝膠微球具有良好的緩釋作用，緩釋時(shí)間能夠達(dá)到70 h以上。

圖2 復(fù)合凝膠微球外觀形貌（a 和b）和載藥凝膠在pH=7.4 時(shí)累積釋放率（c）[21]

2.3 羽毛角蛋白/羧甲基纖維素

羽毛角蛋白（Feather keratin）是由多種氨基酸以肽鍵相連接的天然高分子蛋白質(zhì)，具有良好的生物相容性和生物可降解性，廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)和醫(yī)藥領(lǐng)域。Lin等[23]以羽毛角蛋白（FK）和羧甲基纖維素（CMC）為原料，通過靜電作用制備了FK/CMC納米復(fù)合物（圖3）。以阿維菌素（AVM）為模型藥物，在高溫條件下獲得FK/CMC@AVM載藥復(fù)合物，平均粒徑為387 nm，包封率為67.06%。在紫外光照射下，包載在納米顆粒中的阿維菌素的光穩(wěn)定性顯著提高，半衰期從354 min延遲至1 800 min。納米顆粒中阿維菌素的釋放表現(xiàn)出pH敏感性，釋放隨著pH的增加而加快，釋放動(dòng)力學(xué)符合Peppas方程。

2.4 瓊脂/淀粉

瓊脂（Agar）是從紅藻的細(xì)胞壁中提取的一種親水性膠體，是一種良好的土壤改良劑，具有提高作物產(chǎn)量等性能。Singh等[24]以瓊脂和淀粉為基底材料制備了莠去津水凝膠。在最佳條件下（1%瓊脂，5%淀粉，0.98 mol/L丙烯酰胺，12.97 mmol/L N,N-亞甲基雙丙烯酰胺）制備的水凝膠具有最大溶脹率為551.5%。莠去津在凝膠中緩慢釋放，釋放持續(xù)時(shí)間為144 h。

圖3 FK/CMC@AVM 的合成示意圖[23]

2.5 β-環(huán)糊精/O-羧甲基殼聚糖

β-環(huán)糊精（β-cyclodextrin）是由α-1,4-糖苷鍵連接7個(gè)葡萄糖組成的環(huán)狀寡糖，具有親水性外部結(jié)構(gòu)和疏水性內(nèi)部空腔，可以將疏水藥物包合進(jìn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)空腔而形成水溶性包合物，進(jìn)而起到增溶和緩釋作用。劉月華等[25]采用飽和溶液法制備了避蚊胺/β-環(huán)糊精包合物，并進(jìn)一步采用離子交聯(lián)法制備了避蚊胺/β-環(huán)糊精/O-羧甲基殼聚糖親水性納米水凝膠。β-環(huán)糊精使避蚊胺在水中的溶解度增加了約27倍，其包封率為79.93%，載藥量為12.11%。有效成分在親水性納米水凝膠中的釋放比包合物更好，24 h累積釋放率分別為27.04%和38.10%。

3 天然高分子/合成高分子復(fù)合水凝膠

3.1 甲基纖維素/聚丙烯酰胺

Aouada等[26]以甲基纖維素與聚丙烯酰胺結(jié)合制備了負(fù)載百草枯的聚丙烯酰胺-甲基纖維素水凝膠緩釋體系。百草枯的釋放能力取決于基質(zhì)的膨脹和網(wǎng)絡(luò)鏈的密度。水凝膠的制備參數(shù)影響百草枯的釋放機(jī)制，隨著甲基纖維素和丙烯酰胺濃度的增加，百草枯的釋放變慢。百草枯的初始釋放速率較快，幾天后開始下降，凝膠化能夠?qū)俨菘莸木忈寱r(shí)間延長至45 d。

3.2 瓜爾膠/聚合物類

瓜爾膠（Guar gum）是一種水溶性陽離子高分子聚合物，屬于天然半乳甘露聚糖，可以作為開發(fā)緩釋型農(nóng)藥制劑的理想載體。Kumar等[27]采用瓜爾膠為載體，制備了咪草煙瓜爾膠/聚丙烯酸酯/膨潤土復(fù)合水凝膠和咪草煙瓜爾膠/聚N-異丙基丙烯酰胺納米水凝膠。以商品化的咪草煙制劑作為對照，發(fā)現(xiàn)水凝膠體系中有效成分可以緩慢釋放出來，符合菲克擴(kuò)散機(jī)理。經(jīng)凝膠處理后的雜草種群數(shù)量和干重顯著下降；在播種后90 d后，凝膠的除草效果與商品化制劑的除草效果持平。

3.3 淀粉/聚合物類

Bai等[28]將淀粉與甲基丙烯酸甲酯及丙烯酸交聯(lián)得到負(fù)載多菌靈凝膠。通過改變氫氧化鈉/丙烯酸的摩爾比得到不同的載藥體系。該凝膠具有超強(qiáng)的吸水能力，且吸水能力隨著氫氧化鈉/丙烯酸摩爾比的降低而降低，在超純水中的吸水能力分別為800、500和250 g/g。3種凝膠在水溶液中均表現(xiàn)出良好的緩釋性能，釋放符合Peppas方程；在不同pH的緩沖鹽溶液中表現(xiàn)出pH敏感性，在酸性溶液中更容易釋放。

Singh等[29]以淀粉為原料，以N,N-亞甲基雙丙烯酰胺和硫酸銨為交聯(lián)劑和引發(fā)劑，合成了負(fù)載福美雙的淀粉聚（丙烯酰胺）和淀粉聚（丙烯酸）水凝膠。該水凝膠具有很好的緩釋效果，釋放機(jī)制為非菲克擴(kuò)散機(jī)制。改變凝膠體系中交聯(lián)劑的用量，有效成分表現(xiàn)出不同的釋放趨勢。在交聯(lián)劑濃度分別為6.49×103、12.97×103、19.40×103、25.95×103和32.43×103mol/L時(shí)，福美雙在淀粉聚（丙烯酰胺）凝膠中的釋放量達(dá)到總釋放量的50%的時(shí)間分別為15.84、14.98、13.91、14.82和17.89 h，而在淀粉聚（丙烯酸）水凝膠中的時(shí)間分別在25.20、29.38、20.16、19.01和21.07 h。

Xie等[30]采用擠壓外源凝膠法制備了螺蟲乙酯水凝膠體系：淀粉殼聚糖海藻酸鈣、淀粉海藻酸鈣、殼聚糖海藻酸鈣和海藻酸鈣復(fù)合凝膠小球。淀粉殼聚糖海藻酸鈣凝膠具有最大的載藥量和包封率，分別為0.28%和68.1%。螺蟲乙酯在不同凝膠顆粒中的釋放均符合Logistic方程，釋放機(jī)制為菲克擴(kuò)散，淀粉殼聚糖海藻酸鈣凝膠中有效成分的釋放速度最慢。以商品化的制劑作為對照，研究了螺蟲乙酯在土壤中的降解行為，淀粉殼聚糖海藻酸鈣凝膠中的螺蟲乙酯降解速度最慢，在水稻土、紫土和蒙脫土中的半衰期分別為2.31、3.25和4.51 d，商品化制劑的半衰期分別為2.22、2.68和3.59 d。

Yang等[31]以淀粉為原料接枝丙烯酸-甲基丙烯酸甲酯和丙烯酰胺形成水凝膠，同時(shí)負(fù)載多菌靈制備多菌靈水凝膠載藥體系。將多菌靈與多菌靈凝膠放置于不同的土壤中進(jìn)行降解觀察，發(fā)現(xiàn)在紅紗黏土中，多菌靈的半衰期為154 d，而水凝膠化的多菌靈的半衰期降至70.7 d；在河海黃壤土和海岸鹽漬化土壤中，多菌靈的半衰期分別從22.5 d和21.9 d降至14.8 d和13.5 d。研究證明，凝膠化可有效解決多菌靈在土壤中的殘留，為加速農(nóng)藥在環(huán)境中的降解提供有效的解決思路和方法。

3.4 海藻酸鈉/聚合物類

Ma等[32]以氧化海藻酸鈉為載體與己二酰二肼和鈣離子交聯(lián)，并將殺菌劑四霉素負(fù)載到雙交聯(lián)凝膠中。氧化海藻酸鈉和己二酰二肼生成的席夫堿對pH具有很強(qiáng)的敏感性，在堿性或中性條件下能夠穩(wěn)定存在，而在酸性條件下發(fā)生水解斷鍵行為。載藥凝膠表現(xiàn)出pH敏感釋放的性能：當(dāng)pH＞6時(shí)可以實(shí)現(xiàn)中等的農(nóng)藥釋放速率，而在pH＜6時(shí)釋放速率較快，且釋放速率隨著pH的減小而增加。

4 天然高分子/無機(jī)化合物復(fù)合水凝膠

向高分子網(wǎng)絡(luò)中引入具有特殊性能的無機(jī)材料可以克服傳統(tǒng)水凝膠的局限性，其越來越受到人們的關(guān)注。有機(jī)/無機(jī)復(fù)合水凝膠不僅可以同時(shí)賦予凝膠多種性能，還可以降低成本，擴(kuò)大其應(yīng)用前景。

4.1 天然高分子/黏土水凝膠體系

黏土（Clay）具有較高的比表面積，可以通過無機(jī)或有機(jī)陽離子進(jìn)行表面改性，改性衍生物是許多有機(jī)化合物的優(yōu)良吸附劑。Li等[33]以羧甲基纖維素凝膠和不同類型的黏土為原料制備了負(fù)載除草劑乙草胺的控釋凝膠。水凝膠中乙草胺的釋放以擴(kuò)散為主，且釋放速度受制備條件的影響。增加凝膠的交聯(lián)時(shí)間可以減緩有效成分的釋放，在凝膠中加入黏土后也可以增加乙草胺的釋放時(shí)間。

凹凸棒土（Attapulgite）是一種具有獨(dú)特纖維形態(tài)的水化鎂鋁硅酸鹽，具有成本低、存儲(chǔ)量大、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。Xiang等[34]利用多巴胺對凹凸棒土進(jìn)行修飾并對殺蟲劑毒死蜱進(jìn)行負(fù)載得到載藥體系CPF-PA，通過加入海藻酸鈉和氯化鈣進(jìn)一步對載藥體系進(jìn)行包裹，得到多重修飾的凹凸棒土基凝膠體系PRCRC（圖4）。凹凸棒土對毒死蜱的包封率為37.2%，多巴胺包覆后其包封率可提高11.6%，海藻酸鈣進(jìn)一步修飾后的PRCRC表現(xiàn)出優(yōu)異的pH敏感性和優(yōu)異的殺蟲性能。在紫外光照射下，PRCRC比CPF-PA更能提高有效成分的穩(wěn)定性。凹凸棒土與凝膠體系的結(jié)合，為提高農(nóng)藥的利用效率提供了一種成本低、工藝簡單的方法，具有實(shí)際應(yīng)用前景。

蒙脫土（Montmorillonite）為一種水滑石，屬于親水性礦物土，具有膨脹性、陽離子可交換性、分散性、比表面積大等優(yōu)異性能，非常有利于有機(jī)化合物的吸附。將蒙脫石引入水凝膠中，可以調(diào)節(jié)凝膠的性能，適用于吸附、緩釋等不同領(lǐng)域。He等[35]利用海藻酸鈉、聚丙烯酰胺和蒙脫土制備了可拉伸的啶蟲脒雙網(wǎng)絡(luò)納米復(fù)合水凝膠緩釋體系。凝膠的緩釋符合菲克擴(kuò)散模型，且蒙脫石的加入能顯著提高凝膠的緩釋性能。此類納米復(fù)合水凝膠集海藻酸鹽的凝膠特性和礦物土的吸附能力于一體，在農(nóng)藥載體的應(yīng)用方面具有很大潛力，可提高水溶性農(nóng)藥的利用率。

圖4 PRCRC 制備示意圖[34]

膨潤土（Bentonite）的主要礦物成分是蒙脫石，含量在85%～90%。膨潤土具有優(yōu)良的陽離子交換性能和膨脹性，是共混改性的常用多孔性材料。Sarkar等[36]以羧甲基纖維素為原料，檸檬酸為交聯(lián)劑，在膨潤土作用下制備了噻蟲嗪黏土水凝膠復(fù)合載藥體系，載藥量為1.61%～2.16%，包封率為82.72%～98.55%。凝膠在不同pH值水溶液中具有pH觸發(fā)釋放的能力，其在堿性條件下的釋放速度快于在中性條件下的釋放，釋放遵循Gallagher Corrigan方程，可對腸道呈堿性的昆蟲進(jìn)行有效控制。

4.2 天然高分子/硅藻土水凝膠體系

硅藻土（Diatomite）主要由無定形的SiO2組成，并含有少量有機(jī)雜質(zhì)及其他物質(zhì)，具有多孔結(jié)構(gòu)。Lv等[37]以過硫酸鉀為引發(fā)劑、四甲基乙二胺為交聯(lián)劑，利用自由基聚合反應(yīng)合成聚丙烯酰胺水凝膠，將硅藻土填充到聚丙烯酰胺中合成聚丙烯酰胺/硅藻土復(fù)合水凝膠。硅藻土復(fù)合水凝膠的抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度分別提高了2倍和13倍。聚丙烯酰胺水凝膠可以降低多菌靈的釋放速率，多菌靈原藥在水中2 d內(nèi)的累積釋放量為61.6%，12 d后達(dá)到97.8%。凝膠化后，多菌靈水的釋放速率明顯較慢，聚丙烯酰胺/多菌靈凝膠在前兩天的累積釋放量為38.9%，12 d后的累積釋放量為91.6%。當(dāng)在凝膠體系中添加硅藻土后，多菌靈的釋放顯著降低，在第12 d的累積釋放量僅為52.7%。

4.3 天然高分子/生物炭水凝膠體系

生物炭（Biochar）是由生物質(zhì)熱解轉(zhuǎn)化而成的富碳物質(zhì)，具有生物相容性好、成本低、比表面積大等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最有前途的可再生資源之一。生物炭的表面特性和孔隙結(jié)構(gòu)使其具有良好的負(fù)載能力。Xiang等[38]制備了具有pH和離子強(qiáng)度雙敏感的生物炭基海藻酸鈉水凝膠，以龍膽紫為親水性模型農(nóng)藥，研究了凝膠顆粒在不同pH和離子強(qiáng)度下的釋放以及在模擬土壤柱中的淋溶行為，發(fā)現(xiàn)凝膠的淋溶行為與釋放性能一致，對于降低農(nóng)藥在土壤中的流失有重要意義。

5 總結(jié)與展望

農(nóng)藥水凝膠緩釋體系可以控制有效成分釋放，并且水凝膠還具有土壤保水效果，可提高農(nóng)藥和水資源的利用率，這已成為當(dāng)前農(nóng)藥緩釋制劑研究的熱點(diǎn)。目前，農(nóng)藥水凝膠緩釋體系的研究已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，然而從研發(fā)到產(chǎn)業(yè)化仍然有很長的路要走。大部分水凝膠需經(jīng)過脫水干燥后應(yīng)用，額外的能耗過程會(huì)造成成本增加。因此，如何采用簡單、經(jīng)濟(jì)、有效的方法制備和應(yīng)用農(nóng)藥水凝膠是一個(gè)亟需解決的問題。目前，水凝膠的應(yīng)用仍局限于土壤施用或作物根部撒施，因此拓展農(nóng)藥水凝膠的使用場景將豐富水凝膠在農(nóng)藥領(lǐng)域中的應(yīng)用。水凝膠的多樣化（如可修復(fù)和黏附性水凝膠）為制備適用于不同場景的水凝膠提供了可能。直接噴施具有高黏附性水凝膠，提高農(nóng)藥在作物葉面的沉積效率是未來研究的重點(diǎn)和趨勢。另外，以具有殺菌或植物誘抗活性的天然高分子材料制備具有協(xié)同增效的農(nóng)藥水凝膠，也是目前需要深入研究和關(guān)注的前沿方向。此外，農(nóng)藥水凝膠的使用風(fēng)險(xiǎn)也需要科研工作者廣泛開展環(huán)境安全、食品安全等相關(guān)應(yīng)用評價(jià)。綜合之，農(nóng)藥水凝膠將在未來具有廣闊的發(fā)展前景。