2019年我國糧食作物農(nóng)藥利用率不足40%。農(nóng)藥利用率低一直是業(yè)界關(guān)注的熱點問題。研究表明，目前廣為采用的莖葉噴霧技術(shù)，約60%的農(nóng)藥藥液在向靶標(biāo)作物葉面?zhèn)鬏數(shù)倪^程中因蒸發(fā)飄移、彈跳、飛濺等流失而進(jìn)入周圍環(huán)境。
近年來，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所化學(xué)農(nóng)藥應(yīng)用創(chuàng)新團(tuán)隊致力于研究農(nóng)藥藥液的理化特性，解決了造成農(nóng)藥利用率低的三大瓶頸問題。
識別技術(shù)分清親水、疏水葉面
該創(chuàng)新團(tuán)隊研究員董豐收告訴《中國科學(xué)報》，霧滴蒸發(fā)、飄移等空間傳遞約造成20%的農(nóng)藥藥液劑量損失；而霧滴彈跳、破碎、飛濺、藥液流失等界面?zhèn)鬟f約造成35%的劑量損失。
其中，造成葉面藥液流失和利用率低的原因主要有三個：農(nóng)藥霧滴在親水作物葉面容易潤濕鋪展，有效沉積，但在疏水作物葉面容易彈跳滾落，目前對葉面特性認(rèn)識不深入；影響農(nóng)藥霧滴在葉面沉積的主控因子不明確；親水作物葉面和疏水作物葉面對制劑和助劑的要求不一致，導(dǎo)致助劑和制劑研發(fā)不對靶。
“只有當(dāng)農(nóng)藥霧滴有效沉積在植物葉面，才能對有害生物發(fā)揮防控作用。”董豐收說，農(nóng)藥霧滴在靶標(biāo)植物葉面的沉積是一個復(fù)雜的液—固界面相互作用的動態(tài)過程，與霧滴和靶標(biāo)植物葉面的理化特性密切相關(guān)。
對于靶標(biāo)植物葉面，只能認(rèn)知不能改變。為此，他們探明了藥液對靶標(biāo)作物表面的潤濕規(guī)律，創(chuàng)建了“臨界表面張力+接觸角”雙因子藥液對靶潤濕識別新技術(shù)：當(dāng)靶標(biāo)植物葉面的臨界表面張力小于30N/m以及接觸角大于90°的作物為難潤濕的疏水作物；當(dāng)靶標(biāo)植物葉面的臨界表面張力大于40N/m以及接觸角小于90°的作物為易潤濕的親水作物。
這項識別技術(shù)為改善藥液對靶劑量傳遞效率、減少農(nóng)藥藥液流失提供了理論支持。董豐收說，對于親水作物，添加功能助劑容易造成藥液的流失，對于疏水作物葉面，需要添加功能助劑增加藥液在靶標(biāo)植物葉面的潤濕鋪展。
把藥液從“玻璃球”變成“泥巴球”
國內(nèi)外研究表明，噴霧功能助劑是實現(xiàn)化學(xué)農(nóng)藥減施增效的關(guān)鍵技術(shù)。然而，由于缺乏科學(xué)依據(jù)，目前的農(nóng)藥功能助劑存在濫用和錯用現(xiàn)象，導(dǎo)致藥液浪費和流失，同時對環(huán)境造成污染。
經(jīng)過研究，他們首次提出，藥液與靶標(biāo)作物葉面之間的黏附力是決定藥液是否發(fā)生彈跳的主控因素。
由此，他們建議，針對典型的疏水作物，如水稻和甘藍(lán)，可利用陰離子表面活性劑改變農(nóng)藥懸浮體系的性質(zhì)，實現(xiàn)農(nóng)藥霧滴的有效沉積。
董豐收介紹，這就好像玻璃球和泥巴球分別投擲到墻上，玻璃球一定會反彈或破裂，但泥巴球會粘在墻上。通過調(diào)控農(nóng)藥霧滴的性質(zhì)，讓它變成像泥巴球那樣的粘性表面，農(nóng)藥霧滴與靶標(biāo)植物葉面的黏附力就會越大，農(nóng)藥霧滴碰撞靶標(biāo)植物葉面后越容易黏附。這為農(nóng)藥助劑的科學(xué)篩選和合理應(yīng)用提供了重要依據(jù)。
開發(fā)環(huán)境友好型產(chǎn)品
當(dāng)前來源于石油化工的通用功能助劑產(chǎn)品對環(huán)境不友好，作物易產(chǎn)生藥害問題。
董豐收介紹，通過研究，他們發(fā)現(xiàn)一種生物表面活性劑——十二烷基麥芽糖苷，對甘藍(lán)的疏水葉面潤濕效果極好，藥液不發(fā)生彈跳，可提高農(nóng)藥藥液葉面沉積率約20%左右。重要的是，這種功能助劑綠色可降解，對環(huán)境友好。
“除了功能助劑應(yīng)用可提高農(nóng)藥對靶沉積率，還可通過研制新型制劑來實現(xiàn)。”董豐收介紹，他們創(chuàng)先發(fā)展了葉酸/鋅超分子水凝膠載藥制劑體系，增強了農(nóng)藥霧滴與植物葉面之間的相互作用，從而顯著抑制了農(nóng)藥載藥霧滴在植物葉面的飛濺和彈落，實現(xiàn)了農(nóng)藥霧滴的有效沉積。
由于葉酸/鋅超分子水凝膠載藥體系是一種原料來源豐富、結(jié)構(gòu)簡單，且生物相容性比較好的農(nóng)藥載體，為今后農(nóng)藥劑型設(shè)計提供了新的思路，為提高農(nóng)藥霧滴在靶標(biāo)作物葉面的沉積率提供了新的方法。
近年來，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所化學(xué)農(nóng)藥應(yīng)用創(chuàng)新團(tuán)隊致力于研究農(nóng)藥藥液的理化特性，解決了造成農(nóng)藥利用率低的三大瓶頸問題。
識別技術(shù)分清親水、疏水葉面
該創(chuàng)新團(tuán)隊研究員董豐收告訴《中國科學(xué)報》，霧滴蒸發(fā)、飄移等空間傳遞約造成20%的農(nóng)藥藥液劑量損失；而霧滴彈跳、破碎、飛濺、藥液流失等界面?zhèn)鬟f約造成35%的劑量損失。
其中，造成葉面藥液流失和利用率低的原因主要有三個：農(nóng)藥霧滴在親水作物葉面容易潤濕鋪展，有效沉積，但在疏水作物葉面容易彈跳滾落，目前對葉面特性認(rèn)識不深入；影響農(nóng)藥霧滴在葉面沉積的主控因子不明確；親水作物葉面和疏水作物葉面對制劑和助劑的要求不一致，導(dǎo)致助劑和制劑研發(fā)不對靶。
“只有當(dāng)農(nóng)藥霧滴有效沉積在植物葉面，才能對有害生物發(fā)揮防控作用。”董豐收說，農(nóng)藥霧滴在靶標(biāo)植物葉面的沉積是一個復(fù)雜的液—固界面相互作用的動態(tài)過程，與霧滴和靶標(biāo)植物葉面的理化特性密切相關(guān)。
對于靶標(biāo)植物葉面，只能認(rèn)知不能改變。為此，他們探明了藥液對靶標(biāo)作物表面的潤濕規(guī)律，創(chuàng)建了“臨界表面張力+接觸角”雙因子藥液對靶潤濕識別新技術(shù)：當(dāng)靶標(biāo)植物葉面的臨界表面張力小于30N/m以及接觸角大于90°的作物為難潤濕的疏水作物；當(dāng)靶標(biāo)植物葉面的臨界表面張力大于40N/m以及接觸角小于90°的作物為易潤濕的親水作物。
這項識別技術(shù)為改善藥液對靶劑量傳遞效率、減少農(nóng)藥藥液流失提供了理論支持。董豐收說，對于親水作物，添加功能助劑容易造成藥液的流失，對于疏水作物葉面，需要添加功能助劑增加藥液在靶標(biāo)植物葉面的潤濕鋪展。
把藥液從“玻璃球”變成“泥巴球”
國內(nèi)外研究表明，噴霧功能助劑是實現(xiàn)化學(xué)農(nóng)藥減施增效的關(guān)鍵技術(shù)。然而，由于缺乏科學(xué)依據(jù)，目前的農(nóng)藥功能助劑存在濫用和錯用現(xiàn)象，導(dǎo)致藥液浪費和流失，同時對環(huán)境造成污染。
經(jīng)過研究，他們首次提出，藥液與靶標(biāo)作物葉面之間的黏附力是決定藥液是否發(fā)生彈跳的主控因素。
由此，他們建議，針對典型的疏水作物，如水稻和甘藍(lán)，可利用陰離子表面活性劑改變農(nóng)藥懸浮體系的性質(zhì)，實現(xiàn)農(nóng)藥霧滴的有效沉積。
董豐收介紹，這就好像玻璃球和泥巴球分別投擲到墻上，玻璃球一定會反彈或破裂，但泥巴球會粘在墻上。通過調(diào)控農(nóng)藥霧滴的性質(zhì)，讓它變成像泥巴球那樣的粘性表面，農(nóng)藥霧滴與靶標(biāo)植物葉面的黏附力就會越大，農(nóng)藥霧滴碰撞靶標(biāo)植物葉面后越容易黏附。這為農(nóng)藥助劑的科學(xué)篩選和合理應(yīng)用提供了重要依據(jù)。
開發(fā)環(huán)境友好型產(chǎn)品
當(dāng)前來源于石油化工的通用功能助劑產(chǎn)品對環(huán)境不友好，作物易產(chǎn)生藥害問題。
董豐收介紹，通過研究，他們發(fā)現(xiàn)一種生物表面活性劑——十二烷基麥芽糖苷，對甘藍(lán)的疏水葉面潤濕效果極好，藥液不發(fā)生彈跳，可提高農(nóng)藥藥液葉面沉積率約20%左右。重要的是，這種功能助劑綠色可降解，對環(huán)境友好。
“除了功能助劑應(yīng)用可提高農(nóng)藥對靶沉積率，還可通過研制新型制劑來實現(xiàn)。”董豐收介紹，他們創(chuàng)先發(fā)展了葉酸/鋅超分子水凝膠載藥制劑體系，增強了農(nóng)藥霧滴與植物葉面之間的相互作用，從而顯著抑制了農(nóng)藥載藥霧滴在植物葉面的飛濺和彈落，實現(xiàn)了農(nóng)藥霧滴的有效沉積。
由于葉酸/鋅超分子水凝膠載藥體系是一種原料來源豐富、結(jié)構(gòu)簡單，且生物相容性比較好的農(nóng)藥載體，為今后農(nóng)藥劑型設(shè)計提供了新的思路，為提高農(nóng)藥霧滴在靶標(biāo)作物葉面的沉積率提供了新的方法。
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