一種農(nóng)藥藥液潤(rùn)濕性測(cè)試卡的制備及其性能分析

張琳娜， 楊代斌， 袁會(huì)珠

（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)藥化學(xué)與應(yīng)用重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)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(zhǎng)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(duì)于作物本身來(lái)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(lái)了多種多樣的困難。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在中國(guó)，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(duì)容易被潤(rùn)濕植物，例如棉花、番茄；另一類是難以被潤(rùn)濕植物，例如水稻、小麥［3］。潤(rùn)濕性是指液體與固體表面相接觸時(shí)，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(dòng)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(duì)植物潤(rùn)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(rùn)濕性［6－9］，例如接觸角越大，葉表面的憎水性越強(qiáng)，潤(rùn)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(cè)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(cè)定藥液在各種作物表面的潤(rùn)濕情況。鑒于植物表面結(jié)構(gòu)的多樣性，沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的快速評(píng)判藥液潤(rùn)濕性的標(biāo)準(zhǔn)，本文介紹一種農(nóng)藥藥液潤(rùn)濕性測(cè)試卡的制備方法，并對(duì)其性能進(jìn)行初步評(píng)價(jià)。

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(zhǎng)于中國(guó)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(zhǎng)狀況：黃瓜和番茄生長(zhǎng)到1 m左右，辣椒和小麥生長(zhǎng)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(cè)定儀（日本Er ma公司）、JYW－200A自動(dòng)界面張力儀（承德市世鵬檢測(cè)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(rùn)濕性測(cè)試卡的制備方法及使用

1．2．1 農(nóng)藥藥液潤(rùn)濕性測(cè)試卡的制備及其參數(shù)

本文所介紹的農(nóng)藥藥液潤(rùn)濕性測(cè)試卡的制作方法簡(jiǎn)單易行，首先將設(shè)計(jì)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(rùn)濕性測(cè)試卡的各項(xiàng)參數(shù)如表1所示。

表1 農(nóng)藥藥液潤(rùn)濕性測(cè)試卡的制備參數(shù)

1．2．2 農(nóng)藥藥液潤(rùn)濕性測(cè)試卡的使用方法

將測(cè)試卡水平放置，用移液槍或其他取液器移取20μL的待測(cè)溶液于卡的中央，此時(shí)待測(cè)溶液會(huì)在測(cè)試卡上逐漸鋪展，測(cè)試卡與藥液接觸的部分會(huì)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(cè)試卡上每一個(gè)小格是以20μL的清水在測(cè)試卡表面的鋪展面積劃定的，定義每個(gè)小格代表鋪展系數(shù)為1。

1．3 藥液潤(rùn)濕性測(cè)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(duì)照。

1．3．2 表面張力的測(cè)定

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

1．3．3 接觸角的測(cè)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(rùn)濕性測(cè)試卡，置于接觸角測(cè)定儀上，再用移液槍分別移取5μL供試溶液于7種表面，測(cè)定接觸角，重復(fù)6次，計(jì)算平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。

1．3．4 潤(rùn)濕性測(cè)試卡的重復(fù)性測(cè)定

用移液槍分別移取20μL上述供試溶液于測(cè)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(jì)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(shí)，表面張力為33．41 mN／m；0．01%時(shí)，表面張力為20．22 mN／m；0．05%時(shí)，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(cè)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(cè)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(shí)，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(cè)試卡表面的接觸角仍處于下降趨勢(shì)，濃度為0．05%時(shí)，接觸角降低為0°，由此可見(jiàn)，在助劑濃度較高時(shí)，該種測(cè)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(cè)試卡與其他植物葉片一樣，都表現(xiàn)出對(duì)不同濃度溶液的潤(rùn)濕性變化，更與難潤(rùn)濕的小麥葉片相似。番茄和油菜屬易于潤(rùn)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(rùn)濕的表面，如果不添加助劑，藥液滑落，將會(huì)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(cè)試卡的相關(guān)性比較，也可以衡量不同表面的潤(rùn)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(rùn)濕性測(cè)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(cè)試卡表面的鋪展系數(shù)如圖12所示。清水在測(cè)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(cè)試卡表面的鋪展系數(shù)逐漸增大，濃度為0．001%時(shí)，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(shí)，測(cè)試卡表現(xiàn)出良好的重復(fù)性，隨著濃度的增大，測(cè)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(cè)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(cè)試卡上的鋪展系數(shù)

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

根據(jù)測(cè)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(cè)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(duì)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(duì)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(duì)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(wú)論是溶液的表面張力，還是接觸角都與其在測(cè)試卡上的鋪展系數(shù)存在規(guī)律性相關(guān)，田間測(cè)試可以利用藥液在測(cè)試卡上鋪展情況大致反映出待測(cè)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(cè)藥液的潤(rùn)濕性。

3 結(jié)論與討論

本文所介紹的農(nóng)藥藥液潤(rùn)濕性測(cè)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(cè)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(duì)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(cè)藥液的潤(rùn)濕性，不僅制作簡(jiǎn)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(cè)試卡接觸，會(huì)產(chǎn)生明顯的顏色變化，讀數(shù)直觀。許多測(cè)定潤(rùn)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(cè)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(guó)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(shí)，這種測(cè)試卡一定程度上對(duì)于噴霧助劑添加提供了重要的參考依據(jù)。

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