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农药增效机理及评价方法

时间:2019-09-12   编辑:中国农药网  浏览次数:

    近年来,农化行业新化合物推出的速度放缓,有害生物抗性逐渐增长。同时随着生活水平的提高,大家对食品安全的关注程度日益增高,农业部也适时提出了药肥“双减”的指导方针,业界人士对农药制剂产品的增效需求日益增长。可以说农药减施增效已经成为未来很长一段时间整个农化行业发展的方向。

 

    面临增效整个课题,我们首先面临的问题就是:如何增效?增效的出发点在哪里?站在助剂研发企业的角度,我们一直在关注飘移、蒸发、铺展、喷雾、润湿、传导、吸收、雾滴、附着、粘弹、持留等一系列问题。这实际上就是如何减小农药的损失,如何提高农药的利用率的问题!

 

 

    擎宇化工作为一家专业从事农药制剂加工和减施增效技术的综合服务商,我们通过农药增效机理的研究解决药剂本身的质量问题,精研配方助剂,做出符合使用场景的合格制剂产品,杜绝在桶混使用环节的药剂冲突与分散不佳的问题。关于农药增效机理的研究,我们重点关注喷雾施药过程中雾滴的行为的3个重要阶段:雾滴的雾化沉降、粘弹沉积和吸收传导。

 

    1  雾滴的雾化沉降

    雾滴的雾化沉降阶段主要是指雾滴自喷嘴喷出直至降落至靶标表面的过程。在这一阶段,重点要考虑的问题是如何减少雾滴的损失,那么就是要做到:(1)控制雾滴的飘移;(2)减少雾滴的蒸发。为了达到这一目的,药械行业已经为我们提供了众多的选择,诸如手动/电动喷雾器、自走式喷杆机、植保无人机、固定翼植保机、风送式喷雾机还有各种仿形喷雾设备。这些都是为了更好的做的适应施药场景,减少雾滴损失。

 

    那么在药械确定的情况下,如何进一步提高雾滴利用率?这就是摆在我们专业助剂研发人员面前的问题。为此,我们斥资建设了国内首套下压风场式农药雾滴室内综合评价系统,该系统拥有有机结合的风洞系统、环境因素控制系统、药液喷淋系统、光学检测系统、集成控制系统。可以完成多因素正交的喷雾助剂的筛选和检测。能够有效表征不同温湿度条件、风场环境、喷嘴类型、喷雾压力、药液种类、浓度梯度条件下的雾滴粒径、跨度、速度数据,还可以利用系统的高速摄影单元,完成喷嘴液膜撕裂、雾滴在靶标表面粘弹情况的观察和拍摄。

 

    哪些因素会导致雾滴的雾化沉降过程中药液的损失呢?首先就是细雾滴的飘移。众所周知,雾滴越小,飘移距离越远,风险越大。除草剂飘移药害无疑是农化企业的噩梦,究其原因,造成飘移主要还是受到了横向风的影响,在无法改变大自然的情况下,通过调整雾滴的粒径范围,也可以有效的减少细雾滴的生成,控制和减少飘移的发生。这方面药械行业提供了很多选择,不同型号的喷嘴,可以调控和产生不同粒径的雾滴。但是受制于具体施药场景,喷嘴对雾滴粒径的调控功能是有其上限的。例如,无人机施药,受限于飞机载重量和作业效率的因素,无人机使用的基本是110-01型的喷嘴,其特点是同等压力条件下,流速小,有助于无人机在低量喷雾条件下完成更大的作业面积,但是相比自走式喷杆机常用的流量稍大的110-03喷嘴,同等喷雾压力下其粒径分布范围更小,更容易产生细小雾滴。此时雾滴粒径控制助剂就可以发挥其作用了。

 

 

 

    药液添加专用助剂后,从高速摄像机捕捉的液膜撕裂图可以看出,液膜撕裂的位置和撕裂状态均发生了改变。

 

    利用室内农药喷雾评价系统进行粒径分布的检测,雾滴谱图明显表现出添加专用助剂的处理(绿色)较未添加的药液处理(红色)细雾滴明显减少,雾滴分布谱收窄,峰值粒径增加,绝大部分雾滴处于最佳生物粒径范围内(150~300 μm)。即专用喷雾助剂SP-4506具有显著的调控雾滴粒径谱的作用。

 

    另外,通过雾滴轨迹跟踪可计算出雾滴速度,分析雾滴速度对漂移与粘弹的影响;进而通过助剂改善药液的粘弹特性,减少药液因反弹、滚落等造成的损失,提高药液到达靶标表面的沉积量。

 

    在田间施药环境下,风速是影响飘移的重要因素。一般风速越大、雾滴飘移距离越远,消除直径100 μm以下雾滴,可大大缩短雾滴飘移距离。不论雾滴大小,总飘移量随风速加大而增加。高风速加剧了雾滴沉降时的蒸发速度,同时可引起除草剂喷幅飘移危害邻近敏感作物。田间的风速数据表明:风速变化测得的风速平均值或是瞬间值并不能反映田间风速的变化,例如,阵风速度可高出平均风速。

 

    田间的温度和湿度是雾滴蒸发不容忽视的两个重要因素。试验证明,湿度越低,雾滴更易蒸发;温度越高,雾滴蒸发速率增加;风速越大,雾滴沉降的距离越远。直径大于150 μm的液滴在沉积到靶上之前不会受到明显影响。较小的液滴会受到影响,尤其是直径小于50 μm的液滴。直径小于或等于30 μm的液滴将在达到目标之前完全蒸发。理论上,雾滴粒径越细,雾滴覆盖率越高!但由于田间的风速和温湿度影响,实际情况是,雾滴粒径越细,比表面积越大,蒸发和飘移都会加剧。因此找到在实际使用场景下合理的雾滴分布区间就非常关键,比如,飞防场景下最佳生物粒径范围为150~300 μm。

 

    通过水敏纸采集方式获取的田间雾滴分布数据,可以从一定程度上反映药液的粒径分布和沉积状态。通过水敏纸的变色反应,能够快速直观的统计出雾滴密度和沉积量的两个关键指标,也能得到其他表征数据(雾滴均匀度,雾滴覆盖率)。但是有其缺点:(1)属于显色反应的分析数据,不能完全代表真实的雾滴情况;(2)水敏纸对水蒸气敏感,在水稻田作业时很容易老化;(3)水敏纸需要多点数据采集,试验成本较高。专用飞防助剂的加入,可以明显减小细雾滴的生成,提高雾滴沉积的密度。

 

    为了有效表征喷雾质量,国内外的研究机构已经建成或在建的多种形式的喷雾评价装置,如国家精准农业施药技术中心、中国农科院植保所、农业机械化研究所、擎宇化工等。在田间雾滴采集方面,也有一批新装备纷纷亮相。这说明整个行业对施药质量的研究和关注都在提高。

 

 

    2  雾滴的粘弹沉积

    雾滴的粘弹沉积是指雾滴到达靶标表面的一瞬间发生的行为,包括反弹、溅射、滑落、粘弹、润湿、铺展等。由于这一阶段的液滴行为往往在几十毫秒内完成,使用高速摄像设备捕捉雾滴在叶片表面的接触的动态行为,是国内外比较常见的表征手段。药液在叶片表面的行为除了受到雾滴加速度的影响之外,更大程度上取决于药液的界面性能。常规需要进行表征的界面性能有:表面张力、接触角、润湿性能、渗透能力、铺展面积、持留量、粘弹性等。

 

    以粘弹附着助剂为例,可以有效减少药液反弹流失,提高药液沉积量,减缓药液蒸发,提高吸收效率。对粘弹特性的数据化表征,又要用到动态接触角测定仪和动态表面张力测定仪。药液的剪切粘度反映了药液在界面接触瞬间的动态粘附能力。动态表面张力越低,喷雾越低越容易粘附到靶标表面。

 

 

    润湿铺展助剂的特点则是,提供药液稳定性,降低药液表面张力,提高药液的润湿铺展能力,穿透力,具有显著的增效效果。在实际应用中,只有药液的表面张力低于靶标的表面自由能时,药液才能在靶标表面润湿铺展,但过低又会造成过度铺展滑落流失。因此根据靶标特性选择适合的表面张力范围是十分必要的。

 

    具有渗透功能的助剂往往具有降低药液表面张力,提高药液扩散速度,促进药液向叶面内部迁移,增强药液渗透力,促进活性成分快速传导,从而提高药效的功能。为了应对极端天气状况,湿润多雨的季节,还需要提高药液的耐雨水冲刷能力,采用喷雾冲淋装置模拟降雨,以此来表达药液在叶面上的耐雨水冲刷能力。在高温干燥条件下施药,药液的抗蒸发效果也会对药效造成较大的影响。文献报道的测试药液抗蒸发性能的方法很多,但是实测目前较为可行的还是在恒温恒湿环境下采用干燥度测定仪来进行表征。

 

    3  雾滴的吸收传导

    通过电镜观察发现,药液在靶标表面干燥后,原药以微晶形态附着于叶面。通过合理的助剂桶混后,首先可以有效延缓药液的干燥,即使干燥后,原药和助剂的混合物会呈现液晶形态在靶标表面,可以有效的延长药液和靶标的互作时间,通过促进有效成分的吸收,达到增效目的。选择合适的接触角,控制蒸发时间、铺展面积、药物的溶出形态等参数,可以提高叶面对药液的吸收效率。

 

 

    吸收传导类助剂的性能主要取决于是否能有效铺展,同时促进药液的吸收传导,可以通过两种途径做到,一是提高有效成分植物体内的传导速率,二是提高有效成分跨越生物质膜或跨膜转运途径,提高吸收传导可以同时兼具提高速效性和持效性的双重作用。表征吸收传导性能,文献报道的方法也很多,包括植物组织吸收法、电镜表征法、荧光指示剂法、C-14标定法、GC-MS测定法等,还有通过各种形式的生测试验来进行表征。

 

 

    擎宇有一款SP-4806的助剂产品,就是通过大量室内筛选试验开发的一款促进吸收传导的助剂产品,通过生测表征发现,添加SP-4806助剂的药液,对内吸性药剂的速效性有明显的提升作用。

 

 

    4  小结

    综上所述,只有精准的施药方式才能命中靶标。农药制剂增效首先要明确靶标,还要根据制剂活性成分的毒理学特点,施药器械的特点、田间的水质条件、气候环境、区分作物差异,才能做到精准增效。擎宇化工目前已经形成和正在完善的三大系统:(1)雾滴传递行为评价系统;(2)药液界面数据表征系统;(3)室内生测快速评价系统,分别用来对应雾滴的空间传递、界面传递、吸收传递三个阶段,着力解决防漂移促沉降、减少流失促进附着、提高达到靶标的受药量。

 

    通过室内表征筛选出的助剂,还要进行模拟农药药液喷施过程的验证试验。合理模拟环境因素(风速、温度、湿度);喷雾条件(喷头形式、压力、距离);干扰因素(靶标特性、药液特性、耐雨水冲刷能力等因素);表征性能(喷雾形态、撕裂程度、雾滴速度、雾滴弹跳、雾滴大小、沉积量、覆盖面积)等相关界面参数。验证的目的是基于雾滴界面传递分析,优化雾滴界面传递行为的助剂配方和发展方向。室内生测快速评价系统也是增效研究不可或缺的部分。通过建立室内生测评价实验室拥有养虫室、无菌操作室、杂草生理生化实验室、配置的仪器设备:如光照培养架、人工生化培养箱、自动喷雾装置等,未来配置大棚温室,用于虫、菌、草等方面展开生测试验。通过生测评价可以比较常规配方与增效配方之间的差异,对制剂配方研制、优化提供强有力的支持。

 

 

    目前,整个行业都以性能、精准、提效为关注的焦点,我们真诚希望与您共建、共享药效表征:药液的“界面数据”、雾滴的“传递数据”、活性成分的“吸收传导”数据!提高您的核心竞争力是我们不懈的追求!

 
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