2019年我國糧食作物農藥利用率不足40%。農藥利用率低一直是業界關注的熱點問題。研究表明，目前廣為采用的莖葉噴霧技術，約60%的農藥藥液在向靶標作物葉面傳輸的過程中因蒸發飄移、彈跳、飛濺等流失而進入周圍環境。
近年來，中國農業科學院植物保護研究所化學農藥應用創新團隊致力于研究農藥藥液的理化特性，解決了造成農藥利用率低的三大瓶頸問題。
識別技術分清親水、疏水葉面
該創新團隊研究員董豐收告訴《中國科學報》，霧滴蒸發、飄移等空間傳遞約造成20%的農藥藥液劑量損失；而霧滴彈跳、破碎、飛濺、藥液流失等界面傳遞約造成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，目前對葉面特性認識不深入；影響農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，導致助劑和制劑研發不對靶。
“只有當農藥霧滴有效沉積在植物葉面，才能對有害生物發揮防控作用。”董豐收說，農藥霧滴在靶標植物葉面的沉積是一個復雜的液—固界面相互作用的動態過程，與霧滴和靶標植物葉面的理化特性密切相關。
對于靶標植物葉面，只能認知不能改變。為此，他們探明了藥液對靶標作物表面的潤濕規律，創建了“臨界表面張力+接觸角”雙因子藥液對靶潤濕識別新技術：當靶標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；當靶標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。
這項識別技術為改善藥液對靶劑量傳遞效率、減少農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植物葉面的潤濕鋪展。
把藥液從“玻璃球”變成“泥巴球”
國內外研究表明，噴霧功能助劑是實現化學農藥減施增效的關鍵技術。然而，由于缺乏科學依據，目前的農藥功能助劑存在濫用和錯用現象，導致藥液浪費和流失，同時對環境造成污染。
經過研究，他們首次提出，藥液與靶標作物葉面之間的黏附力是決定藥液是否發生彈跳的主控因素。
由此，他們建議，針對典型的疏水作物，如水稻和甘藍，可利用陰離子表面活性劑改變農藥懸浮體系的性質，實現農藥霧滴的有效沉積。
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。通過調控農藥霧滴的性質，讓它變成像泥巴球那樣的粘性表面，農藥霧滴與靶標植物葉面的黏附力就會越大，農藥霧滴碰撞靶標植物葉面后越容易黏附。這為農藥助劑的科學篩選和合理應用提供了重要依據。
開發環境友好型產品
當前來源于石油化工的通用功能助劑產品對環境不友好，作物易產生藥害問題。
董豐收介紹，通過研究，他們發現一種生物表面活性劑——十二烷基麥芽糖苷，對甘藍的疏水葉面潤濕效果極好，藥液不發生彈跳，可提高農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，對環境友好。
“除了功能助劑應用可提高農藥對靶沉積率，還可通過研制新型制劑來實現。”董豐收介紹，他們創先發展了葉酸/鋅超分子水凝膠載藥制劑體系，增強了農藥霧滴與植物葉面之間的相互作用，從而顯著抑制了農藥載藥霧滴在植物葉面的飛濺和彈落，實現了農藥霧滴的有效沉積。
由于葉酸/鋅超分子水凝膠載藥體系是一種原料來源豐富、結構簡單，且生物相容性比較好的農藥載體，為今后農藥劑型設計提供了新的思路，為提高農藥霧滴在靶標作物葉面的沉積率提供了新的方法。
近年來，中國農業科學院植物保護研究所化學農藥應用創新團隊致力于研究農藥藥液的理化特性，解決了造成農藥利用率低的三大瓶頸問題。
識別技術分清親水、疏水葉面
該創新團隊研究員董豐收告訴《中國科學報》，霧滴蒸發、飄移等空間傳遞約造成20%的農藥藥液劑量損失；而霧滴彈跳、破碎、飛濺、藥液流失等界面傳遞約造成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，目前對葉面特性認識不深入；影響農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，導致助劑和制劑研發不對靶。
“只有當農藥霧滴有效沉積在植物葉面，才能對有害生物發揮防控作用。”董豐收說，農藥霧滴在靶標植物葉面的沉積是一個復雜的液—固界面相互作用的動態過程，與霧滴和靶標植物葉面的理化特性密切相關。
對于靶標植物葉面，只能認知不能改變。為此，他們探明了藥液對靶標作物表面的潤濕規律，創建了“臨界表面張力+接觸角”雙因子藥液對靶潤濕識別新技術：當靶標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；當靶標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。
這項識別技術為改善藥液對靶劑量傳遞效率、減少農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植物葉面的潤濕鋪展。
把藥液從“玻璃球”變成“泥巴球”
國內外研究表明，噴霧功能助劑是實現化學農藥減施增效的關鍵技術。然而，由于缺乏科學依據，目前的農藥功能助劑存在濫用和錯用現象，導致藥液浪費和流失，同時對環境造成污染。
經過研究，他們首次提出，藥液與靶標作物葉面之間的黏附力是決定藥液是否發生彈跳的主控因素。
由此，他們建議，針對典型的疏水作物，如水稻和甘藍，可利用陰離子表面活性劑改變農藥懸浮體系的性質，實現農藥霧滴的有效沉積。
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。通過調控農藥霧滴的性質，讓它變成像泥巴球那樣的粘性表面，農藥霧滴與靶標植物葉面的黏附力就會越大，農藥霧滴碰撞靶標植物葉面后越容易黏附。這為農藥助劑的科學篩選和合理應用提供了重要依據。
開發環境友好型產品
當前來源于石油化工的通用功能助劑產品對環境不友好，作物易產生藥害問題。
董豐收介紹，通過研究，他們發現一種生物表面活性劑——十二烷基麥芽糖苷，對甘藍的疏水葉面潤濕效果極好，藥液不發生彈跳，可提高農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，對環境友好。
“除了功能助劑應用可提高農藥對靶沉積率，還可通過研制新型制劑來實現。”董豐收介紹，他們創先發展了葉酸/鋅超分子水凝膠載藥制劑體系，增強了農藥霧滴與植物葉面之間的相互作用，從而顯著抑制了農藥載藥霧滴在植物葉面的飛濺和彈落，實現了農藥霧滴的有效沉積。
由于葉酸/鋅超分子水凝膠載藥體系是一種原料來源豐富、結構簡單，且生物相容性比較好的農藥載體，為今后農藥劑型設計提供了新的思路，為提高農藥霧滴在靶標作物葉面的沉積率提供了新的方法。
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