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表面活性劑在除草劑噴霧助劑中應(yīng)用及主要增效機制
來源：農(nóng)藥學(xué)學(xué)報 瀏覽 917 次 發(fā)布時間:2024-10-30
農(nóng)田草害的發(fā)生嚴(yán)重影響了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展,使用除草劑進行化學(xué)防治是目前最省時省力和防除效果最好的除草方法。其中，莖葉處理除草劑因其具有不受土壤環(huán)境影響、按草施藥、靈活和選擇性高等優(yōu)點，應(yīng)用范圍更廣。然而，莖葉處理除草劑在噴霧施藥過程中由于受到雜草葉片界面特性的影響，常出現(xiàn)藥液迸濺、滾落、難以滲透等現(xiàn)象，導(dǎo)致除草劑用量增大，雜草產(chǎn)生抗性，并出現(xiàn)藥害和環(huán)境殘留等諸多問題。使用合適的噴霧助劑是解決以上問題的重要策略?？紤]到除草劑的使用需要結(jié)合雜草性質(zhì)，并與噴霧助劑一起使用，了解各自的作用方式對指導(dǎo)草害的防治具有重要意義。
表1 五大作物田中用量最大的前10 種除草劑
表面活性劑在除草劑噴霧助劑中應(yīng)用非常廣泛。表面活性劑分子因其獨特的兩親性結(jié)構(gòu)可以吸附在兩相界面，降低界面張力，增強乳液、懸浮液等穩(wěn)定性，同時提高溶液的表面活性。按照表面活性劑的親水基帶電性，可將表面活性劑分為非離子型、陰離子型和陽離子型表面活性劑，其中，非離子型和陰離子型表面活性劑作為除草劑的噴霧助劑應(yīng)用最為廣泛(表2)。表面活性劑的主要增效機制如下：
1)表面活性劑能顯著抑制除草劑噴霧液滴撞擊疏水植物葉面后的破碎和回彈行為。研究發(fā)現(xiàn)，水滴高速撞擊到超疏水的甘藍(lán)葉表面時會發(fā)生破碎、飛濺、反彈等行為，而添加了1%陰離子表面活性劑琥珀酸二異辛酯磺酸鈉(AOT)的液滴撞擊甘藍(lán)葉表面后幾乎不回縮，鋪展面積大，可實現(xiàn)完全沉積。該文作者認(rèn)為，這是由于AOT分子具有優(yōu)秀的表面活性，能快速降低溶液的動態(tài)表面張力，并且能在溶液中自組裝形成囊泡。液滴與葉片碰撞時，液滴表面積迅速變大，此時AOT分子迅速遷移并吸附在固-液界面，顯著降低界面張力，使液滴幾乎不回縮，完全附著在超疏水葉片表面。
2)表面活性劑能改善藥液在疏水葉表面的潤濕鋪展行為，提高藥液與葉片表面的黏附力。研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)非離子表面活性劑Triton X-100的濃度低于其臨界膠束濃度(CMC)時，液滴則不能在水稻葉表面鋪展，保持近似球形的狀態(tài)，接觸角很大(圖3a)；而當(dāng)濃度介于CMC和臨界潤濕濃度(CWC)之間時，液滴緩慢鋪展，接觸角降低(圖3b)。隨著Triton X-100濃度的升高，尤其在超過CWC后，液滴的表面張力則逐漸降低，在水稻葉表面迅速鋪展，接觸角顯著降低(圖3c)。這是因為Triton X-100分子在固-液界面的吸附量遠(yuǎn)高于氣-液界面，在疏水作用力的驅(qū)動下，液滴突破葉片表面三維立體結(jié)構(gòu)中的空氣層，潤濕狀態(tài)從Cassie-Baxter態(tài)(非潤濕狀態(tài))轉(zhuǎn)變?yōu)閃enzel態(tài)(潤濕狀態(tài))，實現(xiàn)了對植物葉面的潤濕。一般認(rèn)為當(dāng)液滴的表面張力低于葉片的表面自由能時，液滴能潤濕該葉片。
3)表面活性劑能溶解植物葉片表面的蠟質(zhì)層，促進除草劑藥液滲透進入植物組織。大多數(shù)除草劑活性成分是親脂性的，它們會隨著液滴的蒸發(fā)而被溶解在表面蠟質(zhì)層中，但這并不意味著可以通過整個角質(zhì)層，而表面活性劑可以溶解葉片表面的蠟質(zhì)層，同時調(diào)節(jié)角質(zhì)層的成分和結(jié)構(gòu)，提高角質(zhì)層的流動性，進而促進活性成分在整個角質(zhì)層的滲透和遷移。
有機硅表面活性劑被認(rèn)為是在植物葉片上能達(dá)到完全鋪展的一類表面活性劑，已被廣泛應(yīng)用于農(nóng)藥制劑領(lǐng)域，其中以烷氧基改性的三硅氧烷非離子表面活性劑應(yīng)用最為廣泛。有機硅表面活性劑通常指以硅氧鍵-Si(CH3)O-為骨架組成的化合物，具有獨特的“T”形結(jié)構(gòu)，其在氣-液界面吸附時，親水基團垂直朝向液滴內(nèi)部，而疏水基團往往平行于表面排布。正是這種特殊的排布方式導(dǎo)致液體具有超低表面張力，表現(xiàn)出優(yōu)秀的表面活性，使液滴在馬蘭戈尼效應(yīng)(Marangoni Effect)的推動下迅速鋪展，從而增大藥液與葉片表面的接觸面積。然而，有機硅表面活性劑在pH＜5或pH＞9時極易縮聚而失去作用，因此不適于作為草甘膦異丙胺鹽等強酸或強堿性制劑的噴霧助劑。
基于表面活性劑對除草劑的主要增效機制，表面活性劑類助劑已被廣泛應(yīng)用于各種除草劑的各種劑型中，尤其在使用觸殺型除草劑防除禾本科雜草時將其作為噴霧助劑使用。