6种喷雾助剂对3种药剂表面张力与接触角的影响

景亮亮，柴军发，高 强，曹 爽，洪 波，贾彦霞

(宁夏大学 农学院，宁夏 银川 750021)

农药导致的环境污染和食品安全问题已引起世界范围内的关注[1-2]。据报道，我国每年化学农药的使用量高达100多万t，因农药的不合理使用而导致的环境污染、人畜中毒、农药残留超标等问题也越来越严重[3]。2019年，我国水稻、玉米、小麦3大粮食作物的农药利用率为39.8%，施药技术方面专业知识的缺乏和施药器械的不规范使用导致大量的药液浪费[4]，如何在确保农药使用效果的同时减少农药用量，减轻农药对环境的污染，降低农药在农产品中的残留量已成为农药应用技术研究中的热点[5]。农药使用的最佳效率是将正好足够的农药剂量输送到靶标物上以获得预期的生物效果[6]，使用低剂量的药剂就达到预期的防治效果是农药应用中的难点。因此，从农药减量使用的角度出发，应进一步研究提高药液在靶标部位沉积量的方法，不断改进施药技术，通过添加不同类型的助剂等来提高农药的利用率。

喷雾助剂可以提高药效，降低农药用量，节约成本，减少农药对环境的污染。研究显示，喷雾助剂主要具有降低药液表面张力和接触角、增大农药润湿性能、增大药液在靶标植物叶片上的最大稳定持流量、延长滞留时间和提高对植物表皮的穿透能力等作用[7]。目前，针对有机硅类[8-10]、甲酯化油类[11]、高分子聚合物类[12-14]和植物油类[10，15-16]等喷雾助剂的研究较多。刘小民等[17]研究了喷雾助剂在烟嘧磺隆减量化防治玉米田杂草上的效果，结果表明，喷雾助剂能显著降低药液的表面张力。杨石有等[18]研究了喷雾助剂对螺螨酯悬浮剂和哒螨灵乳油防治木瓜秀粉蚧的效果，田间防效显示，渗透剂JFC-2对螺螨酯悬浮剂的增效比在10.3%～24.6%，增效醚对哒螨灵乳油防效的增效比在12.1%～28.9%。Terence Grayson等[19]研究发现，在烯酰吗啉中添加助剂对葡萄霜霉病具有较好的防效。张瑞瑞等[20]研究了喷雾助剂类型和浓度对喷头雾化效果的影响，发现3种助剂溶液对IDK120-025型喷头的影响比LU120-015型喷头更大，但是LU120-015型喷头喷雾的雾滴均匀性要优于IDK120-025。张萍等[21]研究了4种喷雾助剂对嘧菌酯在玉米叶片上耐雨水冲刷能力的影响，发现添加4种喷雾助剂均能降低药液在玉米叶片表面的接触角，且随着助剂添加量的增大，耐冲刷效果增强。这些研究都表明，农药增效剂的合理使用可减少农药的使用量，提高农药的利用率。

为探究不同喷雾助剂对药剂表面张力与接触角的影响，本试验以70%吡虫啉水分散粒剂(以下简称吡虫啉)、5%阿维菌素乳油(以下简称阿维菌素)和1.3%苦参碱水剂(以下简称苦参碱)为研究对象，开展盆栽试验，选用有机硅、阿普顿、怀农特、倍创、柔水通、强力源6种喷雾助剂，利用全自动表面张力仪和接触角测量仪测定其对3种药剂表面张力与接触角的影响，分析药剂表面张力与接触角间的关系，以期为农药的高效利用提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试番茄品种为合作918，试验时番茄正处于结果期，由宁夏天雨润种苗有限公司提供。试验期间棚内灌水、施肥条件均一致。

供试药剂：阿维菌素，河北兴柏农业科技有限公司；吡虫啉，德国拜耳公司；苦参碱，天津恒源伟业生物科技发展有限公司。

供试喷雾助剂：强力源(表面活性剂类，32%聚乙二醇酸羟基醚+18%异构八醇)，一帆生物科技集团有限公司；柔水通(表面活性剂类)，Agrolex新加坡利农私人有限公司；有机硅(有机硅类，乙氧基改性聚三硅氧烷)，河北石家庄正安农业科技有限公司；阿普顿(植物油类，红杉精油、松香精油)，佛山市盈辉作物科学有限公司(原产地为加拿大)；怀农特(植物油类，天然植物油)，浙江农资集团金泰贸易有限公司(原产地为美国)；倍创(植物油类，63%植物油)，四川蜀峰作物科学有限公司。

主要仪器：JK99C全自动表面张力仪、JC2000D3K接触角测量仪，均购自上海中晨数字技术设备有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 喷雾助剂临界胶束浓度(CMC)的确定

将选用的喷雾助剂配制成125、250、500、1 000、2 000、4 000、8 000 mg·L-1系列质量浓度(c)的溶液，利用全自动表面张力仪测定其表面张力(γ)，每个处理重复测量5次。使用OriginPro 8.0软件绘制γ-lgc图像，曲线转折点即为该喷雾助剂的临界胶束浓度(CMC)。

1.2.2 喷雾助剂对3种药剂药液表面张力的影响

根据各喷雾助剂的CMC值，设定其在后续试验中的质量浓度分别为CMC值的20%、50%、80%、100%、150%、200%[22]。

将吡虫啉稀释5 000倍、阿维菌素稀释3 000倍、苦参碱稀释1 000倍作为对照(CK)，然后依照设定的质量浓度分别添加各喷雾助剂进行试验。

1.2.3 喷雾助剂对3种药剂药液接触角的影响

采用接触角测量仪测定药液的接触角。将吡虫啉稀释5 000倍、阿维菌素稀释3 000倍、苦参碱稀释1 000倍，测定接触角作为对照(CK)，然后将3种药剂分别按照1.2.2节设定的质量浓度添加各喷雾助剂进行试验。

采集新鲜的番茄叶片，不破坏其叶片结构，将其平整地固定在接触角测量仪上，尽量使其保持自然状态，在密闭环境(温度：25～28 ℃；相对湿度：75%～80%)中用微量进样器移取1 μL药液滴在番茄叶片正面，立即用接触角测定仪测定各处理药液的起始接触角，从滴加样品开始，5 s内完成测量，每个处理重复10次，取其平均值[22]。

1.3 数据处理

采用Excel 2010和SPSS 21软件对数据进行统计分析，并利用OriginPro 8.0软件作图。

2 结果与分析

2.1 喷雾助剂CMC值的确定与添加浓度的设定

分别测定6种助剂的表面张力值，确定有机硅、怀农特、倍创、阿普顿、柔水通的CMC均为1 000 mg·L-1，强力源为500 mg·L-1(图1)。据此，设定后续试验中有机硅、怀农特、倍创、阿普顿、柔水通的质量浓度依次为200、500、800、1 000、1 500、2 000 mg·L-1，强力源的质量浓度依次为100、250、400、500、750、1 000 mg·L-1。

图1 喷雾助剂质量浓度(c)与表面张力(γ)的γ-lg c图Fig.1 Schematic of logarithm of spray adjuvant concentration (lg c) and surface tension (γ)

2.2 喷雾助剂对3种药剂药液表面张力的影响

如图2所示，随着喷雾助剂质量浓度的增大，药液的表面张力逐渐减小。以添加有机硅助剂为例，当喷雾助剂的质量浓度分别为200、500、800、1 000、1 500、2 000 mg·L-1时，吡虫啉稀释5 000倍液的表面张力分别为37.608、31.891、29.890、28.869、26.092、24.459 mN·m-1，阿维菌素稀释3 000倍液的表面张力分别为29.074、25.766、24.541、23.846、23.193、22.663 mN·m-1。这说明，添加的喷雾助剂质量浓度越大，药液的表面张力越小，越有利于害虫的综合防治。

总的来看，添加6种喷雾助剂均能降低3种药剂的表面张力，其中，有机硅、强力源、怀农特的效果最好，柔水通、阿普顿的效果次之，倍创效果最差，但各助剂在本试验设定的最大质量浓度下，药液的表面张力均保持在36.342 mN·m-1以下。

不添加喷雾助剂时，吡虫啉稀释5 000倍液的表面张力为61.685 mN·m-1；添加1 000 mg·L-1的强力源时药液的表面张力降至24.949 mN·m-1；当喷雾助剂的添加浓度为2 000 mg·L-1时，添加有机硅和怀农特的表面张力分别为24.459、27.563 mN·m-1，而添加柔水通、阿普顿、倍创的分别为30.503、30.952、36.342 mN·m-1。也就是说，向吡虫啉稀释5 000倍液中添加有机硅、强力源、怀农特能够将药液的表面张力分别降低60.35%、59.55%和55.32%。阿维菌素稀释3 000倍液的表面张力为34.708 mN·m-1，添加有机硅、强力源、怀农特使药液的表面张力降低最多，降幅分别为34.70%、26.35%和16.94%。苦参碱稀释1 000倍液的表面张力为36.749 mN·m-1，添加有机硅、强力源、怀农特使药液的表面张力降低最多，降幅分别为35.11%、29.89%和24.55%。

2.3 喷雾助剂对3种药剂药液接触角的影响

如图3、表1所示，随着喷雾助剂质量浓度的增大，药液与番茄叶片的接触角(θ)逐渐减小，cosθ值逐渐增大。当助剂的质量浓度分别为200、500、800、1 000、1 500、2 000 mg·L-1时：添加柔水通后，吡虫啉稀释5 000倍液药液接触角的cosθ值分别为0.193、0.344、0.569、0.710、0.848、0.981；添加怀农特后，阿维菌素稀释3 000倍液药液接触角的cosθ值分别为0.609、0.623、0.661、0.694、0.769、0.821。

表1 喷雾助剂对3种药剂接触角的影响Table 1 Effect of spray adjuvant on contact angle of 3 pesticides

图3 喷雾助剂对3种药剂接触角的影响Fig.3 Effect of spray adjuvant on contact angle of 3 pesticides

当有机硅、柔水通、怀农特、阿普顿、倍创的质量浓度为2 000 mg·L-1、强力源的质量浓度为1 000 mg·L-1时，药液与番茄叶片的接触角降至最小。总的来看，添加6种喷雾助剂均能降低3种药剂的药液与番茄叶片的接触角，其中，以有机硅、柔水通、强力源、怀农特的效果最好，阿普顿次之，倍创效果最差。

不添加喷雾助剂时，吡虫啉稀释5 000倍液与番茄叶片接触角的cosθ值为0.020；添加1 000mg·L-1的强力源时，药液接触角的cosθ值为0.978；当喷雾助剂的质量浓度为2 000 mg·L-1时，添加有机硅、柔水通、怀农特的药液接触角的cosθ值分别为0.999、0.981和0.972，而添加阿普顿和倍创的分别为0.564和0.357。不添加喷雾助剂时，阿维菌素稀释3 000倍液与番茄叶片接触角的cosθ值为0.189，添加强力源、有机硅、怀农特和柔水通的药液接触角的cosθ值分别为0.975、0.938、0.821和0.798。不添加喷雾助剂时，苦参碱稀释1 000倍液与番茄叶片接触角的cosθ值为0.077，添加怀农特、强力源、柔水通和有机硅的药液接触角的cosθ值分别为0.978、0.977、0.855和0.783。

2.4 喷雾助剂对药液表面张力与接触角间关系的影响

2.4.1 吡虫啉表面张力与接触角的关系

对添加6种喷雾助剂后吡虫啉药液表面张力(x)与番茄叶片接触角的cosθ值(y)分别进行回归分析(图4)，结果显示，二者呈显著(P<0.05)的负相关关系。添加有机硅、阿普顿、怀农特、倍创、柔水通、强力源后，二者的回归方程分别为y=-0.015x+1.371(r=0.953)、y=-0.023x+1.260(r=0.905)、y=-0.010x+1.144(r=0.995)、y=-0.189x+7.191(r=0.965)、y=-0.806x+25.487(r=0.922)、y=-0.114x+3.760(r=0.986)，其中，添加怀农特、强力源、倍创、有机硅后，吡虫啉药液表面张力与番茄叶片接触角的cosθ值的相关性最高，药液表面张力越大，其cosθ值越小，与番茄叶片的接触角越大。

图4 吡虫啉药液表面张力与接触角的关系Fig.4 Relationship between surface tension and contact angle of imidacloprid

2.4.2 阿维菌素表面张力与接触角的关系

对添加6种喷雾助剂后阿维菌素药液表面张力(x)与番茄叶片接触角的cosθ值(y)分别进行回归分析(图5)，结果显示，添加有机硅、阿普顿、怀农特、倍创、柔水通、强力源后，二者的回归方程分别为y=-0.041x+1.823(r=0.903)、y=-0.200x+6.861(r=0.928)、y=-0.269x+8.552(r=0.922)、y=-0.890x+31.062(r=0.959)、y=-0.854x+27.418(r=0.941)、y=-0.015x+1.350(r=0.923)，其中，添加倍创和柔水通时二者的相关性最高，呈显著(P<0.05)的负相关关系。

图5 阿维菌素表面张力与接触角的关系Fig.5 Relationship between surface tension and contact angle of abamectin

2.4.3 苦参碱表面张力与接触角的关系

对添加6种喷雾助剂后苦参碱药液表面张力(x)与番茄叶片接触角的cosθ值(y)分别进行回归分析(图6)，结果显示，添加有机硅、阿普顿、怀农特、倍创、柔水通、强力源后，二者的回归方程分别为y=-0.062x+2.235(r=0.930)、y=-0.101x+3.869(r=0.911)、y=-0.196x+6.424(r=0.964)、y=-0.552x+20.501(r=0.911)、y=-0.114x+4.392(r=0.919)、y=-0.053x+2.363(r=0.962)，其中，添加怀农特和强力源时二者的相关性最高，呈显著(P<0.05)的负相关关系。

图6 苦参碱表面张力与接触角的关系Fig.6 Relationship between surface tension and contact angle of matrine

3 讨论

添加合适的喷雾助剂可以改善农药的喷雾性能，增强农药对靶标物的沉积性，进而增强防治效果[13，23-24]。合理使用喷雾助剂可以降低药液的表面张力和接触角。尽管表面张力并非增强药液在靶标物上持留和铺展的唯一因素[25]，但是表面张力能够影响雾滴的大小，从而改变药液在靶标上的沉积量。本文综合研究了不同类型的喷雾助剂对吡虫啉、阿维菌素和苦参碱3种药剂表面张力和接触角的影响，并分析了3种药剂在添加不同质量浓度的6种喷雾助剂后药液的表面张力与接触角间的关系。结果表明，6种喷雾助剂均能降低3种药剂的表面张力和接触角。添加不同质量浓度的喷雾助剂后，药液的表面张力与接触角的余弦值存在显著的负相关关系，与以往研究报道[17，21，26]的结果一致。

本试验发现，有机硅、强力源和怀农特这3种喷雾助剂对降低吡虫啉、阿维菌素和苦参碱的表面张力具有较好的效果。当有机硅和怀农特的质量浓度为2 000 mg·L-1、强力源的质量浓度为1 000 mg·L-1时，添加有机硅、强力源、怀农特能够将吡虫啉稀释5 000倍药液的表面张力降低60.35%、59.55%和55.32%，将阿维菌素稀释3 000倍液的表面张力降低34.70%、26.35%和16.94%，将苦参碱稀释1 000倍液的表面张力降低35.11%、29.89%和24.55%。添加有机硅、柔水通、强力源、怀农特对降低3种药剂药液接触角的效果最好。当有机硅和柔水通的质量浓度为2 000 mg·L-1时，吡虫啉稀释5 000倍液与番茄叶片的接触角的余弦值从0.020分别上升到0.999和0.981；当强力源的质量浓度为1 000 mg·L-1时，吡虫啉稀释5 000倍液与番茄叶片的接触角的余弦值从0.020上升到0.978。当有机硅和怀农特的质量浓度为2 000 mg·L-1时，阿维菌素稀释3 000倍液与番茄叶片的接触角的余弦值从0.189分别上升到0.938和0.821；当强力源的质量浓度为1 000 mg·L-1时，阿维菌素稀释3 000倍液与番茄叶片的接触角的余弦值从0.189上升到0.975。当怀农特、柔水通的质量浓度为2 000 mg·L-1时，苦参碱稀释1 000倍液与番茄叶片的接触角的余弦值从0.077分别上升到0.978和0.855；当强力源的质量浓度为1 000 mg·L-1时，苦参碱稀释1 000倍液与番茄叶片的接触角的余弦值从0.077上升到0.977。这些结果都表明，添加喷雾助剂可以降低药液的表面张力和接触角，增加药剂的沉积量，提高农药的利用率。

有机硅类喷雾助剂在降低溶液表面张力方面的能力远高于其他常规表面活性剂[27]，本研究的结果与此一致。纪明山等[28]研究表明，油类助剂和高效硅与灭草松水剂的混用对野慈姑具有很好的防治效果。张占英等[29]研究了2种喷雾助剂对防治水稻纹枯病药剂减量增效的作用。卢向阳等[30]研究了几种喷雾助剂对纳他霉素叶面吸收的影响，结果表明，添加适宜用量的喷雾助剂可促进药剂在叶面的吸收，减少光解，提高药效。郭泗明[31]研究发现，农用有机硅喷雾助剂对防治大葱锈病具有增效作用，添加有机硅75～105 mL·hm-2兑水225 kg时，药后7 d对大葱锈病的防效增幅在13.0%～24.2%。综上，喷雾助剂作为提高药液有效成分活性、改善药液物理性能的农药助剂，可以降低药液的表面张力和接触角，使药剂获得更好的润湿、展布、滞留和吸收[32]，从而提高农药利用率，减少农药的使用量。本研究的结果可为相关研究和生产应用提供借鉴与参考。